现代光学的发展历程
摘要：光学是物理学的一个分支, 是一门古老的自然学科, 已经有数千年发展历史。从十七世纪到现在，光学的发展经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等五大历史时期。光学是一门研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科，传统内容十分丰富，如光的产生、传播、本性等等；光学又是当今科学领域中最活跃的前沿阵地之一，激光的问世使得光学焕发青春，如光子学、信息光学、光通信等等。光学的发展简史，系统地概述了光学发展的现代光学时期，对现代光学的几个代表性方面做了大概的介绍，例如激光光学、成像光学、全息术和光信息处理等。
关键词：现代光学；激光；全息术；信息光学。
20世纪中叶随着新技术的出现，新的理论也不断发展，由于光学的应用十分广泛已逐步形成了许多新的分支学科或边缘学科。几何光学本来就是为设计各种光学仪器而发展起来的专门学科，随着科学技术的进步，物理光学也越来越显示出它的威力，例如光的干涉目前仍是精密测量中无可替代的手段，衍射光栅则是重要的分光仪器，光谱在人类认识物质的微观结构(如原子结构、分子结构等)方面曾起了关键性的作用，人们把数学、信息论与光的衍射结合起来，发展起一门新的学科——傅里叶光学把它应用到信息处理、像质评价、光学计算等技术中去。特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里程碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自从它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息检测、医疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。此外，激光还为同位素分离、储化，信息处理、受控核聚变、以及军事上的应用，展现了光辉的前景。
（一）萌芽时期（约公元前 5 世纪~16 世纪初）
光学的起源和力学、热学一样，可以追溯到两三千年以前。春秋战国时期墨子（公元前
468-376 年）及其弟子所着《墨经》中记载：直线传播、光在镜面上的反射等现象，并提出了一系列的实验规律。这是有关光学知识的最早纪录。西方也很早就有光学知识的记载，欧几里德（Euclid,公元前330~275）的《反射光学》研究了光的反射，提出了反射定律和光类似触须的投射学说。
大约公元100年克莱门德和托勒密研究了光的折射现象，最早测定了光在两介质界面的入射角和折射角。阿拉伯学者阿勒·哈增（AI-Hazen,965~1038）写过一部《光学全书》，讨论了许多光学现象。公元 11 世纪阿拉伯人伊本·海赛木发明了透镜，到 16 世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件也已相继出现。这些光学元件的发明推动了光学进一步向前发展。
（二）几何光学时期（16 世纪~18 世纪初）
1608 年荷兰人李普塞（Lippershey）发明第一架望远镜，17 世纪初延森（Janssen）和冯特纳（Fontana）发明了第一架显微镜。1610 年伽利略制作了望远镜，并用望远镜观察星体运动。1611 年开普勒发表《折光学》，设计了开普勒天文望远镜。1630 年斯涅尔（Snell）和笛卡尔（Descartes）总结出光的折射定律。这些发明和发现是光学由萌芽时期发展到几何光学时期的重要标志。
直到 1657 年费马（Fermat）得出着名的费马原理，并从原理出发推出了光的反射和折射定律。这两个定律奠定了几何光学的基础，光学开始真正形成一门科学。牛顿在 1666 年提出光的微粒理论：光是高速运动的细小微粒。能够解释光的直线传播和反射折射定律，但不能解释牛顿圈和光的衍射现象。惠更斯在 1678 年提出光的波动理论：光是在“以太”中传播的波。成功的解释了光的反射和折射定律，方解石的双折射现象，但他的理论没有指出光的周期性和波长的概念，没有脱离几何光学的束缚。此后 100 多年时间里两种理论不断争斗，18 世纪以前微粒理论占上风，这种优势在 19 世纪初被打破。
（三）波动光学时期（19 世纪初~19 世纪末）
1801 年托马斯·杨的“杨氏双缝干涉实验”解释了光的干涉现象，初步测定了光的波长，并于 1817 年提出光是一种横波。1815 年菲涅尔补充了惠更斯原理，形成惠更斯-菲涅尔原理；解释了光在各向同性介质中的直线传播和光的衍射现象，并推出菲涅尔公式。
最终，19 世纪初光的波动理论终于战胜了微粒说。至此，光的波动理论既能解释光的直线传播，又能解释光的干涉、衍射和偏振等现象。1845 年法拉第发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭示了光与电磁场的内在联系。1856 年韦伯和柯尔劳斯发现电荷的电磁单位与静电单位的比值等于光在真空中的传播速度。1861 年麦克斯韦建立起着名的电磁理论，该理论预言了电磁波的存在，并指出电磁波的速度与光速相同，提出光是一种电磁波的假设。麦克斯韦天才地总结和扩充了当时已知的电磁学知识, 提出了麦克斯韦方程组, 把波动光学推到了一个更高的阶段。然而, 人们对光的更进一步的认识是与量子力学和相对论的建立分不开的。1888 年赫兹发现了波长较长的电磁波--无线电波，它有反射、折射、干涉、衍射等与光类似的性质，传播速度恰好等于光速。至此，光的电磁理论基础被正式确立。
针对惠更斯波动理论中的光的传播介质“以太”是否存在这一问题，麦克尔逊和莫雷于1887年利用光的干涉效应（麦克尔逊干涉仪），试图探测地球相对于“以太”的运动，得到了否定的结论，证实以太根本不存在。
（四）量子光学时期（20 世纪初~20 世纪中叶）
1900 年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。量子论很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不但给光学，也给整个物理学提供了新的概念，所以通常把它的诞生视为近代物理学的起点。
1905 年爱因斯坦发展了光的量子理论，成功地解释了光电效应，提出了光的波粒二象性。至此，光到底是“粒子”还是“波动”的争论得到解决：在某些方面，光表现的象经典的“波动”,在另一些方面表现的象经典的“粒子”,光有“波粒二象性”. 这样，在 20 世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波；而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性--微粒性。
1916 年爱因斯坦预言原子和分子可以产生受激辐射。他在研究辐射时指出，在一定条件下，如果能使受激辐射继续去激发其他粒子，造成连锁反应，雪崩似地获得放大效果，
最后就可得到单色性极强的辐射，即激光。激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自发现以来得到迅速的发展和广泛应用，引起了光学领域和科学技术的重大变革。由于激光技术的发展突飞猛进，目前激光已经广泛应用于打孔、切割、导向、测距、医疗、通讯等方面，在核聚变等方面也有广阔的应用前景。这为现代光学的发展奠定了理论基础。（五）现代光学时期（20 世纪中叶~）
1960 年，梅曼用红宝石制成第一台激光器；同年制成氦氖激光器；1962 年产生了半导体激光器；1963 年产生了可调谐染料激光器。此后，光学开始进入了一个新的发展时期，以致于成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。在现代光学本身，由强激光产生的非线性光学现象正为越来越多的人们所注意。激光光谱学，包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可调谐激光技术的出现，已使传统的光谱学发生了很大的变化，成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的研究提供了前所未有的技术。
总之，现代光学和其他学科和技术的结合，在人们的生产和生活中发挥这日益重大的作用和影响，为人们认识自然、改造自然以及提高劳动生产率提供了强有力的科技力量。
参考目录
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[2].《现代光学》杨国帧（中国科学院物理研究所）；
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[7] .祁关泉，龚又明。物理学史[M].上海：上海教育出版社，1986.
