從物理學史的角度如何認識場

『壹』 物理學的發展史

近代意義的物理學誕生於歐洲15—17世紀。人們一般將歐洲歷史作為物理學史的社會背景。從遠古到公元5世紀屬古代史時期；5—13世紀為中世紀時期；14—16世紀為文藝復興運動時期；16—17世紀為科學革命時期，以N.哥白尼、伽利略、牛頓為代表的近代科學在此時期產生。

從此之後，科學隨各個世紀的更替而發展。近半個世紀，人們按照物理學史特點，將其發展大致分期如下：從遠古到中世紀屬古代時期。從文藝復興到19世紀，是經典物理學時期。牛頓力學在此時期發展到頂峰，其時空觀、物質觀和因果關系影響了光、聲、熱、電磁的各學科。

甚而影響到物理學以外的自然科學和社會科學。隨著20世紀的到來，量子論和相對論相繼出現；新的時空觀、概率論和不確定度關系等在宇觀和微觀領域取代牛頓力學的相關概念，人們稱此時期為近代物理學時期。

(1)從物理學史的角度如何認識場擴展閱讀：

伽利略·伽利雷（1564~1642年）人類現代物理學的創始人，奠定了人類現代物理科學的發展基礎。1900~1926年 建立了量子力學。1926年 建立了費米狄拉克統計。1927年 建立了布洛赫波的理論。1928年 索末菲提出能帶的猜想。1929年 派爾斯提出禁帶、空穴的概念。

同年貝特提出了費米面的概念。1947年貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克萊發明了晶體管，標志著信息時代的開始。1957年 皮帕得測量了第一個費米面超晶格材料納米材料光子。1958年傑克.基爾比發明了集成電路。20世紀70年代出現了大規模集成電路。

發展前景：

應用物理學專業的畢業生主要在物理學或相關的科學技術領域中從事科研、教學、技術開發和相關的管理工作。科研工作包括物理前沿問題的研究和應用，技術開 發工作包括新特性物理應用材料如半導體等，應用儀器的研製如醫學儀器、生物儀器、科研儀器等。

應用物理專業的就業范圍涵蓋了整個物理和工程領域，融物理理 論和實踐於一體，並與多門學科相互滲透。應用物理學專業的學生如具有扎實的物理理論的功底和應用方面的經驗，能夠在很多工程技術領域成為專家。我國每年培養本科應用物理專業人才約12000人。

