第一篇：對(duì)物理學(xué)的認(rèn)識(shí)

對(duì)物理學(xué)的認(rèn)識(shí)

物理學(xué)的主要研究對(duì)象是力、光、電等。物理學(xué)可以分為力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、量子力學(xué)、核物理學(xué)等。物理學(xué)所研究的內(nèi)容和人類的生活息息相關(guān)。在人類社會(huì)的發(fā)展歷程中，物理學(xué)起著非常重要的作用。物理學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，可以說(shuō)：物理學(xué)不是一切，但是一切都離不開(kāi)物理學(xué)。物理學(xué)的終極目標(biāo)就是來(lái)量化解釋世界。（法國(guó)皮埃爾·迪昂在他的《物理理論的目的和結(jié)構(gòu)》中提出的觀點(diǎn)）

牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)以后帶來(lái)了第一次工業(yè)革命，因此人類進(jìn)入了近代化。而蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用是第一次工業(yè)革命的標(biāo)志，可以看出物理學(xué)的作用是巨大的。隨著物理學(xué)的發(fā)展，電學(xué)得到了應(yīng)用，帶來(lái)了第二次工業(yè)革命，電學(xué)的應(yīng)用拉近了人們之間的距離，電力、汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展。在第二次世界大戰(zhàn)的刺激下，原子能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和航天技術(shù)發(fā)展迅速，并成為第三次技術(shù)革命興起的標(biāo)志．隨著量子力學(xué)相對(duì)論等理論的建立，在20世紀(jì)，以核能、電子計(jì)算機(jī)等的應(yīng)用為標(biāo)志，人類社會(huì)開(kāi)始進(jìn)入現(xiàn)代化。20世紀(jì)前半期科學(xué)技術(shù)的重大突破又引起社會(huì)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生活方式等方面的重大變化，并為戰(zhàn)后第三次技術(shù)革命的深入發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

從原始社會(huì)到現(xiàn)代社會(huì)，物理學(xué)始終不停地演進(jìn)。過(guò)去大家相信太陽(yáng)繞著地球轉(zhuǎn)，十六世紀(jì)時(shí)哥白尼提出地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，十七世紀(jì)時(shí)布魯諾發(fā)揚(yáng)此學(xué)說(shuō)，便被羅馬教廷處死了。這可以說(shuō)是物理學(xué)上的一次革命。后來(lái)牛頓繼承地動(dòng)說(shuō)，發(fā)展出他的運(yùn)動(dòng)定律。大家本以為此定律無(wú)懈可擊?？墒堑搅硕兰o(jì)，又被愛(ài)因斯坦的相對(duì)論將它涵蓋過(guò)去。由此可知，一切理論都是人為創(chuàng)造來(lái)解釋自然的現(xiàn)象，充滿了各種可能性。但是必須要能夠解釋已經(jīng)發(fā)生的事實(shí)，并且要能夠預(yù)測(cè)未發(fā)生的事件，才算是一個(gè)經(jīng)得起考驗(yàn)的理論?？茖W(xué)便是在不斷的探索中，尋找最圓滿的答案。過(guò)去的物理學(xué)偏重于對(duì)觀察物的研究，把觀察者忽略。但自從“測(cè)不準(zhǔn)原理”提出后，觀察者對(duì)被觀察物的影響便受到重視，未來(lái)對(duì)于“人”與“物”關(guān)系的研究將引起另一場(chǎng)科學(xué)的革命。

物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，是透過(guò)種種的儀器來(lái)研究宇宙萬(wàn)象。物理學(xué)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具備一致性，但是在解釋上是可以提出各式理論模型的。然而各種理論模型是由物理學(xué)家建立起來(lái)的，也就是依靠人的心智創(chuàng)造出來(lái)的，也因此受限于人的心智。

物理學(xué)是古老而前沿的學(xué)科。在天體物理學(xué)當(dāng)中有兩個(gè)非常重要的概念，一個(gè)是新星，一個(gè)是超新星，新星的亮度大概是太陽(yáng)亮度的幾萬(wàn)倍，超新星的亮度是太陽(yáng)亮度的百萬(wàn)萬(wàn)倍。這兩個(gè)都是在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的。對(duì)宇宙的探索，未知多于已知，我們已知的物質(zhì)大約只占5%，還有95%是暗物質(zhì)和暗能量。從引力場(chǎng)我們知道暗物質(zhì)的存在,從宇宙膨脹的加速度我們判斷有暗能量.李政道認(rèn)為，之所以有暗能量是因?yàn)樘焱庥刑?，我們的宇宙之外可能還有宇宙！暗物質(zhì)暗能量的研究是物理學(xué)研究最大的挑戰(zhàn)。

物理學(xué)是理論和實(shí)驗(yàn)緊密聯(lián)系的科學(xué)，是一門應(yīng)用學(xué)科。物理學(xué)是嚴(yán)密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)。物理學(xué)追求真理、造福人類、引領(lǐng)未來(lái)、支撐發(fā)展。物理學(xué)是認(rèn)識(shí)世界的先鋒，物理學(xué)引領(lǐng)世界！對(duì)物理學(xué)的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)同學(xué)的估算能力、模擬計(jì)算能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、閱讀分析總結(jié)寫文章的能力、提出問(wèn)題的能力、抓住主要矛盾的能力等等。

關(guān)于庫(kù)侖定律研究的過(guò)程,通過(guò)史學(xué)的介紹我們可以知道,在庫(kù)侖之前,有一個(gè)叫普利斯特利的科學(xué)家,曾將靜電力跟萬(wàn)有引力做了類比,他就在猜想,靜電力應(yīng)該也是與萬(wàn)有引力一樣,與距離的平方成反比,可以說(shuō),如果沒(méi)有萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)在前,庫(kù)侖定律還不知道什么時(shí)候才能發(fā)現(xiàn),為什么這樣講呢，實(shí)際上有這樣一個(gè)事實(shí)，就是庫(kù)侖能夠把靜電力和萬(wàn)有引力進(jìn)行很好的類比，當(dāng)實(shí)驗(yàn)測(cè)出來(lái)的這種數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)靜電力不是與距離的平方剛好成反比，而是與距離的2.04次方或距離的1.96次方成反比，這時(shí)候，庫(kù)侖這個(gè)科學(xué)家他就堅(jiān)信大千世界萬(wàn)物的力之間肯定有一種它的統(tǒng)一性，靠類比的方法，靠他的這種堅(jiān)定的思想、信念使得庫(kù)侖定律才得以比較早的發(fā)現(xiàn)，所以我想說(shuō)，這個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，實(shí)際上就蘊(yùn)涵著物理思維方法的運(yùn)用，可見(jiàn)對(duì)物理的研究可以培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S和敏銳的直覺(jué)。這些對(duì)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的敏感性和方向的把握至關(guān)重要。再者，物理基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，為經(jīng)濟(jì)學(xué)的學(xué)習(xí)打下了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。將成熟的物理模型和物理理論應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)學(xué)理論研究，是現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。

第二篇：當(dāng)代物理學(xué)對(duì)物質(zhì)微觀世界基本粒子的認(rèn)識(shí)

當(dāng)代物理學(xué)對(duì)物質(zhì)微觀世界基本粒子的認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)介

2010-07-16 05:38:04| 分類： 默認(rèn)分類 |字號(hào)大中小 訂閱

當(dāng)代物理學(xué)對(duì)物質(zhì)微觀世界基本粒子的認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)介

一、物理概念

：

基本粒子 即在不改變物質(zhì)屬性的前提下的最小體積物質(zhì)。它是組成各種各樣物體的基礎(chǔ)。并不會(huì)因?yàn)樾《鴶喽ㄋ皇悄撤N物質(zhì)。

簡(jiǎn)單介紹：

名稱：基本粒子

英語(yǔ)名稱：elementary particle 基本粒子指人們認(rèn)知的構(gòu)成物質(zhì)的最小最基本的單位。但在夸克理論提出后，人們認(rèn)識(shí)到基本粒子也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故現(xiàn)在一般不提“基本粒子”這一說(shuō)法。根據(jù)作用力的不同，粒子分為：

1、強(qiáng)子

2、輕子

3、傳播子 三大類

強(qiáng)子就是是所有參與強(qiáng)力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成，已發(fā)現(xiàn)的夸克有六種它們是 ：.頂夸克

2.上夸克

3.下夸克

4.奇異夸克

5.粲夸克

6.底夸克

其中理論預(yù)言頂夸克的存在，2007年1月30日發(fā)現(xiàn)于美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室。現(xiàn)有粒子中絕大部分是強(qiáng)

子 質(zhì)

子 中

子 π 介 子

....等都屬于強(qiáng)子。(另外還發(fā)現(xiàn)反物質(zhì),有著名的反夸克,現(xiàn)已被發(fā)現(xiàn)且正在研究其利用方法,由此我們推測(cè)，甚至可能存在反地球,反宇宙)

輕子就是只參與弱力、電磁力和引力作用，而不參與強(qiáng)相互作用的粒子的總稱。輕子共有六種，包括:

電

子

電

子 中 微 子

...μ

子

μ

子 中 微 子

τ

子

τ

子 中 微 子

電子、μ子和τ子是帶電的，所有的中微子都不帶電，且所有的中微子都存在反粒子；τ子是1975年發(fā)現(xiàn)的重要粒子，不參與強(qiáng)作用，屬于輕子，但是它的質(zhì)量很重，是電子的3600倍，質(zhì)子的1.8倍，因此又叫重輕子。

傳播子也屬于基本粒子。傳遞強(qiáng)作用的膠子共有8種，1979年在三噴注現(xiàn)象中被間接發(fā)現(xiàn)，它們可以組成膠子球，由于色禁閉現(xiàn)象，至今無(wú)法直接觀測(cè)到。光子傳遞電磁相互作用，而傳遞弱作用的W+，W-和Z0，膠子則傳遞強(qiáng)相互作用。重矢量玻色子是1983年發(fā)現(xiàn)的，非常重，是質(zhì)子的80一90倍。

...二.主 要 特 征

：

基本粒子要比原子、分子小得多，現(xiàn)有最高倍的電子顯微鏡也不能觀察到。質(zhì)子、中子的大小，只有原子的十萬(wàn)分之一。而輕子和夸克的尺寸更小，還不到質(zhì)子、中子的萬(wàn)分之一。

粒子的質(zhì)量是粒子的另外一個(gè)主要特征量。

按照粒子物理的 規(guī)范理論，所有規(guī)范粒子的質(zhì)量為零，而規(guī)范不變性以某種方式 被破壞了，使夸克、帶電輕子、中間玻色子獲得質(zhì)量?，F(xiàn)有的粒子質(zhì)量范圍很大。光子、膠子是無(wú)質(zhì)量的，電子質(zhì)量很小，π介子質(zhì)量為電子質(zhì)量的280倍；質(zhì)子、中子都很重，接近電子質(zhì)量的2000倍，已知最重的粒子是頂夸克。己發(fā)現(xiàn)的六種夸克，從下夸克到頂夸克，質(zhì)量從輕到重。中微子的質(zhì)量非常小，目前己測(cè)得的電子中微子的質(zhì)量為電子質(zhì)量的七萬(wàn)分之一，已非常接近零。

粒子的壽命是粒子的第三個(gè)主要特征量。

電子、質(zhì)子、中微子是穩(wěn)定的，稱為 “長(zhǎng)壽命”粒子；而其他絕大多數(shù)的粒子是不穩(wěn)定的，即可以衰變。一個(gè)自由的中子會(huì)衰變成一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)電子和一個(gè)中微子； 一個(gè)π介子衰變成一個(gè)μ子和一個(gè)中微子。粒子的壽命以強(qiáng)度衰減

到一半的時(shí)間來(lái)定義。質(zhì)子是最穩(wěn)定的粒子，實(shí)驗(yàn)已測(cè)得的質(zhì)子壽命大于10的33次方年。

粒子具有對(duì)稱性，有一個(gè)粒子，必存在一個(gè)反粒子。

1932年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與電子質(zhì)量相同但帶一個(gè)正電荷的粒子，稱為正電子；后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)帶負(fù)電、質(zhì)量與質(zhì)子完全相同的粒子，稱為反質(zhì)子；隨后各種反夸克和反輕子也相繼被發(fā)現(xiàn)。一對(duì)正、反粒子相碰可以湮滅，變成攜帶能量的光子，即粒子質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?；反之，兩個(gè)高能粒子碰撞時(shí)有可能產(chǎn)生一對(duì)新的正、反粒子，即能量也可以轉(zhuǎn)變成具有質(zhì)量的粒子。

粒子還有另一種屬性—自旋。

自旋為半整數(shù)的粒子稱為費(fèi)米子，為整數(shù)的稱為玻色子。

物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)和變化的，在變化中也有些東西不變，即守恒。粒子的產(chǎn)生和衰變過(guò)程就要遵循能量守恒定律。此外還有其他的守恒定律，例如輕子數(shù)和夸克數(shù)守恒，這是基于實(shí)驗(yàn)上觀察不到單個(gè)輕子和夸克的產(chǎn)生和湮滅，必須是粒子、反粒子成對(duì)地產(chǎn)生和湮滅而總結(jié)出來(lái)的。

微觀世界的粒子具有雙重屬性粒子性和波動(dòng)性。描述粒子 的粒子性和波動(dòng)性的雙重屬性，以及粒子的產(chǎn)生和消滅過(guò)程的基本理論是量子場(chǎng)論。量子場(chǎng)論和規(guī)范理論十分成功地描述了粒子及其相互作用。