关于经典力学体系的建立的思索 【摘要】：力学又称经典力学，是物理学发展的最早的分支学科。力学知识最早起源于人们对自然现象和生产劳动的经验。经典力学体系的建立和古代劳动人民日常物理经验和科学家的努力探索精神是分不开的。经典力学的研究对象是天体和地面上物体的机械运动。、现在主要就以下几个方面谈谈本人关于经典力学体系的建立的思索：古希腊对物理学的贡献、中国古代的力学成就、伽利略的运动理论、牛顿与经典力学的建立。 【关键词】：第谷与开普勒奠基人——伽利略牛顿力学 首先谈谈古希腊对物理学的贡献。古希腊人在文化领域取得光辉夺目成就的同时，也对科学做出巨大的贡献。亚里士多德（公元前384～前322年）和阿基米德（前287—前212）是古希腊的伟大学者，是古希腊力学知识的集大成者。 亚里士多德研究了在重力作用下物体的运动，论证了运动、时间和空间的关系，区分了物质方面的运动、量方面的运动和空间方面的运动。他的主要成就有时提出了以下五点：（1）物体的运动：物体永远在运动变化，变化就是运动；（2）将自然界的运动分为自然运动和非自然运动；（3）①力是产生物体运动的原因，②力是维持物体运动的原因；（4）对抛体运动的解释:自然界害怕虚空,填补空虚推动物体；（5）自由落体：物体越重，下落速度应该越大。 在我看来，亚里士多德对经典力学体系的建立，和他的以下几点精神十分不开的：（1）亚里士多德能够摆脱神的意志，并能形成一套自圆其说的体系，在当时是有非常重要意义的；（2）亚里士多德重视近身事物的观察，强调思辨的作用，并总结出结论解释现象，引起众多的讨论与研究。与亚里士多德从小对自然科学特别爱好，也很钻研、好学多问、才华横溢、成绩优异也是分不开的。在那个物理理论贫瘠的年代，亚里士多德的成就是璀璨的，虽然由于他自身的局限性，提出的一些错误的观点，阻碍了物理学的快速发展，但是他对物理的贡献仍然是不可否认的。 阿基米德是古希腊继亚里士多德之后又一科学巨匠，他从生产实践出发，运用数学的方法建立起静力学，被誉为“力学之父”，还有人认为他是近代型的物理学家。阿基米德在力学上的贡献主要是严格地证明了杠杆定律的浮力定律，后
物理学史 一、力学： 伽利略（意大利物理学家） ①1638年，伽利略用观察——假设——数学推理的方法研究了抛体运动，论证重物体和轻物体下落一样快，并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即质量大的小球下落快是错误的）。 ②伽利略的理想斜面实验：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去。得出结论（力是改变物体运动的原因），推翻了亚里士多德的观点（力是维持物体运动的原因）。 评价：将实验与逻辑推理相结合，标志着物理学的开端。 （在伽利略研究力与运动的关系时，是在斜面实验的基础上，成功地设计了理想斜面实验，理想实验是实际实验的延伸，而不是实际的实验，是建立在实际事实基础上的合乎逻辑的科学推断。） 奥托··格里克（德国马德堡市长） ①马德堡半球实验：证明大气压的存在。 胡克（英国物理学家） ①提出胡克定律：只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比。 笛卡儿（法国物理学家）①根据伽利略的理想斜面实验，提出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 牛顿（英国物理学家） ①将伽利略的理想斜面实验的结论归纳为牛顿第一定律（即惯性定律）。 卡文迪许（英国物理学家） ①利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量。（微小形变放大思想） 万有引力定律的应用 ①1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈（勒维耶）应用万有引力定律，计算并观测到海王星。1930年，美国天文学家汤博用同样的计算方法发现冥王星。 经典力学的局限性 ①20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。 二、电磁学：
物理学史结课论文 ———物理在现代科技中的应用 班级： 学号： 姓名：
摘要：从物理在人们生活周边，到学科应用、能源开发，乃至军事战争等几个方面论述了物理在现代科技中的广泛应用，并且物理今后在现代科技中的应用将会越来越广泛，作用也将越来越大。 关键词：生活学科能源 正文： 当今物理学已经发展成为研究宇宙间物质的基本组元及其基本相互作用和基本运动规律的学科。物理学的学科性质决定了它是整个自然科学的基础。物理学的基本概念、基本理论、基本实验手段和研究、测试方法，已经成为并将继续成为自然科学的各个学科（诸如宇宙学、天文学、地学、化学、生物学、医学等）的重要概念、理论的基础和实验、研究方法，从而推动各个学科深入而迅速地发展。物理学向自然科学各个学科的广泛渗透和移植，促使一系列交叉学科、边缘学科不断涌现。而正是这些交叉学科、边缘学科，有可能成为未来学科中最有希望、取得成果最多的领域。 宇宙学就是在物理学一系列研究成果的基础上而获得了迅速发展。作为宇宙学理论基础的热大爆炸理论，就是依赖于广义相对论以及粒子物理学的飞速发展和射电望远镜等天文观察手段的提高而诞生的。热大爆炸宇宙论被称为２０世纪后半叶自然科学的四大成就之一。然而，该理论还存在着很多不完备性和局限性，尤其关于宇宙的起源问题仍然没有得到最终的回答。对此朱洪元教授曾指出：“高能物理的研究成果将对甚早期宇宙的演化的理解起推进作用”。可以相
信，随着物理学尤其是高能物理研究的不断深入发展，宇宙的起源和演化过程将逐步被认识、理解，宇宙学将被推进到一个崭新的阶段。 物理学对地球科学的影响是深远的。地球物理学就是地学受物理学的影响而产生的一门交叉学科，正是由于对电磁波传播机制的研究而发现了大气电离层，对宇宙线的研究而发现了地球内辐射带并从而导致太阳风的发现；而对洋底岩石磁性的研究，则是确定板块构造学说——这一地球科学的革命性进展——的关键因素。地球科学所需要的实验测量技术也在很大程度上依赖于现代物理学。近年来，电子自旋共振、质子激发荧光分析技术和氡测量技术等核分析技术的研究对地质学正在产生越来越重要的影响。高压物理研究则对解决深部地质问题具有重要意义。随着地质学研究范围的扩大和核探测技术的不断提高，地质学的发展与核物理学的关系将日益密切。地质科学的前沿与尖端技术融为一体，它们所开辟的科研领域和所达到的知识深度已超过了以往任何时代。现代地质学将沿纵向和横向交叉的方向发展，核物理与地质学的衔接日益紧密，它们的交叉点将可能成为学科或新方向的生长点。 物理学与化学之间的关系也愈来愈密切。物理学发展中出现的理论工具和实验方法，使化学科学得以如虎添翼般的飞速发展。传统的物理化学就是着重应用物理理论和实验方法去处理化学问题而形成的一门化学分支学科，并已成为化学科学的理论核心之一。化学物理是由物理学与化学之间的密切结合而产生的一门正在蓬勃发展中的交叉学科，它以化学和物理学的新成就及近代实验方法来研究原子、