和該專業存在交叉的專業包括物理專業，工程物理專業，半導體和材料專業等。人才需求方面，我國對應用物理專業的人才需求仍舊是供不應求。

『貳』 物理學史的發展史

物理學是研究物質及其行為和運動的科學。它是最早形成的自然科學之一，如果把天文學包括在內則有可能是名副其實歷史最悠久的自然科學。最早的物理學著作是古希臘科學家亞里士多德的《物理學》。形成物理學的元素主要來自對天文學、光學和力學的研究，而這些研究通過幾何學的方法統合在一起形成了物理學。這些方法形成於古巴比和古希臘時期，當時的代表人物如數學家阿基米德和天文學家托勒密；隨後這些學說被傳入阿拉伯世界，並被當時的阿拉伯科學家海什木等人發展為更具有物理性和實驗性的傳統學說；最終這些學說傳入了西歐，首先研究這些內容的學者代表人物是羅吉爾·培根。然而在當時的西方世界，哲學家們普遍認為這些學說在本質上是技術性的，從而一般沒有察覺到它們所描述的內容反映著自然界中重要的哲學意義。而在古代中國和印度的科學史上，類似的研究數學的方法也在發展中。
在這一時代，包含著所謂「自然哲學」（即物理學）的哲學所集中研究的問題是，在基於亞里士多德學說的前提下試圖對自然界中的現象發展出解釋的手段（而不僅僅是描述性的）。根據亞里士多德以及其後蘇格拉底的哲學，物體運動是因為運動是物體的基本自然屬性之一。天體的運動軌跡是正圓的，這是因為完美的圓軌道運動被認為是神聖的天球領域中的物體運動的內在屬性。沖力理論作為慣性與動量概念的原始祖先，同樣來自於這些哲學傳統，並在中世紀時由當時的哲學家菲洛彭洛斯、伊本·西那、布里丹等人發展。而古代中國和印度的物理傳統也是具有高度的哲學性的。 在十七世紀的歐洲，自然哲學家逐漸展開了一場針對中世紀經院哲學的進攻，他們持有的觀點是，從力學和天文學研究抽象出的數學模型將適用於描述整個宇宙中的運動。被譽為「現代自然科學之父」的義大利（或按當時地理為托斯卡納大公國）物理學家、數學家、天文學家伽利略·伽利萊就是這場轉變中的領軍人物。伽利略所處的時代正值思想活躍的文藝復興之後，在此之前列奧納多·達芬奇所進行的物理實驗、尼古拉斯·哥白尼的日心說以及弗朗西斯·培根提出的注重實驗經驗的科學方法論都是促使伽利略深入研究自然科學的重要因素，哥白尼的日心說更是直接推動了伽利略試圖用數學對宇宙中天體的運動進行描述。伽利略意識到這種數學性描述的哲學價值，他注意到哥白尼對太陽、地球、月球和其他行星的運動所作的研究工作，並認為這些在當時看來相當激進的分析將有可能被用來證明經院哲學家們對自然界的描述與實際情形不符。伽利略進行了一系列力學實驗闡述了他關於運動的一系列觀點，包括藉助斜面實驗和自由落體實驗批駁了亞里士多德認為落體速度和重量成正比的觀點，還總結出了自由落體的距離與時間平方成正比的關系，以及著名的斜面理想實驗來思考運動的問題。他在1632年出版的著作《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》中提到：「只要斜面延伸下去，球將無限地繼續運動，而且不斷加速，因為此乃運動著的重物的本質。」，這種思想被認為是慣性定律的前身。但真正的慣性概念則是由笛卡爾於1644年所完成，他明確地指出了「除非物體受到外因作用，否則將永遠保持靜止或運動狀態」，而「所有的運動本質都是直線的」。
伽利略在天文學上最著名的貢獻是於1609年改良了折射式望遠鏡，並藉此發現了木星的四顆衛星、太陽黑子以及金星類似於月球的相。伽利略對自然科學的傑出貢獻體現在他對力學實驗的興趣以及他用數學語言描述物體運動的方法，這為後世建立了一個基於實驗研究的自然哲學傳統。這個傳統與培根的實驗歸納的方法論一起，深刻影響了一批後世的自然科學家，包括義大利的埃萬傑利斯塔·托里拆利、法國的馬林·梅森和布萊茲·帕斯卡、荷蘭的克里斯蒂安·惠更斯、英格蘭的羅伯特·胡克和羅伯特·波義耳。 三大定律和萬有引力定律
艾薩克·牛頓
1687年，英格蘭物理學家、數學家、天文學家、自然哲學家艾薩克·牛頓出版了《自然哲學的數學原理》一書，這部里程碑式的著作標志著經典力學體系的正式建立。牛頓在人類歷史上首次用一組普適性的基礎數學原理——牛頓三大運動定律和萬有引力定律——來描述宇宙間所有物體的運動。牛頓放棄了物體的運動軌跡是自然本性的觀點（例如開普勒認為行星運動軌道本性就是橢圓的），相反，他指出，任何現在可觀測到的運動、以及任何未來將發生的運動，都能夠通過它們已知的運動狀態、物體質量和外加作用力並使用相應原理進行數學推導計算得出。
伽利略、笛卡爾的動力學研究（「地上的」力學），以及開普勒和法國天文學家布里阿德在天文學領域的研究（「天上的」力學）都影響著牛頓對自然科學的研究。（布里阿德曾特別指出從太陽發出到行星的作用力應當與距離成平方反比關系，雖然他本人並不認為這種力真的存在）。1673年惠更斯獨立提出了圓周運動的離心力公式（牛頓在1665年曾用數學手段得到類似公式），這使得在當時科學家能夠普遍從開普勒第三定律推導出平方反比律。羅伯特·胡克、愛德蒙·哈雷等人由此考慮了在平方反比力場中物體運動軌道的形狀，1684年哈雷向牛頓請教了這個問題，牛頓隨後在一篇9頁的論文（後世普遍稱作《論運動》）中做了解答。在這篇論文中牛頓討論了在有心平方反比力場中物體的運動，並推導出了開普勒行星運動三定律。其後牛頓發表了他的第二篇論文《論物體的運動》，在這篇論文中他闡述了慣性定律，並詳細討論了引力與質量成正比、與距離平方成反比的性質以及引力在全宇宙中的普遍性。這些理論最終都匯總到牛頓在1687年出版的《原理》一書中，牛頓在書中列出了公理形式的三大運動定律和導出的六個推論（推論1、2描述了力的合成和分解、運動疊加原理；推論3、4描述了動量守恆定律；推論5、6描述了伽利略相對性原理）。由此，牛頓統一了「天上的」和「地上的」力學，建立了基於三大運動定律的力學體系。
牛頓的原理（不包括他的數學處理方法）引起了歐洲大陸哲學家們的爭議，他們認為牛頓的理論對物體運動和引力缺乏一個形而上學的解釋從而是不可接受的。從1700年左右開始，大陸哲學和英國傳統哲學之間產生的矛盾開始升級，裂痕開始增大，這主要是根源於牛頓與萊布尼茲各自的追隨者就誰最先發展了微積分所展開的唇槍舌戰。起初萊布尼茲的學說在歐洲大陸更占上風（在當時的歐洲，除了英國以外，其他地方都主要使用萊布尼茲的微積分符號），而牛頓個人則一直為引力缺乏一個哲學意義的解釋而困擾，但他在筆記中堅持認為不再需要附加任何東西就可以推論出引力的實在性。十八世紀之後，大陸的自然哲學家逐漸接受了牛頓的這種觀點，對於用數學描述的運動，開始放棄作出本體論的形而上學解釋。 牛頓的理論體系是建立在他的絕對時間和絕對空間的假設之上的，牛頓對時間和空間有著如下的理解： 「 絕對的、真正的和數學的時間自身在流逝著，而且由於其本性而在均勻地、與任何外界事物無關地流逝著。 」 「 絕對空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關而永遠是相同的和不動的。 」 —牛頓， 《自然哲學的數學原理》 牛頓從絕對時空的假設進一步定義了「絕對運動」和「絕對靜止」的概念，為了證明絕對運動的存在性，牛頓還在1689年構思了一個理想實驗，即著名的水桶實驗。在水桶實驗中，一個注水的水桶起初保持靜止。當它開始發生轉動時，水桶中的水最初仍保持靜止，但隨後也會隨著水桶一起轉動，於是可以看到水漸漸地脫離其中心而沿桶壁上升形成凹狀，直到最後和水桶的轉速一致，水面相對靜止。牛頓認為水面的升高顯示了水脫離轉軸的傾向，這種傾向不依賴於水相對周圍物體的任何移動。牛頓的絕對時空觀作為他理論體系的基礎假設，卻在其後的兩百年間倍受質疑。特別是到了十九世紀末，奧地利物理學家恩斯特·馬赫在他的《力學史評》中對牛頓的絕對時空觀做出了尖銳的批判。
