一物理学史的分期

绪 论

物理学是研究物质运动的最普遍形式的规律以及物质基本结构的科学。

物理学史是研究物理学产生和发展规律的科学。

一.物理学史的分期

1.古代物理学时期---科学的萌芽期

时间：从远古到16世纪中叶。

特点：主要是对自然现象的观察和记载。这一时期，自然科学与哲学融合在一起，对自

然现象的解释往往是哲理性的。

文化中心：古希腊和古代中国是。 2.经典物理学时期：

时间：从16世纪中叶到19世纪末。15世纪末，资本主义开始萌芽，社会生产力得到

发展，有力地推动了科学的进程。16世纪中叶，哥白尼提出“日心说”。17世纪晚期，牛顿

建立了经典力学体系，标志着近代物理学的诞生。之后，经典热力学、电磁学相继建立。到

19世纪末，形成了比较完整的经典物理学体系。

标志：牛顿力学、热学、光学、电磁学的建立。 3.现代物理学时期：

时间：从19世纪末到现在是现代物理学时期。19世纪末一系列实验新事实的发现，使

经典物理学理论出现了不可克服的危机，从而导致了物理学革命；

标志：相对论、量子力学的相继建立，标志着现代物理学的诞生。

20世纪50年代以后，物理学已经发展成为一个相当庞大的学科群，包括高能物理（粒

子物理）、原子核物理、等离子体物理、凝聚态物理、计算物理和理论物理等主体学科以及

难以计数的分支学科。物理学与各学科之间相互交叉、相互渗透形成了众多很有发展前途的

交叉科学。

三个阶段 古 代 经 典 现 代

时期 前6.7世纪－1600年 16世纪－19世纪末 19世纪末－20世纪50年代

地域 中国、古希腊、阿拉

伯 欧洲 欧美及亚州

代表

人物 亚里士多，《墨经》，

阿基米德 牛顿，伽利略、法拉弟，麦

克斯伟尔。 爱因斯坦、普朗克、波尔

主要

成就 基本测量技术

冶炼技术

杠杆原理，浮力定律

指南针发明

各种镜的成像 日心说，万有引力定律牛顿

三定律，能量转换与守恒，

热力学定律，电磁场理论，

波动光学，及由这些理论引

出的大量新技术。 相对论与量子论及其派生

出来的各分支理论，如核物

理，凝聚态物理，非线性等

以及由此而产生的大量高

科技，激光，超导、航天等

主要

特点 1、开始以“自然”、

“物质”作为研究对

象。

2、处于对现象的直观

描述；经验的归纳性

总结和思辩性的假设

猜测阶段。 1、时间、空间的绝对性。

2、因果决定论：宇宙的规

律是给定的，运动定律加上

初始条件，既可确定未来，

也可确定过去。

3、根据经验和逻辑可以假

设一个客观存在。 1、进入微观和高速领域。

2，研究范围广、发展速度

快与其他各学科互相渗透。

3、哲学思想的指导作用明

显。开始警惕科技的负面影

响。 人文

特征 原始，自然，直观，

粗旷 严密、厚重、稳定与和谐 简练、开放、多样性

两次飞跃 理 性 的 胜 利 走 进 现 代

时 间 15、16世纪到17世纪上半叶 19世纪末到20世纪初

原 因 1、生产力发展的需要：造船、纺

织、采矿、航海、军工、冶炼等方

面的发展，提出了大量科技问题。

2、文艺复兴运动引发的思想大解

放。 1、物理学自身发展带来的新现象新

课题、新质疑。

2、激烈的竞争迫切需要生产力进一

步的发展。

阻 力 1、教会势力的禁锢与镇压。

2、中世纪传统观念的束缚。 1、新理论的反常规色彩浓重，而经

典观念给人们的印象深刻。

2、错误的哲学观的影响。

标 志 1、哥白尼的日心说

2、牛顿的《自然哲学及其数学原

理》 1、原子结构的揭密：电子(1897)X

光(1895)，放射性(1896)三大发现。

2、相对论和量子论的问世。

意 义 1、从直观物质世纪到理性地深入

的分析总结物质世界的各种规律。

2、直接导致人类社会进入机械时

代和电器时代。 1、建立新的时空观、质能观、宇宙

