一、物理学的发展
物理学是研究物质不同层次的结构、相互作用和运动的基本规律的科学。它的内容包括:小自基本粒子、大至天体以及各种场的结构;万有引力、电磁、强和弱作用等相互作用;机械、热、光、电、磁等相互关联和相互转化的运动形式的基本规律。
物理学是人类社会实践的产物,是随着人类社会实践的发展而产生形成和发展的。物理学的发展,经历了从萌芽时期、经典物理学时期到现代物理学时期的发展阶段。它的研究内容、研究方法和基本观念都不断地发生着深刻的变化。在古代,物理学只是“自然哲学”的重要组成部分,物理学一词的英文 physics来源于希腊文pυ,意即“自然”,直到十六世纪以后,它才与哲学分离开来。自从物理学成为一门独立的学科之后,它的硏究领域就在不断地开拓着,逐渐建立起了力学、光学、热学、电学、相对论、量子力学、粒子物理学等物理学基础部门;每个基础部门,又不断地形成许多新的分支。本世纪以来,物理学的基本理论和方法又不断地向其他研究领域渗透,并把一些部门从物理学中分化出来,形成一系列独立的新学科物理学总是同它的相邻学科,如天文学、化学等密切相关而发展的,数学早已成为物理学理论的表述和研究的重要工具。微积分、微分方程和概率论的产生,促进了分析力学、流体力学、电磁场理论和统计物理学的发展;非欧几何和张量理论,为广义相对论提供了描述的手段;矩阵方法和希尔伯特空间的应用,使量子力学理论得到迅速的发展。数学在物理学中的应用,不仅在于它是有效的计算手段,更主要的还在于它所独具的抽象能力,它为物理学家提供了进行抽象思维的语言和工具。当然,物理学的发展向数学提出的问题,也经常成为推动数学发展的重要源泉。
物理学和哲学之间存在着非常特殊的关系。由于物理学是自然科学的基础学科,物理学规律是自然界最基本和最普遍的规律,所以,物理学的研究成果总会直接推动哲学的发展;同时,哲学则给物理学家提供思维的工具和准则,物理学上的重大突破往往来自思想突破和哲学的启示。忽视哲学的指导作用,只能使物理学的发展受到阻碍物理学是一门实验科学。物理学理论是建立在定量实验基础之上的,
由于任何实验都不可能是绝对精确的,更重要的是因为不可能弄清每现象和别的现象之间的全部联系,所以得出的结论只能是近似的,只在一定的范围内才是适用的。这就决定了任何物理学理论的近似性、条件性和相对性,决不能把它们当作无条件的东西加以绝对化。人们对客观物理现象的认识,总是从不知到知,从不完全的知到比较完全的知,从相对真理不断向绝对真理趋近,但永远不能最终完成这个过程。
事实表明,科学的发展既与生产实践、经济发展有关,又与科学实验的发展以及人们探索自然奥秘的思想活动有关。只有当这两方面的动因协同活动时,科学才能取得正常的进步。
物理学的发展是一个继承与突破交互作用的证过程,既包含有进步式的量的积累,又包含有飞跃式的质的变革。物理学发展的历史表明,物理旳发展与物理字知识堇旳枳累有夭,母一个重大突破都是以积累和继承为前提的,同时又包含着对旧观念和旧理论的批判与扬弃。物理学发展中经常发生的以比较正确的理论代替错误的理论,以比较全面的理论代替片面的理论,以更为深入的理论代替比较初级的理论,都不是对旧理论的简单的否定,而是一种积极的扬弃过程。它既要吸收和保留旧理论中合理的、正确的成份,又要突破旧概念的限制,把理论体系建立在新的观念基础上。积累的量变不会单调地走向无穷发散;变革的质变也不会割断认识发展的链条。这两种过程的辩证统一,使科学形成一种波浪式的发展进程。
二、物理学发展的三个时期
物理学是随着人类社会实践的发展而产生、形成和发展起来的,它经历了漫长的发展过程。纵观物理学的发展史,根据它不同阶段的特点,大致可以分为物理学萌芽时期、经典物理学时期和现代物理学时期三个发展阶段。
(1)物理学萌芽时期
在古代,由于生产水平的低下,人们对自然界的认识主要依靠不充分的观察,和在此基础上进行的直觉的、思辨性猜测,来把握自然现象的一般性质,因而自然科学的知识基本上是属于现象的描述、经验的总结和思辨的猜测。那时,物理学知识是包括在统一的自然哲学之中的在这个时期,首先得到较大发展的是与生产实践密切相关的力学,如静力学中的简单机械、杠杆原理、浮力定律等。在《墨经》中,有力的概念(“力,形之所以奋也”)的记述:光学方面,积累了关于光的直进、折射、反射、小孔成像、凹凸面镜等的知识。《墨经》上关于光学知识的记载就有八条。在古希腊的欧几里德(公元前450-380)等的著作中也有光的直线传播和反射定律的论述,并且对光的折射现象也作了一定的硏究。电磁学方面,发现了摩擦起电、磁石吸铁等现象,并在此基础上发明了指南针。声学方面,由于音乐的发展和乐器的创造,积累了不少乐律、共鸣方面的知识。物质结构和相互作用方面,提出了原子论、元气论、阴阳五行说、以太等假设在这个时期,观察和思辨虽然是人们认识自然的主要手段和方法,但也出现了一些类似于用实验来研究物理现象的方法。例如,我国宋代沈括在《梦溪笔谈》中的声共振实验和利用天然磁石进行人工磁化的实验,以及赵友钦在《革象新书》中的大型光学实验等就是典型的事例。
