現代物理理念有哪些

⑴ 現代物理學的思想理論

物理與形而上學的關系
在不斷反思形而上學而產生的非經驗主義的客觀原理的基礎上，物理學理論可以用它自身的科學術語來判斷。而不用依賴於它們可能從屬於哲學學派的主張。在著手描述的物理性質中選擇簡單的性質，其它性質則是群聚的想像和組合。通過恰當的測量方法和數學技巧從而進一步認知事物的本來性質。實驗選擇後的數量存在某種對應關系。一種關系可以有多數實驗與其對應，但一個實驗不能對應多種關系。也就是說，一個規律可以體現在多個實驗中，但多個實驗不一定只反映一個規律。
對於物理學來說理論預言與現實一致與否是真理的唯一判斷標准。
摘要： 回顧了物理學發展的歷史，討論了二十一世紀物理學發展的方向。可能應該從兩方面去探尋現代物理學革命的突破口：（1）發現客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過審思相對論和量子力學的理論基礎的不完善性，重新定義時間、空間，建立新的理論。
二十世紀即將結，二十一世紀即將來臨，二十世紀是光輝燦爛的一個世紀，是個令社會發展最迅速的一個世紀，是科學技術發展最迅速的一個世紀，也是物理學發展最迅速的一個世紀。在 這一百年中發生了物理學革命，建立了相對性質和量子力學，完成了從經典物理學到現代物理學的轉變。在二十世紀二、三十年代以後，現代物理學在深度和廣度上有了進一步的蓬勃發展，產生了一系列的新學科的交叉學科、邊緣學科，人類對物質世界的規律有了更深刻的認識，物理學理論達到了一個新高度，現代物理學達到了成熟的階段。
在此世紀之交的時候，人們自然想展望一下二十一世紀物理學的發展前景，探索今後物理學發展的方向。我想談一談我對這個問題的一些看法和觀點。首先，我們來回顧一下上一個世紀之交物理學發展的情況，把當前的情況與一百年前的情況作比較對於探索二十一世紀物理學發展的方向是很有幫助的。
一、歷史的回顧
十九世紀末二十世紀初，經典物理學的各個分支學科均發展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學和統計力學的建立以及麥克斯韋電磁場理論的建立，經典物理學達到了它的頂峰，當時人們以系統的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經觀察到的物理現象。由於經典物理學的巨大成就，當時不少物理學家產生了這樣一種思想：認為物理學的大廈已經建成，物理學的發展基本上已經完成，人們對物理世界的解釋已經達 到了終點。物理學的一些基本的、原則的問題都已經解決，剩下來的只是進一步精確化的問題，即在一些細節上作一些補充和修正，使已知公式中的各個常數測得更精確一些。
然而，在十九世紀末二十世紀初，正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際，科學實驗卻發現了許多經典物理學無法解釋的事實。首先是世紀之交物理學的三大發現：電子、X射線和放射性現象的發現。其次是經典物理學的萬里晴空中出現了兩朵「烏雲」：「以太漂移」的「零結果」和黑體輻射的「紫外災難」。[1]這些實驗結果與經典物理學的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經典物理學的傳統觀念受到巨大的沖擊，經典物理發生了「嚴重的危機」。由此引起了物理學的一場偉大的革命。愛因斯坦創立了相對論；海森堡、薛定諤等一群科學家創立了量子力學。現代物理學誕生了！
把物理學發展的現狀與上一個世紀之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之 外，也有不同之處。
在相對論和量子力學建立起來以後，現代物理學經過七十多年的發展，已經達到了成熟的階段。人類對物質世界規律的認識達到了空前的高度，理論幾乎能夠很好地解釋已知的一切物理現象。可以說，現代物理學的大廈已經建成。在這一點上，目前有情況與上一個世紀之交的情況很相似。因此，有少數物理學家認為今後物理學不會有革命性的進展了，物理學的根本性的問題、原則問題都已經解決了，今後能做到的只是在現有理論的基礎上在深度和廣度兩方面發展現代物理學，對現有的理論作一些補充和修正。然而，由於有了一百年前的歷史經驗，多數物理學家並不贊成這種觀點，他們相信物理學遲早會有突破性的發展。 另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學領域中有一些物理現象是現代物理學的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾並不是嚴重到了非要徹底改造現有理論認可的程度。在這方面，經典物理學發生了「嚴重的危機」；而在本世紀之交，現代物理學並無「危機」。因此，我認為發生現代物理學革命的條件似乎尚不成熟。
客觀物質世界是分層次的。一般說來，每個層次中的體系都由大量的小體系（屬於下一個層次）構成。從一定意義上說，宏觀與微觀是相對的，宏觀體系由大量的微觀系統構成。物質世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學研究的目的包括：探索各層次的運動規律和探索各層次間的聯系。
回顧二十世紀物理學的發展，是在三個方向上前進的。在二十一世紀，物理學也將在這三個方向上繼續向前發展。
1） 在微觀方向上深入下去。 在這個方向上，我們已經了解了原子核的結構，發現了大量的基本粒子及其運規律，建立了核物理學和粒子物理學，認識到強子是由誇克構成的。今後可能會有新的進展。但如果要探索更深層次的現象，必須有更強大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務，所以我認為在這個方向上難以有突破性的進展。
