近代物理学发展史发展研究论文

近代物理学发展史发展研究论文

摘要：

经典力学，经典电动力学，经典热力学形成物理世界三大支柱。它们紧紧结合在一块，构建起一座华丽而雄伟的殿堂。物理学家甚至相信：这个世界的基本原理都已被发现，物

理学已尽善尽美，已经走到了尽头，再也不可能有任何突破性的进展，如果说还有什么要

做的事，那就是在一些细节上进行补充与修正。新的物理结论代替旧的物理结论也是必然，没有一种理论可以说绝对完美，即使我们提出的理论在完美，也终会有受局限的一天，所

以我们没有必要一定要提出十分完美，别人永远攻不破的理论，我们要做的只是使物理大

厦更加完善，所以我们要做只是努力向前看!

物理学的开端源溯深远，但若说物理学真正意义上的征服世界还是在19世纪末，他

的力量控制着一切人们所未知的现象。古老的牛顿力学城堡历经岁月磨砺风雨吹打依旧屹

立不倒，反而更凸显他的伟大与坚固。从天上的行星到地上的石头，万物皆毕恭毕敬的遵

循它的规律。1846年海王星的发现更是它取得的伟大胜利之一。光学方面，波动论统一天下，神奇的麦式方程完美的诠释了这个理论并将其扩大到整个电磁领域。热学方面，热力

学三大定律已基本建立，而在克劳修斯，范德瓦尔斯的努力下，分子动理论和统计热力学

成功建立。

当然，更令人惊奇的是这一切似乎都彼此包含，形成了以经典物理联盟。经典力学，

经典电动力学，经典热力学形成物理世界三大支柱。它们紧紧结合在一块，构建起一座华

丽而雄伟的殿堂。

那当然是一段伟大而光荣的日子，是经典物理的黄金时代。科学的力量从这一时期开

始才真正变得如此强大，如此令人神往。我们认为自己已掌握了上帝造物的奥秘，在没有

遗漏，我们所熟知的一切物理现象几乎都可以从现成的物理理论里得到解释。力，热，声，光，电等等一切的一切，似乎都被同一种手法控制。物理学家甚至相信：这个世界的基本

原理都已被发现，物理学已尽善尽美，已经走到了尽头，再也不可能有任何突破性的进展，如果说还有什么要做的事，那就是在一些细节上进行补充与修正。一位著名的科学家说：“物理学的未来，将在小数点第六位后面去寻找.。”而普朗克的导师甚至劝他不要浪费

时间去研究这个已经高度成熟的体系。

但历史再次体现了他惊人的不确定性，致使19世纪物理世界所闪烁的金色光芒注定

只是昙花一现，而那喧嚣一时的空前繁盛的经典物理终究要像泡沫那样破败凋零!

其实，今天回头来看，赫兹1887年的电磁波实验的意义远比实际得出的结论复杂而

深远。它一方面彻底的建立了电磁理论，为经典物理的繁荣添加了浓重的一笔;另一方面，它又埋下了促使经典自身毁灭的武器，孕育了革命的种子。当赫兹在卡尔斯鲁厄大学的那

件实验室里通过铜环接收器的缺口爆发的电火花证明电磁波存在时，还发现了一个奇怪的

现象：当有光照射到这个缺口上时，似乎火花出现的更容易一些。

显然赫兹是伟大的，他甚至为这个现象写了专门的论文，但不幸的是这并没有一起太

多人的注意，更没有人会想到这样一篇论文的真正意义。或许甚至连赫兹自己都不知道，

量子存在的证据就在他眼前，几乎触手可得!不过，或许是量子的概念太过爆炸性，太过

革命性，命运冥冥之中将它安排在新世纪出现。只可惜赫兹走得太早，没能亲眼看到它的

诞生，也没能目睹它究竟给这个世界带来怎样的变化!