文科物理复习资料 1 ?地球上有史町考的古代文明发源地大体分布在两个区域，一是 ___________________ 乜_.JR 力疋 ____________________ o 2. _____________________ 因著有________________________ 而享誉中外的英国科学家 _______________________ 在一次演讲中说：“作为一个整体的现代科学没有发生在屮国，它发生在西方——欧美，即欧洲文明的广大范围。这是什么原因呢？ 3. _________________________________ 诺贝尔物理学奖得主杨振宁教授以“《易经》对中华文化的影响”为题，分析了近代科学没有在我国萌牛的原因。他归纳了5点：①屮国的传统是入批的，不是出世的。换句话说是______________ ，② ________________ 。③观念上认为____________________________ 不重 要。④中国传统里无________ 的思维方法。⑤冇天人合一的观念。 4. ___________________________________________________________________ 爱 因斯坦指出的近代科学的发展在方法论上需要两大发现，是________________________ 和 5.《易经》中包含的______________________ 的思想成为我国辩证法思想的发源。 6.近代哲学一般认为是从法国数学家、演绎法的奠基人___________ 开始的。他有一句名言：“我思故我在”。 7. _________________________ 哥白尼赞成毕达哥拉斯学派，认为宁宙是和谐的，可以丿IJ简单数V关系表达宇宙规律的基木思想。可是在托勒密的屮，对环绕地球运动的太阳河其他五颗行星的运动描述 非常烦琐复杂、牵强。哥白尼发现如果把_____ 作为宇宙的中心，一切将变的简单、清晰。 8. ____________ 开普勒在第谷的观测数据的基础上，经过各种尝试，认识到了行星运动轨道不是圆而是__ ，由此他提出了两个定律，分别是：①椭圆定律，即________________ ______________ ;②等面积定律，即 ______________ o 9. _______________________ 伽利略用来驳斥亚里士多德的教义——宇宙中只有地球一
近代物理学史小论文 浅谈大学教育 关键词:大学教育知识问题 摘要:通过对现今大学教育的了解～加上自己所处学校的教育情况～提出一些小小的看法,同时对大学的教育方法与方式就自己的认为讲述一下自己的见解～并且对现今的大学教育中存在的问题结合自己的所见略微加以提出。 大学教育是每一个学子都渴望经历的一个过程，在中国，学生对大学特别是名牌大学更是趋之若鹜，都希望上一个好的大学，接受好的教育。这是无可厚非的。然而，就现今的大学教育，虽然是那么的让人向往，但是有些方面还是有必要去做深深地思考。 就我的看法而言，大学之所以区别于高中，主要在一个“大”字上,这里的“大”有几层含义，最表面也是最简单的那就是因为大学的校园之大，面积之广，建筑之多;其次，深一层次，是因为大学所涉及的知识面之广和全，所传授的知识是直接运用于各个领域的;最后，“大”字再某种层次还可以理解为“高”的意思，即大学里所学的知识不再像以前那样，以前学的基本都是一些表面的浅显的知识，重在的是了解而不是深究，然而在大学里，我们更注重的是有深入知识的内部层面，要知其然并知其所以然。举个例子，就我们理科生而言，在中学时代，像有些课程，比如物理，我们只是简单的套用课本上的一些物理公式用来解题，只要知其然已达要求，不必深究这么东西是从何而来，在大学就不一样了，对于物理专业的学生，也许一个简单的公式就需要大量的时间来推演与深究，每个细节都必不可少。还有，在中学数学课程上有些内容，例如微积分，只是提出，给些公式并一笔带过，很少就其具体的推导方法，在大学，却几乎要用一到两个学期都不能系统的
学完这门课。总之，我们在大学我们更注重的是对知识更深一层次的剖析，究其本质来说明问题。正因为如此，我们才说大学教育是一种高等教育。 大学教育不仅在教育的内容上有所不同，同时在教育的方法和手段上与中学更是大不相同。我们知道，在中学阶段，大都数学生都是在被动的学习，接受知识。是因为有强大的压制力和学校老师的监督管理，学生才不得不去学习，努不努力那就另当别论了。而在大学，我们倡导的是学习自主自觉，没有人再会太大的干预你的学习，一切都是自主，只不过最后通过学期末的考试来检查你的学习情况。也许有时候在某门课没通过，最大的“处罚”就是重修及取消一切评优资格，最后只要过了就达到了要求。至于你做的好不好，并不受限制，只要过了最低标准就行。所以，人们常说，大学是很轻松的。其实不然。 在大学里，虽然学校或者是学院对学生的学习的要求并不是那么的严格，但是在某些方面还是有一些强制性的规定。比如说，学校规定每个在校生必须按照要求完成大学四年内所需的学分，不仅仅在与自己的专业有关课程上，而且在公共选修课程上。这就需要学生规定的时间内尽可能学到更多的知识，即扩大知识面，这不仅仅局限于自己的专业方面。这也许就大学教育的一个较大的特点。 就我自己这个专业来讲，要求大体上和学校规定的一样，在前两个学年这个阶段，主要是学习一些通识课加上必要的专业基础课，并没有更加全面的接触专业课程，所以学习要求基本和全校其他各学院系同届的学生一样，所以我觉得大学更重要的时期是在接受专业课程教育的阶段，虽然只有一年，但在我认为，这应该是大学四年的核心内容。所以，在大学，最能凸显各个专业特点的时期就应在这宝贵的一年。同时，要想在大学里学有所得，重要的是把我专业课的这一年，这也是以后能够融入社会参加工作的保证。 国家对教育事业的关注应该是很重视的，因为一个国家要发展，必须要有技术人才，而高等院校正是国家所需各行各业的人才的来源地，教育事业得不到发展，
高中物理学史归纳 理论联系实际