新課標高考：高中物理學史匯總，本專題肯定會在2013年高考理綜物理試題中出現，一般小題形式出現。大家一定要注意了解這方面的內容。這個比較簡單，背熟就可以了！I.必考部分：（必修1、必修2、選修3-1、3-2）一、力學：1．1638年，義大利物理學家伽利略在《兩種新科學的對話》中用科學推理論證重物體和輕物體下落一樣快。並在比薩斜塔做了兩個不同質量的小球下落的實驗，證明了他的觀點是正確的，推翻了古希臘學者亞里士多德的觀點（即：質量大的小球下落快是錯誤的）。2．1654年，德國的馬德堡市做了一個轟動一時的實驗——馬德堡半球實驗。3．1687年，英國科學家牛頓在《自然哲學的數學原理》著作中提出了三條運動定律（即牛頓三大運動定律）。4．17世紀，伽利略通過構思的理想實驗指出：在水平面上運動的物體若沒有摩擦，將保持這個速度一直運動下去。得出結論：力是改變物體運動的原因，推翻了亞里士多德的觀點：力是維持物體運動的原因。同時代的法國物理學家笛卡兒進一步指出：如果沒有其它原因，運動物體將繼續以同速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。5．英國物理學家胡克對物理學的貢獻：胡克定律 。經典題目：胡克認為只有在一定的條件下，彈簧的彈力才與彈簧的形變數成正比（對）6．1638年，伽利略在《兩種新科學的對話》一書中，運用觀察 ——假設——數學推理的方法，詳細研究了拋體運動。7．人們根據日常的觀察和經驗，提出「地心說」，古希臘科學家托勒密是代表。而波蘭天文學家哥白尼提出了「日心說」，大膽反駁地心說。8．17世紀，德國天文學家開普勒提出開普勒三大定律。9．牛頓於 1687年正式發表萬有引力定律 。1798年英國物理學家卡文迪許利用扭秤實驗裝置比較准確地測出了引力常量。10．1846年，英國劍橋大學學生亞當斯和法國天文學家勒維烈（勒維耶）應用萬有引力定律，計算並觀測到海王星。1930年，美國天文學家湯苞用同樣的計算方法發現冥王星。11．我國宋朝發明的火箭是現代火箭的鼻祖，與現代火箭原理相同。但現代火箭結構復雜，其所能達到的最大速度主要取決於噴氣速度和質量比（火箭開始飛行的質量與燃料燃盡時的質量比）。俄國科學家齊奧爾科夫斯基被稱為近代火箭之父，他首先提出了多級火箭和慣性導航的概念。多級火箭一般都是三級火箭，我國已成為掌握載人航天技術的第三個國家。12．1957年10月，蘇聯發射第一顆人造地球衛星。1961年4月，世界第一艘載人宇宙飛船 「東方1號」帶著尤里加加林第一次踏入太空。13．20世紀初建立的量子力學和愛因斯坦提出的狹義相對論表明經典力學不適用於微觀粒子和高速運動物體。二、電磁學：13．1785年法國物理學家庫侖利用扭秤實驗發現了電荷之間的相互作用規律 －－庫侖定律，並測出了靜電力常量k的值。14．1752年，富蘭克林在費城通過風箏實驗驗證閃電是放電的一種形式，把天電與地電統一起來，並發明避雷針。15．1837年，英國物理學家法拉第最早引入了電場概念，並提出用電場線表示電場。16．1913年，美國物理學家密立根通過油滴實驗精確測定了元電荷e電荷量，獲得諾貝爾獎。17．1826年德國物理學家歐姆（1787～1854）通過實驗得出歐姆定律。18．1911年，荷蘭科學家昂尼斯（或昂納斯）發現大多數金屬在溫度降到某一值時，都會出現電阻突然降為零的現象－－超導現象。19．19世紀，焦耳和楞次先後各自獨立發現電流通過導體時產生熱效應的規律，即焦耳－－楞次定律。20．1820年，丹麥物理學家奧斯特發現電流可以使周圍的小磁針發生偏轉，稱為電流磁效應。21．法國物理學家安培發現兩根通有同向電流的平行導線相吸，反向電流的平行導線則相斥，同時提出了安培分子電流假說。並總結出安培定則（右手螺旋定則）判斷電流與磁場的相互關系和左手定則判斷通電導線在磁場中受到磁場力的方向。22．荷蘭物理學家洛侖茲提出運動電荷產生了磁場和磁場對運動電荷有作用力（洛倫茲力）的觀點。23．英國物理學家湯姆孫發現電子，並指出：陰極射線是高速運動的電子流。24．湯姆孫的學生阿斯頓設計的質譜儀可用來測量帶電粒子的質量和分析同位素。25．1932年，美國物理學家勞倫茲發明了迴旋加速器能在實驗室中產生大量的高能粒子。最大動能僅取決於磁場和D形盒直徑。帶電粒子圓周運動周期與高頻電源的周期相同 。但當粒子動能很大，速率接近光速時，根據狹義相對論，粒子質量隨速率顯著增大，粒子在磁場中的迴旋周期發生變化，進一步提高粒子的速率很困難。26．1831年，英國物理學家法拉第發現了由磁場產生電流的條件和規律 ——電磁感應定律。27．1834年，俄國物理學家楞次發表確定感應電流方向的定律－－楞次定律。28．1835年，美國科學家亨利發現自感現象（因電流變化而在電路本身引起感應電動勢的現象），日光燈的工作原理即為其應用之一，雙繞線法制精密電阻為消除其影響應用之一。Ⅱ．選考部分：（選修3-3、3-4、3-5）三、熱學（3-3選考）：29．1827年，英國植物學家布朗發現懸浮在水中的花粉微粒不停地做無規則運動的現象－－布朗運動。30．19世紀中葉，由德國醫生邁爾 。英國物理學家焦爾。德國學者亥姆霍茲最後確定能量守恆定律。31．1850年，克勞修斯提出熱力學第二定律的定性表述：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響，稱為克勞修斯表述。次年開爾文提出另一種表述：不可能從單一熱源取熱，使之完全變為有用的功而不產生其他影響，稱為開爾文表述。32．1848年，開爾文提出熱力學溫標，指出絕對零度（ -273.15℃）是溫度的下限。熱力學溫標與攝氏溫度轉換關系為T=t+273.15 K。熱力學第三定律：熱力學零度不可達到。四、波動學、光學、相對論（3-4選考）：33．17世紀，荷蘭物理學家惠更斯確定了單擺周期公式。周期是2s的單擺叫秒擺。34．1690年，荷蘭物理學家惠更斯提出了機械波的波動現象規律--惠更斯原理。35．奧地利物理學家多普勒（1803～1853）首先發現由於波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率發生變化的現象－－多普勒效應(相互接近，f增大。