三.主

要 結(jié) 構(gòu) :

保羅·狄拉克

1933年，狄拉克關(guān)于正電子存在的預(yù)言被證實(shí)，1 936年安德森因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1955年塞格雷和錢伯林利用高能加速器發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子，他們因此獲1959年物理獎(jiǎng)。第二年又有人發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子。1959年王淦昌等人發(fā)現(xiàn)了反西格瑪負(fù)超子。這些都為反物質(zhì)的存在提供了證據(jù)。萊因斯等利用大型反應(yīng)堆，經(jīng)過(guò)3年的努力，終于在1956年直接探測(cè)到鈾裂變過(guò)程中所產(chǎn)生的反中微子。他因此獲 1995年物理學(xué)獎(jiǎng)。到1968年，人們才探測(cè)到了來(lái)自太陽(yáng)的中微子。1947年鮑威爾利用自己發(fā)明的照相乳膠技術(shù)在宇宙線中找到了1934年湯川秀樹(shù)提出的介子場(chǎng)理論中預(yù)言的介子。湯川秀樹(shù)獲1949年物理獎(jiǎng)，鮑威爾獲 1950年物理獎(jiǎng)。到50年代末，基本粒子的數(shù)目已達(dá)30種。這些粒子絕大多數(shù)是從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)的。

自1951年費(fèi)米首次發(fā)現(xiàn)共振態(tài)粒子以來(lái)，至80年代已發(fā)現(xiàn)的共振態(tài)粒子達(dá)300多種。

所有的基本粒子都是共振態(tài)，共振態(tài)的發(fā)現(xiàn)其實(shí)已經(jīng)揭開(kāi)了基本粒子的秘密，即所有的基本粒子都是共振態(tài)．共振態(tài)分二類，一類是不穩(wěn)定的，如強(qiáng)子類；另一類是穩(wěn)定的，如電子．中子等．它門不容易發(fā)生自發(fā)衰變．不存在絕對(duì)穩(wěn)定的基本粒子，如電子在一定的條件下也會(huì)堙滅（與正電子相遇時(shí)）。產(chǎn)生基本粒子的外因是物質(zhì)波的交匯，交匯處形成波包．內(nèi)因是交匯處發(fā)生了共振，客觀表現(xiàn)為共振態(tài)－－即基本粒子的產(chǎn)生．

夸 克 模 型

基本粒子如此之多，難道它們真的都是最基本、不可

分的嗎？近40年來(lái)大量實(shí)驗(yàn)實(shí)事表明至少?gòu)?qiáng)子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的。1964年蓋爾曼提出了夸克模型，認(rèn)為介子是由夸克和反夸克所組成，重子是由三個(gè)夸克組成。他因此獲1969年物理獎(jiǎng)。1990年弗里德曼、肯德?tīng)柡吞├找蛟诹Ｗ游锢韺W(xué)夸克模型發(fā)展中的先驅(qū)性工作而獲物理獎(jiǎng)。1965年，費(fèi)曼、施溫格、朝永振一郎因在量子電動(dòng)力學(xué)重整化和計(jì)算方法的貢獻(xiàn)，對(duì)基本粒子物理學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響而獲物理獎(jiǎng)。溫伯格和薩拉姆等以夸克模型為基礎(chǔ)，完成了描述電磁相互作用和弱相互作用的弱電統(tǒng)一理論。他們因此而獲1979年物理獎(jiǎng)。目前統(tǒng)一場(chǎng)論的發(fā)展正向著把強(qiáng)相互作用統(tǒng)一起來(lái)的大統(tǒng)一理論和把引力統(tǒng)一進(jìn)來(lái)的超統(tǒng)一理論前進(jìn)。并且這種有關(guān)小宇宙的理論與大宇宙研究的結(jié)合，正在推進(jìn)著宇宙學(xué)的進(jìn)展。

如今，人類為了把宇宙中的四大基本力統(tǒng)一起來(lái)，于是Gabriele Veneziano創(chuàng)造了弦論，弦論的一個(gè)基本觀點(diǎn)就是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類 的粒子。這些看起來(lái)像粒子的東西實(shí)際上都是很小很小的弦的閉合圈（稱為閉合弦或閉弦），閉弦的不同振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子。它已經(jīng)成為人類探尋宇宙奧秘的一個(gè)非常重要的理論

四.基 本 粒 子 表 ：

基本粒子的概念也在隨著物理學(xué)的發(fā)展而不斷的變化著，人們的認(rèn)識(shí)也在朝著揭示微觀世界的更深層次不斷地深入。

1.“基本粒子”的“祖孫”三代

從湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子到1932年發(fā)現(xiàn)中子，人們認(rèn)識(shí)到質(zhì)

子、中子、電子和光子可以稱為基本粒子。當(dāng)時(shí)一度認(rèn)為一切都已搞清楚：質(zhì)子和中子構(gòu)成一切原子核；原子核和電子則構(gòu)造了自然界的一切原子和分子，而光子僅僅是構(gòu)成光與電磁波的最小單元。然而好景不長(zhǎng)，對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的這樣一種“圓滿”的解釋并沒(méi)能持續(xù)多久，人們很快發(fā)覺(jué)當(dāng)時(shí)所發(fā)現(xiàn)的基本粒子不能圓滿地解釋核力。

第一代

1935年著名的日本物理學(xué)家湯川秀樹(shù)（1907～1981年）大膽假設(shè)，很可能還有未曾發(fā)現(xiàn)的新粒子。湯川秀樹(shù)認(rèn)為，就像電磁相互作用是通過(guò)交換光子而實(shí)現(xiàn)的那樣，核力是通過(guò)核子間交換一種介子而實(shí)現(xiàn)的。他還估算出了這種粒子的質(zhì)量大約是電子質(zhì)量的200倍。兩年之后，美國(guó)物理學(xué)家卡爾·戴維·安德孫（1905～年）在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了一種帶電粒子，它的質(zhì)量是電子的200倍左右，被命名為“m（繆）介子”。理論預(yù)言的成功使人們倍感欣慰，但進(jìn)一步的考察卻令人十分掃興。因?yàn)檫@種m介子根本不與核子相互作用，很明顯，它不可能是湯川秀樹(shù)所預(yù)言的粒子。

1947年，巴西物理學(xué)家塞色，M·G·拉帝斯等人利用核乳膠在宇宙射線中又發(fā)現(xiàn)了一種介子——p介子。p介子的性質(zhì)完全符合湯川秀樹(shù)的預(yù)言，能夠解釋核力。實(shí)際上，“m介子”不是介子而是一

種輕子，所以現(xiàn)在將m介子稱為“m 子”。到1947年，人們認(rèn)識(shí)的粒子已達(dá)14種之多。其中包括當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的 :

1.光

子

（g)

2.正

電

子

（e +)

3.負(fù)

電

子

（e)

6.p + 介 子

7.p-介 子

8.p 0 介 子

9.質(zhì)

子

（p）

10.中

子

（n）

11.正 電

子

12.反 電

子

13.中 微

子

14.反 質(zhì)

子

15.反 中

子

這15種粒子各有用武之地，其中質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成一切穩(wěn)定的物質(zhì)；光子是電磁力的傳遞者，p介子傳遞核力，中微子在b衰變中扮演不可缺少的角色（b衰變是原子核自發(fā)地放射出電子或正電子，或者俘獲原子內(nèi)電子軌道上的一個(gè)電子，而發(fā)生的轉(zhuǎn)變）；而m子則在宇宙射線中出現(xiàn)。以上

這些就構(gòu)成了第一代粒子。

第二代

穩(wěn)定的秩序似乎并沒(méi)有維持多久，“完滿”的舊理論很快就被一系列新的疑問(wèn)所沖破。在發(fā)現(xiàn)p 介子的1947年，人們利用宇宙射線在云室中拍下了兩張有V字形徑跡的照片，衰變產(chǎn)物是p±介子和質(zhì)子（p）。這兩種徑跡不能用任何當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的第一代粒子來(lái)解釋，于是人們很自然的想到，這一定是兩種未發(fā)現(xiàn)的粒子衰變所形成的。在之后的幾年里，人們拍攝了十多萬(wàn)張宇宙射線照片，終于發(fā)現(xiàn)了這兩種不帶電的新粒子。其中一個(gè)質(zhì)量為電子質(zhì)量的1000倍，現(xiàn)在被叫做“k0介子”；另一個(gè)約為電子質(zhì)量的2200倍，現(xiàn)在稱為 l粒子（讀“蘭布塔”）。我們稱它們?yōu)榈诙Ｗ?，這是因?yàn)樗鼈冇袃蓚€(gè)明顯的特點(diǎn)：

(1)

產(chǎn)生快，衰變慢；

(2)

成對(duì)（協(xié)同）產(chǎn)生，單個(gè)衰變。這些特點(diǎn)用過(guò)去的理論是無(wú)法解釋的，所以又稱它們?yōu)椤捌娈惲Ｗ印薄?/p>

為了對(duì)這些奇異粒子進(jìn)行定量研究，光靠宇宙射線是

不夠的。50 年代初，一些大型加速器陸續(xù)建成，使人們有可能利用加速器所加速的粒子來(lái)轟擊原子核，以研究奇異粒子。

到1964年人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批奇異粒子，使人們發(fā)現(xiàn)的粒子種類達(dá)到了33種。這些奇異粒子統(tǒng)稱為“第二代粒子”。

第三代

如果我們把已發(fā)現(xiàn)的30多種粒子按它們的穩(wěn)定程度來(lái)分類，那么其中有的粒子是穩(wěn)定的，例如質(zhì)子、電子等；有的粒子卻要自發(fā)地衰變成其它粒子，例如m ±、p±、π0、k0、λ0……等。它們衰變的時(shí)間一般在10-20 ～10-16秒或大于10-10秒，分別屬于電磁作用衰變和弱作用衰變。到了60年代，由于加速器的能量逐步提高和高能探測(cè)器的迅速發(fā)展，在實(shí)驗(yàn)上也發(fā)現(xiàn)了衰變時(shí)間在10-24～10-23秒范圍的快衰變粒子，其衰變屬?gòu)?qiáng)作用衰變。這些粒子被稱為“共振態(tài)粒子”，也稱“第三代粒子”。由于它們的出現(xiàn)，使粒子種類猛增到上百種.基本粒子理論在本質(zhì)上是一個(gè)發(fā)展中的理論，它在許多方面還不能令人滿意，其中有兩個(gè)具有哲學(xué)意義的理論問(wèn)題尚

待澄清，即：層次結(jié)構(gòu)問(wèn)題（見(jiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次）和相互作用統(tǒng)一問(wèn)題(見(jiàn)相互作用的統(tǒng)一理論)。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子層次上，可以把原子中的電子和原子核分割開(kāi)來(lái)；在原子核層次上，也可以把微觀世界的粒子具有雙重屬性粒子性和波動(dòng)性。描述粒子的粒子性和波動(dòng)性的雙重屬性，以及粒子的產(chǎn)生和消滅過(guò)程的基本理論是量子場(chǎng)論。量子場(chǎng)論和規(guī)范理論十分成功地描述了粒子及其相互作用。

基本粒子理論:

于基本粒子的結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化規(guī)律的理論。它的理論體系就是量子場(chǎng)論。按照量子場(chǎng)論的觀點(diǎn)，每一類型的粒子都由相應(yīng)的量子場(chǎng)描述，粒子之間的相互作用就是這些量子場(chǎng)之間的耦合，而這種相互作用是由規(guī)范場(chǎng)量子傳遞的。

20世紀(jì)30年代以來(lái)，基本粒子理論在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上有了很大進(jìn)展。在粒子結(jié)構(gòu)方面，人們已經(jīng)通過(guò)對(duì)稱性的研究深入

到了一個(gè)層次，肯定了強(qiáng)子是由層子和反層子組成的，對(duì)真空特別是對(duì)真空自發(fā)破缺也有了新的認(rèn)識(shí)。在相互作用方面，發(fā)展了可描述電磁相互作用的量子電動(dòng)力學(xué)，發(fā)展了能統(tǒng)一描述弱相互作用和電磁相互作用的弱電統(tǒng)一理論，可用于描述強(qiáng)相互作用的量子色動(dòng)力學(xué)。它們無(wú)一例外都是量子規(guī)范場(chǎng)理論，并且都在很大程度上與實(shí)驗(yàn)一致，從而使人們對(duì)各種相互作用的規(guī)律性有了更深一層的了解?；玖Ｗ永碚撛诒举|(zhì)上是一個(gè)發(fā)展中的理論，它在許多方面還不能令人滿意，其中有兩個(gè)具有哲學(xué)意義的理論問(wèn)題尚待澄清，即：層次結(jié)構(gòu)問(wèn)題（見(jiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次）和相互作用統(tǒng)一問(wèn)題(見(jiàn)相互作用的統(tǒng)一理論)。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子層次上，可以把原子中的電子和原子核分割開(kāi)來(lái)；在原子核層次上，也可以把組成原子核的質(zhì)子和中子從原子核中分割出來(lái)?？墒沁M(jìn)入到“基本粒子”層次后，情況有了變化。這種變化在于強(qiáng)子雖然是由帶“色”的層子和反層子組成的，但卻不能把層子或反層子從強(qiáng)子中分割出來(lái)。這種現(xiàn)象被稱為“色”禁閉。于是，在“基本粒子”層次，物質(zhì)可分的概念增添了新的內(nèi)容。可分并不等于可分割，強(qiáng)子以層子和反層子作為組分，但卻不能從強(qiáng)子中分割出層子和反層子?！吧苯]現(xiàn)象的原因至今還未能從理論上找到明確答案。80年代已知的層子、反層子已達(dá)36種，輕子、反輕子已達(dá)12種，再加上作為力的傳遞者的規(guī)范場(chǎng)粒子以及