物理学常识 一、物理学是研究物质结构和运动基本规律的学科。 二、物理学五大板块： 1.力学（必修1、必修2、） 2.电磁学（选修3-1、选修3-2） 3.热学（选修3-3） 4.光学（选修3-4） 5.原子、核物理（选修3-5） 三、自然科学三大守恒定律： 质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律。（其中质量守恒及能量守恒统称为“质能守恒”，除此之外还存在电荷守恒） 四、国际单位制的七个基本单位：
1、伽利略对落体现象进行研究，得出结论：物体下落过程中的【运 动情况】与物体所受的【重力】【无关】。（P27） 2、胡克研究得出结论：在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧的 伸长（或缩短）量成正比——胡克定律（F=-kx）。（P50） 3、牛顿在前人的实验基础上总结出来三条规律： （1）一切物体总保持【匀速直线运动】状态或【静止】状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止——牛顿第一定律（惯性定 律）。这揭示了力【不是维持物体运动】的原因。（注：物体 保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性。）（P77） （2）物体的加速度跟所受合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同——牛顿第二定律（F合 =ma）。（P89） （3）两个物体之间的作用力和反作用力总是【大小相等】、【方向相反】、【作用在同一条直线上】——牛顿第三定律。作用力 与反作用力分别作用在两个不同的物体上，它们【同时产生】、【同时消失】，是同种性质的力。（注意：作用力与反作用力【不 能】叫做【平衡力】。）（P69）
1、开普勒对行星运动规律的描述——开普勒三定律：（P47）（1）所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。 （2）行星和太阳之间的连线，在相等的时间内扫过相同的面积。（3）行星绕太阳公转周期的平方和轨道半长轴的立方成正比（T2/a3=c）。 2、牛顿对“苹果落地”的思考作出了结论：宇宙间任意两个有质 量的物体间都存在相互吸引力，其大小与两物体的质量乘积成正比，与它们间距离的二次方成反比——万有引力定律（F引=G·(m1m2)/r2）。（【卡文迪许】还通过【扭秤实验】测出了【万有引力常量】（G=6.67×10-11 N·m2 /kg2））（P49）
学习中国物理学史的作用 学院：材料科学与工程 论文摘要: 中国物理学既是中华民族认识的结晶，具有科学知识的价值，同时具有思想文化价值。中国物理学史的介绍还可以使学生以一种移情的方式，了解中国物理学家的探究与思考，对中国的物理的发展和历史有更深入的了解，同时更好继承我国的物理精神。壮大物理学的发展！ 关键词:中国物理学史了解培养科学精神毅力 引言：今天的在大学学习物理学习中，加入了我国物理学史学习。传统的物理教学忽视了对学生学习兴趣的培养，造成很多同学不想去学习。而物理学史恰好弥补其不足。它可以唤起他们强烈的好奇心和奋发向上的激情，引起浓厚的兴趣。同时对我国的过去有更深入了解，对我国文化有更深了解。对弘扬我国文化有很大的帮助。 1．中国物理学沧桑岁月史 21世纪的我们应当对自己的历史进行解读，尤其对我国的物理 学史进行了解，中华民族有过辉煌的历史，四大发明对社会做 出的巨大贡献是世人共睹的，但为何又会受百年的奇耻大辱。 这一切有着我国的独特文化，他似乎早就给我国物理史带来一 种复杂的影响，我们的古人对物理的研究总的说来就是趋于记 录现象，而没有进行深入的研究和理论的研究。我们国家对于
物理现象的记载可以说是最早国家之一。 我国的物理学发展充满着沧桑，在先秦时期我有过百家争鸣， 各家在发挥自己长处，尤其是墨子学说，它的精髓就在于进行 深入的研究，就类似于西方的科学思维。但它并没被重视，始 皇进行了统一，中华文化走向一致，尤其汉朝以来的独尊儒术，使得中华民族走向与西方完全不同的路。 整整千年历史长河，我们有李白、苏轼、曹雪芹，但我们没有爱因斯坦、牛顿、伽利略。这似乎又在阐释着为什么在近 代我国会受到“华人与狗不得入内”殊礼！ 在这历史长河中，进入仕途，是所有读书人的最高追求，其它一切很可能为邪说。甚至为人鄙视。长时间的大一统且高 度中央集权，可谓一人之言，万万人必从之。而对于物理的研 究，在短时间并不会给君王带来大量的财富，而更多的人学儒，为皇家所用，帮其管理这所谓的王土。为了培养更多奴才，统 治者必将遏制其它学说。而对物理的研究，我们可以说连门都 没进。只能作为一个看客草草记录路边的风景。 2.中国物理学之零零碎碎成就 １）力学方面 《墨经》中的软科学知识已不全是实际生产知识的总结和记述，而是对力学现象进行了粗浅的概括，并进行了一些推理论证。诸如，关于时空观念、运动学知识、力的概念、力系平衡的论述，以及斜面、
物理学史期末作业（一）问答题形式： 1、布鲁诺于1548年1月出生在意大利那不勒斯附近诺拉镇的一个贫苦家庭，受文艺复兴思想的影响，他极力倡导思想自由，宣扬无神说，哥白尼学说的革命精神强烈地感染了他，布鲁诺的激进思想使天主教会暴跳如雷、恼羞成怒，1600年2月17日被活活烧死在罗马鲜花广场上。据说，当教会判他火刑，在听到判词后，布鲁诺说：“我走向火堆，但是你们比我更恐惧!”你能理解布鲁诺为什么这么说吗? 答：因为科学真理否定了有神论，让统治着人们的教会感到害怕。他们由于害怕而烧死了布鲁诺，但他们却阻止不了人们发现真理，故他们更会一直处于恐惧之中，并将一直持续到人们否定并推翻他们。 2、甲同学说：哥白尼比较聪明，懂得“留得青山在，不怕没烧的道理。”作为一个科学家，讲究策略，保全性命，才有时间对人类作出更大的贡献。乙同学说：我认为布鲁诺做得对，这才是科学家应有的品质。你的观点呢？ 答：这个没有对错之分，一个人的性格和一个人的性格不同。有的人就坚持自己对的不会屈服，有的人却会低头。不能说谁对谁错！一个人一个活法！不能把自己的意志强加给别人。