2） 在宏觀方向上拓展開去。 1948年美國的伽莫夫提出「大爆炸」理論，當時並未引起重視。1965年美國的彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測結果，為「大爆炸」理論提供了有力的證據，從此「大爆炸」理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝彥和美國的古斯同時提出暴脹理論。八十年代以後，英國的霍金[2,3] 等人開始論述宇宙的創生，認為宇宙從「無」誕生，今後在這個方向上將會繼續有所發展。從根本上來說 ，現代宇宙學的繼續發展有賴於向廣漠的宇宙更遙遠處觀測的新結果，這需要人類製造出比哈勃望遠鏡性能更優越得多的、各個波段的太空天文望遠鏡，這是很艱巨的任務。
我個人對於宇宙創生學說是不太信的，並且認為「大爆炸」理論只是對宇宙的一個近似的描述。因為宇宙學研究的只是我們能觀測到的范圍以內的「宇宙」，而我相信宇宙是無限的，在我們這個「宇宙」以外還有無數個「宇宙」，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的。現代宇宙學只研究我們這個「宇宙」，當然只能得到近似的結果，把他們的延伸到「宇宙」創生了初及遙遠的未來，則失誤更大。
3）深入探索各層次間的聯系。
這正是統計物理學研究的主要內容。二十世紀在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態統計物理學有了得大的發展，然後建立了「耗散結構」理論、協同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發展起來了。把這些分支學科都納入非線性科學的范疇。相信在二十一世紀非線性科學的發展有廣闊的前景。
上述的物理學的發展依然 現代物理學現有的基本理論的框架內。在下個世紀，物理學的基本理論應該怎樣發展呢？有一些物理學家在追求「超統一理論」。在這方面，起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學家努力探索「統一場論」；直到1967、1968年，美國的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統一電磁力和弱力的「電弱理論」；目前有一些物理學家正在探索加上強力的「大統一理論」以及再加上引力把四種力都統一起來的「超統一理論」，他們的探索能否成功尚未定論。
愛因斯坦當初探索「統一場論」是基於他的「物理世界統一性」的思想[4] ，但是他努力探索了三十年，最終沒有成功。我對此有不同的觀點，根據辯證唯物主義的基本原理，我認為「物質世界是既統一，又多樣化的」。且莫論追求「超統一理論」能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學發展的終點。因為「在絕對的總的宇宙發展過程中，各個具體過程的發展都是相對的，因而在絕對真理的長河中，人們對於在各個一定發展階段上的具體過程的認識只具有相對的真理性。無數相對的真理之總和，就是絕對的真理。」「人們在實踐中對於真理的認識也就永遠沒有完結。」[5]
現代物理學的革命將怎樣發生呢？我認為可能有兩個方面值得考試：
1） 客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？我們不知道。我的直覺是：將來最早發現的第五種力可能存在於生命現象中。物質構成了生命體之後，其運動和變化實在太奧妙了，我們沒有認識的問題實在太多了，我們今天對於生命科學的認識猶如亞里斯多德時代的人們對於物理學的認識，因此在這方面取得突破性的進展是很可能的。我認為，物理學業與生命科學的交叉點是二十一世紀物理學發展的方向之一，與此有關的最關於復雜性研究的非線性科學的發展。
2） 現代物理學理論也只是相對真理，而不是絕對真理。應該通過審思現代物理學理論基礎的不完善性來探尋現代物理學革命的突破口，在下一節中將介紹我的觀點。
三、現代物理學的理論基礎是完美的嗎？
相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎是否十全十美的
呢？我們來審思一下這個問題。
1） 對相對論的審思
當年愛因斯坦就是從關於光速和關於時間要領的思考開始，創立了狹義相對論[1]。我們今天探尋現代物理學革命的突破口，也應該從重新審思時空的概念入手。愛因斯坦創立狹義相對論是從講座慣性系中不同地點的兩個「事件」的同時性開始的[4]，他規定用光信號校正不同地點的兩個時鍾來定義「同時」，這樣就很自然地導出了洛侖茲變換，進一步導致一個四維時空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什麼愛因斯坦提出用光信號來校正時鍾，而不用別的信號呢？在他的論文中沒有說明這個問題，其實這是有深刻含意的。
時間、空間是物質運動的表現形式，不能脫離物理質運動談論時間、空間，在定義時空時應該說明是關於什麼運動的時空。現代物理學認為超距作用是不存在的，A處發生的「事件」影響B處的「事件」必須通過一定的場傳遞過去，傳遞需要一定的時間，時間、空間的定義與這個傳遞速度是密切相關的。如果這種場是電磁場，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛因斯坦定義的時空實際上是關於由電磁相互作用引起的物質運動的時空，適用於描述這種運動。