Higgs粒子，總數(shù)已很多，這就使人們?nèi)ピO(shè)想這些粒子的結(jié)構(gòu)。物理學(xué)家們對(duì)此已經(jīng)給出許多理論模型，但各模型之間差別很大，近期內(nèi)還很難由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和判斷究竟哪個(gè)模型正確。

在弱電統(tǒng)一理論獲得成功之后，人們又探求強(qiáng)作用和弱作用、電磁作用三者之間的統(tǒng)一，提出了各種大統(tǒng)一模型理論。這種理論預(yù)言質(zhì)子也會(huì)衰變，其壽命約為1032±2年。但還沒(méi)有得到實(shí)驗(yàn)上的證實(shí)。在探索力的統(tǒng)一理論時(shí)不能不考慮引力。但引力和弱作用力、電磁作用力、強(qiáng)作用力有重要差別，因?yàn)樗苯优c空間、時(shí)間的測(cè)度有聯(lián)系，它的傳遞者──引力子的自旋不同于其他三種作用力的傳遞者，它的耦合常數(shù)有量綱～(質(zhì)量)-2，從而會(huì)出現(xiàn)無(wú)窮多種發(fā)散，不能重整化。如果再考慮到A.愛(ài)因斯坦所提出的引力方程的非線性性質(zhì)，就更增加了引力理論量子化、重整化的困難。初步的探討認(rèn)為，引力場(chǎng)也是一種規(guī)范場(chǎng)，這就意味著引力和其他三種基本力在邏輯上最終會(huì)統(tǒng)一起來(lái)。但從問(wèn)題的深度上可以看到，有一些關(guān)鍵性的因素人們還沒(méi)有掌握。

基本粒子分族特性 :

平均壽命（s）

共有的衰變產(chǎn)物

μ+ 反粒子 族 電荷 質(zhì)量(注)輕子

μ-e 106 0.511 0 0 938.26 939.55

2.2*1evμv0^-6-e e ve vμ-e 0 0

穩(wěn)定 —— e+ 穩(wěn)定 —— v-e 穩(wěn)定 —— v-μ

重子

p +e

穩(wěn)定 —— p-

pev-e n λ 0 0

930 n-1115.2.5*1pπ-,nλ-0^-10

π0 Σ+ +e 11898*10.4 1192.5

pπ0,^-10 nπ+ 小于10^-14 1.5*10^-10 1.7*10^-10

λπ0 λπ-nπ-λ,輻射

Σ-Σ0 0 Σ+ Σ--e 1197.3

Σ+ Ξ--e 1321.2

Ξ+ Ξ0 0 13143*10.7 139.6 139.6 135.^-10 2.6*10^-8 2.6*10^-8 10^-

Ξ0 介子

π+ +e

μ+vμ π-π-π0-e 0

μ-vμ π+ 輻射 π0

0 493.8 493.8 497.8 1.2*10^-8

μ+vμ,π+π0

K+ K-K+ +e K--e

1.2*1μ-vμ,0^-8 π-π0 8.6*1π+π-0^-11，2π0(快衰K0 0 K0

變方 式)5.4*10^-8

3π0，π+π-π0 π+μv

(慢衰

-μ,π+ev-,π-μ+vμ-,π-e+v

變方式)

K0(0 497.衰變—— K0

反粒子)8 方式與K0相同

3π0，π0π+η 0 548.8

——

π-，π+π-，輻射

η

注：表中粒子的質(zhì)量是按能量單位1MeV（兆電子伏）給出的。如果與日常單位比較1MeV相當(dāng)于以1kW功率工作1.6*10^-16s.基本粒子物理學(xué) :

研究比原子核更深層次的微觀世界中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，和在很高能量下這些物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化及其產(chǎn)生原因和規(guī)律的物理學(xué)分支。又稱高能物理學(xué)。其發(fā)展大致經(jīng)歷3個(gè)階段:

第一階段（1897～1937）

可追溯到1897年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)基本粒子電子。1932 年 J.查德威克在用a粒子轟擊核的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子，隨即人們認(rèn)識(shí)到原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的，從而形成所有物質(zhì)都是由基本的結(jié)構(gòu)單元——質(zhì)子、中子、電子構(gòu)成的統(tǒng)一的世界圖像。質(zhì)子、中子、電子和A.愛(ài)因斯坦提出并被 R.A.密立根和 A.H.康普頓等人實(shí)驗(yàn)證實(shí)的光子、W.泡利假設(shè)存在的中微子（1956年最終被實(shí)驗(yàn)證實(shí)）以及P.A.M.狄拉克預(yù)言并被 C.D.安德森 1932 年在宇宙線中觀察到的正電子都被認(rèn)為是基本粒子或亞原子粒子。

《量子力學(xué)》

在此階段，理論上建立了量子力學(xué)，這是微觀粒子運(yùn)動(dòng)

普遍遵從的基本規(guī)律。在相對(duì)論量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，通過(guò)場(chǎng)的量子化初步建立量子場(chǎng)論，很好地解決了場(chǎng)的粒子性和描述粒子的產(chǎn)生、湮沒(méi)等問(wèn)題。隨著原子核物理的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)在相當(dāng)于原子核大小的范圍內(nèi)除了引力相互作用電磁相互作用之外，還存在比電磁作用更強(qiáng)的強(qiáng)相互作用和介于電磁作用和引力作用之間的弱相互作用，前者是核子結(jié)合成核的核力，后者引起原子核的β衰變。對(duì)于核力的研究認(rèn)識(shí)到核力是通過(guò)交換介子而產(chǎn)生的，并根據(jù)核力的電荷無(wú)關(guān)性建立起同位旋概念。

第二階段（1937～1964)

先后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了眾多的粒子。1937年從宇宙線中發(fā)現(xiàn)μ子，后來(lái)證實(shí)它不參與強(qiáng)作用，它和與之相伴的μ中微子同電子及與之相伴的電子中微子可歸入一類，統(tǒng)稱為輕子。1947年發(fā)現(xiàn)π±介子，1950年發(fā)現(xiàn)π0介子，1947 年還發(fā)現(xiàn)奇異粒子。50年代粒子加速器和各種粒子探測(cè)器有了很大發(fā)展，從而開(kāi)始了用加速器研究并大量發(fā)現(xiàn)基本粒子的新時(shí)期，各

種粒子的反粒子被證實(shí)；發(fā)現(xiàn)了為數(shù)不少的壽命極短的共振態(tài)?；玖Ｗ拥拇罅堪l(fā)現(xiàn)，其中大部分是強(qiáng)子，人們懷疑這些基本粒子的基本性。人們嘗試將強(qiáng)子進(jìn)行分類，提出頗為成功的強(qiáng)子分類的“八重法”。

這一階段理論上最重要的進(jìn)展是重正化理論的建立和相互作用中對(duì)稱性的研究

進(jìn)一步解釋宇稱不守恒

。關(guān)于描述電磁場(chǎng)量子化的量子電動(dòng)力學(xué)，通過(guò)重正化方法消除了發(fā)散困難，對(duì)于電子和μ子反常磁矩以及蘭姆移位的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確符合。量子電動(dòng)力學(xué)經(jīng)受眾多實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，成為描述電磁相互作用的成功的基本理論。對(duì)稱性與守恒定律聯(lián)系在一起，關(guān)于相互作用中對(duì)稱性的研究，最為重要的結(jié)果是1956年李政道、楊振寧提出弱作用下宇稱不守恒，[2]1957年被吳健雄等人的實(shí)驗(yàn)及其他實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這些實(shí)驗(yàn)同時(shí)也證實(shí)了在弱作用下電荷共軛宇稱不守恒。這些研

究推動(dòng)弱作用理論的進(jìn)展。

第三階段（1964～1994)

以提出強(qiáng)子 結(jié)構(gòu)的夸克模型為標(biāo)志。1964 年 M.蓋耳曼和 G.茲韋克在強(qiáng)子分類八重法的基礎(chǔ)上分別提出強(qiáng)子由夸克構(gòu)成，夸克共有上夸克u、下夸克d和奇異夸克s三種，它們的電荷、重子數(shù)為分?jǐn)?shù)?？淇四Ｐ涂梢哉f(shuō)明當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的各種強(qiáng)子?？淇四Ｐ偷玫胶髞?lái)進(jìn)行的高能電子、高能中微子對(duì)質(zhì)子和中子的深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)的支持，實(shí)驗(yàn)顯示出質(zhì)子和中子內(nèi)部存在點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，這些點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是夸克存在的證據(jù)。1974年發(fā)現(xiàn)J／ψ粒子，其獨(dú)特性質(zhì)必須引入一種新的粲夸克c，1979年發(fā)現(xiàn)另外一種獨(dú)特的新粒子Υ，必須引入第5種夸克，稱為底夸克b。另一方面，1975年發(fā)現(xiàn)重輕子τ，并有跡象表明存在與τ相伴的τ中微子，于是輕子共有6種。迄今的實(shí)驗(yàn)尚未發(fā)現(xiàn)輕子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。人們相信輕子是與夸克屬于同一層次的粒子。輕子與夸克的對(duì)稱性意味著存在第6種頂夸克t。1994年4月26日，美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室宣布已找到頂夸克存在的證據(jù)。

這一階段理論上最重要的進(jìn)展是建立電弱統(tǒng)一理論和強(qiáng)相互作用研究的進(jìn)展。1961 年S.L.格拉提出，其基礎(chǔ)是楊振寧和 R.L.密耳斯于1954年提出的非阿貝耳規(guī)范理論。按照這一模型，光子是傳遞電磁作用的粒子，傳遞弱作用的粒子是W±和Z0 粒子，但是W±、Z0是否具有靜質(zhì)量，理論上如何重正化問(wèn)題沒(méi)有解決。1967～1968年在對(duì)稱性自發(fā)破缺的基礎(chǔ)上，S.溫伯格、A.薩拉姆發(fā)展了格拉肖的電弱統(tǒng)一模型，建立了電弱統(tǒng)一的完善理論，闡明了規(guī)范場(chǎng)粒子W±、Z0是可以有靜質(zhì)量的，理論預(yù)言它們的質(zhì)量在80～100吉電子伏特（GeV），此外還預(yù)言存在弱中性流。1973年觀察到弱中性流，1983 年發(fā)現(xiàn)W±、Z0粒子，其質(zhì)量（mW≈80GeV，mZ≈90GeV）及特性同理論上期待的完全相符。關(guān)于強(qiáng)作用的研究，1973年 G.霍夫特D.J.格羅斯等人發(fā)展了量子色動(dòng)力學(xué)理論。量子色動(dòng)力學(xué)與量子電動(dòng)力學(xué)一樣，也是一種定域規(guī)范理論。在這個(gè)理論中，夸克之間的強(qiáng)相互作用是由于夸克具有色荷交換色膠子而產(chǎn)生的，膠子沒(méi)有靜質(zhì)量，但帶有色荷。強(qiáng)相互作用具有漸近自由的性質(zhì)，即夸克之間的強(qiáng)相互作用并不是隨著它們的距離增大而減弱，而是相反；當(dāng)它們相距很近而處于強(qiáng)子內(nèi)部時(shí)，相互作

用很弱，可近似地看成是自由的，從而能夠說(shuō)明夸克、膠子的禁閉性質(zhì)、輕子對(duì)強(qiáng)子深度非彈性散射的異?，F(xiàn)象以及噴注現(xiàn)象等。

在粒子物理學(xué)的深層次探索活動(dòng)中，粒子加速器、探測(cè)手段、數(shù)據(jù)記錄和處理以及計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用不斷發(fā)展，既帶來(lái)粒子物理本身的進(jìn)展，也促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；粒子物理所取得的豐碩成果已經(jīng)在宇宙演化的研究中起著重要的作用。

第三篇：物理學(xué)的進(jìn)步對(duì)社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)

物理學(xué)的進(jìn)步對(duì)社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)

電子的發(fā)現(xiàn)者是英國(guó)科學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)的,這是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的基本粒子,由于電子的發(fā)現(xiàn),湯姆孫被后人譽(yù)為”一位最先打開(kāi)通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”.他因電子發(fā)現(xiàn)和對(duì)氣體導(dǎo)電理論和實(shí)驗(yàn)的研究所作出的貢獻(xiàn)獲1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).電子的發(fā)現(xiàn)打破了原子不可分的經(jīng)典的物質(zhì)觀,向人們宣告原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小單元,它具有內(nèi)部結(jié)構(gòu),是可分的.電子的發(fā)現(xiàn)是與微觀物質(zhì)組成有最直接的關(guān)系,它是組成原子的普適成分,它的質(zhì)量比氫原子要小3個(gè)數(shù)量級(jí).電子的發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了原子物理學(xué)的嶄新研究領(lǐng)域.在這以后,電子的性質(zhì),在原子中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,電子通過(guò)晶體的衍射等都是物理學(xué)家感興趣的研究?jī)?nèi)容.在這些領(lǐng)域的不少研究成果都獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).電子的問(wèn)世開(kāi)辟了電子技術(shù)的新時(shí)代.從20世紀(jì)20年代開(kāi)始,從電子管生產(chǎn)到半導(dǎo)體管的誕生及半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,再到集成電路的發(fā)明,使人類進(jìn)入微電子科技時(shí)代.作為現(xiàn)代技術(shù)革命的重要標(biāo)志的微電子技術(shù)不僅使人類的通訊技術(shù)進(jìn)入高速,準(zhǔn)確和可靠的領(lǐng)域,同時(shí),也大大促進(jìn)了電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,微電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)正是現(xiàn)代現(xiàn)代信息技術(shù)的兩個(gè)重要基礎(chǔ),使今天人類社會(huì)又步入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期即信息社會(huì)。

