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1、引言世界上充满了需要解释的现象.例如,想一想彩虹和肥皂泡的颜色,高速飞机的蒸汽尾迹,液态水在某一温度时突然变为固态的冰,暴风雨中的闪电及紧随其后的惊雷,美丽的六角对称的小雪花;所有这些,还有数不清的许多其它现象,都在物理学的研究范围之内.总的来说,科学的本质就是观察和探究我们周围的世界,试图从已知事物中确定某些潜在的秩序和模式.物理学是科学的一部分,主要研究无生命的世界,而且力图确认最基本的原理和统一的规律.这里指出了物理学与其他自然科学的两点区别,第一点——限制在非生命世界中——将它与生物学暂时区别开来;第二点——力图确认最基本的原理,表明物理
2、学与化学的区别,化学在其基本原理方面,建立在物理学的某些具体领域之上,而不考虑其他.尽管数学对于物理学是不可缺少的,但数学是一个完全不同的领域.它是自洽的,完全不依赖对真实世界的观察.本文的主题可以从许多角度展开讨论.其中一种洞悉物理学本质的方法是看物理学从古至今是如何发展的.本文就是这样做的,尽管它并不试图列出所有那些重要的,甚至是本质的话题.本文的目的并不是为物理学自身提供一个时间表,而是举例说明,把我们关于各种现象的知识同尽可能少的普遍规律联系起来,如何成为物理学矢志不渝的追求目标.阿基米德与杠杆说物理学起源于力学——关于机械,力和运动的科
3、学——似乎是比较合理的.物理学和应用装置之间有着比较紧密的联系,这种联系在古代力学中就已经建立起来.最好的例子可能就是杠杆了.阿基米德在公元前250年就已经认识到杠杆原理"┅┅只有重量和悬挂它们的力臂成反比时,不同重量的物体才能保持平衡."这个简单的例子一个源于特定经验的理论陈述,一个象征物理学本质式的理论陈述.这一结论可能是第一个真正的物理规律.它成为杆秤或者说天平——一种发明于罗马时代,至今仍在使用的装置——的理论基础.有必要把这个例子做进一步的阐述.最初,不同重量的物体保持平衡可能只是实际经验,此后阿基米德将其量化,并对各量之间的关系做了一
4、般性的陈述.但他并不满足于此,他试图把它归因于——对称性——物理学家使用的最有效的概念之一.阿基米德认为,同样重(W)的物体在距转轴(支点)同样远(l)的地方保持平衡是一个公理.因而他设想,其中一个重物可以被两个2W的重物代替,一个放在支点,一个放在距离支点的地方.由于第一个l22W的重物显然不会对支点产生转动效果,因此他认为,位于处重l22W的物体会平衡位于l处重W的物体,把这一论断外推,就会得出关于杠杆的普遍规1_~rLEA·,X~Vp4,X_¨àG,X(='!b,à,XC-/3G>5¨!bG222211lWlWl22W,X(='HAEG>5
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