愛因斯坦把他定義的時間應用於所有的物質運動，實際上就暗含了這樣的假設：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c』。至今為止，並無實驗事實證明c』等於c。愛因斯坦因他的「物質世界統一性」的世界觀而在實際上假定了c=c』。我持有「物質世界既統一，又多樣化的」以觀點，再加之電磁力和引力的強度在數量級上相差太多，因此我相信c』可能不等於c。工樣，關於由電磁力引起的物質運動的四維時空（x，y，z，ict）和關於由引力引起的運動的時空（x』，y』，z』，ic』t』）是不同的。如果研究的問題只涉及一種相互作用，則按照理論建立起來的運動方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場方程的形式不變，只需把常數c改為c』。如果研究的問題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過，首要的事情是由實驗事實來判斷c』和c是否相等；如果不相等，需要導出c』的數值。
我在二十多年前開始形成上述觀點，當時測量引力波是眾所矚目的一個熱點，我曾對那些實驗寄予厚望，希望能從實驗結果推算出c』是否等於c。令人遺憾的是，經過長斯的努力引引力波實驗沒有獲得肯定的結果，隨後這項工作冷下去了。根據愛因斯坦理論預言的引力波是微弱的，如果在現代實驗技術能夠達到的測量靈敏度和准確度之下，這樣弱的引力波應該能夠探測到的話，長期的實驗得不到肯定的結果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點。應該從c』可能不等於c這個角度來考慮問題，如果c』和c有較大的差異，則可能導出引力波的強度比根據愛因勞動保護坦理論預言的強度弱得多的結果。
弱力、強力與引力、電磁力有本質的不同，前兩者是短程力，後兩者是長程力。不同的相互作用是通過傳遞不同的媒介粒子而實現的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互 作用的傳遞者是規范粒子（光子除外）；強相互作 用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質量為零，按照愛因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。並且與傳遞粒子的靜質量和能量有關，因而其傳遞速度是多種多樣的。
在研究由弱或強相互作用引起的物質運動時，定義慣性系中不同的地點的兩個「事件」的「同時」，是否應該用弱力或強力信號取代光信號呢？我對核物理學和粒子物理學是外行，不想貿然回答這個問題。如果應該用弱力或強力信號取代光信號，那麼關於由弱力或強力引起的物質運動的時空和關於由電磁力引起的運動的時空（x，y，z，ict）及關於由引力引起的運動的時空（x』，y』，z』，ic』t』）
有很大的不同。設弱或強相互作用的傳遞速度為c』』，c』』不是常數，而是可變的，則關於由弱或強力引起的運動的時空為（x』』，y』』，z』』，Ic』』t』』），時間 t』』和空間（x』』，y』』，z』』）將是c』的函數。然而，很可能應該這樣來考慮問題：關於由弱力引起的運動的時空，在定義中應該以規范粒子的靜質量取作零時的速度c1取代光速c。由於「電弱理論」把弱力和電磁力統一起來了，因此有可能c1=c，則關於由弱力引起的運動的時空和關於由電磁力引起的運動的時空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關於由強力引起的運動的時空，在定義中應該以介子的靜質量取作零（在理論上取作零，在實際上沒有靜質量為零的介子）時的速度c』』取代光速c，c』』可能不等於c。則關於由強力引起的運動的時空（x』』，y』』，z』』，Ic』』t』』）不同於（x，y，z，ict）或（x』，y』，z』，ic』t』）。無論上述兩種考慮中哪一種是對的，整個物質世界的時空將是高於四維的多維時空。對於由短程力（或只是強力）引起的物質運動，如果時空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說需要建立新的量子場論、新的核物理學和新的粒子物理學等。如果研究的問題既清及長程力，又涉及短程力（尤其是強力），則更需要建立新的理論。
1）對量子力學的審思
從量子力學發展到量子場論的時候，遇到了「發散困難」[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國的費曼和施溫格提出「重整化」方法，克服了「發散困難」。但是「重整化」理論仍然存在著邏輯上的缺陷，並沒有徹底克服這一困難。「發散困難」的一個基本原因是粒子的「固有」能量（靜止能量）與運動能量、相互作用能量合在一起計算[6]，這與德布羅意波在υ=0時的異性。
我陷入一個兩難的處境：如果採用傳統的德布羅意關系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果採納修正的德布羅意關系，就必須面對使新的理論滿足相對論協變性的難題。是否有解決問題的其他途徑呢？我認為這個問題或許還與時間、空間的定義有關。量子力學理論中時寬人的定義實質上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規律，所以時間、空間都不是嚴格確定的，決定論的時空要領不再適用。在時間或空間的間隔非常小的時候，描寫事情順序的「前」、「後」概念將失去意義。此外，在重新定義時空時還應考慮相關的物質運動的類別。模糊數學已經發展得相當成熟了，把這個數學工具用到微觀世界時空的定義中去可能是很值得一試的。