從17世紀(jì)至18世紀(jì)，牛頓力學(xué)和熱力學(xué)對(duì)機(jī)械工業(yè)，尤其是熱機(jī)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用；19世紀(jì)，不斷發(fā)展的經(jīng)典電磁理論，促進(jìn)了工業(yè)電氣化和無(wú)線電通信的發(fā)展；20世紀(jì)上半葉，隨著相對(duì)論和量子力學(xué)的創(chuàng)立，人類的認(rèn)識(shí)深入到原子和原子核內(nèi)部，人類開(kāi)始進(jìn)入了核能時(shí)代和信息時(shí)代。此外物理學(xué)還有著豐富的精神價(jià)值：物理學(xué)的發(fā)展深深地影響著人類的思維方式和認(rèn)識(shí)方式；物理學(xué)和哲學(xué)有著密切的關(guān)系，辯證唯物主義的產(chǎn)生和發(fā)展，從物理學(xué)中汲取了許多“營(yíng)養(yǎng)”；物理學(xué)與數(shù)學(xué)在形成和發(fā)展過(guò)程中共同建立起來(lái)的“實(shí)驗(yàn)方法”、“邏輯方法”和“概念方法，在科學(xué)研究中得到普遍的應(yīng)用，成為科學(xué)方法論的三大支柱。因此，物理學(xué)對(duì)人類文明進(jìn)步做出了積極的貢獻(xiàn)，成為當(dāng)代人類文化的一個(gè)重要組成部分。

物理思想與方法不僅對(duì)物理學(xué)本身有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)，乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有著重要的貢獻(xiàn)。有人統(tǒng)計(jì)過(guò)，自20世紀(jì)中葉以來(lái)，在諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、生物及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧校幸话胍陨系娜司哂形锢韺W(xué)的背景；——這意味著他們從物理學(xué)中汲取了智能，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功。——反過(guò)來(lái)，卻從未發(fā)現(xiàn)有非物理專業(yè)出身的科學(xué)家問(wèn)鼎諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的事例。這就是物理智能的力量。難怪國(guó)外有專家十分尖銳地指出：沒(méi)有物理修養(yǎng)的民族是愚蠢的民族。

在我們的生活中，每時(shí)每刻都存在這屋里知識(shí)，比如說(shuō)，坐車為什么要繼安全帶啊，這是物理學(xué)的慣性知識(shí)吧，我們?yōu)槭裁纯梢钥措娨暟?，電視機(jī)的制作與電磁學(xué)有關(guān)吧，其實(shí)許多的家用電器都是依據(jù)物理知識(shí)制造出來(lái)的。隨著物理學(xué)的進(jìn)步科學(xué)家制作出來(lái)的東西會(huì)更先進(jìn)，無(wú)論是對(duì)社會(huì)還是人類都是有幫助的，像電話，電腦，哪一個(gè)不是用物理學(xué)作為基礎(chǔ)。

近代科學(xué)技術(shù)自19世紀(jì)傳入中國(guó)以來(lái)，經(jīng)歷了一段非同尋常的曲折過(guò)程。從19世紀(jì)中葉自強(qiáng)運(yùn)動(dòng)中開(kāi)始的“師夷之長(zhǎng)技”和“求強(qiáng)求富”，到20世紀(jì)初年的“科學(xué)救國(guó)”、“實(shí)業(yè)救國(guó)”思潮，從50年代的“向科學(xué)進(jìn)軍”，到20世紀(jì)末葉的“科教興國(guó)”戰(zhàn)略，中國(guó)人對(duì)科學(xué)技術(shù)給予了多少希望、夢(mèng)想和憧憬！150年來(lái)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是顯著的，但在全人類共同創(chuàng)建的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)大廈中，中國(guó)人的貢獻(xiàn)還相當(dāng)有限，中國(guó)科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化還沒(méi)有完成。站在新世紀(jì)的門檻上，中國(guó)應(yīng)該如何發(fā)展科學(xué)技術(shù)，追趕國(guó)際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)“科教興國(guó)”的歷史重任？面對(duì)這樣重大的問(wèn)題，我們不僅要深入了解和借鑒科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，還必須深入研究中國(guó)近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷程及其與社會(huì)文化的關(guān)系，力求準(zhǔn)確地把握科學(xué)技術(shù)的特性及其發(fā)展機(jī)制，總結(jié)中國(guó)近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。令人遺憾的是，我們?cè)谥铝τ诮鉀Q眼前的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題，追趕國(guó)際先進(jìn)水平的時(shí)候，卻很少系統(tǒng)地探討和總結(jié)我們一二百年來(lái)科技發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。長(zhǎng)期以來(lái)，我們對(duì)如何推進(jìn)中國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、創(chuàng)造有利于科學(xué)技術(shù)發(fā)展的社會(huì)條件和文化氛圍缺乏應(yīng)有的認(rèn)識(shí)。結(jié)果，我們不僅不易充分汲取歷史的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，反而可能重復(fù)舊的失當(dāng)?shù)恼吆团e措。因此，在面臨重任和挑戰(zhàn)的今天，系統(tǒng)的研究中國(guó)近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展史不但是學(xué)術(shù)研究的一項(xiàng)緊迫任務(wù)，也是現(xiàn)實(shí)賦予我們的重大課題。“物理”一詞，在2300年前我國(guó)的先秦時(shí)期就出現(xiàn)了。當(dāng)時(shí)的思想家還認(rèn)為自然界的規(guī)律和人文社會(huì)的規(guī)律是統(tǒng)一的，人文社會(huì)的法則也應(yīng)該歸結(jié)為天地、自然的法則。從這點(diǎn)來(lái)看，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)與哲學(xué)是混為一體的。

其實(shí)“物理”一詞，在2300年前我國(guó)的先秦時(shí)期就出現(xiàn)了，但當(dāng)時(shí)的含義比現(xiàn)在的“物理”要廣泛得多。它泛指人類對(duì)自然界及人類自身的理性認(rèn)識(shí)或世界萬(wàn)物的道理。中國(guó)古代的學(xué)者很注意對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和理解，他們認(rèn)為對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)于每個(gè)人的世界觀、人生觀以至于人格的形成至關(guān)重要。當(dāng)時(shí)的思想家還認(rèn)為自然界的規(guī)律和人文社會(huì)的規(guī)律是統(tǒng)一的，人文社會(huì)的法則也應(yīng)該歸結(jié)為自然的法則；后來(lái)有人把這個(gè)觀點(diǎn)概括為“天人合一”。從這點(diǎn)來(lái)看，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)與哲學(xué)是混為一體的。例如，孔子在《大學(xué)》中把人的教育過(guò)程描述為:一個(gè)人首先要盡力探求世界萬(wàn)物的道理，深入理解得到的各種知識(shí)，才會(huì)有崇高的理想和堅(jiān)定的信念，才能修養(yǎng)好人高尚的品德；每個(gè)人有了好的品德，才能處理好家族、社會(huì)與國(guó)家的關(guān)系，達(dá)到天下太平。生活在公元前4世紀(jì)的屈原，在他著名的《天問(wèn)》一詩(shī)中就曾一連向大自然提出了172個(gè)問(wèn)題，表現(xiàn)了中國(guó)古代先賢追求真理的精神。中國(guó)古代學(xué)者對(duì)物理現(xiàn)象和規(guī)律的重視和探究不僅深刻地影響著人們的價(jià)值觀，促進(jìn)了中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)文化的發(fā)展，還導(dǎo)致一系列的技術(shù)發(fā)明。例如中國(guó)在很早的時(shí)期就建立了先進(jìn)的天象綜合觀測(cè)技術(shù)，創(chuàng)建了一批珍貴的記錄，包括用甲骨文記錄的、世界最早的超新星爆發(fā)事件。通過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)與實(shí)踐，創(chuàng)造了與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的農(nóng)歷，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并延用至今在湖北隨縣曾侯乙墓出土的編鐘又如聲學(xué)上，在樂(lè)器制作、聲音傳播規(guī)律的掌握以及具備完美聽(tīng)覺(jué)的音樂(lè)殿堂的建造上都取得了突出的成就。1978年在湖北隨縣出土了公元前500年制造的曾侯乙編鐘，共8組合計(jì)65件?，F(xiàn)代中國(guó)物理工作者通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)它所包含的物理內(nèi)容令人驚嘆!由青銅鑄成的編鐘，鐘形是扁瓦形的而不是圓的，每個(gè)鐘具有雙音性質(zhì)，各自可以發(fā)頻率相差大三度或小三度的兩個(gè)音。整個(gè)編鐘的音域共5個(gè)八度，中音區(qū)12個(gè)半音俱全，音高幾乎與現(xiàn)代樂(lè)器的音高一致。編鐘的延音短，能夠演奏旋律快的音樂(lè)，鐘上突起的鐘枚起到濾波的作用，使音質(zhì)更為優(yōu)美，無(wú)論是中華民族音樂(lè)還是西方的交響樂(lè)曲都能演奏。聲學(xué)分析表明，編鐘正著敲時(shí)鐘體振動(dòng)波譜的最大振幅正好在正中，而波節(jié)則在離正中側(cè)敲點(diǎn)處；編鐘側(cè)敲時(shí)振動(dòng)波譜的最大振幅正好在側(cè)邊，而波節(jié)則正好在正敲點(diǎn)處，因此兩種聲音互不干擾。扁形的鐘體剛性比圓形的要高得多，振幅衰減得快，從而延音短能夠演奏旋律快的樂(lè)曲。2000年9月在巴黎中國(guó)文化周上演出的古代編鐘樂(lè)舞，曾引起歐洲觀眾的廣泛贊揚(yáng)。編鐘在法國(guó)巴黎舞臺(tái)上演奏時(shí)，除了中國(guó)古代樂(lè)曲外，還演奏了一段第9交響曲。其他如力學(xué)方面我國(guó)在杠桿原理、靜力平衡原理以及在能夠演奏旋律快的音樂(lè)秤量工具和建筑結(jié)構(gòu)等方面也很早就有很多建樹(shù)；光學(xué)方面，在墨子的《墨經(jīng)》中對(duì)幾何光學(xué)的現(xiàn)象已有相當(dāng)完整的表述，當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)小孔成像技術(shù)，發(fā)展了金屬放大鏡技術(shù)等。歷史上，中華民族以高度的智慧和能力通過(guò)各種各樣的發(fā)明創(chuàng)造，為人類文明的發(fā)展作出了偉大的貢獻(xiàn)。在16世紀(jì)之前的相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期中，中國(guó)科技領(lǐng)先世界，其中對(duì)物理現(xiàn)象及其規(guī)律的研究和應(yīng)用起了十分重要的作用。無(wú)庸諱言，中國(guó)的物理盡管在當(dāng)時(shí)是先進(jìn)的，但與近代的物理相比，卻有著質(zhì)的差距：還沒(méi)有在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)“由此及彼”、“由表及里”、“去粗取精”、“去偽存真”的過(guò)程上升到系統(tǒng)的、科學(xué)的理性認(rèn)識(shí)；還不能定量地表達(dá)客

