A. 简述物理学的发展简史
物理学发展史与各年代成就物理学是研究物质运动和相互作用的规律的科学,是除数学外最基本的一门学科。
物理运动是自然界最普遍的一种现象。
因此物理学研究的对象和内容就是宇宙间各种物质的性质、存在状态、各种物理运动形式及其转化现象、物质的内部结构及这些内部结构的组成部分,物理领域的各种基本相互作用及其规律。由于一切物理现象都在时间、空间中表现出来和发生运动和转化,所以物理学也要研究时间和空间的性质、联系等。
进行物理学研究,首先是观察各种客观物理现象;或是进行试验,通过变革研究对象以观察因而产生的运动和转化状况中,找出规律;再从许多表象性的规律中,揭示基本规律,建立较为系统的理论。 物理学研究除了要依靠好的科学方法外,还要取决于认知工具。工具越先进,研究效率越高,成果越显着。 物理学在发展过程中形成了一套完整的科学方法,它对其他学科的研究,乃至哲学发展,都有重要意义.
物理学发展史(从1638年至1962年)
公元1638年,意大利科学家伽利略的《两种新科学》一书出版,书内载有斜面实验的详细描述。伽利略的动力学研究与1609~1618年间德国科学家开普勒根据天文观测总结所得开普勒三定律,同为牛顿力学的基础。
公元1643年,意大利科学家托利拆利作大气压实验,发明水银气压计。
公元1646年,法国科学家帕斯卡实验验证大气压的存在。
公元1654年,德国科学家格里开发明抽气泵,获得真空。
公元1662年,英国科学家波义耳实验发现波义耳定律。十四年后,法国科学家马里奥特也独立的发现此定律。
公元1663年,格里开作马德堡半球实验。
公元1666年,英国科学家牛顿用三棱镜作色散实验。
公元1669年,巴塞林那斯发现光经过方解石有双折射的现象。
公元1675年,牛顿作牛顿环实验,这是一种光的干涉现象,但牛顿仍用光的微粒说解释。
公元1752年,美国科学家富兰克林作风筝实验,引雷电到地面。
公元1767年,美国科学家普列斯特勒根据富兰克林导体内不存在静电荷的实验,推得静电力的平方反比定律。
公元1780年,意大利科学家加伐尼发现蛙腿筋肉收缩现象,认为是动物电所致。不过直到1791年他才发表这方面的论文。
公元1785年,法国科学家库仑用他自己发明的扭秤,从实验得静电力的平方反比定律。在这以前,英国科学家米切尔已有过类似设计,并于1750年提出磁力的平方反比定律。
公元1787年,法国科学家查理发现了气体膨胀的查理-盖·吕萨克定律。盖·吕萨克的研究发表于1802年。
公元1792年,伏打研究加伐尼现象,认为是两种金属接触所致。
公元1798年,英国科学家卡文迪许用扭秤实验测定万有引力常数G。
公元1798年,美国科学家伦福德发表他的摩擦生热的实验,这些实验事实是反对热质说的重要依据。
公元1799年,英国科学家戴维做真空中的摩擦实验,以证明热是物体微粒的振动所致。
公元1800年,英国科学家赫休尔从太阳光谱的辐射热效应发现红外线。
公元1801年,德国科学家里特尔从太阳光谱的化学作用,发现紫外线。
公元1801年,英国科学家托马斯·杨用干涉法测光波波长。
公元1802年,英国科学家沃拉斯顿发现太阳光谱中有暗线。
公元1808年,法国科学家马吕斯发现光的偏振现象。
公元1811年,英国科学家布儒斯特发现偏振光的布儒斯特定律。
公元1815年,德国科学家夫琅和费开始用分光镜研究太阳光语中的暗线。
公元1819年,法国科学家杜隆与珀替发现克原子固体比热是一常数,约为6卡/度·克原子,称杜隆·珀替定律。
公元1820年,丹麦科学家奥斯特发现导线通电产生磁效应。
公元1820年,法国科学家毕奥和沙伐由实验归纳出电流元的磁场定律。
公元1820年,法国科学家安培由实验发现电流之间的相互作用力,1822年进一步研究电流之间的相互作用,提出安培作用力定律。
公元1821年,爱沙尼亚科学家塞贝克发现温差电效应(塞贝克效应)。
公元1827年,英国科学家布朗发现悬浮在液体中的细微颗粒作不断地杂乱无章运动,是分子运动论的有力证据。
公元1830年,诺比利发明温差电堆。
公元1831年,法拉第发现电磁感应现象。
公元1834年,法国科学家珀耳帖发现电流可以致冷的珀耳帖效应。
公元1835年,美国科学家亨利发现自感,1842年发现电振荡放电。