⑵ 高中物理新課程理念有哪些

1.注重基礎性
本套教材的基礎性主要凸現於下列三方面：

●強調從生活走進物理，從物理走向社會，注重保護探索興趣；

●強調知識的構建過程，注重培養物理實驗、科學探究能力；

●強調基礎知識的學習，注重物理學核心概念的建立。

（1）強調從生活走進物理，從物理走向社會，注重保護探索興趣

（2）強調知識的構建過程，注重培養物理實驗、科學探究能力

（3）強調基礎知識的學習，注重物理學核心概念的建立

⑶ 近現代物理學領域三大理論成就

近現代物理學領域三大理論成就
1、經典力學的奠基者——伽利略
⑴突出成就是創立自由落體定律，推翻亞里士多德的學說。
⑵製造的望遠鏡證明了哥白尼的「日心說」(屬於天文學成就)
2、經典力學的建立者——牛 頓
⑴牛頓經典力學體系：
①牛頓力學三定律：慣性定律和加速度定律(伽利略研究為基礎)
作用力與反作用力定律(笛卡爾研究為基礎)
②萬有 引力 定律：萬 有 引 力 定 律(開普勒研究,自己創立的微積分做計算工具)
⑵建立標志：1687年,《自然哲學的數學原理》
3、現代物理學理論的發展
（1）量子論的誕生與發展——從普朗克到愛因斯坦
（2）相對論的建立——愛因斯坦