觀世界的普遍規(guī)律，進(jìn)而精確預(yù)言客觀物體未來(lái)的狀態(tài)。

中國(guó)近代物理學(xué)的歷程

中國(guó)近代物理學(xué)的發(fā)展不如西方，一方面因?yàn)殚L(zhǎng)期的封建統(tǒng)治不利于“求真唯實(shí)”的近代科學(xué)的萌發(fā)，“閉關(guān)鎖國(guó)”又阻止了西方近代科學(xué)的傳入;另一方面也因?yàn)槲覈?guó)的傳統(tǒng)文化比較講究實(shí)用，缺乏科學(xué)探索和建立理性思維體系的動(dòng)力。令人遺憾的是，近代科學(xué)并沒(méi)有起源于先前經(jīng)濟(jì)科技發(fā)達(dá)的中國(guó)，中國(guó)近代物理學(xué)的起步比西方晚了200多年。其中深刻的原因十分復(fù)雜，需要?dú)v史學(xué)家從各個(gè)角度仔細(xì)研究才搞得清楚。一方面可能在長(zhǎng)期封建統(tǒng)治下的倫理道德與文化觀念，包括“君君、臣臣、父父、子子”，“唯君是從”，“唯古是尊”等等，不利于講究“求真唯實(shí)”的近代科學(xué)的萌發(fā)；加上清代“閉關(guān)鎖國(guó)”的政策又阻止了西方近代科學(xué)的傳入。另一方面我國(guó)的傳統(tǒng)文化比較講究實(shí)用，缺乏科學(xué)探索和建立理性思維體系的動(dòng)力也可能是其中的原因之一。我們往往講“學(xué)以致用”講得很多，而對(duì)“學(xué)以致知”講得不夠。這樣的文化可以有利于技術(shù)研究的開(kāi)展，卻不足以推動(dòng)科學(xué)探索的發(fā)展。結(jié)果我國(guó)不乏優(yōu)秀的技術(shù)發(fā)明，但往往止步于其應(yīng)用上的成就而很少形成系統(tǒng)的科學(xué)理論。盡管科學(xué)研究與技術(shù)研究在形式和方法上并沒(méi)有什么不同，但技術(shù)研究的動(dòng)機(jī)全在于應(yīng)用，而基礎(chǔ)科學(xué)則代表著一種探索，其目標(biāo)在于揭示和認(rèn)識(shí)客觀世界的基本規(guī)律；它的動(dòng)機(jī)是求知、求真，對(duì)客觀真理的追求?！奥浜缶鸵ご颉保袊?guó)科技大幅度地落后，形成了前所未有的被動(dòng)挨打的局面。1840年的鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)和后來(lái)1894年中日甲午海戰(zhàn)中國(guó)都以慘敗告終。這些慘痛教訓(xùn)，激勵(lì)國(guó)人“興學(xué)救國(guó)”，開(kāi)始以譯書(shū)、建學(xué)、派遣留學(xué)生等方式向西方學(xué)習(xí)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。我國(guó)正式用物理學(xué)作為Physic的學(xué)名也是于1900年從日文翻譯的“物理學(xué)”出版開(kāi)始的。然而那時(shí)的學(xué)習(xí)還只停留于“西學(xué)為用”的層面上，沒(méi)有深入到學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)與人文精神與先進(jìn)的文化觀念中去。1919年的“五四”運(yùn)動(dòng)高舉“科學(xué)、民主”的大旗，才真正開(kāi)始發(fā)展中國(guó)的近代物理和近代科學(xué)，成為中國(guó)人民摒棄陳腐思想、制度，爭(zhēng)取民族獨(dú)立解放，建立新中國(guó)的重要組成部份。當(dāng)時(shí)許多人在西方留學(xué)完成學(xué)業(yè)之后，立即返回苦難深重的祖國(guó)，發(fā)展教育，培養(yǎng)青年人才，并逐步開(kāi)展中國(guó)物理學(xué)的研究。1919年我國(guó)首次在北京大學(xué)設(shè)立“物理學(xué)系”，開(kāi)設(shè)完整的本科課程和實(shí)驗(yàn)。之后清華、南京、東南、中央等大學(xué)先后建立物理教育中心。1930年前后，全國(guó)有2百多所高等院校設(shè)物理系。其中北大、清華、浙大、中大、燕京等若干大學(xué)等已開(kāi)展物理學(xué)研究。1928-1929年間，中央研究院物理研究所也先后于上海和北京成立。1930年左右，全國(guó)的物理學(xué)工作者發(fā)展到三百人左右。中國(guó)物理學(xué)界還積極地與西方物理學(xué)界建立了廣泛聯(lián)系。著名物理學(xué)家愛(ài)因斯坦在1922年底、1932年初兩度來(lái)上海訪問(wèn)，朗之萬(wàn)、狄拉克、玻爾等著名科學(xué)家也先后來(lái)華訪問(wèn)。1931年保爾·朗之萬(wàn)在北京建議中國(guó)物理學(xué)工作者聯(lián)合起來(lái)成立中國(guó)物理學(xué)會(huì)并參加國(guó)際純粹與應(yīng)用物理學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)IUPAP。正是在這樣的背景下，在日軍侵華前夕，中國(guó)物理學(xué)會(huì)于1932年8月23日在清華大學(xué)正式成立。中國(guó)物理學(xué)會(huì)成立之后，即為發(fā)展中國(guó)的物理學(xué)努力奮斗，學(xué)會(huì)堅(jiān)持不渝地每年舉行一次年會(huì)，堅(jiān)持出版物理學(xué)報(bào)，論文用英、法、德三種文字發(fā)表，附以中文

摘要，做了大量的工作。

1937年7月7日日寇在盧溝橋發(fā)起侵華戰(zhàn)爭(zhēng)。八年抗戰(zhàn)中，各地區(qū)的教育和研究機(jī)構(gòu)被迫西遷到四川、云南、廣西、貴州、陜西等地區(qū)，在極端艱難困苦的條件下，堅(jiān)持物理教學(xué)和研究，從未停息。在海外從事前沿研究的愛(ài)國(guó)學(xué)者也不斷回國(guó)工作，竭盡全力使中國(guó)物理教育達(dá)到先進(jìn)水平。周培源關(guān)于湍流模式理論的奠基性工作、王淦昌提出的中微子探測(cè)方法、吳大猷的《多原子分子結(jié)構(gòu)和振動(dòng)光譜》專著、王竹溪和湯佩松關(guān)于植物細(xì)胞水勢(shì)的研究等，都是當(dāng)時(shí)具有國(guó)際影響的成果。西南聯(lián)大等校還培養(yǎng)出以楊振寧、李政道、黃昆等為杰出代表的一批優(yōu)秀學(xué)者?？箲?zhàn)期間中國(guó)物理學(xué)會(huì)堅(jiān)持開(kāi)了六次年會(huì)，出版了六期學(xué)報(bào)。1942年還開(kāi)報(bào)告會(huì)紀(jì)念牛頓誕生300周年。一些努力為近代物理學(xué)在中國(guó)的發(fā)展培養(yǎng)了人才，奠定了基礎(chǔ)，先輩們艱苦創(chuàng)業(yè)的精神令人欽佩。新中國(guó)成立之后，我國(guó)物理學(xué)家在黨和政府的領(lǐng)導(dǎo)下，建立起完整的物理學(xué)教育和研究體系，在數(shù)十所大學(xué)設(shè)立物理系，物理學(xué)教育的規(guī)模和質(zhì)量空前提高，各大學(xué)物理系每年招生的數(shù)目，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)解放前各大學(xué)物理系所有在校學(xué)生的總和；還建立了幾十個(gè)與物理有關(guān)的專業(yè)研究院所，從事物理學(xué)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。當(dāng)時(shí)在國(guó)外的一大批中國(guó)物理學(xué)者，周培源、趙忠堯、錢三強(qiáng)、何澤慧、王大珩、胡寧、黃昆、朱光亞等相繼歸來(lái)，他們和留在國(guó)內(nèi)的老一輩物理學(xué)家相結(jié)合，大大增強(qiáng)了中國(guó)物理學(xué)隊(duì)伍的實(shí)力。五十年代后期，許多優(yōu)秀的物理工作者，堅(jiān)決服從國(guó)家需要，放棄自己熟悉的專業(yè)，投入到“兩彈一星”的研制工作中去。他們和其他方面的專家、干部、工人及解放軍指戰(zhàn)員一起，在當(dāng)時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)困難、技術(shù)基礎(chǔ)薄弱和工作環(huán)境十分艱苦的條件下，依靠自主創(chuàng)新，用較少的投入和較短的時(shí)間，突破了原子彈、氫彈和人造地球衛(wèi)星等尖端技術(shù)，取得了舉世矚目的成就。1999年9月18日中央決定表彰為研究“兩彈一星”做出突出貢獻(xiàn)的23名科技專家并授予“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)隆?，其中物理學(xué)家有王淦昌、鄧稼先、錢三強(qiáng)、郭永懷、于敏、王大珩、朱光亞、吳自良、陳能寬、周光召、錢學(xué)森、程開(kāi)甲、彭桓武等13人。他們是中國(guó)優(yōu)秀物理學(xué)工作者的代表，也是中國(guó)物理學(xué)工作者的楷模。我們要學(xué)習(xí)他們愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)的精神和高貴品格！另一方面，從他們的貢獻(xiàn)中我們既看到了物理學(xué)的發(fā)展對(duì)加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)和提高綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的重大意義，也看到了物理探索與需求牽引相結(jié)合對(duì)發(fā)展科學(xué)技術(shù)和國(guó)防安全的重要作用。例如，為了制造原子彈，我們從教科書(shū)上就知道，必須使裂變材料達(dá)到臨界體積，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能爆炸。但用什么方式來(lái)達(dá)到？怎么來(lái)提高爆炸的威力？這些都是高度機(jī)密的問(wèn)題，誰(shuí)都不會(huì)讓你知道。這里涉及裂變物理、中子物理、爆轟物理、高壓物理、流體物理等一系列復(fù)雜的物理問(wèn)題。我們只能在沒(méi)有任何設(shè)計(jì)資料和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的條件下，靠自己的智慧，通過(guò)物理分析，來(lái)進(jìn)行物理設(shè)計(jì)和研制。那時(shí)候，在彭桓武先生的領(lǐng)導(dǎo)下，周光召等理論物理學(xué)家，為了確定設(shè)計(jì)中的一個(gè)疑點(diǎn)，就用理想條件下炸藥爆炸的最大功從頭進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過(guò)反復(fù)9次仔細(xì)計(jì)算最后終于實(shí)現(xiàn)并確認(rèn)了總體設(shè)計(jì)。1964年10月16日中國(guó)原子彈爆炸成功了。這是自主創(chuàng)新取得的一次重大勝利！1960年，前蘇聯(lián)毀約撤走專家時(shí)，曾有專家斷言中國(guó)人20年搞不出原子彈來(lái)，結(jié)果我們短短四年就成功了。爆炸成功后，美國(guó)人通過(guò)塵埃測(cè)試不得不承認(rèn)中國(guó)采用了先進(jìn)的內(nèi)爆型設(shè)計(jì)技術(shù)。我們依靠自主創(chuàng)新在物理上解決了熱核點(diǎn)火和自持燃燒的關(guān)鍵。在原子彈爆炸兩年零兩個(gè)月之后又成功地突破了氫彈的研制，創(chuàng)造了核武器發(fā)展的最快速度。我們之所以能這么快和好的掌握核武器，除了有黨中央的英明決策之外，最重要的是有像鄧稼先、郭永懷等一心獻(xiàn)身祖

國(guó)的科學(xué)家。

改革開(kāi)放以來(lái)，科教興國(guó)的戰(zhàn)略為物理學(xué)在中國(guó)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇，注入了新的活力。首先是國(guó)家大幅度增加了對(duì)科技和教育的投入，包括建立國(guó)家自然科學(xué)基金資助自由探索，啟動(dòng)“863”計(jì)劃、攀登計(jì)劃和“973”計(jì)劃，結(jié)合國(guó)家需求推動(dòng)前沿物理研究。實(shí)施“科教興國(guó)”的戰(zhàn)略以來(lái)，年均科研投入的增長(zhǎng)在22%以上。為了加強(qiáng)青年人才的培養(yǎng)，國(guó)家在發(fā)展高等教育規(guī)模的基礎(chǔ)上，建立學(xué)位制度，強(qiáng)化了高層次人才的教育，還通過(guò)設(shè)立“國(guó)家杰出青年基金”、資助創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等其他舉措，培育高素質(zhì)科技創(chuàng)新人才。1993年來(lái)，物理學(xué)科上已有4500余人獲得博士學(xué)位，150余人獲國(guó)家杰出青年基金，資助總額1億元，還有7個(gè)物理學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)獲“創(chuàng)新群體”資助。與此同時(shí)，國(guó)家還以較大的經(jīng)費(fèi)力度先后建造了一批物理學(xué)的重大科學(xué)工程（如正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，同步輻射裝置、重離子加速器，用于核聚變研究的托卡馬克裝置等）和一批國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。這些重大舉措為加快中國(guó)物理學(xué)趕上世界先進(jìn)水平的步伐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。國(guó)家“科教興國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)施和中國(guó)物理學(xué)會(huì)各方面的努力，為中國(guó)物理學(xué)的大發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的環(huán)境和條件，在物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域都出現(xiàn)了空前良好的發(fā)展勢(shì)頭。在國(guó)際重要期刊上發(fā)表文章的數(shù)量迅速攀升。國(guó)家大型科學(xué)工程上做出了諸如t-輕子質(zhì)量精密測(cè)定、新的放射性核素，包括超重核素的合成、利用同步輻射光分析確定SARS病毒的結(jié)構(gòu)等一系列為我國(guó)在世界同行中占有一席之地的工作。物理的各個(gè)領(lǐng)域包括理論物理、激光物理、微結(jié)構(gòu)物理、高溫超導(dǎo)、晶體生長(zhǎng)、X-光結(jié)構(gòu)分析以及碳納米管等，都有一批高水平的工作。如上海光機(jī)所徐至展等發(fā)展了基于OPCPA的太瓦激光裝置，他們還用超短超強(qiáng)激光與大尺度原子和分子團(tuán)簇作用產(chǎn)生了高能離子（如1.3MeV氮）。更加令人欣喜的是，近年來(lái)，我們有一批中青年科學(xué)家，在前沿領(lǐng)域，做出了不少在國(guó)際上有較大影響的工作。如在量子信息方面，中國(guó)科大潘建偉小組，創(chuàng)造了在13公里內(nèi)自由通訊的紀(jì)錄；中科院物理所薛其坤等在納米超導(dǎo)體方面發(fā)現(xiàn)了量子尺效應(yīng)導(dǎo)致的金屬薄膜材料的奇異超導(dǎo)性質(zhì)——超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨薄膜厚度的振蕩現(xiàn)象等等.物理學(xué)是人類對(duì)物質(zhì)世界基本認(rèn)識(shí)的結(jié)晶，是人類探究物質(zhì)世界實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括和總結(jié)物理學(xué)的基本使命是認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，并以概念、規(guī)律、方法、理論等形態(tài)，客觀反映物質(zhì)世界，以正確地揭示物質(zhì)世界現(xiàn)象和過(guò)程的本質(zhì)。物理學(xué)作為一門探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)，是公認(rèn)具有基礎(chǔ)性和應(yīng)用性的重要學(xué)科。物理學(xué)作為一門成熟的科學(xué)有著巨大的物質(zhì)價(jià)值，物理知識(shí)可以被轉(zhuǎn)化為技術(shù)和產(chǎn)品，對(duì)人類的物質(zhì)生活產(chǎn)生深刻的影響。眾所周知，從17世紀(jì)至18世紀(jì)，牛頓力學(xué)和熱力學(xué)對(duì)機(jī)械工業(yè)，尤其是熱機(jī)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用；19世紀(jì)，不斷發(fā)展的經(jīng)典電磁理論，促進(jìn)了工業(yè)電氣化和無(wú)線電通信的發(fā)展；20世紀(jì)上半葉，隨著相對(duì)論和量子力學(xué)的創(chuàng)立，人類的認(rèn)識(shí)深入到原子和原子核內(nèi)部，人類開(kāi)始進(jìn)入了核能時(shí)代和信息時(shí)代。此外物理學(xué)還有著豐富的精神價(jià)值：物理學(xué)的發(fā)展深深地影響著人類的思維方式和認(rèn)識(shí)方式；物理學(xué)和哲學(xué)有著密切的關(guān)系，辯證唯物主義的產(chǎn)生和發(fā)展，從物理學(xué)中汲取了許多“營(yíng)養(yǎng)”；物理學(xué)與數(shù)學(xué)在形成和發(fā)展過(guò)程中共同建立起來(lái)的“實(shí)驗(yàn)方法”、“邏輯方法”和“概念方法，在科學(xué)研究中得到普遍的應(yīng)用，成為科學(xué)方法論的三大支柱。因此，物理學(xué)對(duì)人類文明進(jìn)步做出了積極的貢獻(xiàn)，成為當(dāng)代人類文化的一個(gè)重要組成部分。