3、在1923年的领奖演说中，密立根公开承认自己曾长期对爱因斯坦的“光量子”观点和光电方程抱怀疑态度。他在演说中说道：“与我自己预料的相反，这项工作终于在1914年成了爱因斯坦方程在很小实验误差范围内精确有效的第一次直接实验证据，并且第一次直接从光电效应测定普朗克常数h。”如何理解密立根精神？ 答：尊重事实，而不是尊重权威不被传统观念束缚有勇气否定自己密立根公开承认爱因斯坦的理论，是本着尊重事实，事实求是的原则和对科学认真负责的态度。他敢于承认自己以前的错误，不是出于个人荣辱，而是对真理的肯定态度和作为一个科学家必须有的素质，正是由于他对科学认真负责的的态度，他才有了成功的可能。 4、麦克斯韦对类比法的论述：“为了不用物理理论而得到物理思想，我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理类比，我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明。”但有时简单的类比也会导致错误的结果。请你列举几个用类比法成功和失败的例子。 答：失败的： 天王星是1781年由赫希尔发现的。当时，天文学家根据牛顿万有引力定律推算其轨道，总是与观测结果不符。有的人开始怀疑万有引力定律，有的人则深信不疑，却猜测天王星还受到另一颗尚未发现的巨
问答题 1、布鲁诺于1548年1月出生在意大利那不勒斯附近诺拉镇的一个贫苦家庭，受文艺复兴思想的影响，他极力倡导思想自由，宣扬无神说，哥白尼学说的革命精神强烈地感染了他，布鲁诺的激进思想使天主教会暴跳如雷、恼羞成怒，1600年2月17日被活活烧死在罗马鲜花广场上。据说，当教会判他火刑，在听到判词后，布鲁诺说：“我走向火堆，但是你们比我更恐惧!”你能理解布鲁诺为什么这么说吗? 人们会因为科学真理否定了有神论，让统治着人们的教会感到害怕。他们由于害怕而烧死了布鲁诺，但他们却阻止不了人们发现真理，故他们比更会一直处于恐惧之中，并将一直持续到人们否定并推翻他们。 2、甲同学说：哥白尼比较聪明，懂得“留得青山在，不怕没烧的道理。”作为一个科学家，讲究策略，保全性命，才有时间对人类作出更大的贡献。乙同学说：我认为布鲁诺做得对，这才是科学家应有的品质。 你的观点呢？ 两者都有一定道理，我个人比较认同哥白尼。科学家应有的品质认真对待科学的态度，不被封建迷信和恶势力的影响而改变对科学客观负责的态度，显然两位科学家都有这种精神。不同的是，一个为了宣传真理而果断地选择牺牲，另一个用暂时的逃避来赢得机会来传播真理。但是你的牺牲并不能带来什么，只能是匹夫之勇，应当明智的选择活下来，再做努力，如果你说我是懦夫，那你以死亡来结束你未完成的事业又何尝不是一种懦弱。 3、在1923年的领奖演说中，密立根公开承认自己曾长期对爱因斯坦的“光量子”观点和光电方程抱怀疑态度。他在演说中说道：“与我自己预料的相反，这项工作终于在1914年成了爱因斯坦方程在很小实验误差范围内精确有效的第一次直接实验证据，并且第一次直接从光电效应测定普朗克常数h。”如何理解密立根精神？ 密立根公开承认爱因斯坦的理论，是本着尊重事实，事实求是的原则和对科学认真负责的态度。他敢于承认自己以前的错误，不是出于个人荣辱，而是对真理的肯定态度和作为一个科学家必须有的素质，正是由于他对科学认真负责的的态度，他才有了成功的可能。 4、麦克斯韦对类比法的论述：“为了不用物理理论而得到物理思想，我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理类比，我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明。”但有时简单的类比也会导致错误的结果。请你列举几个用类比法成功和失败的例子。 失败的： 天王星是1781年由赫希尔发现的。当时，天文学家根据牛顿万有引力定律推算其轨道，总是与观测结果不符。有的人开始怀疑万有引力定律，有的人则深信不疑，却猜测天王星还受到另一颗尚未发现的巨星的引力作用。巴黎天文台的勒威
物理学史 1.（2013四川成都高三第二次诊断性检测理科综合试题，1）下列说法正确的是（） A. 牛顿测出了引力常量 B. 爱因斯坦提出了系统的电磁理论 C. 理想实验不能用于科学研究 D. 公式与采取的定义方式相同 2.（2014山西忻州一中、康杰中学、临汾一中、长治二中四校高三第三次联考理科综合试题，14）在物理学的重大发现中科学家们总结出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假设法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述不正确的是（） A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法运用了假设法 B．根据速度的定义式，当趋近于零时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思想法C．在实验探究加速度与力、质量的关系时，运用了控制变量法 D．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程等分成很多小段，然后将各小段位移相加，运用了微元法 3.（2014山东潍坊高三3月模拟考试理科综合试题，14）许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列叙述中符合史实的是（） A．伽利略研究了天体的运动，并提出了行星运动的三定律 B．牛顿发现了万有引力定律，并通过扭秤实验测出了引力常量 C．库仑发现了点电荷间的作用规律，并提出了电场的概念 D．法拉第发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机 4.（2014山东青岛高三第一次模拟考试理综物理，14）下列说法中正确的是（） A. 用点电荷来代替实际带电体是采用了理想模型的方法 B. 牛顿在对自由落体运动的研究中，首次采用以实验检验猜想和假设的科学方法 C. 法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场 D. 哥白尼大胆反驳地心说，提出了日心说，并发现行星沿椭圆轨道运行的规律 5.（2014江西重点中学协作体高三年级第一次联考，14）下列有关电磁学的四幅图中，说法不正确的是（）