⑷ 現代物理學革命的兩個支柱理念是什麼及其作用和意義

應該是愛因斯坦的相對論以及量子力學的創立。讓我們更進一步認識了解真實的客觀世界，促進了現代科技的進步。

⑸ 近代物理學，現代物理學都包括哪些內容

現代物理學以相對論和量子力學為基礎，它的研究范圍已經擴展為從基本粒子到宇宙天體的各個領域，形成了許多分支學科和邊緣學科。
1.相對論
愛因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）創建的相對論主要是時空的理論，它放棄了牛頓的絕對時間和絕對空間，建立了相對論時空觀，使物理觀念發生了一場根本的變革。在相對論中，局限於慣性參考系的理論稱為狹義相對論，推廣到一般參考系和包括引力場在內的理論稱為廣義相對論。
（1）狹義相對論。
1905年，愛因斯坦建立了狹義相對論。狹義相對論有兩個基本假設：
① 相對性原理：所有慣性參考系都是等價的，物理規律對於所有慣性參考系都可以表述為相同形式；
② 光速不變原理：真空中的光速相對於任何慣性系沿任一方向恆為c，並與光源運動無關。
愛因斯坦從這兩個假設出發，推導出兩個慣性坐標系的時空變換關系即洛侖茲變換。從而徹底否定了「以太」的存在，並導出了運動剛體的「長度收縮」、運動時鍾的「時間延緩」、同時的相對性及新的速度合成法則等。狹義相對論的時空觀表明：第一，時間、空間和物質的運動是有密切聯系的，時間和空間的特性是相對的，時間間隔和空間間隔的量度並不具有不變性，而是隨物質運動狀態的變化而變化的；第二，時間和空間存在著不可分割的聯系，它們不能分割開來而獨立存在，一切物理現象和過程都是在X、Y、Z和t的統一的四維連續區中存在著。
愛因斯坦把狹義相對論用於電動力學，證明了麥克斯韋方程組符合相對性原理，建立了相對論電動力學。在這里，電場和磁場已不再各自是一個矢量，而是一個反對稱的四維張量，這個張量在不同的慣性系裡按一定的規律變換。電場和磁場是這個統一的張量的不同分量，它們對於不同的慣性系表現出來的效應是不同的。在某一個慣性系中表現出的是一個純粹的電場或磁場；在另一個慣性系中將同時表現出電場和磁場。這就是說，電磁場劃分為電場部分和磁場部分，只具有相對意義，它與觀察者所在的慣性系有關。
愛因斯坦還把相對論用於力學，建立了相對論力學。相對論力學能夠正確地描述高速運動的規律，並且，當速度v<<c時，相對論力學能夠過渡到經典力學。在相對論力學中，動量守恆和能量守恆這兩條定律被統一成一條定律，給出了物體質量隨速度增長的關系式以及質能關系式E=mc2，後者反映了質量與能量的等效關系。
（2）廣義相對論。
從1907到1915年，愛因斯坦提出並建立了廣義相對論。這個理論的出發點是引力質量和慣性質量相等這一事實，由此可以提出等效原理的假設：引力場同參照系的相當的加速度在物理上完全等價。根據廣義相對論，萬有引力效應是空間、時間彎曲的一種表現。空間、時間的彎曲結構，決定於物質的能量密度與動量密度在空間、時間中的分布；而空間、時間的彎曲結構，又反過來決定物體的運行軌道。愛因斯坦由廣義相對論作出的譜線紅移、光線彎曲、行星軌道近日點運動的預言，已經被一些實驗證實。
2.量子力學
量子力學是研究微觀粒子基本運動規律的理論。1923年，德布羅意（Louis de Broglie，1892—）提出物質波理論，開創了量子力學的時代。德布羅意認為，不僅光有波粒二象性，實物粒子也有波粒二象性。他還把描寫物質粒子性的物理量與描寫物質波動性的物理量聯系起來，寫出了以他的名字命名的關系式。1926年，薛定諤(1887--1961)根據德布羅意物質波思想，引入波函數，得出了量子力學的基本方程--薛定諤方程（波動方程），還進而建立了微擾理論，詳細計算了散射等問題，完成了波動力學的創建工作。
差不多同時，海森伯（Werner Karl Heisenberg，1901—1976）等人從量子化條件出發建立了矩陣力學，並成功地解決了氫原子能級、斯塔克效應、氫原子在電場和磁場中能級的移動等問題。波動力學和矩陣力學是從兩個不同的方面研究一個共同的問題，它們的效果是相同的，可以通過數學變換從一個理論轉換為另一理論。人們把波動力學和矩陣力學合在一起，統稱為量子力學。1925—1930年，狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac，1902—1984）對量子力學理論作了全面總結，還建立了相對論量子力學。
3.現代物理學的各個領域
（1）量子光學和現代光學。