公元1840年,英国科学家焦耳从电流的热效应发现所产生的热量与电流的平方、电阻及时间成正比,称焦耳-楞茨定律(楞茨也独立地发现了这一定律)。其后,焦耳先后于1843,1845,1847,1849直至1878年测量热功当量,历经四十年,共进行四百多次实验。
公元1842年,法国科学家勒诺尔从实验测定实际气体的性质,发现与波义耳定律及盖·吕萨克定律有偏离。
公元1843年,法拉第从实验证明电荷守恒定律。
公元1845年,法拉第发现强磁场使光的偏振面旋转,称法拉第效应。
公元1849年,法国科学家斐索首次在地面上测光速。
公元1851年,法国科学家傅科做傅科摆实验,证明地球自转。
公元1852年,英国科学家焦耳与威廉·汤姆逊发现气体焦耳-汤姆逊效应(气体通过狭窄通道后突然膨胀引起温度变化)。
公元1858年,德国科学家普吕克尔在放电管中发现阴极射线。
公元1859年,德国科学家基尔霍夫开创光谱分析,其后通过光谱分析发现铯、铷等新元素,他还发现发射光谱和吸收光谱之间的联系,建立了辐射定律。
公元1866年,德国科学家昆特做昆特管实验,用以测量气体或固体中的声速。
公元1869年,德国科学家希托夫用磁场使阴极射线偏转。
公元1871年,英国科学家瓦尔莱发现阴极射线带负电。
公元1875年,英国科学家克尔发现在强电场的作用下,某些各向同性的透明介质会变为各向异性,从而使光产生双折射现象,称克尔电光效应。
公元1876年,德国科学家哥尔德茨坦开始大量研究阳极射线的实验,导致极坠射线的发现。
公元1879年,英国科学家克鲁克斯开始一系列实验,研究阴极射线。
公元1879年,奥地利科学家斯忒藩发现黑体辐射经验公式。
公元1879年,美国科学家霍尔发现电流通过金属时,在磁场作用下产生横向电动势的霍尔效应。
公元1880年,法国科学家居里兄弟发现晶体的压电效应。
公元1881年,美国科学家迈克耳逊首次做以太漂移实验,得到零结果。由此产生迈克耳逊干涉仪,灵敏度极高。
公元1885年,迈克耳逊与莫雷合作改进斐索流水中光速的测量。
公元1887年,迈克耳逊与莫雷再次做以太漂移实验,又得零结果。
公元1887年,德国科学家赫兹作电磁波实验,证实了英国科学家麦克斯韦的电磁场理论。同时,赫兹发现光电效应。
公元1890年,匈牙利科学家厄沃作实验证明惯性质量与引力质量相等。
公元1893年,德国科学家勒纳德研究阴极射线时,在射线管上装一薄铝窗,使阴极射线从管内穿出进入空气,射程约l厘米,人称勒纳德射线。
公元1895年,P.居里发现居里点和居里定律。
公元1895年,德国科学家伦琴发现x射线。
公元1896年,法国科学家贝克勒尔发现放射性。
公元1896年,荷兰科学家塞曼发现磁场
B. 物理学发展史及其重要事件
经典物理学发展史
古希腊时代的阿基米德已经在流体静力学和固体的平衡方面取得辉煌成就,但当时将这些归入应用数学,并没有将他的成果特别是他的精确实验和严格的数学论证方法汲入物理学中。从希腊、罗马到漫长的中世纪,自然哲学始终是亚里士多德的一统天下。到了文艺复兴时期,哥白尼、布鲁诺、开普勒和伽利略不顾宗教的迫害,向旧传统挑战,其中伽利略把物理理论和定律建立在严格的实验和科学的论证上,因此被尊称为物理学或科学之父。
伽利略的成就是多方面的,仅就力学而言,他以物体从光滑斜面下滑将在另一斜面上升到同一高度,推论出如另一斜面的倾角极小,为达到同一高度,物体将以匀速运动趋于无限远,从而得出如无外力作用,物体将运动不息的结论 。他精确地测定不同重量的物体以同一加速度沿光滑斜面下滑,并推论出物体自由下落时的加速度及其运动方程,驳倒了亚里士多德重物下落比轻物快的结论,并综合水平方向的匀速运动和垂直地面方向的匀加速运动得出抛物线轨迹和45°的最大射程角,伽利略还分析“地常动移而人不知”,提出着名的“伽利略相对性原理”(中国的成书于1800年前的《尚书考灵曜》有类似结论)。但他对力和运动变化关系的分析仍是错误的。全面、正确地概括力和运动关系的是牛顿的三条运动定律,牛顿还把地面上的重力外推到月球和整个太阳系,建立了万有引力定律。牛顿以上述的四条定律并运用他创造的“流数法”(即今微积分初步),解决了太阳系中的二体问题,推导出开普勒三定律,从理论上解决了地球上的潮汐问题。史称牛顿是第一个综合天上和地上的机械运动并取得伟大成就的物理学家。与此同时,几何光学也有很大发展,在16世纪末或17世纪初,先后发明了显微镜和望远镜,开普勒、伽利略和牛顿都对望远镜作很大的改进。