观。

2、从更深的层面把握大量高新技

术，使人类物质文明提高到新阶段。

代表人物 哥白尼、牛顿、伽俐略 爱因斯坦、普朗克、玻尔、卢瑟福

二 物理学的研究方法

1.古代：

主要依靠不充分的直观观察、思辩性猜测、形式逻辑的演绎和简单的推理，直觉地、笼

统地去把握物理现象的一般特性。

2.近代：

①观察方法从自然观察为主发展为以仪器观察为主；

②强调系统的有目的的实验；使物理学作为一门实验科学的特点显现出来；

③科学实验和数学方法的结合，使精确的、定量的物理学研究有了很快发展；

④分析、归纳和演绎等逻辑方法的发展，促进了经验材料的整理和理论建构；

⑤到19世纪末统计方法的应用使由大量分子偶然事件组成的体系的宏观规律得以研

究。

3.现代：

①大型、精密仪器的创制、分析技术的发展和计算机的发明应用，使物理实验在精密、

快速和自动化方面都达到新水平；

②物理理论的公理化、数学化特征日益突出，现代物理成为数学物理学；

③由于物理学研究领域越来越远离人们的感性经验，创造性思维在创建新理论中的作用

更加突出；如科学想象、理想实验、大胆猜测，以及类比、直觉和灵感等非逻辑性方法；

④追求简单、对称、和谐与数学美。

三 物理学基本观念的变更 当不断增加的感性经验知识尚可为原有的观念所容纳和理解时，科学的发展表现为渐进

的积累；而当新的科学事实无法为原有的理论框架所包容时，就会发生科学革命，提出新的

基本观念。如： ※古代物理观与经典物理观：

地心说→日心说；亚里士多德的运动观与伽利落的运动观； ※经典时空与相对时空：

牛顿的绝对时空观：物质实在具有不变质量的粒子和粒子体系；力只引起运动状态的变化；

物体间只存在中心力作用；与媒质无关的即时作用；物质的运动状态只由初始条件唯一确定

的因果观；平直空间等。

爱因斯坦的相对时空观：奥思特电流磁效应→非中心力；法拉第电磁感应→力产生于空间

状态的变化；媒递作用；质量与能量有关E=mc2；时空具有非欧几里德性质，引力只是“时

空”弯曲的表现。 ※经典理论与量子论：

经典物理学的连续性原理→微观现象不连续性的量子化概念；

波和粒子的矛盾→波粒二相性概念；

精确测量原理→测不准关系；

机械决定性原理→采用有几率意义的波函数作为运动状态的描述

四.学习物理学史的目的

1.加深对概念和理论的理解，启迪科学新思想的萌发和产生

随着人类社会的发展，物理学研究的内容和范围也不断扩大和深化。在古代，物理学只

是自然哲学的一部分，16世纪以后才从哲学中分离出来。以后又逐步建立了力学、热学、

电磁学、光学、相对论、量子力学、粒子物理等分支学科。

物理学史正是要研究物理学各个基本概念、基本理论的酝酿、产生和发展过程。通过物

理学史的学习，一方面能加深对这些概念和理论的理解，另一方面可以从中受到启迪，有助

于科学新思想的萌芽和产生。 2.物理学史可以使我们认识到“科学是最高意义上的革命力量”

物理学史是科学发展史，而科学是人类发展的核心部分。每次物理学上的重大突破，都

会对人类社会发展产生重大影响，产生震撼人心的冲击和重大技术革命。特别是近代以来，

历次物理学重大进展通过技术革命为中心转化为直接生产力，从而推动了社会经济的发展，

并最终引发社会革命，推动人类社会从农业社会到工业社会，从蒸汽时代进入电力时代、电

子和原子能时代以至现今的信息时代。

另一方面，科学技术的进步也带来了一些当初料想不到的负面效应，如环境污染、生态

失衡、自然资源过度消耗等。最典型的就是原子能的利用：原子能发电和原子弹 。 3.物理学史可以培养我们的科学思维，掌握科学研究的方法，加深对科学研究

的认识，可以活跃思想，开阔眼界，使我们的知识立体化。

拉普拉斯：“认识一位天才的研究方法，对于科学的进步，并不比发现本身更少用处，

科学的研究方法经常是极富兴趣的部分。”