相互遠離，f減少)。36．1864年，英國物理學家麥克斯韋發表《電磁場的動力學理論》的論文，提出了電磁場理論，預言了電磁波的存在，指出光是一種電磁波，為光的電磁理論奠定了基礎。電磁波是一種橫波。37．1887年，德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在，並測定了電磁波的傳播速度等於光速。38．1894年，義大利馬可尼和俄國波波夫分別發明了無線電報，揭開無線電通信的新篇章。39．1800年，英國物理學家赫歇耳發現紅外線。1801年，德國物理學家裡特發現紫外線。1895年，德國物理學家倫琴發現x射線（倫琴射線），並為他夫人的手拍下世界上第一張x射線的人體照片。40．1621年，荷蘭數學家斯涅耳找到了入射角與折射角之間的規律－－折射定律。41．1801年，英國物理學家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現象。42．1818年，法國科學家菲涅爾和泊松計算並實驗觀察到光的圓板衍射－－泊松亮斑。43．1864年，英國物理學家麥克斯韋預言了電磁波的存在，並指出光是一種電磁波。1887年，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，光是一種電磁波。44．1905年，愛因斯坦提出了狹義相對論，有兩條基本原理：①相對性原理－－不同的慣性參考系中，一切物理規律都是相同的。②光速不變原理－－不同的慣性參考系中，光在真空中的速度一定是c不變。45．愛因斯坦還提出了相對論中的一個重要結論——質能方程式E=mc2。46．公元前 468～前376，我國的墨翟及其弟子在《墨經》中記載了光的直線傳播。影的形成。光的反射。平面鏡和球面鏡成像等現象，為世界上最早的光學著作。47．1849年法國物理學家斐索首先在地面上測出了光速，以後又有許多科學家採用了更精密的方法測定光速，如美國物理學家邁克爾遜的旋轉棱鏡法。（注意其測量方法）48．關於光的本質：17世紀明確地形成了兩種學說：一種是牛頓主張的微粒說，認為光是光源發出的一種物質微粒。另一種是荷蘭物理學家惠更斯提出的波動說，認為光是在空間傳播的某種波。這兩種學說都不能解釋當時觀察到的全部光現象。49．物理學晴朗天空上的兩朵烏雲：①邁克遜－莫雷實驗一相對論（高速運動世界）；②熱輻射實驗一一量子論（微觀世界）。50．19世紀和20世紀之交，物理學的三大發現：x射線的發現，電子的發現，放射性 同位素的發現。51．1905年，愛因斯坦提出了狹義相對論，有兩條基本原理：①相對性原理－－不同的慣性參考系中，一切物理規律都是相同的。②光速不變原理－－不同的慣性參考系中，光在真空中的速度一定是c不變。52．1900年，德國物理學家普朗克解釋物體熱輻射規律提出能量子假說：物質發射或吸收能量時，能量不是連續的，而是一份一份的，每一份就是一個最小的能量單位，即能量子。53．激光--被譽為20世紀的「世紀之光」。五、動量、波粒二象性、原子物理（3-5選考）：54．1900年，德國物理學家普朗克為解釋物體熱輻射規律提出：電磁波的發射和吸收不是連續的，而是一份一份的，把物理學帶進了量子世界。受其啟發1905年愛因斯坦提出光子說，成功地解釋了光電效應規律，因此獲得諾貝爾物理獎。55．1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨中的電子對x射線的散射時－－康普頓效應，證實了光的粒子性（說明動量守恆定律和能量守恆定律同時適用於微觀粒子）。56．1913年，丹麥物理學家玻爾提出了自己的原子結構假說，成功地解釋和預言了氫原子的輻射電磁波譜，為量子力學的發展奠定了基礎。57．1924年，法國物理學家德布羅意大膽預言了實物粒子在一定條件下會表現出波動性。58．1927年美。英兩國物理學家得到了電子束在金屬晶體上的衍射圖案。電子顯微鏡與光學顯微鏡相比，衍射現象影響小很多，大大地提高了分辨能力，質子顯微鏡的分辨本能更高。59．1858年，德國科學家普里克發現了一種奇妙的射線--陰極射線（高速運動的電子流）。60．1906年，英國物理學家湯姆生發現電子，獲得諾貝爾物理學獎。61．1913年，美國物理學家密立根通過油滴實驗精確測定了元電荷e電荷量，獲得諾貝爾獎。62．1897年，湯姆生利用陰極射線管發現了電子，說明原子可分，有復雜內部結構，並提出原子的棗糕模型。63．1909～1911年，英國物理學家盧瑟福和助手們進行了α粒子散射實驗，並提出了原子的核式結構模型。由實驗結果估計原子核直徑數量級為10m～15m。1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，第一次實現了原子核的人工轉變，並發現了質子。預言原子核內還有另一種粒子，被其學生查德威克於1932年在α粒子轟擊鈹核時發現，由此人們認識到原子核由質子和中子組成。64．1885年，瑞士的中學數學教師巴耳末總結了氫原子光譜的波長規律——巴耳末系。65．1913年，丹麥物理學家波爾最先得出氫原子能級表達式。66．1896年，法國物理學家貝克勒爾發現天然放射現象，說明原子核有復雜的內部結構。天然放射現象：有兩種衰變（α、β），三種射線（α、β、γ），其中γ 射線是衰變後新核處於激發態，向低能級躍遷時輻射出的。衰變快慢與原子所處的物理和化學狀態無關。67．1896年，在貝克勒爾的建議下，瑪麗-居里夫婦發現了兩種放射性更強的新元素--釙（Po）鐳（Ra）。68．1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，第一次實現了原子核的人工轉變，發現了質子，並預言原子核內還有另一種粒子——中子。69．1932年，盧瑟福學生查德威克於在α粒子轟擊鈹核時發現中子，獲得諾貝爾物理獎。70．1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時，發現了正電子和人工放射性同位素。71．1939年12月，德國物理學家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轟擊鈾核時，鈾核發生裂變。72．1942年，在費米。西拉德等人領導下，美國建成第一個裂變反應堆（由濃縮鈾棒、控制棒、中子減速劑、水泥防護層、熱交換器等組成）。73．1952年，美國爆炸了世界上第一顆氫彈（聚變反應、熱核反應）。人工控制核聚變的一個可能途徑是：利用強激光產生的高壓照射小顆粒核燃料。74．1932年發現了正電子，1964年提出誇克模型。粒子分三大類：媒介子——傳遞各種相互作用的粒子，如：光子。輕子——不參與強相互作用的粒子，如：電子。中微子。強子——參與強相互作用的粒子，如：重子（質子、中子、超子）和介子，強子由更基本的粒子誇克組成，誇克帶電量可能為元電荷。