法国在大革命的前后,人才辈出,以P.S.M.拉普拉斯为首的法国科学家(史称拉普拉斯学派)将牛顿的力学理论发扬光大,把偏微分方程运用于天体力学,求出了太阳系内三体和多体问题的近似解,初步探讨并解决了太阳系的起源和稳定性问题,使天体力学达到相当完善的境界。在牛顿和拉普拉斯的太阳系内,主宰天体运动的已经不是造物主,而是万有引力,难怪拿破仑在听完拉普拉斯的太阳系介绍后就问 :你把上帝放在什么地位?无神论者拉普拉斯则直率地回答 :我不需要这个假设。
拉普拉斯学派还将力学规律广泛用于刚体、流体和固体,加上W.R.哈密顿、G.G.斯托克斯等的共同努力,完善了分析力学,把经典力学推进到更高阶段。该学派还将各种物理现象如热、光、电、磁甚至化学作用都归于粒子间的吸引和排斥,例如用光子受物质的排斥解释反射,光微粒受物质的吸引解释折射和衍射,用光子具有不同的外形以解释偏振,以及用热质粒子相互排斥来解释热膨胀、蒸发等等,都一度取得成功,从而使机械的唯物世界观统治了数十年。正当这学派声势煊赫、如日中天时,受到英国物理学家T.杨和这个学派的后院法兰西科学院及科学界的挑战,J.B.V.傅里叶从热传导方面,T.杨、D.F.J.阿拉戈、A.-J.菲涅耳从光学方面,特别是光的波动说和粒子说(见光的二象性)的论争在物理史上是一个重大的事件。为了驳倒微粒说,年轻的土木工程师菲涅耳在阿拉戈的支持下,制成了多种后以他的姓命名的干涉和衍射设备,并将光波的干涉性引入惠更斯的波阵面在介质中传播的理论 ,形成惠更斯-菲涅耳原理,还大胆地提出光是横波的假设,并用以研究各种光的偏振及偏振光的干涉,他创造了“菲涅耳波带”法,完满地说明了球面波的衍射,并假设光是以太的机械横波解决了光在不同介质界面上反射、折射的强度和偏振问题,从而完成了经典的波动光学理论。菲涅耳还提出地球自转使表面上的部分以太漂移的假设并给出曳引系数。也在阿拉戈的支持下,J.B.L.傅科和A.H.L.菲佐测定光速在水中确比空气中为小,从而确定了波动说的胜利,史称这个实验为光的判决性实验。此后,光的波动说及以太论统治了19世纪的后半世纪,着名物理学家如法拉第、麦克斯韦、开尔文等都对以太论坚信不疑。另一方面,利用干涉仪内干涉条纹的移动,可以精确地测定长度、速度、曲率的极微细的变化;利用棱镜和衍射光栅产生的光谱,可以确定地上和天上的物质的成分及原子内部的变化。因此这些光学仪器已成为物理学、分析化学、物理化学和天体物理学中的重要实验手段。
蒸汽机的发明推动了热学的发展 ,18世纪60年代在 J.瓦特改进蒸汽机的同时,他的挚友J.布莱克区分了温度和热量,建立了比热容和潜热概念,发展了量温学和量热学,所形成的热质说和热质守恒概念统治了80多年。在此期间,尽管发现了气体定律,度量了不同物质的比热容和各类潜热 ,但对蒸汽机的改进帮助不大,蒸汽机始终以很低的效率运行。1755年法国科学院坚定地否决了永动机 。1807年T.杨以“能”代替莱布尼兹的“活力” ,1826年 J. V. 彭赛列创造了“功”这个词。1798年和1799年,朗福德和H.戴维分析了摩擦生热,向热质说挑战;J.P.焦耳从 19 世纪 40 年代起到1878年,花了近40年时间,用电热和机械功等各种方法精确地测定了热功当量 ;生理学家 J.R.迈尔和H.von亥姆霍兹 ,更从机械能、电能、化学能、生物能和热的转换,全面地说明能量既不能产生也不会消失,确立了热力学第一定律即能量守恒定律。在此前后,1824年,S.卡诺根据他对蒸汽机效率的调查,据热质说推导出理想热机效率由热源和冷却源的温度确定的定律。文章发表后并未引起注意。后经R.克劳修斯和开尔文分别提出两种表述后,才确认为热力学第二定律。克劳修斯还引入新的态函数熵;以后,焓、亥姆霍兹函数、吉布斯函数 等态函数相继引入 ,开创了物理 化学 中的重要分支——热化学。热力学指明了发明新热机、提高热机效率等的方向,开创了热工学;而且在物理学、化学、机械工程、化学工程 、冶金学等方面也有广泛的指向和推动作用。这些使物理化学开创人之一W.奥斯特瓦尔德曾一度否认原子和分子的存在 ,而宣扬“唯能论”,视能量为世界的最终存在 。但另一方面,J.C.麦克斯韦的分子速度分布率(见麦克斯韦分布)和L.玻耳兹曼的能量均分定理把热学和力学综合起来,并将概率规律引入物理学,用以研究大量分子的运动,创建了气体分子动力论(现称气体动理论),确立了气体的压强、内能、比热容等的统计性质,得到了与热力学协调一致的结论。玻耳兹曼还进一步认为热力学第二定律是统计规律,把熵同状态的概率联系起来,建立了统计热力学。任何实际物理现象都不可避免地涉及能量的转换和热量的传递,热力学定律就成为综合一切物理现象的基本规律。经过20世纪的物理学革命,这些定律仍然成立。而且平衡和不平衡、可逆和不可逆、有序和无序乃至涨落和混沌等概念,已经从有关的自然科学分支中移植到社会科学中。