1900年，普朗克（Max Planck，1858—1947）在解釋黑體輻射時提出了能量子假說，認為各種頻率的電磁波只能以一定的能量子方式從振子發射，能量子是不連續的，其大小隻能是電磁波（或光）的頻率與普朗克常數乘積的整數倍。1905年愛因斯坦發展了普朗克的能量子假設，把量子論貫穿到整個輻射和吸收過程中，提出了光量子（光子）理論，圓滿解釋了光電效應。其後的康普頓效應進一步證明了光量子理論。
量子力學的理論表明，光既具有波的性質，也具有粒子的性質，即波粒二象性。但光子不同於17世紀微粒說中的粒子，光子是和光的頻率聯系著的。
20世紀60年代前後，激光器的問世、全息攝影技術的應用、光纖通訊的發展、紅外技術和遙感技術的出現，使光學進入現代光學的新時代，形成一些新的分支學科或邊緣學科，如傅里葉光學、非線性光學、激光光譜學、集成光學等。
（2）原子物理。
1911年，盧瑟福（Ernst Rutherford，1871—1937）通過實驗提出原子的有核模型，但在經典物理下，該模型同原子的穩定性發生了矛盾。1913年，玻爾（Niels Bohr，1885—1962）將量子觀念引入原子系統，通過定態假設和頻率假設兩個假說建立了他的原子結構理論，並成功地解釋了氫原子光譜規律。後來，人們又提出空間量子化的概念，研究了原子的殼層結構，發現了電子的自旋，不斷修正了原子結構理論。
這種在量子力學之前形成的原子理論，是有很大局限性的，其關鍵在於未能用波粒二象性去考慮原子問題。在這個理論中，研究范圍每擴大一步，一般都要附帶進若干新的假設或某些經驗公式，因此它不是一種完整的理論。只有以量子力學為基礎對原子結構進行研究，才能得到原子結構的精確描述。
（3）原子核物理。
原子核物理研究原子核的特性、結構和變化。1920年以前，盧瑟福等人發現了質子，1932年查德威克（James Chadwick，1891—1974）發現中子，從此人們認識到原子核是由質子和中子構成的。此後，人們曾提出各種核模型假設來解釋原子核的某些運動規律和現象。這些模型比較重要的有液滴模型、α粒子模型、費米氣體模型、殼層模型、單粒子殼模型、多粒子殼模型、集體運動模型、統一模型等等。但直到目前還沒有一個模型能夠解釋所有的實驗事實，原子核結構仍然是人們正在進行探索的一個重大課題。
早在1896年，人們就發現了天然放射性現象，使傳統的元素不變的觀念受到巨大沖擊。從1919年起，人們又實現了原子核的人工蛻變，這是實現人工核反應的重大突破。1938年，用中子轟擊鈾導致了核裂變的發現，根據相對論的質能關系，核裂變的質量虧損會產生巨大的能量。1942年，第一座原子反應堆在美國芝加哥大學建成並開始運轉，開始了人類利用原子能的新紀元。1952年以後，人們又實現了輕核聚變，產生了比裂變大得多的能量。
（4）粒子物理。
目前實驗上所能探測到的物質結構最深層次的研究，稱為粒子物理學，也稱為高能物理學。1932年安德森（Carl Darid Ander-son，1905—）在宇宙射線中發現了正電子，標志著粒子物理學的誕生。隨後逐步發現了一系列新的粒子。早期發現的粒子，都是來自宇宙射線，50年代以後，由於各種加速器相繼問世，大批粒子不斷地被發現。到目前為止，已經發現的粒子有幾百種之多，而且看來還會不斷有新的發現。
①粒子之間的四種相互作用。
粒子之間存在著復雜的相互作用，能夠產生和消滅。粒子之間有四種相互作用：引力相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和強相互作用。四種相互作用都是隨著粒子之間距離的增加而減弱。引力作用和電磁作用是隨著距離的改變按照平方反比的規律變化，屬於長程力。弱作用和強作用隨著距離的增加，比平方反比的減弱還要快得多，屬於短程力。按照所參與相互作用的不同，可以把已發現的粒子分為三大類：規范粒子、輕子和強子。
② 對稱性及其對應的守恆定律。
對稱性的研究為建立粒子物理理論提供了線索。物理規律的某種對稱性對應著相應的守恆定律。在宏觀物理中成立的質能守恆、角動量守恆、動量守恆和電荷守恆，在粒子物理中仍舊有效。此外，粒子運動還遵守重子數守恆、電輕子數守恆和μ輕子數守恆等守恆定律。粒子物理中還有一些在某種相互作用中受到破壞的守恆定律，如宇稱守恆定律在弱相互作用下就不成立。
③ 強子的內部結構。