『叄』 對物理學的認知

      物理學史是人類對自然界中各種物理現象的認識史，它研究的是物理學發生、發展的規律，說明了物理學中的基本概念、定律和理論體系的醞釀、產生和發展的辯證過程。它是一座知識財富的寶庫，不僅展示了物理學理論形成的前因後果、來龍去脈，而且深刻的揭示了物理學的研究方法;它也是一塊精神財富的寶地，物理學的發展極大地改變著人們的自然觀、世界觀，升華了人們對人與自然，人與社會的認識。與此同時，物理學家在探求真理的過程中展現出的人格魅力，不畏艱險獻身科學的高尚品格，也給後人增添了無窮的榜樣力量。物理學不僅以其知識、方法和思想極大的促進了自身的發展，而且在更廣闊的領域深刻的影響著人類文明的進程，成為人類文化的一部分。

        學習物理學史就是為了了解物理學所走過的道路，它將有助於我們更深刻地認識物理學，更有效地應用和發展物理學。過去很多人總是在說「以史為鑒」，但我們認為對物理學史的學習僅僅「以史為鑒」還遠不能滿足時代的要求，更應該在「以史為鑒」的基礎上「以史為器」去發展、去創新。物理學史和自然科學史告訴我們，歷史上的一些發明、創造並不是前人研究內容的簡單重復，而往往是前人研究方法、思維特徵的重現，並且它更是螺旋形上升的。

        在物理教學中適當引入物理學史教育，讓學生更多的了解科學發展的歷程，並從前人的經驗中受到啟發、教益，從而感悟科學方法,提升人文素養,培養創新意識，是素質教育全面發展觀的基本要求，也是落實新課標「三維目標」的必然選擇。

      下面，從幾個方面簡述物理學史的作用：

      一、感悟科學方法

物理學的發展史是一部物理學方法論的發展史，物理學在發展過程中，不僅產生了寶貴的理論成果，更留給後人值得深思的物理學的研究方法。物理發展的歷史證明，每一次重大科學理論的突破，往往都伴隨著新的科學方法的誕生，而新的科學方法又反過來促進物理學的發展。

      力學是物理學中發展最早的一個分支，機械運動是力學中最直觀、最簡單、也是最便於觀察因而也最早得到研究的一種運動形式。然而，和物理學的其他部門相比，力學的研究卻經歷了更為漫長的過程。從古希臘時代算起，這個過程幾達二千年之久。只所以會如此漫長，一個很重要的原因就是人類缺乏經驗，缺乏正確的科學研究方法，因而也就難以得出正確的科學結論。亞里士多德是古希臘時代人類歷史上少數網路全書式的大哲學家,而且是通過觀察自然,運用形而上學的哲學思想方法試圖解釋自然,奠定物理學思想萌芽的人。然而，由於歷史的局限，亞里士多德對自然的研究僅僅停留在「觀察」和「思辯」的層面上，致使像「力是維持物體物運動的原因，重的物體下落得快，輕的物體下落得慢」等錯誤長期統治著人們的思想。

        但是,伽利略沒有僅僅停留在邏輯思辯上,而是繼續做了斜面實驗。他發現,落體的速度越來越快,是一種勻加速運動,而且加速度與重量無關;他還發現,斜面越陡,加速度越大,斜面越平,則加速度越小，在極限情況下,斜面垂直,相當於自由下落,不同物體的加速度是一樣的。當斜面完全水平時,加速度為零,這時,一個運動著的物體就應該是沿直線永遠運動下去。斜面實驗表明,物體運動的保持並不需要外力,需要外力的是物體運動的改變。伽俐略最終用「理想實驗」由斜面的情形推到自由落體和水平運動的情形。

      伽俐略邏輯推理與實驗驗證相結合的思維方式，為後人找到了研究物理的正確科學方法。從此，「一門博大精深的科學已經出現」(伽俐略語)，物理從此從哲學中分離出來並得以迅速發展。縱觀物理學三百餘年的發展史，可以看出，實驗在檢驗已知理論，探索未知規律等方面起到了不可替代的作用。早在1687年，牛頓在其出版的《自然哲學的數學原理》一書中就已經正式提出了萬有引力定律，可直到一百多年後的1798年，英國科學家卡文笛許利用扭稱這一巧妙的實驗裝置測出引力常數後，萬有引力定律才得以全面的展示在世人面前;麥克斯韋對電磁波理論進行了長達十年的研究，並以一組簡潔的數學方程把電磁波理論概括得十分優美對稱，但當年卻難以令人信服，直到二十多年後他預言的電磁波被赫茲的實驗所證實，他的學說才成為舉世公認的電磁理論基礎;1905年，愛因斯坦用光電子假說總結了光的微粒說和波動說之間長期的爭論，能很好的解釋光電效應的實驗結果，但是直到1916年，當密立根以其嚴密的實驗全面地證實了愛因斯坦的光電方程後，光的粒子性才被人們所接受……可以說：實驗，只有實驗，才是物理學的基礎。

      將物理學史引入課堂，不僅能使學生有身臨其境之感，而且能領略前輩大師的研究方法，得其精髓，有所借鑒。

        二、提升人文素養

物理學史是一部人文史，物理學家們在從事科學活動的過程中，不僅揭示了自然界基本運動形式的諸多真理，同時也為後人樹立了一座座道德豐碑。科學家們在探索自然的過程中展現出的人格魅力、人文素養，對科學事業的執著追求精神，都會使學生的情感升華，對引導學生確立正確的人生觀和價值觀，實現人格的完美化具有積極的促進作用。牛頓是經典物理的奠基人，但他卻謙稱自己「站在巨人的肩膀上」;居里夫婦是鐳元素的發現者，然而他們卻沒有居功自傲，「鐳只是一種元素，它屬於世界所有，科學應當為大眾服務，它應當屬於全人類。」她說過的這句話一定會給學生留下深刻的印象

      物理學史也是一部美學史，對稱、和諧、統一等美學要素在物理學的發展中起著非常重要的文化導向作用。當先人們對天體的運動還充滿著神秘與未知時，卻能直觀的感受到其運動軌道應該是圓周，因為「圓是美的」。物理之美是直觀的，比如彩虹是極美的表面現象，人人都可以看到;物理之美也是深刻的，電荷之間的引力與物體之間的萬有引力都遵循平方反比率,電子繞核運動的模型和星體之間的模型相仿等等無一不顯示著物理學深刻的統一美。

      物理學是一門與自然、生活、技術進步和社會發展有著最廣泛聯系的科學。它可以揭開大千世界的奧秘，使學生志向高遠，憧憬未來，本應該是學生最為鍾情的一門課程。然而，有時它竟成為學生最為頭疼和恐懼的課程。這不能不說是單一課程目標與僵化教學模式的一個苦果，我們有理由相信，充分重視物理課程中的人文素養資源，堅持三維課程目標，就一定能夠煥發物理課程的魅力。

『肆』 物理學發展史及其重要事件

經典物理學發展史
古希臘時代的阿基米德已經在流體靜力學和固體的平衡方面取得輝煌成就，但當時將這些歸入應用數學，並沒有將他的成果特別是他的精確實驗和嚴格的數學論證方法汲入物理學中。從希臘、羅馬到漫長的中世紀，自然哲學始終是亞里士多德的一統天下。到了文藝復興時期，哥白尼、布魯諾、開普勒和伽利略不顧宗教的迫害，向舊傳統挑戰，其中伽利略把物理理論和定律建立在嚴格的實驗和科學的論證上，因此被尊稱為物理學或科學之父。