在19世纪20年代以前 ,电和磁始终认为 是两种不同的物质,因此,尽管1600年W.吉伯发表《论磁性》,对磁和地磁现象有较深入的分析 ,1747 年B.富兰克林提出电的单流质理论,阐明了正电和负电,但电学和磁学的发展是缓慢,1800年A.伏打发明伏打电堆,人类才有能长期供电的电源 ,电开始用于通信 ;但要使用一个电弧灯 ,就需联接2千个伏打电池,所以电的应用并不普及。1920年H.C.奥斯特的电流磁效应实验,开始了电和磁的综合,电磁学就迅猛发展,几个月内 ,通过实验A.-M.安培建立平行电流间的安培定律 ,并提出磁分子学说 ,J.-B.毕奥和F.萨伐尔建立载流导线对磁极的作用力(后称毕-萨-拉定律),阿拉戈发明电磁铁并发现磁阻尼效应,这些成就奠定了电磁学的基础。1831年M.法拉第发现电磁感应现象,磁的变化在闭合回路中产生了电流,完成了电和磁的综合,并使人类获得新的电源。1867年W.von 西门子发明自激发电机 ,又用变压器完成长距离输电,这些基于电磁感应的设备,改变了世界面貌,创建了新的学科——电工学和电机工程。法拉第还把场的概念引入电磁学;1864年麦克斯韦进一步把场的概念数学化,提出位移电流和有旋电场等假设,建立了麦克斯韦方程组,完善了电磁理论,并预言了存在以光速传播的电磁波。但他的成就并没有即时被理解,直到H.R.赫兹完成这组方程的微分形式,并用实验证明麦克斯韦预言的电磁波,具有光波的传播速度和反射 、折射干涉、衍射、偏振等一切性质,从而完成了电磁学和光学的综合,并使人类掌握了最快速的传递各种信息的工具 ,开创了电子学这门新学科。
直到19世纪后半叶 ,电荷的本质是什么 ,仍没有搞清楚,盛极一时的以太论,认为电荷不过是以太海洋中的涡元。H.A.洛伦兹首先把光的电磁理论与物质的分子论结合起来 ,认为分子是带电的谐振子 ,1892年起 ,他陆续发表“电子论”的文章 ,认为1859年 J.普吕克尔发现的阴极射线就是电子束;1895年提出洛伦兹力公式,它和麦克斯韦方程相结合,构成了经典电动力学的基础;并用电子论解释了正常色散、反常色散(见光的色散)和塞曼效应。1897年J.J.汤姆孙对不同稀薄气体、不同材料电极制成的阴极射线管施加电场和磁场,精确测定构成阴极射线的粒子有同一的荷质比 ,为电子论提供了确切的实验根据。电子就成了最先发现的亚原子粒子 。1895年W.K.伦琴发现X射线,延伸了电磁波谱 ,它对物质的强穿透力,使它很快就成为诊断疾病和发现金属内部缺陷的工具 。1896年A.-H.贝可勒尔发现铀的放射性 ,1898年居里夫妇发现了放射性更强的新元素——钋和镭,但这些发现一时尚未引起物理学界的广泛注意
20世纪的物理学 到19世纪末期 ,经典物理学已经发展到很完满的阶段,许多物理学家认为物理学已接近尽头,以后的工作只是增加有效数字的位数。开尔文在19世纪最后一个除夕夜的新年祝词中说:“物理大厦已经落成,……动力理论确定了热和光是运动的两种方式,现在它的美丽而晴朗的天空出现两朵乌云,一朵出现在光的波动理论,另一朵出现在麦克斯韦和玻耳兹曼的能量均分理论。”前者指的是以太漂移和迈克耳孙 - 莫雷测量地球对(绝对静止的)以太速度的实验,后者指用能量均分原理不能解释黑体辐射谱和低温下固体的比热。恰恰是这两个基本问题和开尔文所忽略的放射性,孕育了20世纪的物理学革命。
1905 年 A. 爱因斯坦为了解决电动力学应用于动体的不对称(后称为电动力学与伽利略相对性原理的不协调),创建了狭义相对论,即适用于一切惯性参考系的相对论。他从真空光速不变性出发,即在一切惯性系中,运动光源所射出的光的速度都是同一值,推出了同时的相对性和动系中尺缩 、钟慢的结论 ,完满地解释了洛伦兹为说明迈克耳孙 -莫雷实验提出的洛伦兹变换公式,从而完成了力学和电动力学的综合。另一方面,狭义相对论还否定了绝对的空间和时间,把时间和空间结合起来,提出统一的相对的时空观构成了四度时空;并彻底否定以太的存在,从根本上动摇了经典力学和经典电磁学的哲学基础,而把伽利略的相对性原理提高到新的阶段,适用于一切动体的力学和电磁学现象。