從本世紀50年代開始，人們意識到強子具有內部結構並得到了實驗證實。1964年，蓋爾曼（Murry Gell-Mann，1929—）提出強子結構的誇克模型。1974年，丁肇中（1936—）和里希特（Burton Richter，1931—）同時發現了J/ψ粒子，為誇克模型的真實性提供了有力的證據。理論上預言有六種誇克，現在已經發現了五種，第六種誇克的實驗發現還有待於進一步的證實。雖然誇克在強子內部可以相當自由的運動，但即使用目前最大的加速器也沒能將誇克打出來。很多人認為這是「誇克禁閉」造成的。因為誇克之間的相互作用是通過交換膠子實現的，膠子在強子內部起「粘膠」作用，有八種不同色荷的膠子以不同形式把誇克粘合在一起，在誇克之間傳遞相互作用。1979年，丁肇中等人在實驗中證實了膠子的存在，給研究強相互作用的量子色動力學以有力的支持。
④量子場論。
波粒二象性，以及粒子的產生和消滅，是微觀、高速物理中的普遍現象。在高能情況下，不可能像在非相對論情況中那樣來區分粒子和場。把粒子和場統一處理並能反映粒子轉化的基本理論叫做量子場論。從1927年起經過二十多年時間由狄拉克等人建立的量子電動力學是最早的量子場論。在量子電動力學中，各種粒子均用相應的量子場來描述。空間、時間中的每一點的量子場均以算符來表示，稱為場算符。場算符滿足正則對易關系與形式上的哈密頓方程。在薛定諤方程的基礎上，加進產生與湮滅算符，叫做二次量子化。重整化方法的引入，使量子電動力學成為一個完整的描繪微觀電磁相互作用的精確理論，理論和實驗之間的符合達到驚人的程度。但是，量子電動力學本身在邏輯上不夠自洽，其研究方法在向弱相互作用和強相互作用擴展時也遇到了難以克服的困難。
⑤規范場論。
最有可能把四種相互作用統一起來的量子場論是近年來崛起的規范場論。該理論企圖在進行超對稱的局部變換時，讓方程中所涉及的每一種對稱性都引入一種規范場，從而將包括引力在內的四種相互作用都包含在一個共同的理論框架之中，實現全面的大統一。1961年格拉肖（Sheldon Lee Glashow，1932—）提出弱相互作用和電磁相互作用統一的理論模型。1967年和1968年，溫伯格（Steven Weinberg，1933—）和薩拉姆（Abs Salam，1926—）在規范場論基礎上實現了弱相互作用和電磁相互作用的統一，並為一系列實驗所證明。
（5）量子統計物理。
1900年普朗克提出能量子假設，也標志著初期量子統計的開端。在經典統計方法中加進能量量子化的假設，可以成功地推導出與黑體輻射實驗相符的普朗克公式，還可以推導出與實驗符合得很好的固體比熱公式和多原子氣體比熱公式。量子力學的建立改變了經典統計力學的統計方法，形成了量子統計物理。
量子統計與經典統計的區別，主要反映在以下四點：
① 由於能量的變化是不連續的，能量在相空間中的代表點不是充滿各處，而僅僅存在於某一些區域中，因此經典統計中的相空間積分應當改為直接求各能級的分配數的總和；
② 由於全同粒子的不可辨別性，相同粒子的互換不能算作一個新的微觀態；
③ 由於測不準關系的限制，相空間的小體積不能取得任意小；
④ 費米子由於受泡利不相容原理的限制，每一相格只容許至多一個粒子，而對於玻色子，每一相格所容許的粒子數目沒有限制，因此對費米子和玻色子要用不同的方法進行統計。
用量子統計，能夠精確地解釋黑體輻射、金屬中自由電子的比熱等問題，並可導出熱力學第三定律。
（6）凝聚態物理。
凝聚態物理研究凝聚態（固態與液態）物質的微觀結構、物理性質及其內部運動規律。它是由固體物理學發展起來的，是現代物理學中最龐大的一個分支。它包括了固體物理學、晶體學、金屬物理學、半導體物理學、超導體物理學，還包括近年來興起的表面物理學、非晶態物理學等等。下面簡單介紹一下其中的固體物理學、半導體物理學和超導體物理學。
①固體物理。
固體物理學主要的研究對象是晶態固體。19世紀，人們就已經積累了關於晶體幾何結構的大量知識。20世紀初，實驗和理論都為固體物理學的建立提供了堅實的基礎。1912年，勞厄（Maxvon Lane，1879—1960）首先指出晶體可以作為X射線的衍射光柵，使人們通過實驗觀測對晶體結構有了較深入的了解。量子理論的發現，使人們能夠更加深入和比較正確地描述晶體內部微觀粒子的運動過程。在這個基礎上，1928年布洛赫（F.BLoch，1905—）提出，晶體中原子的周期排列形成了對自由電子運動有影響的周期性勢場，在這種勢場中，電子占據的、彼此相隔很近的可能能級形成能帶，能帶間有一定的間隙，稱為禁帶。這個能帶理論為固體提供了一個普遍適用的微觀模型。固體能帶論和晶格動力學使固體物理學成為一門系統的基礎學科，在處理晶體性能方面獲得了重大成功。例如，這些理論得出了區分導體、半導體和絕緣體的微觀判據，形成了位錯、晶體缺陷等方面系統的理論。
②半導體物理。