在物理学的长期发展中创立了许多很成功的、成熟的方法。

物理学研究中建立了许多理想模型、思想过程、理想实验，这些近似抽象方法促成了许

多定律的发现。

另外还有观察和实验，分析和综合，归纳和演绎，类比和联想，猜测和试探，逻辑推理

方法，佯谬和反证方法，数学和定量方法，科学移植方法，科学假设方法，概率统计方法等。

爱因斯坦：“科学结论几乎总是以完成的形式出现在读者面前。读者体会不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程，也很难达到清楚地理解全部情况。”

华罗庚：“对书本的某些原理、定律、公式，我们在学习的时候，不仅应该记住它的结

论，懂得它的道理，而且还应该设想一下，人家是怎样想出来的，经过多少曲折，攻破多少

难关，才得出这个结论。”而物理学史将会把科学家在探索过程中的智慧之光带给同学们，

力图做到“授之以渔”。 4.可以使我们认识到思想观念转变的重要性

物理学理论的历史发展，最集中、最本质的表现在物理学基本观念和相应的物理世界图

景上的演变上。这种演变又鲜明的反映在物理学思想的根本变革。近年来，物理学的基本观

念经历了牛顿力学的“绝对时空+超距中心作用+机械决定论”，到经典电磁场理论的“非中

心力+媒递作用观+场”，到相对论的“相对时空+质能关系+等效原理+时空弯曲”到量子力

学的“量子态+不确定性+几率决定性”的深刻变革等。

物理学中复杂的数学公式和定义等，都不过是基本观念的表达形式和演绎工具，基本观

念才是先导的、本质的东西。所以，每当学习一个新理论，必须改变自己的思想观念和思维

方法。

物理学的发展总是以物理观念、物理思想的突破为先导和基底的。正是伽利落否定了亚

里士多德的自然运动和强迫运动的思想，得出惯性定律，才把力学的研究引上正确的途径。

马赫对牛顿绝对时空观的批判，深刻地影响了爱因斯坦，终于迈出了创立狭义相对论的

步伐。 5.物理学史可以培养同学们的爱国主义精神

正确认识中国古代文明，在当时的历史时期和历史条件下，中国和希腊成为东方和西方

两个古代文明中心，我们要为我国的古代文明而骄傲。

由于我国长期的封建统治以及后来清王朝的闭关自守，使我国的科学技术及各方面逐渐

落后于西方，所以我们又要看到我们现在的差距。只有努力，才能早日赶上和超过西方文明，

建设我们强大的祖国。 6. 通过学习科学家的精神，培养同学们追求真理、献身科学的崇高思想境界

对科学研究要有一个正确认识。科学的道路是不平坦的,科学家成功之路是艰险的,要准

备付出比常人更多的精力和代价,必须有热爱科学、献身科学的精神,要善于继承又勇于创新,

才有可能取得成功。

牛顿怎样站在巨人的肩上、爱因斯坦十年的追光思考、居里一家的艰难困苦、卢瑟福长

期研究阿尔发射线以及量子理论早期发展所经历的曲折和磨难。从伽利略、牛顿到法拉第、

爱因斯坦,从外国科学家到中国科学家,他们的奋斗历程,他们的创造过程.物理学发展史中

每一次飞跃,经过了多少准备,又遇到那些矛盾。

总之，通过对物理学史的学习，可以进一步培养我们的①人文素质，②科学素质，③创

新素质，④思想素质，

开尔文晚年在回忆其科学生涯时说：“我过去五十年里所极力追求的的科学进展可以用

‘失败’这个词来描述……当然在失败中必然有些悲伤，但在科学的追求中，本身包含必要

的努力，带来很多愉快的斗争，这就使科学家避免了苦闷，而且或许还会使他在日常生活工

作中相当快乐。”

爱因斯坦：“人只有献身于社会，才能找出那实际上是短暂而有风险的生命的意义。”

五.学习方法

1.善于分析：

物理学经历了一个漫长发展的历史过程，我们在学习研究中，应该好好想一想，为什

么一些科学家能够有所发现，而另一些人却与成功失之交臂？其社会背景是什么？ ……我