但在动体或动系的速度远小于光速时,相对论力学就和经典力学相一致了。经典力学中的质量、能量和动量在相对论中也有新的定义,所导出的质能关系为核能的释放和利用提供了理论准备。1915年,爱因斯坦又创建广义相对论,把相对论推广到非惯性系,认为引力场同具有相当加速度的非惯性系在物理上是完全等价的,而且在引力场中时空是弯曲的,其曲率取决于引力场的强度,革新了宇宙空间都是平直的欧几里得空间的旧概念。但对于范围和强度都不很大的引力场如地球引力场,可以完全不考虑空间的曲率,而对引力场较强的空间如太阳等恒星的周围和范围很大的空间如整个可观测的宇宙空间 ,就必须考虑空间曲率。因此广义相对论解释了用牛顿引力理论不能解释的一些天文现象,如水星近日点反常进动、光线的引力偏析等。以广义相对论为基础的宇宙学已成为天文学的发展最快的一个分支。
另一方面 ,1900年 M.普朗克提出了符合全波长范围的黑体辐射公式,并用能量量子化假设从理论上导出,首次提出物理量的不连续性。1905年爱因斯坦发表光量子假设,以光的波粒二象性,解释了光电效应;1906年又发表固体热容的量子理论;1913年N.玻尔(见玻尔父子)发表玻尔氢原子理论,用量子概念准确地地计算出氢原子光谱的巴耳末公式,并预言氢原子存在其他线光谱,后获证实。1918年玻尔又提出对应原理,建立了经典理论通向量子理论的桥梁;1924年L.V.德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假设,预言电子束的衍射作用;1925年W.泡利发表泡利不相容原理,W.K.海森伯在M.玻恩和数学家E.P.约旦的帮助下创立矩阵力学 ,P.A.M.狄拉克提出非对易代数理论 ;1926 年
E.薛定谔根据波粒二象性发表波动力学的一系列论文,建立了波函数,并证明波动力学和矩阵力学是等价的,遂即统称为量子力学 。同年6月玻恩提出了波函数的统计解释 ,表明单个粒子所遵循的是统计性规律而非经典的确定性规律;1927年海森伯发表不确定性关系;1928年发表相对论电子波动方程,奠定了相对论性量子理论的基础。由于一切微观粒子的运动都遵循量子力学规律,因此它成了研究粒子物理学、原子核物理学、原子物理学、分子物理学和固体物理学的理论基础,也是研究分子结构的重要手段,从而发展了量子化学这个化学新分支。
差不多同时,研究由大量粒子组成的粒子系统的量子统计法也发展起来了 ,包括1924年建立的玻色-爱因斯坦分布和1926年建立的费米-狄拉克分布 ,它们分别适应于自旋为整数和半整数的粒子系统。稍后,量子场论也逐渐发展起来了 。1927年 ,狄拉克首先提出将电磁场作为一个具有无穷维自由度的系统进行量子化的方案,以处理原子中光的自发辐射和吸收问题。1929年海森伯和泡利建立了量子场论的普遍形式,奠定了量子电动力学的基础。通过重正化解决了发散困难,并计算各阶的辐射修正,所得的电子磁矩数值与实验值只相差2.5×10-10 ,其准确度在物理学中是空前的 。量子场论还正向统一场论的方向发展,即把电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用和引力相互作用统一在一个规范理论中,已取得若干成就的有电弱统一理论、量子色动力学和大统一理论等。
“实践是真理的唯一标准”,物理学也同样遵循这一标准。一切假说都必须以实验为基础,必须经受住实验的验证。但物理学也是思辨性很强的科学,从诞生之日起就和哲学建立了不解之缘。无论是伽利略的相对性原理、牛顿运动定律、动量和能量守恒定律 、麦克斯韦方程乃至相对论、量子力学,无不带有强烈的、科学的思辨性。有些科学家例如在19世纪中主编《物理学与化学》杂志的J.C.波根多夫曾经想把思辨性逐出物理学,先后两次以具有思辨性内容为由,拒绝刊登迈尔和亥姆霍兹的论能量守恒的文章,终为后世所诟病。要发现隐藏在实验事实后面的规律,需要深刻的洞察力和丰富的想象力。多少物理学家关注θ-τ之谜 ,唯有华裔美国物理学家李政道和杨振宁,经过缜密的思辨,检查大量文献,发现谜后隐藏着未经实验鉴定的弱相互作用的宇称守恒的假设。而从物理学发展史来看,每一次大综合都促使物理学本身和有关学科的很大发展,而每一次综合既以建立在大量精确的观察、实验事实为基础,也有深刻的思辨内容。因此一般的物理工作者和物理教师,为了更好地应用和传授物理知识,也应从物理学的整个体系出发,理解其中的重要概念和规律。