总之,从远古直到中世纪(欧洲通常把五世纪到十五世纪叫做中世纪末,由于生产的发展,虽然积累了不少物理知识,也为实验科学的产生准备了一些条件并做了一些实验,但是这些都还称不上系统的自然科学研究。在这个时期,物理学尚处在萌芽阶段
(2)经典物理学时期
十五世纪末叶,资本主义生产关系的产生,促进了生产和技术的大发展;席卷西欧的文艺复兴运动,解放了人们的思想,激发起人们的探索精神。近代自然科学就在这种物质的和思想的历史条件下诞生了。系统的观察实验和严密的数学演绎相结合的研究方法被引进物理学中,导致了十七世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立,标志着近代物理学的诞生。整个十八世纪,物理学处在消化、积累、准备旳渐进阶段。,的枓学思想、万法和理论,得到∫传播、完善和扩展。牛顿力学完成了解析化工作,建立了分析力学;光学、热学和静电学也完成了奠基性工作,成为物理学的几门基础学科。人们以力学的模型去认识各种物理现象,使机械论的自然观成为十八世纪物理学的统治思想。到了十九世纪,物理学获得了迅速和重要的发展,各个自然领域之间的联系和转化被普遍发现,新数学方法被广泛引进物理学,相继建立了波动光学、热力学和分子运动论、经典电磁场理论等完整的
解析式的理论体系,使经典物理学臻于完善。由物理学的巨大成就所深刻揭示的自然界的统一性,为辨证唯物主义的自然观提供了重要的科学依据。
(3)现代物理学时期
十九世纪末叶物理学上一系列重大发现,使经典物理学理论体系本身遇到了不可克服的危机,从而引起了现代物理学革命。由于生产技术的发展,精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革,这一时期的物理学理论呈现岀高速发展的状况。研究对象由低速到高速,由宏观到微观,深入到广垠的宇宙深处和物质结构的内部,对宏观世界的结构、运动规律和微观物质的运动规律的认识,产生了重大的变革。相对论的量子力学的建立,克服了经典物理学的危机,完成了从经典物理学到现代物理学的转变,使物理学的理论基础发生了质的飞跃,改变了人们的物理世界图景。1927年以后,量子场论、原子核物理学、粒子物理学、天体物理学和现代宇宙学,得到了迅速的发展。物理学向其它学科领域的推进,产生了一系列物理学的新部门和边缘学科,并为现代科学技术提供了新思路和新方法。现代物理学的发展,引起了人们对物质、运动空间、时间、因果律乃至生命现象的认识的重大变化,对物理学理论的性质的认识也发生了重大变化。现在越来越多的事实表明,物理学在揭开微观和宏观深处的奧秘方面,正酝酿着新的重大突破。现代物理学的理论成果应用于实践,出现了象原子能、半导体、计算机、激光、宇航等许多新技术科学。这些新兴技术正有力地推动着新的科学技术革命,促进生产的发展。而随着生产和新技术的发展,又反过来有力地促进物理学的发展。这就是物理学的发展与生产发展的辨证关系。
三、物理学的科学研究方法
伽利略是物理科学方法论的创始者,牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦等物理学家都对物理学的研究方法作出了重要贡献。目前,物理学已形成了许多新的分支,随之也出现了与之相应的新的研究方法。但是,就中学物理的内容来说,其主要内容还是经典物理学的基础知识,以及与之相适应的经典物理学的基本研究方法。一般说来,这种方法主要是以观察、实验为基础,经过科学抽象,运用数学工具,概括总结出经验定律,提出假说,进一步发展成为理论,再经实验的检验,循环往复,使之不断丰富,不断深化,不断完善。
从物理学的发展历史来看,随着物理学研究内容的变化,物理学的在线客服研究方法也在变化着,不断得到丰富和提高。在古代,人们主要是靠不充分的观察和简单的推理,直觉地、笠统地去把握物理现象的一般特性。