第四篇：物理學(xué)史對(duì)我的影響和感想

玻爾對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)和對(duì)我的啟迪

夏毛

（重慶文理學(xué)院電子電氣工程學(xué)院，09物理學(xué)重慶永川）

摘 要：簡(jiǎn)要介紹牛頓對(duì)物理學(xué)的重要貢獻(xiàn)，總結(jié)了牛頓的幾個(gè)重大成就，并從產(chǎn)生背景、牛頓思考過(guò)程、解決的問(wèn)題和結(jié)果做出分析討論。介紹了牛頓除了作為一個(gè)物理學(xué)家外，社會(huì)方面也對(duì)世界做過(guò)貢獻(xiàn)。玻爾創(chuàng)建的建立微積分學(xué)說(shuō)，對(duì)當(dāng)今影響巨大，切牛頓的作風(fēng)和品質(zhì)值得我們學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞： 牛頓；二項(xiàng)式定律；建立微積分；方程式和變分法；牛頓運(yùn)動(dòng)定律；光學(xué)貢獻(xiàn)

牛頓（1643年1月4日~1727年3月31日）爵士，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，是一位英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、自然哲學(xué)家和煉金術(shù)士，著有《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》、《光學(xué)》、《二項(xiàng)式定理》和《微積分》。他在1687年發(fā)表的論文《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里，對(duì)萬(wàn)有引力和三大運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行了描述。這些描述奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里牛頓像(21張)物理世界的科學(xué)觀點(diǎn)，并成為了現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。他通過(guò)論證開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律與他的引力理論間的一致性，展示了地面物體與天體的運(yùn)動(dòng)都遵循著相同的自然定律；從而消除了對(duì)太陽(yáng)中心說(shuō)的最后一絲疑慮，并推動(dòng)了科學(xué)革命。

在力學(xué)上，牛頓闡明了動(dòng)量角動(dòng)量守恒之原理。在光學(xué)上，他發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡，并基于對(duì)三棱鏡將白光發(fā)散成可見(jiàn)光譜的觀察，發(fā)展出了顏色理論。他還系統(tǒng)地表述了冷卻定律，并研究了音速。在數(shù)學(xué)上，牛頓與戈特弗里德·萊布尼茨分享了發(fā)展出微積分學(xué)的榮譽(yù)。他也證明了廣義二項(xiàng)式定理，提出了“牛頓法”以趨近函數(shù)的零點(diǎn)，并為冪級(jí)數(shù)的研究作出了貢獻(xiàn)。在2005年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)進(jìn)行了一場(chǎng)“誰(shuí)是科學(xué)史上最有影響力的人”的民意調(diào)查，牛頓被認(rèn)為比阿爾伯特·愛(ài)因斯坦更具影響力。二項(xiàng)式定理

在一六六五年，剛好二十二歲的牛頓發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定這對(duì)于微積分的充分發(fā)展是必不可少的一步。二項(xiàng)式定理在組合理論、開(kāi)高次方、高階等差數(shù)列求和，以及差分法中有廣泛的應(yīng)用。

二項(xiàng)式級(jí)數(shù)展開(kāi)式是研究級(jí)數(shù)論、函數(shù)論、數(shù)學(xué)分析、方程理論的有力工具。在今天我們會(huì)發(fā)覺(jué)這個(gè)方法只適用于ｎ是正整數(shù)，當(dāng)ｎ是正整數(shù)１，２，３，.......，級(jí)數(shù)終止在正好是ｎ＋１項(xiàng)。如果ｎ不是正整數(shù)，級(jí)數(shù)就不會(huì)終止，這個(gè)方法就不適用了。但是我們要知道那時(shí)，萊布尼茨在一六九四年才引進(jìn)函數(shù)這個(gè)詞，在微積分早期階段，研究超越函數(shù)時(shí)用它們的級(jí)來(lái)處理是所用方法中最有成效的。

2建立微積分

在牛頓的全部科學(xué)貢獻(xiàn)中，數(shù)學(xué)成就占有突出的地位。他數(shù)學(xué)生涯中的第一項(xiàng)創(chuàng)造性成果就是發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定理。據(jù)牛頓本人回憶，他是在1664年和1665年間的冬天，在研讀沃利斯博士的《無(wú)窮算術(shù)》時(shí)，試圖修改他的求圓面積的級(jí)數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)這一定理的。

笛卡爾的解析幾何把描述運(yùn)動(dòng)的函數(shù)關(guān)系和幾何曲線相對(duì)應(yīng)。牛頓在老師巴羅的指導(dǎo)下，在鉆研笛卡爾的解析幾何的基礎(chǔ)上，找到了新的出路?？梢园讶我鈺r(shí)刻的速度看是在微小的時(shí)間范圍里的速度的平均值，這就是一個(gè)微小的路程和時(shí)間間隔的比值，當(dāng)這個(gè)微小的時(shí)間間隔縮小到無(wú)窮小的時(shí)候，就是這一點(diǎn)的準(zhǔn)確值。這就是微分的概念。

微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學(xué)成就。牛頓為解決運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論的，牛頓稱之為“流數(shù)術(shù)”。它所處理的一些具體問(wèn)題，如切線問(wèn)題、求積問(wèn)題、瞬時(shí)速度問(wèn)題以及函數(shù)的極大和極小值問(wèn)題等，在牛頓前已經(jīng)得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對(duì)以往分散的結(jié)論加以綜合，將自古希臘以來(lái)求解無(wú)限小問(wèn)題的各種技巧統(tǒng)一為兩類普通的算法——微分和積分，并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系，從而完成了微積分發(fā)明中最關(guān)鍵的一步，為近代科學(xué)發(fā)展提供了最有效的工具，開(kāi)辟了數(shù)學(xué)上的一個(gè)新紀(jì)元。

牛頓沒(méi)有及時(shí)發(fā)表微積分的研究成果，他研究微積分可能比萊布尼茨早一些，但是萊布尼茨所采取的表達(dá)形式更加合理，而且關(guān)于微積分的著作出版時(shí)間也比牛頓早。

在牛頓和萊布尼茨之間，為爭(zhēng)論誰(shuí)是這門學(xué)科的創(chuàng)立者的時(shí)候，竟然引起了一場(chǎng)悍然大波，這種爭(zhēng)吵在各自的學(xué)生、支持者和數(shù)學(xué)家中持續(xù)了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，造成了歐洲大陸的數(shù)學(xué)家和英國(guó)數(shù)學(xué)家的長(zhǎng)期對(duì)立。英國(guó)數(shù)學(xué)在一個(gè)時(shí)期里閉關(guān)鎖國(guó)，囿于民族偏見(jiàn)，過(guò)于拘泥在牛頓的“流數(shù)術(shù)”中停步不前，因而數(shù)學(xué)發(fā)展整整落后了一百年。

1707年，牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術(shù)》。他主要討論了代數(shù)基礎(chǔ)及其(通過(guò)解方程)在解決各類問(wèn)題中的應(yīng)用。書(shū)中陳述了代數(shù)基本概念與基本運(yùn)算，用大量實(shí)例說(shuō)明了如何將各類問(wèn)題化為代數(shù)方程，同時(shí)對(duì)方程的根及其性質(zhì)進(jìn)行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如:他得出了方程的根與其判別式之間的關(guān)系，指出可以利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。

牛頓對(duì)解析幾何與綜合幾何都有貢獻(xiàn)。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓(或稱曲線圓)概念，提出曲率公式及計(jì)算曲線的曲率方法。并將自己的許多研究成果總結(jié)成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發(fā)表。此外，他的數(shù)學(xué)工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領(lǐng)域。牛頓在數(shù)學(xué)上最卓越的成就是創(chuàng)建微積分。他超越前人的功績(jī)?cè)谟冢麑⒐畔ＥD以來(lái)求解無(wú)限小問(wèn)題的各種特殊技巧統(tǒng)一為兩類普遍的算法－－微分和積分，并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系，如：面積計(jì)算可以看作求切線的逆過(guò)程。那時(shí)萊布尼茲剛好亦提出微積分研究報(bào)告，更因此引發(fā)了一場(chǎng)微積分發(fā)明專利權(quán)的爭(zhēng)論，直到萊氏去世才停息。后世認(rèn)為牛頓提出微積分概念雖然更早，但萊布尼茲的方法更加完善。微積分方法上，牛頓所作出的極端重要的貢獻(xiàn)是，他不但清楚地看到，而且大膽地運(yùn)用了代數(shù)所提供的大大優(yōu)越于幾何的方法論。他以代數(shù)方法取代了卡瓦列里、格雷哥里、惠更斯和巴羅的幾何方法，完成了積

分的代數(shù)化。從此，數(shù)學(xué)逐漸從感覺(jué)的學(xué)科轉(zhuǎn)向思維的學(xué)科。

微積分產(chǎn)生的初期，由于還沒(méi)有建立起鞏固的理論基礎(chǔ)，被有些喜愛(ài)思考的人研究。更因此而引發(fā)了著名的第二次數(shù)學(xué)危機(jī)。這個(gè)問(wèn)題直到十九世紀(jì)極限理論建立，才得到解決。

3方程論與變分法

牛頓在代數(shù)方面也作出了經(jīng)典的貢獻(xiàn)，他的《廣義算術(shù)》大大推動(dòng)了方程論。他發(fā)現(xiàn)實(shí)多項(xiàng)式的虛根必定成雙出現(xiàn)，求多 項(xiàng)式根的上界的規(guī)則，他以多項(xiàng)式的系數(shù)表示多項(xiàng)式的根ｎ次冪之和公式，給出實(shí)多項(xiàng)式虛根個(gè)數(shù)的限制的笛卡爾符號(hào)規(guī)則的一個(gè)推廣。

牛頓在還設(shè)計(jì)了求數(shù)值方程的實(shí)根近似值的對(duì)數(shù)和超越方程都適用的一種方法，該方法的修正，現(xiàn)稱為牛頓方法。

牛頓在力學(xué)領(lǐng)域也有偉大的發(fā)現(xiàn)，這是說(shuō)明物體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。

第—運(yùn)動(dòng)定律是伽利略發(fā)現(xiàn)的。這個(gè)定律闡明，如果物體處于靜止或作恒速直線運(yùn)動(dòng)，那么只要沒(méi)有外力作用，它就仍將保持靜止或繼續(xù)作勻速直線運(yùn)動(dòng)。這個(gè)定律也稱慣性定律，它描述了力的一種性質(zhì)：力可以使物體由靜止到運(yùn)動(dòng)和由運(yùn)動(dòng)到靜止，也可以使物體由一種運(yùn)動(dòng)形式變化為另一種形式。此被稱為牛頓第一定律。力學(xué)中最重要的問(wèn)題是物體在類似情況下如何運(yùn)動(dòng)。牛頓第二定律解決了這個(gè)問(wèn)題；該定律被看作是古典物理學(xué)中最重要的基本定律。牛頓第二定律定量地描述了力能使物體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化。它說(shuō)明速度的時(shí)間變化率（即加速度a與力F成正比，而與物體的質(zhì)量里成反比，即a=F/m或F＝ma；力越大，加速度也越大；質(zhì)量越大，加速度就越小。力與加速度都既有量值又有方向。加速度由力引起，方向與力相同；如果有幾個(gè)力作用在物體上，就由合力產(chǎn)生加速度，第二定律是最重要的，動(dòng)力的所有基本方程都可由它通過(guò)微積分推導(dǎo)出來(lái)。

此外，牛頓根據(jù)這兩個(gè)定律制定出第三定律。牛頓第三定律指出，兩個(gè)物體的相互作用總是大小相等而方向相反。對(duì)于兩個(gè)直接接觸的物體，這個(gè)定律比較易于理解。書(shū)本對(duì)子桌子向下的壓力等于桌子對(duì)書(shū)本的向上的托力，即作用力等于反作用力。引力也是如此，飛行中的飛機(jī)向上拉地球的力在數(shù)值上等于地球向下拉飛機(jī)的力。牛頓運(yùn)動(dòng)定律廣泛用于科學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題上。

4牛頓運(yùn)動(dòng)定律

牛頓運(yùn)動(dòng)定律是艾薩克·牛頓提出了物理學(xué)的三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律的總稱，被譽(yù)為是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。

為“牛頓第一定律（慣性定律：一切物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止?！鞔_了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系及提出了慣性的概念）”、“牛頓第二定律（物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。）公式：F=kma（當(dāng)m單位為kg，a單位為m/s2時(shí)，k=1）、牛頓第三定律（兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。光學(xué)貢獻(xiàn)

在牛頓以前，墨子、培根、達(dá)·芬奇等人都研究過(guò)光學(xué)現(xiàn)象。反射定律是人們很早就認(rèn)識(shí)的光學(xué)定律之一。近代科學(xué)興起的時(shí)候，伽利略靠望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了“新宇宙”，震驚了世界。荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅爾首先發(fā)現(xiàn)了光的折射定律。笛卡爾提出了光的微粒說(shuō)??