伽利略的成就是多方面的，僅就力學而言，他以物體從光滑斜面下滑將在另一斜面上升到同一高度，推論出如另一斜面的傾角極小，為達到同一高度，物體將以勻速運動趨於無限遠，從而得出如無外力作用，物體將運動不息的結論 。他精確地測定不同重量的物體以同一加速度沿光滑斜面下滑，並推論出物體自由下落時的加速度及其運動方程，駁倒了亞里士多德重物下落比輕物快的結論，並綜合水平方向的勻速運動和垂直地面方向的勻加速運動得出拋物線軌跡和45°的最大射程角，伽利略還分析「地常動移而人不知」，提出著名的「伽利略相對性原理」（中國的成書於1800年前的《尚書考靈曜》有類似結論）。但他對力和運動變化關系的分析仍是錯誤的。全面、正確地概括力和運動關系的是牛頓的三條運動定律，牛頓還把地面上的重力外推到月球和整個太陽系，建立了萬有引力定律。牛頓以上述的四條定律並運用他創造的「流數法」(即今微積分初步)，解決了太陽系中的二體問題，推導出開普勒三定律，從理論上解決了地球上的潮汐問題。史稱牛頓是第一個綜合天上和地上的機械運動並取得偉大成就的物理學家。與此同時，幾何光學也有很大發展，在16世紀末或17世紀初，先後發明了顯微鏡和望遠鏡，開普勒、伽利略和牛頓都對望遠鏡作很大的改進。

法國在大革命的前後，人才輩出，以P.S.M.拉普拉斯為首的法國科學家(史稱拉普拉斯學派)將牛頓的力學理論發揚光大，把偏微分方程運用於天體力學，求出了太陽系內三體和多體問題的近似解，初步探討並解決了太陽系的起源和穩定性問題，使天體力學達到相當完善的境界。在牛頓和拉普拉斯的太陽系內，主宰天體運動的已經不是造物主，而是萬有引力，難怪拿破崙在聽完拉普拉斯的太陽系介紹後就問 ：你把上帝放在什麼地位？無神論者拉普拉斯則直率地回答 ：我不需要這個假設。

