物理学的发展

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1、物理学的发展焦健斌山东大学物理与微电子学院2006.11.16引子奥妙的侦探故事设想有一个完美的侦探故事。这个故事告诉我们所有重要的线索，这样使我们不能不提出自己对事件真相的见解。如果我们仔细研究故事的构思，不等作者在书的结尾作出交代，我们就早已得到完满的解答了。宇宙的秘密正如这样一个完美的侦探故事。这个奥妙的侦探故事，至今还没有作出解答。我们甚至不能肯定它是否有一个最后的答案。但是阅读这本书已使我们得到许多收获。它已教会我们懂得自然界的基本语言，它使我们了解到许多线索，而且它是科学的历次艰苦发展中精神愉快和奋发的源泉。物理学概览物理学

2、是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。人对自然界的认识来自于实践，随着实践的扩展和深入，物理学的内容也在不断扩展和深入。随着物理学各分支学科的发展，人们发现物质的不同存在形式和不同运动形式之间存在着联系，于是各分支学科之间开始互相渗透。物理学也逐步发展成为各分支学科彼此密切联系的统一整体。物理学家力图寻找一切物理现象的基本规律，从而统一地理解一切物理现象。这种努力虽然逐步有所进展，

3、但现在离实现这—目标还很遥远。看来人们对客观世界的探索、研究是无穷无尽的。经典物理学的大厦牛顿（Newton）的绝对时空观被确立之后，不少人以为宇宙的一切都可以用物理公式来表示。十九世纪法国天文学家拉普拉斯（Laplace）即为一代表人物。他认为，给定了方程和初始条件，宇宙的一切都是可以预测的。在那个年代里面，凡是能被振荡的，能被加速的，能被干扰的，能被蒸馏的，能被化合的，能被称质量的，或能被变成气体的，他们都做到了；在此过程中，他们提出了一大堆普遍定律。这些定律非常重要，非常神气，直到今天我们还往往以大写来书写："光的电磁场理论"、"

4、里氏互比定律"、"查理气体定律"、"体积结合定律"、"第零定律"、"原子价概念"、"质量作用定律"等等，多得数也数不清。整个世界丁丁当当、喀嚓喀嚓地回响着他们发明创造出来的机器和仪器的声音。许多聪明人认为，科学家们已经没有多少事可干了。大厦的内部设施力学牛顿运动三定律：运动学的基本规律牛顿万有引力定律：动力学……………热力学第零定律：温度的概念…………一……：能量守恒，能量的概念宏观理论热学…………二……：熵的概念…………三……：绝对零度不能达到统计物理学：微观理论电磁学麦克斯韦电磁理论：电磁场的运动规律洛伦兹力规律：电磁场与带电物质间

5、的相互作用光学光是电磁波！经典力学（I）经典力学是研究宏观物体做低速机械运动的现象和规律的学科。宏观是相对于原子等微观粒子而言的；低速是相对于光速而言的。物体的空间位置随时间变化称为机械运动。人们日常生活直接接触到的并首先加以研究的都是宏观低速的机械运动。伽利略（GalileoGalilei，1564-1642），意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。开普勒(JohannesKepler，1571-1630)是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。经典力学（II）牛顿深入研究了前人发现和总结的经验规律和初步

6、的现象性理论，发现了宏观低速机械运动的基本规律，为经典力学奠定了基础。经典力学中的基本物理量是质点的空间坐标和动量。在经典力学中，力学系统的总能量和总动量有特别重要的意义。早在19世纪，经典力学就已经成为物理学中十分成熟的分支学科，它包含了丰富的内容。例如：质点力学、刚体力学、分析力学、弹性力学、塑性力学、流体力学等。*机械运动中，很普遍的一种运动形式就是振动和波动。声学就是研究这种运动的产生、传播、转化和吸收的分支学科。牛顿（IsaacNewton，1643-1727）英国伟大的科学家，经典物理学理论体系的建立者。热学、热力学和经典统

7、计力学（I）热学是研究物质处于热状态时的有关性质和规律的物理学分支，它起源于人类对冷热现象的探索。人类生存在季节交替、气候变幻的自然界中，冷热现象是他们最早观察和认识的自然现象之一。热力学是热学理论的一个方面。热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。统计力学应用数学中统计分析的方法，研究大量粒子的平均行为。统计力学根据物质的微观组成和相互作用，研究由大量粒子组成的宏观物体的性质和行为的统计规律，是理论物理的一个重要分支。热学、热力学

8、和经典统计力学（II）热力学三定律是热力学的基本理论。19世纪中期，焦耳等人用实验确定了热量和功之间的定量关系，从而建立了热力学第一定律。热力学第一定律反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系，它引进了系统的态