一物理学及研究范围和发展

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一,物理学及其研究对象和研究范围
物理学是自然科学的重要分支,是研究物质的基本属性、物质结构、物质相互作用和运
动规律的自然科学。
我们周围的所有客观实在都是物质,整个自然界就是由各种各样运动着的物质组成的。
日月星辰、各种气体、液体、固体、组成物体的分子、原子、电子,光和其他的电磁辐射等
等都是物质。物质是作用于我们的感官而引起感觉的东西,是我们感觉到的客观实在。
各种物体、微粒和场都是以不同形式存在着的物质。物理学研究的是物质的形态和变化、
物质的属性、物质的结构与物体的尺寸、新材料及应用。
一切物质都在永不停息地运动着,自然界的一切现象就是物质运动的表现。物理学研究
的是物质运动最普遍的形态,包括机械运动、分子热运动、电磁运动、原子和原子核内的运
动等等。
不同的物质以不同的运动形式发生着相互作用。物理学研究物质的相互作用,探究相互
作用的规律。

从时间尺度来看,物理学研究的时间上限约为1010S,即宇宙的年龄,时间下限约为

10 -25 s,既z0粒子的寿命。从空间尺度来看,物理学的最小研究对象的数量级约为10-15 m
的微观粒子,最大研究对象的数量级约为1026 m~1027m的宇宙。
物理学由实验和理论两部分组成。物理学实验是人类认识世界的一种重要活动,是进行
科学研究的基础。物理学理论是人类对自然界最基本、最普遍规律的认识和概括。
物理学有许多分科,如力学、热学、电磁学、光学、原子和原子核物理学、凝聚态(固
态和液态)物理学、粒子物理学(高能物理)等。

二,物理学的发展

物理学发展至今经历了亚里士多德的自然哲学时代、牛顿的经典力学时代和现代的相对
论和量子力学三个阶段。
我们现在的物理起源于古希腊。亚里士多德是古希腊的哲学家和科学家,他是古代的集
大成者,他的著作被称为古代世界学术的百科全书,他的知识中对后代影响较大的当数宇宙
论和物理学。而他的物理学,并不是所指的无生命物质的运动规律,而是论万物的天性。
古希腊以后,西方进入黑暗时代,宗教统治一切,物理学没有发展,一直到文艺复兴时
代。
文艺复兴开始于公元十四世纪,资本主义在西方抬头,自由风气和学术团体开始形成,
于是产生了近代科学。其中最重要的是伽利略,他是近代物理学的开创者。他重要的贡献之
一是用实验研究物理。三百年前伽利略对研究力和运动的关系的实验进行了分析,还通过进
一步的推理得出在理想情况下,物体受到的阻力为零,它的速度将保持不会减慢,这时物体
将以恒定的速度永远运动下去。
法国科学家笛卡尔补充了伽利略的结论,指出如果物体不受任何力的作用,不仅速度大
小不变而且运动方向也不变,将沿原来的方向匀速运动下去。
1543年哥白尼发表了《论天体运动》,提出了日心说。1609年开普勒发表了开普勒第一、
第二定律,1618年又接着发表了开普勒第三定律。
牛顿把前人的研究成果融汇一体,总结出了他的三条定律和万有引力定律,建立起了物
理学基础,经典力学建立起来了。
迈克尔逊和莫雷关于以太风存在的否定实验,给物理学界带来强烈的震动。理论家从各
方面揣摩各种假设以求解开这个谜团,实验家做各种实验以求获得别开生面的结果,但都无
济于事。最终是伯恩专利局的专利检查员爱因斯坦用革命性新观念冲开了经典物理的旧框架,
建立了现代物理学的理论基础之一相对论。
1925年和1926年两年间海森堡的矩阵力学、迪拉克的新力学、薛定谔的波动力学,经
薛定谔的证明这三种新力学是等价的。它们在内容上和形式上相互补充,形成了量子力学。