牛頓以及跟他差不多同時(shí)代的胡克、惠更斯等人，也像伽利略、笛卡爾等前輩一樣，用極大的興趣和熱情對(duì)光學(xué)進(jìn)行研究。1666年，牛頓在家休假期間，得到了三棱鏡，他用來(lái)進(jìn)行了著名的色散試驗(yàn)。一束太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡后，分解成幾種顏色的光譜帶，牛頓再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的光擋住，只讓一種顏色的光在通過(guò)第二個(gè)三棱鏡，結(jié)果出來(lái)的只是同樣顏色的光。這樣，他就發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏色的光組成的，這是第一大貢獻(xiàn)。

牛頓為了驗(yàn)證這個(gè)發(fā)現(xiàn)，設(shè)法把幾種不同的單色光合成白光，并且計(jì)算出不同顏色光的折射率，精確地說(shuō)明了色散現(xiàn)象。揭開(kāi)了物質(zhì)的顏色之謎，原來(lái)物質(zhì)的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛頓把自己的研究成果發(fā)表在《皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)雜志》上，這是他第一次公開(kāi)發(fā)表的論文。

許多人研究光學(xué)是為了改進(jìn)折射望遠(yuǎn)鏡。牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成，認(rèn)為折射望遠(yuǎn)鏡透鏡的色散現(xiàn)象是無(wú)法消除的(后來(lái)有人用具有不同折射率的玻璃組成的透鏡消除了色散現(xiàn)象)，就設(shè)計(jì)和制造了反射望遠(yuǎn)鏡。

牛頓不但擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)計(jì)算，而且能夠自己動(dòng)手制造各種試驗(yàn)設(shè)備并且作精細(xì)實(shí)驗(yàn)。為了制造望遠(yuǎn)鏡，他自己設(shè)計(jì)了研磨拋光機(jī)，實(shí)驗(yàn)各種研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望遠(yuǎn)鏡樣機(jī)，這是第二大貢獻(xiàn)。公元1671年，牛頓把經(jīng)過(guò)改進(jìn)得反射望遠(yuǎn)鏡獻(xiàn)給了皇家學(xué)會(huì)，牛頓名聲大震，并被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。反射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明奠定了現(xiàn)代大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)。

同時(shí)，牛頓還進(jìn)行了大量的觀察實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算，比如研究惠更斯發(fā)現(xiàn)的冰川石的異常折射現(xiàn)象，胡克發(fā)現(xiàn)的肥皂泡的色彩現(xiàn)象，“牛頓環(huán)”的光學(xué)現(xiàn)象等等。牛頓還提出了光的“微粒說(shuō)”，認(rèn)為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑。他的“微粒說(shuō)”與后來(lái)惠更斯的“波動(dòng)說(shuō)”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。此外，他還制作了牛頓色盤等多種光學(xué)儀器。對(duì)我的啟迪

牛頓對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)巨大，是他奠定了他物理學(xué)泰斗的基礎(chǔ)。他專注、專心是做好事情的基礎(chǔ)，牛頓對(duì)于科學(xué)研究的專心到了癡情的地步。據(jù)說(shuō)有一次牛頓煮雞蛋，他一邊看書(shū)一邊干活，糊里糊涂地把一塊懷表扔進(jìn)了鍋里，等水煮開(kāi)后，揭蓋一看，才知道錯(cuò)把懷表當(dāng)雞蛋煮了。還有一次，一位來(lái)訪的客人請(qǐng)他估價(jià)一具棱鏡。牛頓一下就被這具可以用作科學(xué)研究的棱鏡吸引住了，毫不遲疑地回答說(shuō)：“它是一件無(wú)價(jià)之寶！”客人看到牛頓對(duì)棱鏡垂涎三尺，表示愿意賣給他，還故意要了一個(gè)高價(jià)。牛頓立即欣喜地把它買了下來(lái)，管家老太太知道了這

件事，生氣地說(shuō)：“咳，你這個(gè)笨蛋，你只要照玻璃的重量折一個(gè)價(jià)就行了！”

正是牛頓潛心于科學(xué)、宇宙的探究，使他錯(cuò)過(guò)了兩次甜蜜的愛(ài)情。牛頓實(shí)在太忙了，他連做夢(mèng)想的都是宇宙、科學(xué)。他往往領(lǐng)帶不結(jié)，鞋帶不系好，馬褲也不扣好，就走進(jìn)大學(xué)餐廳?？茖W(xué)上許多新的問(wèn)題不斷撲向牛頓的腦海，他整個(gè)熱情都集中到了科學(xué)事業(yè)上?？梢哉f(shuō)，每一個(gè)偉大的科學(xué)家，都是富的激情、富有理想的詩(shī)人，但牛頓是一個(gè)追求用科學(xué)中的光線譜來(lái)解釋他的理想的特殊類型的詩(shī)人。他讓他的思想展翅飛翔，以整個(gè)宇宙作為藩籬。在他的整個(gè)心田里，填滿了自然、宇宙，也許這是他終身未娶的最根本原因。牛頓雖然是科學(xué)巨將，但做人很低調(diào)。對(duì)于他的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，他這樣說(shuō)：“我不知道在別人看來(lái)，我是什么樣的人，但在我自己看來(lái)，我不過(guò)就像是一個(gè)在海濱玩耍的小孩，為不時(shí)發(fā)現(xiàn)比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼而沾沾自喜，而對(duì)于展現(xiàn)在我面前的浩瀚的真理的海洋，卻全然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)?！迸ｎD的專心，認(rèn)真，謙卑都是我們這些晚輩學(xué)習(xí)的榜樣。也正是牛頓的這些品質(zhì)讓他成為了后人敬仰和崇拜的人。這也是牛頓這位科學(xué)偉人給我的啟示，值得我一輩子去學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 褚圣麟．原子物理學(xué)［M］．北京：高等教育出版社，2010．26-70

[2] 郭奕玲，沈慧君．物理學(xué)史［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2010．232-262

第五篇：物理學(xué)史對(duì)中學(xué)物理教育的重要作用

論

文

物理學(xué)史對(duì)初中物理教育的重要作用

楊建華

物理學(xué)史對(duì)初中物理教育的重要作用

摘要：

物理學(xué)史是研究物理學(xué)發(fā)展歷史的科學(xué)，它不僅真正地記載了物理科學(xué)形成發(fā)展的歷程，而且解釋與分析了歷程的形成背景與規(guī)律，不僅包含物理科學(xué)知識(shí)體系逐漸成熟發(fā)展的過(guò)程，也包含科學(xué)家們的探索、追求真理的事實(shí)與故事，包含著豐富的“教書(shū)育人”因素。在物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史，以其學(xué)科內(nèi)容的特點(diǎn)以及所具有的豐富的教育因素，不但可以培養(yǎng)學(xué)生好的科學(xué)態(tài)度，而且可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)思想和方法。在素質(zhì)教育中發(fā)揮“教書(shū)育人”的獨(dú)特功能，使學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)得到全面的培養(yǎng)，效果顯著 關(guān)鍵字：物理教學(xué) 物理學(xué)史 素質(zhì)教育

正文：

把物理學(xué)史引入物理教學(xué)正越來(lái)越成為國(guó)際上物理教學(xué)改革的引人注目的課題。物理教育工作者日益深刻地認(rèn)識(shí)到物理學(xué)史對(duì)提高物理教育水平的重要作用。在向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)軌的今天，探索通過(guò)引入物理學(xué)史，對(duì)學(xué)生進(jìn)行正確的理論思維和研究方法等方面的教育，幫助學(xué)生形成辯證唯物主義世界觀基礎(chǔ)，尤其必要

物理學(xué)史教育是通過(guò)傳授物理學(xué)史方面的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)意識(shí)、科學(xué)精神及科學(xué)方法等多方面品質(zhì)的過(guò)程。物理學(xué)史教育是中學(xué)物理教學(xué)中的重要部分，尤其在當(dāng)前大力推進(jìn)素質(zhì)教育，進(jìn)而對(duì)發(fā)展中學(xué)生綜合素質(zhì)提出了更高的要求，物理學(xué)史的教育成功則更加明顯。因此，在高中物理教學(xué)中引入物理學(xué)史教育具有非常重要的意義。誠(chéng)然，中學(xué)物理教學(xué)中不可能進(jìn)行完整的學(xué)史教育，只有從中選取很少部分內(nèi)容。盡管如此，它仍具有多方面的教育功能，主要有以下幾個(gè)方面： 1． 體會(huì)物理方法

開(kāi)闊物理思路

通過(guò)知識(shí)教育滲透物理方法教育固然重要。但是正像每一種物理方法都是其局限性樣，這種進(jìn)行物理方法教育的方法也存在著不足。中學(xué)物理的絕大多數(shù)知識(shí)是已經(jīng)建立起嚴(yán)密邏輯體系的經(jīng)典物理學(xué)知識(shí)，教材無(wú)論如何刻意組織內(nèi)容和教師無(wú)論怎樣注意滲透方法，絕大多數(shù)情況下也只能涉及邏輯的方法，對(duì)于知覺(jué)、靈感、信念等非邏輯色彩的但具有創(chuàng)造性的思維方式很難涉及到，而且考慮到教學(xué)效率問(wèn)題，對(duì)于經(jīng)典物理學(xué)的內(nèi)容，我們有可能也有必要盡可能地簡(jiǎn)化知識(shí)的教學(xué)過(guò)程。這樣，知識(shí)的教學(xué)過(guò)程就很難充分反映出方法的各個(gè)側(cè)面。比如說(shuō)我們通過(guò)洛倫茲力的教學(xué)傳授假說(shuō)方法，教學(xué)過(guò)程中很難將假說(shuō)需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不斷地修正和完善，最后發(fā)展為理論的特點(diǎn)反映出來(lái)。對(duì)于這一問(wèn)題我們可以求助于歷史教學(xué)來(lái)解決。這里所說(shuō)的“歷史教學(xué)”并不是讓學(xué)生把物理學(xué)史當(dāng)作一門課程來(lái)學(xué)習(xí)，而是指給學(xué)生開(kāi)設(shè)歷史講座，在教材中插入有關(guān)歷史的閱讀材料等，重點(diǎn)在于分析一些重要概念、規(guī)律、假說(shuō)、模型的形成和發(fā)展過(guò)程。

物理教學(xué)是教學(xué)雙方通過(guò)各種教學(xué)手段相互促進(jìn)、制約的一個(gè)特殊過(guò)程。如同其他學(xué)科一樣，凡一個(gè)公式的導(dǎo)出、一個(gè)定律或定理的建立，及至每道習(xí)題的分析演算，都有它固定的邏輯思維過(guò)程和數(shù)學(xué)推演程序。我們現(xiàn)在當(dāng)作物理教本上的內(nèi)容是前人長(zhǎng)期探索研究的結(jié)晶。隨著科學(xué)發(fā)展和人類進(jìn)步，對(duì)物理教科書(shū)基礎(chǔ)知識(shí)的表訴方法和思想方法也愈益顯現(xiàn)出其先進(jìn)性、適用性和強(qiáng)烈的時(shí)代感。根據(jù)教材編排特點(diǎn)，分單元講解分析其發(fā)展史不僅有助于學(xué)生了解各概念、定理、定律的來(lái)龍去脈和科學(xué)知識(shí)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而且有助于學(xué)生按已有的形式和體系來(lái)理解和把握物理知識(shí)，從而逐步掌握正確的科學(xué)思維方法。例如，在講到“力”的概念時(shí)，從古希臘的亞里士多德到伽利略、牛頓，循著為人的研究歷程，從而加深學(xué)生對(duì)力的概念的理解；在講“電磁感應(yīng)”的時(shí)候，以?shī)W斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)為線索，向?qū)W生介紹人類對(duì)磁及電和磁關(guān)系的認(rèn)識(shí)過(guò)程，通過(guò)講解安培、法拉弟、等人在揭示電磁關(guān)系工作中的艱辛努力和所取得的成果，使學(xué)生在有了對(duì)電磁發(fā)展總體認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上加深對(duì)教材的理解和對(duì)左、右手定則、法拉第電磁感應(yīng)、等關(guān)鍵點(diǎn)的把握。