但该来的终究会来，在经典物理还没来得及多多体味一下自己的盛世前，一连串意想

不到的事情在19世纪的最后几年连续发生，仿佛是一个不祥的预兆：

1895年，伦琴发现了X射线。

1896年，贝克勒尔发现了铀元素的放射现象。

1897年，居里夫妇研究了放射性并发现了更多的放射性元素如钋，镭。

1898年，汤姆逊研究了阴极射线后认为它是一种带负电的电子流。

1899年，卢瑟福发现了元素的嬗变现象。

如此多的新现象的涌现，令人眼花缭乱的同时，让人开始觉得不安。虽然经典物理的

大厦依然耸立，依然那么雄伟，一眼看起来牢不可摧。但天边这小小的乌云，虽然不起眼，却给人一场暴风雨将至的感觉。事实上这种感觉十分准确，随着乌云的扩大，量子力学与

相对论相继诞生，经典力学的大厦就此轰然倒塌。有人说物理学学到最后清一色是在学哲学，那么以哲学观点：新事物代替旧事物是一种必然!新的物理结论代替旧的物理结论也

是必然，没有一种理论可以说绝对完美，即使我们提出的理论在完美，也终会有受局限的

一天，所以我们没有必要一定要提出十分完美，别人永远攻不破的理论，我们要做的只是

使物理大厦更加完善，所以我们要做只是努力向前看!

在这个时期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了提高

人眼的观察能力，人们发明了光学仪器，第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事业的

发展，显微镜的发明给生物学的研究提供了强有力的工具。

荷兰的李普塞在1608年发明了第一架望远镜。开普勒于1611年发表了他的著作《折

光学》，提出照度定律，还设计了几种新型的望远镜，他还发现当光以小角度入射到界面时，入射角和折射角近似地成正比关系。折射定律的精确公式则是斯涅耳和笛卡儿提出的。1621年斯涅耳在他的一篇文章中指出，入射角的余割和折射角的余割之比是常数，而笛卡儿约在1630年在《折光学》中给出了用正弦函数表述的折射定律。接着费马在1657年首

先指出光在介质中传播时所走路程取极值的原理，并根据这个原理推出光的反射定律和折

射定律。综上所述，到十七世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。

关于光的本性的概念，是以光的直线传播观念为基础的，但从十七世纪开始，就发现

有与光的直线传播不完全符合的事实。意大利人格里马第首先观察到光的衍射现象，接着，胡克也观察到衍射现象，并且和波意耳独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹，这些都

是光的波动理论的萌芽。

十七世纪下半叶，牛顿和惠更斯等把光的研究引向进一步岁展的道路。1672年牛顿完成了著名的三棱镜色散试验，并发现了牛顿圈但最早发现牛顿圈的却是胡克。在发现这些

现象的同时，牛顿于公元1704年出版的《光学》，提出了光是微粒流的理论，他认为这

些微粒从光源飞出来。在真空或均匀物质内由于惯性而作匀速直线运动，并以此观点解释

光的反射和折射定律。然而在解释牛顿圈时，却遇到了困难。同时，这种微粒流的假设也

难以说明光在绕过障碍物之后所发生的衍射现象。

惠更斯反对光的微粒说，1678年他在《论光》一书中从声和光的某些现象的相似性出发，认为光是在“以太”中传播的波.所谓“以太”则是一种假想的弹性媒质，充满于整

个宇宙空间，光的传播取决于“以太”的弹性和密度.运用他的波动理论中的次波原理，

惠更斯不仅成功地解释了反射和折射定律，还解释了方解石的双折射现象.但惠更斯没有

把波动过程的特性给予足够的说明，他没有指出光现象的周期性，他没有提到波长的概念.他的次波包络面成为新的波面的理论，没有考虑到它们是由波动按一定的位相叠加造成的.归根到底仍旧摆脱不了几何光学的观念，因此不能由此说明光的干涉和衍射等有关光的波

动本性的现象.与此相反，坚持微粒说的牛顿却从他发现的牛顿圈的现象中确定光是周期

性的. 综上所述，这一时期中，在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时，由于相继发

现了干涉、衍射和偏振等光的被动现象，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了，因而

这个时期也可以说是几何光学向波动光学过渡的时期，是人们对光的认识逐步深化的时期.

近代光学发展简史-波动光学时期

19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们

所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直

线传播。

在进一步的研究中，观察到了光的偏振和偏振光的干涉。为了解释这些现象，菲涅耳

假定光是一种在连续媒质以太中传播的横波。为说明光在各不同媒质中的不同速度，又必

须假定以太的特性在不同的物质中是不同的;在各向异性媒质中还需要有更复杂的假设。

此外，还必须给以太以更特殊的性质才能解释光不是纵波。如此性质的以太是难以想象的。1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转;1856年，韦伯发现光在真空中的速

度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光学现象与磁学、电学现

象间有一定的内在关系。