李應(yīng)真 吳斌

物理學(xué)是一門既古老又年輕的自然科學(xué),它對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著重要的作用。物理學(xué)和其他自然科學(xué)一樣,是研究自然界中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律的科學(xué)。細(xì)分起來(lái)物理學(xué)大致經(jīng)過(guò)了四個(gè)發(fā)展階段。

1物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程

1.1 宏觀低速階段

研究宏觀低速的理論是牛頓力學(xué),研究對(duì)象為宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體。例如:汽車、火車的運(yùn)動(dòng),地球衛(wèi)星的發(fā)射。在牛頓力學(xué)中,牛頓認(rèn)為:質(zhì)量、時(shí)間、空間都是絕對(duì)的。也就是說(shuō),對(duì)于時(shí)間來(lái)講不存在延長(zhǎng)和收縮的問(wèn)題,即時(shí)間是在一秒鐘,一秒鐘地或一個(gè)小時(shí),一個(gè)小時(shí)地均勻流失。對(duì)于空間和質(zhì)量來(lái)講也不存在著變大或變小的問(wèn)題。牛頓力學(xué)的三大定律,就是在這樣的基礎(chǔ)上建立的。

1.2 宏觀高速階段

研究宏觀高速的理論是愛(ài)因斯坦的相對(duì)論力學(xué),愛(ài)因斯坦在1905年發(fā)表了論文相對(duì)論力學(xué)。愛(ài)因斯坦認(rèn)為空間、質(zhì)量、時(shí)間都是相對(duì)的。并且找出了動(dòng)質(zhì)量和靜質(zhì)量之間的關(guān)系:其中m0為靜質(zhì)量;m為動(dòng)質(zhì)量。

1.3 微觀低速階段

其理論是薛定諤,海森堡兩個(gè)創(chuàng)立的量子力學(xué)。研究對(duì)象為分子、原子、電子、粒子等肉眼所看不見(jiàn)的物質(zhì)。

1.4 微觀高速階段

理論是量子場(chǎng)論,研究對(duì)象為宇宙射線,放射性元素。例如:“鐳”。量子場(chǎng)論就是粒子通過(guò)相互作用而被產(chǎn)生,湮滅或相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。例如:通過(guò)對(duì)天外射線射向地球宇宙射線的研究發(fā)現(xiàn)“反粒子”,即電子的反粒子正電子。負(fù)電子與正電子相互作用湮沒(méi)—— 轉(zhuǎn)化為二個(gè)γ光子,例如“閃電”。

2物理學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系

物理學(xué)與工程技術(shù)有著密切的關(guān)系,他們之間是相互促進(jìn)共同發(fā)展的。我們平時(shí)常說(shuō)科學(xué)技術(shù),實(shí)際上科學(xué)和技術(shù)是兩個(gè)不同的概念?？茖W(xué)解決理論問(wèn)題,而技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題?？茖W(xué)是發(fā)現(xiàn)自然界當(dāng)中確實(shí)存在的事實(shí),并且建立理論,把這些理論和現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)?？茖W(xué)主要是探索未知,而技術(shù)是把科學(xué)取得的成果和理論應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中,從而解決實(shí)際問(wèn)題。所以技術(shù)是在理論相對(duì)比較成熟的領(lǐng)域里邊工作。科學(xué)與工程技術(shù)相互促進(jìn)的模式主要有以下兩種。

2.1 技術(shù)—— 物理—— 技術(shù)

例如:蒸汽機(jī)的發(fā)明和蒸汽機(jī)在工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用形成了第一次工業(yè)革命—— 熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理—— 蒸汽機(jī)效率的提高,內(nèi)燃機(jī),燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)明。這一次主要是這樣:由于蒸汽機(jī)的發(fā)明,在當(dāng)初工業(yè)應(yīng)用上,出現(xiàn)了很多應(yīng)用技術(shù)的問(wèn)題。例如蒸汽機(jī)發(fā)明的初期熱效率很低,大概不到5％。這樣,就對(duì)物理提出了很尖銳的問(wèn)題。那就是熱機(jī)的效率最高能達(dá)到多少？熱機(jī)的效率有沒(méi)有上限？上限是多少？再一個(gè)就是通過(guò)什么樣的方式來(lái)提高熱機(jī)的效率？由于這些問(wèn)題就促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展,正是在這些問(wèn)題解決的過(guò)程當(dāng)中,逐漸形成和建立了熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理。而熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理很好地回答了提高熱機(jī)效率的途徑,以及提高熱機(jī)效率的限度等等這些理論上的問(wèn)題。