1、简述墨家在光学上的研究成就。 墨子是第一个进行光学实验，并对几何光学进行系统研究的科学家。墨子细致地观察了运动物体影像的变化规律，提出了“景不徙”的命题。墨子指出，光源如果不是点光源，由于从各点发射的光线产生重复照射，物体就会产生本影和副影；如果光源是点光源，则只有本影出现。墨子明确指出，光是直线传播的，物体通过小孔所形成的像是倒像。墨经》中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸面镜的反射情况。 2、阿基米德对物理学的贡献有哪些？ 力学： 1．系统总结并严格证明了杠杆定律，为静力学奠定了基础。此外，阿基米德利用这一原理设计制造了许多机械。 2、他在研究浮体的过程中发现了浮力定律，也就是有名的阿基米德定律。 天文学：1、他发明了用水利推动的星球仪，并用它模拟太阳、行星和月亮的运行及表演日食和月食现象； 2、他认为地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转，这一观点比哥白尼的“日心地动 说”要早一千八百年。限于当时的条件，他并没有就这个问题做深入系统的研究。 3、伽利略的科学研究方法有何特点？ 1.把实验与数学结合起来，既注意逻辑推理，又依靠实验检验，构成了一套完整的科学研究方法。（2）有意识地在实验中抛开一些次要因素，创造理想化的物理条件。既要力求使实验条件尽可能符合数学要求，以便获得超越这一实验本身的特殊条件的认识，又要设法改变实验测量的条件，使之易于测量。（3）用实验去验证理论。伽利略认为科学实验是为了证明理论概念（或观察规律）而去做的，不应该是盲目的、无计划的，而理论（数学）又必须服从实验判决。（4）把实验与理论联系起来。 4、说明牛顿三定律基本思想的历史渊源。（第三章） 牛顿第一定律的发现及总结 300多年前，伽利略对类似的实验进行了分析，认识到：运动物体受到的阻力越小，他的运动速度减小得就越慢，他运动的时间就越长。他还进一步通过进一步推理得出，在理想情况下，如果水平表面绝对光滑，物体受到的阻力为零，它的速度讲不会减慢，这是将以恒定不变的速度永远运动下去。 伽利略曾经专研过这个问题，牛顿曾经说过：“我是站在巨人的肩膀上才成功的。”这句话就是针对伽利略的。所以牛顿概括了前人的研究结果，总结出了著名的牛顿第一定律。 5、说明能量守恒原理建立的科学渊源。（第四章） 一、定律诞生的前提条件： 1、认识热的本质，伦福德和戴维的实验为热的运动说提供了有力的支持，成了建立能量转化与守恒定律的前奏。19世纪40年代以前，自然科学的发展为能量转化与守恒定律的建立奠定了基础： 2、力学方面，早已发现了机械运动在一定条件下的不灭性（动量守恒、“活力”守恒） 3、发现了各种“自然力”相互转化的现象 4、永动机不可能实现的历史教训，从反面提供了能量守恒的例证； 5、建立了能量的初步概念； 6、在一些特殊情况下接触到能量守恒与转化定律，如楞次定律、赫斯定律 7、蒸汽机的发明与不断改进。 二、迈尔的贡献 1842年发表了题为《热的力学的几点说明》的论文，叙述了普遍的“力”（即能）的转化与守恒的概念，所以一般都承认迈尔是建立热力学第一定律（即能量守恒定律）的第一人。 三、焦耳对热功当量的测定 焦耳对电和磁的研究很感兴趣。他通过测定热功当量为建立能量守恒定律提供了实验依据。焦耳通过实验得出结论：热功当量是一个普适常量，与作功的方式无关。他证实了自然界的能量是等量转换的，是不会被消灭的，哪里消耗了机械能或电磁能，
20XX届高考物理学史复习专题 必修部分 一、力学： ★1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）； ★2、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（牛顿三大运动定律）. ★3、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的关于力是维持物体运动的原因观点. 同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向. 4、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体. 5、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说. ★6、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律； ★7、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量； 二、相对论： 8、（a）、1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理： ①相对性原理——不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的； ②光速不变原理——不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是c不变. （b）、爱因斯坦还提出了相对论中的一个重要结论——质能方程式：2 =. E mc 9、狭义相对论时空观和经典（牛顿）时空观的区别 经典（牛顿）时空观： （1）空间是绝对静止不动的（即绝对空间），时间是绝对不变的（即绝对时间）. （2）空间和时间跟任何外界物质的存在及其运动情况无关. （3）空间是三维空间，时间是一维的，空间和时间彼此独立. 狭义相对论时空观： ①“同时”的相对性②运动的时钟变慢③运动的尺子缩短④物体质量随速度的增大而增大. 10、1900年，德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出能量子假说：物质发射或吸收能量时能量不连续， εh=； 而是一份一份的，每一份就是一个最小的能量单位，即能量子ν
湖北理工学院物理学史概论论文 （物理学史概论） 物理学史的发展历程 专业班级：12级市场营销 姓名：董文杰 学号：201240510154 上课地点：J3-204 完成时间：2012.4.23 论文评分：______________________ 湖北理工学院数理学院
物理学史的发展历程 摘录物理学的发展史是一部人类自我认识世界、认识科学的历史。有人说科学给人知识，历史引人深思。物理学史的发展让我们了解了探索这条充满泥泞道路上不屈、敢于冒险的物理伟人！物理学的发展包括声、光、热、电、力等等自然界所拥有的一切，科学家们运用生活中一切可以利用的资源去探索这个世界的未知与奇幻。最早的物理学是被称为自然哲学的，因为探索物理就是发现世界，发现这个人类世界未解之谜。物理学的发展史本身就怀疑的，批判的，求真的的历史。多少人为之着迷，甚至有人为之献出了生命。从亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”到牛顿的“惯性是物体的根本属性”等等一切都展现了物理发展史上的批判与反复的研讨。 关键词物理学史、探索宇宙、物理学革命 古代物理知识的起源可追溯到人类文明之初。人类为了生存，在生活和生产过程中，不断与大自然作斗争，不断改造大自然，逐步形成了对物质运动的最初认识。之后物理的发展就一直和人类的生产发展，以及社会政治、经济、文化的变革紧密联系在一起。自然界中的声、光、热、电、力也随之在物理世界中扮演了重要的角色。 1、力学的发展推动工业的发展 首先来说说力学的发展史，力学的发展为人类的工业革命带来了新鲜的活力。力学的发展大体上经历了四个阶段。公元前5世纪到17世纪中叶，是力学发展的原始阶段。在这个阶段，人们研究的主要问题是物体在重力及人力作用下的简单平衡与运动问题，总结出一些经验规律。亚里士多德就是其中的代表人物，他提出的“力是维持物体运动的原因”被当时的时代所推崇。到了17世纪中叶，又有一位物理巨匠崛起，同时也推翻了人们信奉了几千年的定律，提出了亚里士多德的错误理论，证明了“惯性是物体根本就有的属性，即使没有力的维持，物体在不受其他力的或者合力为零的情况下，物体是可以一直运动下去。”○1再者从17世纪中叶到18世纪的工业革命之前，当时欧洲对于工业的大力发展，便迫