能帶理論為半導體物理的發展奠定了基礎。半導體是依靠導帶中的電子或價帶中的空穴導電的，其導電性能可通過摻入雜質原子取代原來的原子而進行控制。近年來，半導體物理的研究已經深入和擴展到半導體能帶超精細結構的研究、半導體發光機制及半導體光導性質的研究等領域，表面物理也成為半導體物理學的一個重要研究內容。半導體物理的研究導致了1947年晶體管的發明和1959年集成電路的發明。當代集成電路技術與計算機技術的結合，已從根本上改變了整個工業、甚至整個社會的面貌，促進了新的世界技術革命的到來。
③超導物理。
超導體物理學研究超導現象和超導體材料的特性。當溫度下降到臨界溫度時金屬突然失去電阻的現象稱為超導現象。它是1911年由昂內斯（H.K.Onnes，1853—1926）首先發現的。1933年發現了超導體的完全抗磁性，即邁斯納效應。1958年巴丁（Jhon Bardeen，1908—）等人提出了一個超導現象的微觀理論，大體上說明了超導現象的起源。1962年，人們發現了超導隧道效應，還提出了電子——聲子相互作用的強耦合超導理論。目前世界各國都在加緊對高溫超導材料的研究，已經研製出超導溫度為攝氏零下幾十度的高溫超導材料。
（7）天體物理。
天體物理研究天體的物質結構以及天體的形成和演化。從20世紀30年代到60年代，逐漸形成了關於恆星的比較統一的理論。恆星的前身（星胚）是由彌漫稀薄的星際物質通過引力塌縮而凝聚成密度較大的氣體和塵埃雲。在塌縮過程中星胚中心密度增大、溫度增高，逐漸發熱發光，形成星前天體。引力收縮是星前天體的能源。當星胚核心溫度升高到一千萬度時，氫核聚變開始成為主要能源，這時進入主星序階段，一個真正的恆星便形成了。據計算，恆星只用幾百萬年甚至幾十萬年就走完了星前階段，而主星序則長達10億年到100億年。恆星演化的末期，將出現三類天體：白矮星、中子星和黑洞。目前，白矮星和中子星已被大量發現，黑洞的發現尚有待於進一步證實。在宇宙整體的研究方面，人們提出了宇宙膨脹理論和大爆炸理論，並且找到了一些實驗證據。
（8）非平衡統計物理。
非平衡統計物理研究處於非平衡態的物質系統。經典統計力學認為，物質系統的演化是一種從有序到無序的不可逆過程。但生物界的有些現象卻與此相反，如生物的進化就是從低級到高級、從無序到有序乃至高度有序發展的。這樣，物理學和生物學這兩種演化觀就表現出尖銳的對立。這告訴我們，物理系統也應存在著從無序到有序的演化過程。1969年，普里高津（N.G.Pri- gogine，1917—）提出耗散結構理論，為尋找從無序到有序提供了新的思想。普里高津認為，處在遠離平衡態的不穩定狀態的開放系統，如果內部各要素間存在著非線性的相互作用，在穩定性被破壞後，可能向新的穩定狀態進行，在這個過程中，可以出現有序結構（耗散結構）。1973年，哈肯（Hermann Haken，1927—）從另一角度提出了一種研究從無序到有序的理論——協同學，它是一種產生自組織有序結構和功能行為的理論。
（9）生物物理。
生物物理學用物理學的理論和實驗技術研究生命現象。從20世紀30年代到50年代，一批物理學家在晶體分析技術的基礎上，逐步弄清了蛋白質的基本結構。1944年，薛定諤用量子力學的觀點討論了遺傳問題，他設想，基因是一種同分異構的連續體構成的非周期性晶體，在它的巨大數量的原子或原子群的排列組合中，蘊含著一種微型密碼，這種密碼形成遺傳信息。50年代初，一些物理學家開始對遺傳的物質基礎DNA（脫氧核糖核酸）進行結構細節的晶體研究。1953年，物理學家克里克（F.H.C.Crick，1916—）和病毒遺傳學家沃森（J.D.Watson，1928—）一起，提出了DNA雙螺旋結構的分子模型，並提出DNA分子結構的遺傳含義。他們認為，DNA雙螺旋結構就是攜帶著遺傳密碼的基因，一個DNA分子能夠復制出兩個完全相同的DNA分子。在DNA如何控制蛋白質合成的進一步探究中，物理學家伽莫夫（G.Gamov，1904—1968）根據排列組合提出「三聯體密碼子」假說，提出共有64種遺傳密碼。到1969年，這64種遺傳密碼已全部測出並被列成密碼表。遺傳信息之謎的破譯，是20世紀自然科學最偉大的成就之一。

⑹ 經典物理和現代物理，現代物理有哪些呢

現代物理學（Modern physics）所涉及的物理學領域包括量子力學與相對論，與牛頓力學為核心的經典物理學相異。現代物理研究的對象有時小於原子或分子尺寸，用來描述微觀世界的物理現象。愛因斯坦創立的相對論經常被視為現代物理學的范疇。歷史19世紀未，物理學家相信他們已經明白了物理學的大部份，牛頓力學、電磁學、熱力學和光學對日常生活所見的各種現象提供了完滿的解釋和准確的預測。20世紀初，量子力學和相對論先後被發展出來，並大大改變了人類對自然的了解。「現代物理學」一詞通常指20世紀往後所發展的物理學理論，特別是量子力學和相對論。