应用 物理学是广泛应用于生产各部门的一门科学 ,有人曾经说过,优秀的工程师应是一位好物理学家。物理学某些方面的发展,确实是由生产和生活的需要推动的。在前几个世纪中,卡诺因提高蒸汽机的效率而发现热力学第二定律,阿贝为了改进显微镜而建立光学系统理论,开尔文为了更有效地使用大西洋电缆发明了许多灵敏电学仪器;在20世纪内,核物理学、电子学和半导体物理、等离子体物理乃至超声学、水声学、建筑声学、噪声研究等的迅速发展,显然和生产 、生活的需要有关。因此,大力开展应用物理学的研究是十分必要的。另一方面,许多推动社会进步,大大促进生产的物理学成就却肇始于基本理论的探求,例如:法拉第从电的磁效应得到启发而研究磁的电效应,促进电的时代的诞生;麦克斯韦为了完善电磁场理论,预言了电磁波,带来了电子学世纪;X射线、放射性乃至电子 、中子的发现 ,都来自对物质的基本结构的研究。从重视知识、重视人才考虑,尤应注重基础理论的研究。因此为使科学技术达到世界前列,基础理论研究是绝不能忽视的。
展望 21世纪的前夕 ,科学家将从本学科出发考虑百年前景。物理学是否将如前两三个世纪那样,处于领先地位,会有一番争议,但不会再有一位科学家像开尔文那样,断言物理学已接近发展的终端了。能源和矿藏的日渐匮乏,环境的日渐恶化,向物理学提出解决新能源、新的材料加工、新的测试手段的物理原理和技术。对粒子的深层次探索,解决物质的最基本的结构和相互作用,将为人类提供新的认识和改造世界的手段,这需要有新的粒子加速原理,更高能量的加速器和更灵敏、更可靠的探测器。实现受控热核聚变,需要综合等离子体物理、激光物理、超导物理、表面物理、中子物理等方面知识,以解决有关的一系列理论技术问题。总之,随着新的技术革命的深入发展,物理学也将无限延伸。
C. 物理学的发展史
近代意义的物理学诞生于欧洲15—17世纪。人们一般将欧洲历史作为物理学史的社会背景。从远古到公元5世纪属古代史时期;5—13世纪为中世纪时期;14—16世纪为文艺复兴运动时期;16—17世纪为科学革命时期,以N.哥白尼、伽利略、牛顿为代表的近代科学在此时期产生。
从此之后,科学随各个世纪的更替而发展。近半个世纪,人们按照物理学史特点,将其发展大致分期如下:从远古到中世纪属古代时期。从文艺复兴到19世纪,是经典物理学时期。牛顿力学在此时期发展到顶峰,其时空观、物质观和因果关系影响了光、声、热、电磁的各学科。
甚而影响到物理学以外的自然科学和社会科学。随着20世纪的到来,量子论和相对论相继出现;新的时空观、概率论和不确定度关系等在宇观和微观领域取代牛顿力学的相关概念,人们称此时期为近代物理学时期。
(3)物理学有多少年的历史扩展阅读:
伽利略·伽利雷(1564~1642年)人类现代物理学的创始人,奠定了人类现代物理科学的发展基础。1900~1926年 建立了量子力学。1926年 建立了费米狄拉克统计。1927年 建立了布洛赫波的理论。1928年 索末菲提出能带的猜想。1929年 派尔斯提出禁带、空穴的概念。
同年贝特提出了费米面的概念。1947年贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱发明了晶体管,标志着信息时代的开始。1957年 皮帕得测量了第一个费米面超晶格材料纳米材料光子。1958年杰克.基尔比发明了集成电路。20世纪70年代出现了大规模集成电路。
发展前景:
应用物理学专业的毕业生主要在物理学或相关的科学技术领域中从事科研、教学、技术开发和相关的管理工作。科研工作包括物理前沿问题的研究和应用,技术开 发工作包括新特性物理应用材料如半导体等,应用仪器的研制如医学仪器、生物仪器、科研仪器等。
应用物理专业的就业范围涵盖了整个物理和工程领域,融物理理 论和实践于一体,并与多门学科相互渗透。应用物理学专业的学生如具有扎实的物理理论的功底和应用方面的经验,能够在很多工程技术领域成为专家。我国每年培养本科应用物理专业人才约12000人。
和该专业存在交叉的专业包括物理专业,工程物理专业,半导体和材料专业等。人才需求方面,我国对应用物理专业的人才需求仍旧是供不应求。
D. 物理学家的历史
恩利克费米(Enrico Fermi,1901~1954)美籍意大利物理学家。对统计物理、原子物理、原子核物理、粒子物理、中子物理都有重要贡献。