一、力学： 1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）； 2、1654年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验——马德堡半球实验； 3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。 牛顿第一定律—惯性定律：一切物体中保持匀速直线运动或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。（力是改变物体运动状态的原因） 牛顿第二定律：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向与作用力的方向相同。（作用力即合外力；F=ma） 牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 4、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。 同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 5、英国物理学家胡克对物理学的贡献：胡克定律（F=kx）；经典题目：胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比（对） 6、17世纪，伽利略通过理想实验法指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 7、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。 8、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律； 开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆的，太阳处在椭圆的一个焦点上。 开普勒第二定律（面积定律）：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。 开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它轨道周期的二次方的比值都相等。 9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量； 11、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。 二、电磁学：（选修3-1、3-2） 1、1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律，并测出了静电力常量k的值。 2、1837年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。 3、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。 4、1826年德国物理学家欧姆（1787-1854）通过实验得出欧姆定律。 5、1911年，荷兰科学家昂尼斯（或昂纳斯）发现大多数金属在温度降到某一值时，都会出
（一）问答题形式： 1、布鲁诺于1548年1月出生在意大利那不勒斯附近诺拉镇的一个贫苦家庭，受文艺复兴思想的影响，他极力倡导思想自由，宣扬无神说，哥白尼学说的革命精神强烈地感染了他，布鲁诺的激进思想使天主教会暴跳如雷、恼羞成怒，1600年2月17日被活活烧死在罗马鲜花广场上。据说，当教会判他火刑，在听到判词后，布鲁诺说：“我走向火堆，但是你们比我更恐惧!”你能理解布鲁诺为什么这么说吗? 能够，其实从布鲁诺的回答中可以知道，布鲁诺首先是因为教会的影响所以才会被迫走向火坑。但是从布鲁诺的回答中也可以清晰的知道当时的天主教会更害怕他这种精神。可以知道在当时已经有很多的人明白了布鲁诺的结论，更加表明了当时教会的统治岌岌可危。教会虽然烧死了一个布鲁诺，但是教会已经知道了，布鲁诺的知识已经传播下去。将来自己的统治将会很艰难。 2、甲同学说：哥白尼比较聪明，懂得“留得青山在，不怕没烧的道理。”作为一个科学家，讲究策略，保全性命，才有时间对人类作出更大的贡献。乙同学说：我认为布鲁诺做得对，这才是科学家应有的品质。你的观点呢？ 个人觉得甲同学说的对，留得青山在，不怕没柴烧。作为一个科学家应该能屈能伸。而不是一味地坚持自己的理论。应该做到隐忍。
布鲁诺逞匹夫之勇，虽然看上去事迹很光辉，但是却是白白丢掉一条鲜活的生命。个人觉得非常不值得，若是布鲁诺可以将这下半辈子用来继续深入的研究那么我觉得他的前途不可限量。 3、在1923年的领奖演说中，密立根公开承认自己曾长期对爱因斯坦的“光量子”观点和光电方程抱怀疑态度。他在演说中说道：“与我自己预料的相反，这项工作终于在1914年成了爱因斯坦方程在很小实验误差范围内精确有效的第一次直接实验证据，并且第一次直接从光电效应测定普朗克常数h。”如何理解密立根精神？ 我觉得这就是君子之间的朋友的定义：虽然我质疑你，但是我却更相信真理。虽然我质疑你，但是并不妨碍我们的朋友关系。虽然我质疑你，但是我会凭借我自己去证明你的结论或者答案是对错，这才是作为一个科学家应该干的事情而不是说一味的靠着舆论压力质疑你。作为一个科学家在质疑问题的时候，最重要的便是证明的过程，并且证明自己猜想是对错才是真正的密立根精神。 4、麦克斯韦对类比法的论述：“为了不用物理理论而得到物理思想，我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理类比，我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明。”但有时简单的类比也会导致错误的结果。请你列举几个用类比法成功和失败的例子。