拉普拉斯學派還將力學規律廣泛用於剛體、流體和固體，加上W.R.哈密頓、G.G.斯托克斯等的共同努力，完善了分析力學，把經典力學推進到更高階段。該學派還將各種物理現象如熱、光、電、磁甚至化學作用都歸於粒子間的吸引和排斥，例如用光子受物質的排斥解釋反射，光微粒受物質的吸引解釋折射和衍射，用光子具有不同的外形以解釋偏振，以及用熱質粒子相互排斥來解釋熱膨脹、蒸發等等，都一度取得成功，從而使機械的唯物世界觀統治了數十年。正當這學派聲勢煊赫、如日中天時，受到英國物理學家T.楊和這個學派的後院法蘭西科學院及科學界的挑戰，J.B.V.傅里葉從熱傳導方面，T.楊、D.F.J.阿拉戈、A.-J.菲涅耳從光學方面，特別是光的波動說和粒子說（見光的二象性）的論爭在物理史上是一個重大的事件。為了駁倒微粒說，年輕的土木工程師菲涅耳在阿拉戈的支持下，製成了多種後以他的姓命名的干涉和衍射設備，並將光波的干涉性引入惠更斯的波陣面在介質中傳播的理論 ，形成惠更斯-菲涅耳原理，還大膽地提出光是橫波的假設，並用以研究各種光的偏振及偏振光的干涉，他創造了「菲涅耳波帶」法，完滿地說明了球面波的衍射，並假設光是以太的機械橫波解決了光在不同介質界面上反射、折射的強度和偏振問題，從而完成了經典的波動光學理論。菲涅耳還提出地球自轉使表面上的部分以太漂移的假設並給出曳引系數。也在阿拉戈的支持下，J.B.L.傅科和A.H.L.菲佐測定光速在水中確比空氣中為小，從而確定了波動說的勝利，史稱這個實驗為光的判決性實驗。此後，光的波動說及以太論統治了19世紀的後半世紀，著名物理學家如法拉第、麥克斯韋、開爾文等都對以太論堅信不疑。另一方面，利用干涉儀內干涉條紋的移動，可以精確地測定長度、速度、曲率的極微細的變化；利用棱鏡和衍射光柵產生的光譜，可以確定地上和天上的物質的成分及原子內部的變化。因此這些光學儀器已成為物理學、分析化學、物理化學和天體物理學中的重要實驗手段。
蒸汽機的發明推動了熱學的發展 ，18世紀60年代在 J.瓦特改進蒸汽機的同時，他的摯友J.布萊克區分了溫度和熱量，建立了比熱容和潛熱概念，發展了量溫學和量熱學，所形成的熱質說和熱質守恆概念統治了80多年。在此期間，盡管發現了氣體定律，度量了不同物質的比熱容和各類潛熱 ，但對蒸汽機的改進幫助不大，蒸汽機始終以很低的效率運行。1755年法國科學院堅定地否決了永動機 。1807年T.楊以「能」代替萊布尼茲的「活力」 ，1826年 J. V. 彭賽列創造了「功」這個詞。1798年和1799年，朗福德和H.戴維分析了摩擦生熱，向熱質說挑戰；J.P.焦耳從 19 世紀 40 年代起到1878年，花了近40年時間，用電熱和機械功等各種方法精確地測定了熱功當量 ；生理學家 J.R.邁爾和H.von亥姆霍茲 ，更從機械能、電能、化學能、生物能和熱的轉換，全面地說明能量既不能產生也不會消失，確立了熱力學第一定律即能量守恆定律。在此前後，1824年，S.卡諾根據他對蒸汽機效率的調查，據熱質說推導出理想熱機效率由熱源和冷卻源的溫度確定的定律。文章發表後並未引起注意。後經R.克勞修斯和開爾文分別提出兩種表述後，才確認為熱力學第二定律。克勞修斯還引入新的態函數熵；以後，焓、亥姆霍茲函數、吉布斯函數 等態函數相繼引入 ，開創了物理 化學 中的重要分支——熱化學。熱力學指明了發明新熱機、提高熱機效率等的方向，開創了熱工學；而且在物理學、化學、機械工程、化學工程 、冶金學等方面也有廣泛的指向和推動作用。這些使物理化學開創人之一W.奧斯特瓦爾德曾一度否認原子和分子的存在 ，而宣揚「唯能論」，視能量為世界的最終存在 。但另一方面，J.C.麥克斯韋的分子速度分布率（見麥克斯韋分布）和L.玻耳茲曼的能量均分定理把熱學和力學綜合起來，並將概率規律引入物理學，用以研究大量分子的運動，創建了氣體分子動力論（現稱氣體動理論），確立了氣體的壓強、內能、比熱容等的統計性質，得到了與熱力學協調一致的結論。玻耳茲曼還進一步認為熱力學第二定律是統計規律，把熵同狀態的概率聯系起來，建立了統計熱力學。任何實際物理現象都不可避免地涉及能量的轉換和熱量的傳遞，熱力學定律就成為綜合一切物理現象的基本規律。經過20世紀的物理學革命，這些定律仍然成立。而且平衡和不平衡、可逆和不可逆、有序和無序乃至漲落和混沌等概念，已經從有關的自然科學分支中移植到社會科學中。
在19世紀20年代以前 ，電和磁始終認為 是兩種不同的物質，因此，盡管1600年W.吉伯發表《論磁性》，對磁和地磁現象有較深入的分析 ，1747 年B.富蘭克林提出電的單流質理論，闡明了正電和負電，但電學和磁學的發展是緩慢，1800年A.伏打發明伏打電堆，人類才有能長期供電的電源 ，電開始用於通信 ；但要使用一個電弧燈 ，就需聯接2千個伏打電池，所以電的應用並不普及。1920年H.C.奧斯特的電流磁效應實驗，開始了電和磁的綜合，電磁學就迅猛發展，幾個月內 ，通過實驗A.-M.安培建立平行電流間的安培定律 ，並提出磁分子學說 ，J.-B.畢奧和F.薩伐爾建立載流導線對磁極的作用力（後稱畢-薩-拉定律），阿拉戈發明電磁鐵並發現磁阻尼效應，這些成就奠定了電磁學的基礎。1831年M.法拉第發現電磁感應現象，磁的變化在閉合迴路中產生了電流，完成了電和磁的綜合，並使人類獲得新的電源。1867年W.von 西門子發明自激發電機 ，又用變壓器完成長距離輸電，這些基於電磁感應的設備，改變了世界面貌，創建了新的學科——電工學和電機工程。法拉第還把場的概念引入電磁學；1864年麥克斯韋進一步把場的概念數學化，提出位移電流和有旋電場等假設，建立了麥克斯韋方程組，完善了電磁理論，並預言了存在以光速傳播的電磁波。但他的成就並沒有即時被理解，直到H.R.赫茲完成這組方程的微分形式，並用實驗證明麥克斯韋預言的電磁波，具有光波的傳播速度和反射 、折射干涉、衍射、偏振等一切性質，從而完成了電磁學和光學的綜合，並使人類掌握了最快速的傳遞各種信息的工具 ，開創了電子學這門新學科。
直到19世紀後半葉 ，電荷的本質是什麼 ，仍沒有搞清楚，盛極一時的以太論，認為電荷不過是以太海洋中的渦元。H.A.洛倫茲首先把光的電磁理論與物質的分子論結合起來 ，認為分子是帶電的諧振子 ，1892年起 ，他陸續發表「電子論」的文章 ，認為1859年 J.普呂克爾發現的陰極射線就是電子束；1895年提出洛倫茲力公式，它和麥克斯韋方程相結合，構成了經典電動力學的基礎；並用電子論解釋了正常色散、反常色散（見光的色散）和塞曼效應。1897年J.J.湯姆孫對不同稀薄氣體、不同材料電極製成的陰極射線管施加電場和磁場，精確測定構成陰極射線的粒子有同一的荷質比 ，為電子論提供了確切的實驗根據。電子就成了最先發現的亞原子粒子 。1895年W.K.倫琴發現X射線，延伸了電磁波譜 ，它對物質的強穿透力，使它很快就成為診斷疾病和發現金屬內部缺陷的工具 。1896年A.-H.貝可勒爾發現鈾的放射性 ，1898年居里夫婦發現了放射性更強的新元素——釙和鐳，但這些發現一時尚未引起物理學界的廣泛注意
20世紀的物理學 到19世紀末期 ，經典物理學已經發展到很完滿的階段，許多物理學家認為物理學已接近盡頭，以後的工作只是增加有效數字的位數。開爾文在19世紀最後一個除夕夜的新年祝詞中說：「物理大廈已經落成，……動力理論確定了熱和光是運動的兩種方式，現在它的美麗而晴朗的天空出現兩朵烏雲，一朵出現在光的波動理論，另一朵出現在麥克斯韋和玻耳茲曼的能量均分理論。」前者指的是以太漂移和邁克耳孫 - 莫雷測量地球對（絕對靜止的）以太速度的實驗，後者指用能量均分原理不能解釋黑體輻射譜和低溫下固體的比熱。恰恰是這兩個基本問題和開爾文所忽略的放射性，孕育了20世紀的物理學革命。
1905 年 A. 愛因斯坦為了解決電動力學應用於動體的不對稱(後稱為電動力學與伽利略相對性原理的不協調)，創建了狹義相對論，即適用於一切慣性參考系的相對論。他從真空光速不變性出發，即在一切慣性系中，運動光源所射出的光的速度都是同一值，推出了同時的相對性和動系中尺縮 、鍾慢的結論 ，完滿地解釋了洛倫茲為說明邁克耳孫 -莫雷實驗提出的洛倫茲變換公式，從而完成了力學和電動力學的綜合。另一方面，狹義相對論還否定了絕對的空間和時間，把時間和空間結合起來，提出統一的相對的時空觀構成了四度時空；並徹底否定以太的存在，從根本上動搖了經典力學和經典電磁學的哲學基礎，而把伽利略的相對性原理提高到新的階段，適用於一切動體的力學和電磁學現象。但在動體或動系的速度遠小於光速時，相對論力學就和經典力學相一致了。經典力學中的質量、能量和動量在相對論中也有新的定義，所導出的質能關系為核能的釋放和利用提供了理論准備。1915年，愛因斯坦又創建廣義相對論，把相對論推廣到非慣性系，認為引力場同具有相當加速度的非慣性系在物理上是完全等價的，而且在引力場中時空是彎曲的，其曲率取決於引力場的強度，革新了宇宙空間都是平直的歐幾里得空間的舊概念。但對於范圍和強度都不很大的引力場如地球引力場，可以完全不考慮空間的曲率，而對引力場較強的空間如太陽等恆星的周圍和范圍很大的空間如整個可觀測的宇宙空間 ，就必須考慮空間曲率。因此廣義相對論解釋了用牛頓引力理論不能解釋的一些天文現象，如水星近日點反常進動、光線的引力偏析等。以廣義相對論為基礎的宇宙學已成為天文學的發展最快的一個分支。