1934年用中子轰击原子核产生人工放射现象。开始中子物理学研究。被誉为“中子物理学之父”。
1938年由于 “通过中子照射展示新的放射性元素的存在,以及通过慢中子核反应获得的新发现(demonstrations of the existence of new radioactive elements proced by neutron irradiation, and for his related discovery of nuclear reactions brought about by slow neutrons)获得诺贝尔物理奖。
他于1954年去逝。100号化学元素镄就是为纪念他而命名的。
1954年,为纪念费米对核物理学的贡献,美国原子能委员会建立了“费米奖”,以表彰为和平利用核能作出贡献的各国科学家。
E. 物理学发展史是什么
1. 古代物理学时期
这一时期是从公元前8世纪至公元15世纪,是物理学的萌芽时期。无论在东方还是在西方,物理学还处于前科学的萌芽阶段,严格的说还不能称其为“学”。物理知识一方面包含在哲学中,如希腊的自然哲学,另一方面体现在各种技术中,如中国古代的科技。 这一时期的物理学有如下特征:在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎;在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测;在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识,其中静力学发展较为完善;在发展速度上比较缓慢,社会功能不明显。 这一时期的物理学对于西方又可分为两个阶段,即古希腊-罗马阶段和中世纪阶段。〖1〗古希腊-罗马阶段(公元前8世纪至公元5纪)。主要有古希腊的原子论、阿基米德(Archimedes,公元前287-公元前212)的力学、托勒密(Claudius Ptolemaeus,约90-168)的天文学等。〖2〗中世纪阶段(公元5世纪至公元15世纪)。主要有勒·哈增(AL-Hazen,约965-1038)的光学、冲力说等。
2. 近代物理学时期 (又称经典物理学时期)
这一时期是从16世纪至19世纪,是经典物理学的诞生、发展和完善时期。物理学与哲学分离,走上独立发展的道路,迅速形成比较完整严密的经典物理学科学体系。 这一时期的物理学有如下特征:在研究方法上采用实验与数学相结合、分析与综合相结合和归纳与演绎相结合等方法;在知识水平上产生了比较系统和严密科学理论与实验;在内容上形成比较完整严密的经典物理学科学体系;在发展速度上十分迅速,社会功能明显,推动了资本主义生产与社会的迅速发展。 这一时期的物理学又可细分为三个阶段。〖1〗草创阶段(16世纪至17世纪)。主要在天文学和力学领域中爆发了一场“科学革命”,牛顿力学诞生。〖2〗消化和渐进阶段(18世纪)。建立了分析力学,光学、热学和静电学也取得较大的发展。〖3〗鼎盛阶段(19世纪)。相继建立了波动光学、热力学与分子运动论、电磁学,使经典物理学体系臻于完善。
3. 现代物理学时期
这一时期是从19世纪末至今,是现代物理学的诞生和取得革命性发展时期。物理学的研究领域得到巨大的拓展,实验手段与设备得到前所未有的增强,理论基础发生了质的飞跃。 这一时期的物理学有如下特征:在研究方法上更加依赖大规模的实验、高度抽象的理性思维和国际化的合作与交流;在认识领域上拓展到微观(10-13)与宇观(200亿光年)和接近光速的高速运动新领域,变革了人类对物质、运动、时空、因果律的认识;在发展速度上非常迅猛,社会功能十分显着,推动了社会的飞速发展。 这一时期的物理学又可大致地分为两个阶段。〖1〗革命与奠基阶段(1895年至1927年)。建立了相对论和量子力学,奠定了现代物理学的基础。〖2〗飞速发展阶段(1927年至今)产生了量子场论、原子核物理学、粒子物理学、半导体物理学、现代宇宙学、现代物理技术等分支学科。
F. 化学和物理有多少年历史了
化学是自然科学的一种,在分子、原子层次上研究物质的组成、性质、结构与变化规律;创造新物质的科学。世界由物质组成,化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一。它是一门历史悠久而又富有活力的学科,它的成就是社会文明的重要标志...