天体物理学的发展与历史 摘要：在本学期学习《物理学史》课程以来，让我了解到很多物理学发展史，以及众多物理学家对物理做出的巨大贡献；了解到现代如此先进的技术都脱离不开物理学的高度发展，因此，物理学是科学技术的基础，是科技得以产生的基石。他不仅推动着科学技术的发展，更成为人类社会发展的助燃剂。在众多物理分支方面我比较感兴趣的就是天文学这一块，所以接下来我将介绍有关天体物理方面的发展。 关键词：天体物理学粒子物理学宇宙学 （一）天体物理学的起源 从公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯目测恒星光度起，中间经过1609年伽利略使用光学望远镜观测天体，绘制月面图，1655～1656年惠更斯发现土星光环和猎户座星云，后来还有哈雷发现恒星自行，到十八世纪赫歇耳开创恒星天文学，这是天体物理学的孕育时期。十九世纪中叶，三种物理方法——分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究以后，对天体的结构、化学组成、物理状态的研究形成了完整的科学体系，天体物理学开始成为天文学的一个独立的分支学科。 天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。 多年来，随着世界人口的不断增加，资源不断的消耗，人们的生存环境日益缩减，资源也愈加匮乏。越来越多的国家将希望
寄托于地球外部的空间，这进一步促进了天体物理学的发展，理论天体物理学的发展紧密地依赖于理论物理学的进步，几乎理论物理学每一项重要突破，都会大大推动理论天体物理学的前进。二十世纪二十年代初量子理论的建立，使深入分析恒星的光谱成为可能，并由此建立了恒星大气的系统理论。三十年代原子核物理学的发展，使恒星能源的疑问获得满意的解决，从而使恒星内部结构理论迅速发展；并且依据赫罗图的实测结果，确立了恒星演化的科学理论。 （二）天体物理学的分类： 天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，粒子物理学射天体、电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。 （三）天体物理学在对外太空研究的作用： 对行星的研究是天体物理学的一个重要方面。近二十年来，对彗星的研究以及对星星及物质的分布、密度、温度、磁场和化学组成等方面的研究，都取得了重要成果。随着空间探测的进展，太阳系的研究又成为最活跃的领域之一。 银河系有一、二千亿颗恒星，其物理状态千差万别。球状体、红外星、天体微波激射源、赫比格一阿罗天体，可能都是从星际云到恒星之间的过渡天体。 特殊行星更是多种多样：造父变星的光变周期为1～50天，
弦理论的简单介绍及其发展过程 【摘要】弦理论，即弦论，是理论物理的一个分支学科。弦论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。正如小提琴上的弦，弦理论中支持一定的振荡模式，或者共振频率，其波长准确地配合。弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。本文简单的介绍了它的基本内容以及发展过程。 【关键词】广义相对论量子力学超弦理论M理论 一: 弦理论的形成背景 20 世纪的物理学有两次大的革命: 一次是狭义相对论和广义相对论; 另一次是量子理论的建立。经过人们的努力, 量子理论与狭义相对论成功地结合成量子场论, 这是迄今为止最为成功的理论。广义相对论是引力场的相对论理论, 这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的。在天文学上的一系列新发现支持下, 广义相对论也有长足的发展。在小至太阳系, 大至整个宇宙范围里, 实验观测与理论很好地符合。广义相对论来研究天体物理和宇宙学, 已成为物理学中的一个热门前沿。在量子理论的框架下, 我们可以认识小尺度下的宇宙:分子原子以及比原子更小的粒子, 如电子和夸克。两个理论差不多所有的预言都在实验上被物理学家以难以想象的精度证实了。但同样的这两个理论工具, 却无情地把我们引向一个痛苦的结论: 量子场论和广义相对论是不相容。 爱因斯坦建立相对论之后想到要统一当时公知的两种相互作用力—万有引力和电磁力。他花费了后半生近40 年的精力去寻求和建立一个统一理论, 但没有成功。现在回过头来看历史,爱因斯坦的失败并不奇怪。实际上自然界还存在另外两种相互作用力- 弱力和强力。现在已经知道, 自然界中总共4 种相互作用力除有引力之外的3 种都可用量子理论来描述, 电磁、弱和强相互作用力的形成是用假设相互交换“量子”来解释的。但是, 引力的形成完全是另一回事, 爱因斯坦的广义相对论是用物质影响空间的几何性质来解释引力的。在这一图像中, 弥漫在空间中的物质使空间弯曲了, 而弯曲的空间决定粒子的运动。人们也可以模仿解释电磁力的方法来解释引力, 这时物质交换的“量子”称为引力子, 但这一尝试却遇到了原则上的困难—- 量子化后的广义相对论是不可重整的,。目前，描述微观世界的量子力学与描述宏观引力的广义相对论在根本上有冲突，广义相对论的平滑时空与微观下时空剧烈的量子涨落相矛盾，这意味着二者不可能都正确，它们不能完整地描述世界。建立在攀因新坦引力理论上的量子计算给出了“无限大” , 这个落谬的答案正如你用一个数除以零所得到的一样。用数学家的语言来说从计算发散了。因此, 量子化和广义相对论是相互不自洽的。因此，量子场论和广义相对论应该在一个更大的理论框架里统一起来。现在这一更大的理论框架已初显端倪, 它就是超弦理论。超弦理论是物理学家追求统一理论的最自然的结果。 二: 弦理论内容及渊源 弦理论之不同于传统的量子场论在于假定物质的基本结构不是点粒子而是弦—一条一 维的曲线。它的特征尺度是普朗克长度, 约为1. 6×10- 35m。 弦有两种基本的拓扑结构: 开弦和闭弦。开弦是两端自由的线段而闭弦是首尾相接的闭合环。最简单的、最有希望的理论却只包括闭合弦。弦运动的各种简正模式的量子激发给出了基本粒子谱。这些激发可以有弦的振动和转动自由度, 对应到粒子谱上, 反映为粒子存在各种内部自由度。在弦理论中, 所有的基本粒子都是一个基本弦的不同运动模式而已。例如, 按照一种特珠方式振动时, 弦可能是一个电子。弦也可以结合或分离—“合二为一或一分