物理學(xué)史上可用以體會(huì)物理方法開(kāi)闊學(xué)生物理思路和擴(kuò)大知識(shí)視野的例子是舉不勝舉的。依據(jù)同一目的，我們對(duì)物理學(xué)史上曾經(jīng)產(chǎn)生過(guò)的一些有意義的設(shè)想和懸而未決的重要課題也有向?qū)W生大體介紹的必要。如陳景潤(rùn)攻歌德巴赫猜想的雄心壯志就萌生于中學(xué)時(shí)代一位高明的數(shù)學(xué)教師在講課中提及的“額外”一言。在物理學(xué)史中，向這樣的問(wèn)題也是不乏其例的。

2． 調(diào)動(dòng)學(xué)生的非智力因素，提高教學(xué)效果

目前中學(xué)物理教學(xué)改革的關(guān)鍵就是在教學(xué)過(guò)程中最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使他們接受知識(shí)的被動(dòng)地位轉(zhuǎn)變?yōu)樽约喊l(fā)現(xiàn)和獲取知識(shí)的主動(dòng)地位。教學(xué)過(guò)程是師生共同活動(dòng)的過(guò)程，教學(xué)活動(dòng)的本質(zhì)就是教師通過(guò)合理的方式把以教材為主體的知識(shí)傳授給學(xué)生并達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生能力、發(fā)展學(xué)生智力的目的。在智力水平相近的情況下，非智力因素對(duì)學(xué)習(xí)起著決定性的作用。只有當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣和強(qiáng)烈的情感時(shí)，才能對(duì)物理這門學(xué)科產(chǎn)生親切感和廣泛的好奇心，才能產(chǎn)生持之以恒的巨大的驅(qū)動(dòng)力，其智力因素才能得到充分發(fā)揮。因此，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成愛(ài)學(xué)習(xí)物理的習(xí)慣，對(duì)發(fā)展學(xué)生的智力和能力產(chǎn)生定向推動(dòng)和激勵(lì)作用，從而提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生的興趣不是天賦，青少年時(shí)期受環(huán)境（家庭、社會(huì)、學(xué)校）影響很大，尤其受到老師影響最深。這就要求我們?cè)诮虒W(xué)中不僅要把日常生活、生產(chǎn)勞動(dòng)中發(fā)生的現(xiàn)象、問(wèn)題與教材緊密聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)物理的現(xiàn)實(shí)意義；還須把歷史引入教學(xué)中，把科學(xué)理論的建立、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程、科技發(fā)明對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)用生動(dòng)事例展示給學(xué)生。學(xué)生有好奇心理，他們對(duì)科學(xué)家刻苦自學(xué)、潛心探究的軼事倍感興趣。諸如，伽利略在教堂里面對(duì)擺動(dòng)的吊燈注目凝視；牛頓由蘋果落地聯(lián)想到萬(wàn)有引力；阿基米德在澡堂中頓捂浮體規(guī)律；愛(ài)迪生坐在雞窩里“孵蛋”等等不脛而走的故事，即使教師不作介紹，學(xué)生們也是略知一二的，我們?cè)诮虒W(xué)中未嘗不可以運(yùn)用類似的史料來(lái)讓科學(xué)家“現(xiàn)身說(shuō)法”，以在物理現(xiàn)象與學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣之間連通一根思維的導(dǎo)線。比如：在講述磁現(xiàn)象時(shí)，我們就可用孩提時(shí)代的愛(ài)因斯坦在看過(guò)父親拿來(lái)的一只羅盤后，便喚起他自幼即欲探索自然奧秘的興趣，以之誘導(dǎo)學(xué)生透過(guò)物理現(xiàn)象尋求其本質(zhì)規(guī)律。又如，1820年奧斯特所做的著名的電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被誤傳為一次“偶然的機(jī)遇”，其實(shí)這正是奧斯特在統(tǒng)一自然力思想的啟迪下孜孜以求的必然結(jié)果。若無(wú)濃厚的興趣和堅(jiān)強(qiáng)的毅力是難以成功的，此例同樣能給予學(xué)生以深刻的啟發(fā)和教益。這種寓史于教、史教相融、啟而后發(fā)的教學(xué)方法顯然是應(yīng)當(dāng)加以提倡的。

3． 科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)

科學(xué)態(tài)度是現(xiàn)代公民必備的基本素養(yǎng)，是健全個(gè)性的重要組成部分，對(duì)學(xué)生將來(lái)參加社會(huì)生活具有很重要的意義。

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，要依據(jù)態(tài)度形成的規(guī)律，注意結(jié)合學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)、課程目標(biāo)與內(nèi)容特點(diǎn)以及學(xué)生的實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)進(jìn)行。教師在日常的教學(xué)中，結(jié)合知識(shí)教學(xué)介紹物理學(xué)家的有關(guān)事跡，讓他們知道科學(xué)態(tài)度無(wú)論對(duì)于科學(xué)家自身能否取得科學(xué)成就，還是科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，都具有重要的意義。要使學(xué)生明確認(rèn)識(shí)到科學(xué)的概念和原理都是建立在實(shí)踐基礎(chǔ)之上的，科學(xué)家在觀察、實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須以實(shí)事求是、認(rèn)真細(xì)致的態(tài)度對(duì)待，任何模型、假說(shuō)、猜想都必須經(jīng)受事實(shí)檢驗(yàn)。科學(xué)家的任何一個(gè)發(fā)明、創(chuàng)造以及他們所做出的貢獻(xiàn)，既體現(xiàn)了他們批判地繼承了前人的科學(xué)研究成果的繼承精神，又體現(xiàn)了他們大膽創(chuàng)新、勇于探索、堅(jiān)持實(shí)踐、刻苦鉆研、精益求精的科學(xué)精神和事實(shí)求是的科學(xué)態(tài)度。

如法拉第歷經(jīng)10年的反復(fù)實(shí)驗(yàn)最終發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律；我們熟悉的愛(ài)迪生是從一個(gè)只讀過(guò)3個(gè)月小學(xué)的失學(xué)者成長(zhǎng)為世界發(fā)明大王的，后人曾評(píng)價(jià)愛(ài)迪生成功的基礎(chǔ)是百分之一的靈感加上百分之九十九的汗水，是努力奮斗、堅(jiān)持不懈的結(jié)果。因?yàn)閲?yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度是成功決定因素。4． 激發(fā)情感 創(chuàng)造才能

情感指的是人的內(nèi)在體驗(yàn)，學(xué)生的喜怒哀樂(lè)愛(ài)恨等都在不同程度上影響著創(chuàng)造力。積極的創(chuàng)造情感是學(xué)生創(chuàng)造未來(lái)的力量。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要，提出的新問(wèn)題、新可能，從新的角度去看舊的問(wèn)題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步?！蔽锢斫虒W(xué)中創(chuàng)造欲的激發(fā)，使學(xué)生產(chǎn)生“我為什么就不行呢？”“我為什么就不能把事情做好呢？”等諸多為什么，我們的教學(xué)就會(huì)產(chǎn)生一種新的效果，同時(shí)也就可以鞭策學(xué)生做出超一般的成績(jī)來(lái)。

才能就是知識(shí)和能力。要形成創(chuàng)造才能，學(xué)生需要吸收更多的知識(shí)信息，而且掌握的知識(shí)愈多，產(chǎn)生新的創(chuàng)造構(gòu)想的可能性就愈大，成功的概率就愈大?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不僅空前發(fā)展，而且不斷進(jìn)行大分化、大綜合，要獲得創(chuàng)造性成就，僅靠書(shū)本上有限的或局部性的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此，在教學(xué)中教師可把前人學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)、物理學(xué)精華乃至他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的精神教授給當(dāng)代青少年，讓他們?cè)谔みM(jìn)物理學(xué)領(lǐng)域時(shí)有捷徑可走，不讓其在狹隘范圍內(nèi)學(xué)習(xí)，不漫無(wú)目的地涉獵，而是把別處閃光的東西“移植”到物理教學(xué)中去，研究物理，發(fā)展物理。

物理學(xué)史上有這樣的一段記載：丹麥天文學(xué)家第谷雖然已看出托勒密和哥白尼學(xué)說(shuō)的共同點(diǎn)都以觀察積累的行星位置為依據(jù)及其數(shù)據(jù)的不精確，并且他自己持之以恒地對(duì)行星運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了三十年之久的長(zhǎng)期觀察，積累了大量的第一手感性材料，但是他長(zhǎng)于感性認(rèn)識(shí)，短于理性思維，更受地心說(shuō)的羈絆，因而未能最后揭開(kāi)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律所籠罩的一層面紗。當(dāng)?shù)诠鹊倪@些耗盡畢生心血的成果落在他那個(gè)善于理性思維的學(xué)生開(kāi)普勒之手時(shí)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，感性認(rèn)識(shí)和理性思維珠聯(lián)璧合，最終他揭示了行星運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)——發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)三定律。無(wú)怪愛(ài)因斯坦要作出如此深刻的斷論：“開(kāi)普勒的驚人成就，是證實(shí)下面這條真理的一個(gè)特別美好的例子，這條真理是：知識(shí)不能單從經(jīng)驗(yàn)中得出，而只能從理智的發(fā)明同觀察到的事實(shí)兩者的比較中得出?！?5． 提高道德修養(yǎng)

在推進(jìn)素質(zhì)教育中，加強(qiáng)思想品德教育是一項(xiàng)重要任務(wù)，因此，品德教育應(yīng)滲透到各科教學(xué)中。在物理教學(xué)過(guò)程中，由于眾多物理學(xué)史料中有很多品德教育素材，將品德教育與知識(shí)教育有機(jī)結(jié)合，能夠更好地發(fā)揮物理學(xué)史的思想品德教育功能。

在物理學(xué)發(fā)展史中，許多科學(xué)家為人類的利益作出了無(wú)私的奉獻(xiàn)：諾貝爾、卡文迪許終身未婚；為“上帝之火”——雷電的研究，富蘭克林多次被擊昏；居里夫人忍受清貧之苦，喪夫之痛，在探索道路上所表現(xiàn)出百折不撓的毅力等等，這些科學(xué)家的故事對(duì)學(xué)生有特殊的感染力，教學(xué)效果非常明顯。

物理學(xué)史還有助于對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育。我國(guó)是世界四大文明古國(guó)之一，在物理學(xué)的理論和實(shí)踐上有著輝煌的成就。例如，在理論著作方面，《墨經(jīng)》中對(duì)力學(xué)、光學(xué)的論述；《天工開(kāi)物》中關(guān)于簡(jiǎn)單機(jī)械的記述；《夢(mèng)溪筆談》對(duì)磁角的論述；《論衡》中關(guān)于簡(jiǎn)單電現(xiàn)象的記述；《考工記》中關(guān)于工程技術(shù)、聲音傳播的記載等在當(dāng)時(shí)都是遙遙領(lǐng)先于世界各國(guó)。在實(shí)用技術(shù)方面，更是舉不勝舉。眾所周知的四大發(fā)明；周代已用圭表來(lái)確定季節(jié)，用漏刻來(lái)記時(shí)；春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期隨著冶制鐵手工業(yè)的興起和鐵制工具的使用，簡(jiǎn)單機(jī)械的制造技術(shù)已有所發(fā)展；秦漢時(shí)期，東漢的張衡設(shè)計(jì)制造了漏水轉(zhuǎn)渾天儀、地動(dòng)儀等。教學(xué)中結(jié)合教材內(nèi)容，介紹我國(guó)在物理學(xué)方面對(duì)世界的杰出貢獻(xiàn)，可以使學(xué)生了解祖國(guó)古代燦爛文化，激發(fā)他們的民族自尊心、自豪感和愛(ài)國(guó)熱情，有助于樹(shù)立為振興中華奮發(fā)的志向。

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，它有著系統(tǒng)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚擉w系。如果物理知識(shí)是一次能源，那么物理史則是二次能源。換言之，物理學(xué)給人以知識(shí)，物理學(xué)史則給人以智慧。中學(xué)物理教育的任務(wù)主要是傳授物理知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)生自己學(xué)習(xí)、自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與獨(dú)創(chuàng)性解決問(wèn)題的能力為主。物理學(xué)史教育在教學(xué)過(guò)程中的角色是起到輔助作用，能很好的幫助教師調(diào)動(dòng)課堂氣氛，使之達(dá)到更好的教學(xué)效果，但它不是教學(xué)的全部，也不是教學(xué)的重點(diǎn)。故教師在利用物理學(xué)史教學(xué)時(shí)要權(quán)衡教學(xué)的主次，在適當(dāng)?shù)膱?chǎng)合讓學(xué)生知道那些受人欽佩的偉大物理學(xué)家們那種刻苦鉆研、勤于思考與實(shí)踐的感人毅力，勇于探索、又善于探索的超人本領(lǐng)，以及實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真細(xì)致的科學(xué)情操和熱愛(ài)祖國(guó)、愿為人類的科學(xué)事業(yè)獻(xiàn)身的高貴品質(zhì)等到底是如何形成的。通過(guò)研究物理學(xué)家的科學(xué)思想、言行、科研成果等，挖掘出所蘊(yùn)涵的科學(xué)智慧！