G. 近代西方物理学发展史
1、 近代物理学时期又称经典物理学时期,这一时期是从16世纪至19世纪,是经典物理学的诞生、发展和完善时期。
近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪,古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”,即认为地球位于宇宙的中心。公元140年,古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨着《天文学大成》,在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。
这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象,又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义,因而流传时间长达1300余年。
公元15世纪,哥白尼经过多年关于天文学的研究,创立了科学的日心说,写出“自然科学的独立宣言”——《天体运行论》,对地心说发出了强有力的挑战。
16世纪初,开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析,先后提出了行星运动三定律。开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。从开普勒起,天文学真正成为一门精确科学,成为近代科学的开路先锋。
近代物理学之父伽利略,用自制的望远镜观测天文现象,使日心说的观念深入人心。他提出落体定律和惯性运动概念,并用理想实验和斜面实验驳斥了亚里士多德的“重物下落快”的错误观点,发现自由落体定律。
16世纪,牛顿总结前人的研究成果,系统的提出了力学三大运动定律,完成了经典力学的大一统。16世纪后期创立万有引力定律,树立起了物理学发展史上一座伟大的里程碑。
之后两个世纪,是电学的大发展时期,法拉第用实验的方法,完成了电与磁的相互转化,并创造性地提出了场的概念。19世纪,麦克斯韦在法拉第研究的基础上,凭借其高超的数学功底,创立了了电磁场方程组,在数学形式上完成了电与磁的完美统一,完成了电磁学的大一统。
与此同时,热力学与光学也得到迅速发展,经典物理学逐渐趋于完善。
(7)物理学有多少年的历史扩展阅读:
近代物理学发展越发缓慢,主要是因为数学模型的复杂度和诠释的难度的提高造成的吧,或者换句话说,并不是物理学的发展变慢了,只是想把它简单的表述给人们变得越来越难。人们无从了解,自然就觉得是学科不发展。
早在经典物理比如经典力学和热力学,虽然数学模型也不简单但是诠释是很直观的。就是说数学符号对应的物理实际是很显而易见的。
而现代的,比如量子场论和弦论,甚至广义相对论的数学模型比经典物理要复杂的多。而且很多数学模型还不完备,这些其实都不是大问题。关键是如何诠释,如何理解量子场论中的量子场的物理实际,甚至更低级别一些,量子力学中的波函数是什么,目前虽有一些公认的解释但是很不令人满意。
而且对于物理过程的概率诠释从一方面直接从理论层面阻碍了对更基础的物理结构的研究,这也跟我们的实验观察能力的限制有关。我们不能建立超越我们观察能力的理论,或者我们可以建立任何理论但是对于超越观察能力的部分我们不能做任何研究。
综上所述,其实物理学现在的发展并不慢,只是人们的认知问题而已。
H. 物理学有几百年的历史
你好!
作为发展的萌芽阶段,可以追溯到2000多年前,比如那时候就发现了一些物理现象,并且对这些现象做出过经验性的总结,但是并不能称之为物理学。
真正的物理学理论体系的建立,应该从牛顿的那本划时代着作《自然哲学的数学原理》开始的,也就是在17世纪80年代。
I. 物理学发展历史约为多久
可以说很久了,最早可追溯到亚里士多德,阿基米德时代吧