另一方面 ，1900年 M.普朗克提出了符合全波長范圍的黑體輻射公式，並用能量量子化假設從理論上導出，首次提出物理量的不連續性。1905年愛因斯坦發表光量子假設，以光的波粒二象性，解釋了光電效應；1906年又發表固體熱容的量子理論；1913年N.玻爾（見玻爾父子）發表玻爾氫原子理論，用量子概念准確地地計算出氫原子光譜的巴耳末公式，並預言氫原子存在其他線光譜，後獲證實。1918年玻爾又提出對應原理，建立了經典理論通向量子理論的橋梁；1924年L.V.德布羅意提出微觀粒子具有波粒二象性的假設，預言電子束的衍射作用；1925年W.泡利發表泡利不相容原理，W.K.海森伯在M.玻恩和數學家E.P.約旦的幫助下創立矩陣力學 ，P.A.M.狄拉克提出非對易代數理論 ；1926 年
E.薛定諤根據波粒二象性發表波動力學的一系列論文，建立了波函數，並證明波動力學和矩陣力學是等價的，遂即統稱為量子力學 。同年6月玻恩提出了波函數的統計解釋 ，表明單個粒子所遵循的是統計性規律而非經典的確定性規律；1927年海森伯發表不確定性關系；1928年發表相對論電子波動方程，奠定了相對論性量子理論的基礎。由於一切微觀粒子的運動都遵循量子力學規律，因此它成了研究粒子物理學、原子核物理學、原子物理學、分子物理學和固體物理學的理論基礎，也是研究分子結構的重要手段，從而發展了量子化學這個化學新分支。
差不多同時，研究由大量粒子組成的粒子系統的量子統計法也發展起來了 ，包括1924年建立的玻色-愛因斯坦分布和1926年建立的費米-狄拉克分布 ，它們分別適應於自旋為整數和半整數的粒子系統。稍後，量子場論也逐漸發展起來了 。1927年 ，狄拉克首先提出將電磁場作為一個具有無窮維自由度的系統進行量子化的方案，以處理原子中光的自發輻射和吸收問題。1929年海森伯和泡利建立了量子場論的普遍形式，奠定了量子電動力學的基礎。通過重正化解決了發散困難，並計算各階的輻射修正，所得的電子磁矩數值與實驗值只相差2.5×10-10 ，其准確度在物理學中是空前的 。量子場論還正向統一場論的方向發展，即把電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用和引力相互作用統一在一個規范理論中，已取得若干成就的有電弱統一理論、量子色動力學和大統一理論等。

「實踐是真理的唯一標准」，物理學也同樣遵循這一標准。一切假說都必須以實驗為基礎，必須經受住實驗的驗證。但物理學也是思辨性很強的科學，從誕生之日起就和哲學建立了不解之緣。無論是伽利略的相對性原理、牛頓運動定律、動量和能量守恆定律 、麥克斯韋方程乃至相對論、量子力學，無不帶有強烈的、科學的思辨性。有些科學家例如在19世紀中主編《物理學與化學》雜志的J.C.波根多夫曾經想把思辨性逐出物理學，先後兩次以具有思辨性內容為由，拒絕刊登邁爾和亥姆霍茲的論能量守恆的文章，終為後世所詬病。要發現隱藏在實驗事實後面的規律，需要深刻的洞察力和豐富的想像力。多少物理學家關注θ-τ之謎 ，唯有華裔美國物理學家李政道和楊振寧，經過縝密的思辨，檢查大量文獻，發現謎後隱藏著未經實驗鑒定的弱相互作用的宇稱守恆的假設。而從物理學發展史來看，每一次大綜合都促使物理學本身和有關學科的很大發展，而每一次綜合既以建立在大量精確的觀察、實驗事實為基礎，也有深刻的思辨內容。因此一般的物理工作者和物理教師，為了更好地應用和傳授物理知識，也應從物理學的整個體系出發，理解其中的重要概念和規律。
應用 物理學是廣泛應用於生產各部門的一門科學 ，有人曾經說過，優秀的工程師應是一位好物理學家。物理學某些方面的發展，確實是由生產和生活的需要推動的。在前幾個世紀中，卡諾因提高蒸汽機的效率而發現熱力學第二定律，阿貝為了改進顯微鏡而建立光學系統理論，開爾文為了更有效地使用大西洋電纜發明了許多靈敏電學儀器；在20世紀內，核物理學、電子學和半導體物理、等離子體物理乃至超聲學、水聲學、建築聲學、雜訊研究等的迅速發展，顯然和生產 、生活的需要有關。因此，大力開展應用物理學的研究是十分必要的。另一方面，許多推動社會進步，大大促進生產的物理學成就卻肇始於基本理論的探求，例如：法拉第從電的磁效應得到啟發而研究磁的電效應，促進電的時代的誕生；麥克斯韋為了完善電磁場理論，預言了電磁波，帶來了電子學世紀；X射線、放射性乃至電子 、中子的發現 ，都來自對物質的基本結構的研究。從重視知識、重視人才考慮，尤應注重基礎理論的研究。因此為使科學技術達到世界前列，基礎理論研究是絕不能忽視的。
展望 21世紀的前夕 ，科學家將從本學科出發考慮百年前景。物理學是否將如前兩三個世紀那樣，處於領先地位，會有一番爭議，但不會再有一位科學家像開爾文那樣，斷言物理學已接近發展的終端了。能源和礦藏的日漸匱乏，環境的日漸惡化，向物理學提出解決新能源、新的材料加工、新的測試手段的物理原理和技術。對粒子的深層次探索，解決物質的最基本的結構和相互作用，將為人類提供新的認識和改造世界的手段，這需要有新的粒子加速原理，更高能量的加速器和更靈敏、更可靠的探測器。實現受控熱核聚變，需要綜合等離子體物理、激光物理、超導物理、表面物理、中子物理等方面知識，以解決有關的一系列理論技術問題。總之，隨著新的技術革命的深入發展，物理學也將無限延伸。