2.2 物理—— 技術(shù)—— 物理

例如:(1)電磁學(xué)—— 發(fā)電機(jī),電力電器,無(wú)線電通信技術(shù)—— 電磁學(xué);電磁學(xué)從庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn),以及法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律,直到1865年麥克斯韋建立電磁學(xué)基本理論,這些都是科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里邊逐漸形成的,這都是理論建立的過(guò)程,而這些理論應(yīng)用于實(shí)際就發(fā)明了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等其它電器以及無(wú)線電通信技術(shù),而這些實(shí)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展又給電磁學(xué)提出來(lái)了許多需要解決的實(shí)際問(wèn)題。正是這些問(wèn)題的逐步解決,使得電磁學(xué)更加的完善和在理論上進(jìn)一步得到了提高。(2)量子力學(xué),半導(dǎo)體物理—— 晶體管超級(jí)大規(guī)模集成電路技術(shù),電子計(jì)算機(jī)技術(shù),激光技術(shù)—— 量子力學(xué),激光物理;量子力學(xué)是20世紀(jì)初期為了解決物理上的一些疑難問(wèn)題而建立起來(lái)的一種理論,這種理論應(yīng)用于解決晶體的問(wèn)題就形成了半導(dǎo)體技術(shù),而半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展就發(fā)明了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路,而超大規(guī)模集成電路的發(fā)明是產(chǎn)生電子計(jì)算機(jī)的主要物質(zhì)基礎(chǔ),而正是由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展又向量子力學(xué)提出了一些其他更加深刻需要解決的問(wèn)題,而這些問(wèn)題的解決就促進(jìn)了量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。(3)狹義相對(duì)論,質(zhì)能關(guān)系E=mc2,△E=△mc2—— 原子彈及核能的利用—— 核物理,粒子物理,高能物理;狹義相對(duì)論是20世紀(jì)初期愛(ài)因斯坦建立的一種理論,他是為了解決電磁學(xué)等其他物理學(xué)科上的一些經(jīng)典物理當(dāng)中理論上的一些不協(xié)調(diào)和不自恰這樣一種矛盾而提出的一種理論,這種理論當(dāng)中有一個(gè)很重要的理論結(jié)果,那就是質(zhì)能關(guān)系E=mc2,△E=△mc2。而這種質(zhì)能關(guān)系被我們稱為打開(kāi)核能寶庫(kù)的鑰匙,這一理論結(jié)果的應(yīng)用直接導(dǎo)致了或者指導(dǎo)了核能的應(yīng)用,而對(duì)于核能的進(jìn)一步應(yīng)用又提出了許多新的問(wèn)題,而這些新問(wèn)題的進(jìn)一步解決使得理論更加完善而得到進(jìn)一步提高,從而形成像核物理,粒子物理,以及高能物理等等,那么實(shí)際技術(shù)上問(wèn)題的解決又進(jìn)一步促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展。

3結(jié)語(yǔ)

應(yīng)該說(shuō)物理和技術(shù)有著密切的聯(lián)系,物理原理及理論的初創(chuàng)式開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都形成了當(dāng)時(shí)的高新技術(shù),物理學(xué)仍然是當(dāng)代高新技術(shù)的主要源泉。所有新技術(shù)的產(chǎn)生都在物理學(xué)中經(jīng)歷了長(zhǎng)期醞釀。例如:1909年盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)—— 40年后的核能利用;1917年愛(ài)因斯坦的受激發(fā)射理論—— 1960年第一臺(tái)激光器的誕生等,整個(gè)信息技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展,其硬件部分都是以物理學(xué)為基礎(chǔ)的。

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