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阅读 13297 次 历史版本 12个 创建者:Beckham (2010/1/26 17:59:31)  最新编辑:5月桂湖 (2011/5/30 19:13:28)
物理学
拼音:wùlǐxué (wulixue)
英文:Physics
同义词条:物理
闪电是一种电流现象
闪电是一种电流现象
  物理学(英语:Physics),自然科学的一个基础部门。研究宇宙物质存在的各种主要的基本形式,它们的性质、内部结构及其相互作用、运动和转化的最一般规律的科学。在化学天文学地学生物学等分别从自然科学中独立出来以后,物理学的规律和研究方法是其他自然科学和技术科学的基础。按所研究的物质运动形态不同,又可分为许多部门和分支学科。在古代欧洲,物理学是自然科学的总称。

  物理学是最古老的学术之一。在过去两千年,物理学与哲学化学等经常被混淆在一起,相提并论。直到十六世纪科学革命之后,才单独成为一门现代科学。现在,物理学已成为自然科学中最基础的学科之一。物理理论通常是以数学的形式表达出来。经过大量严格的实验验证的物理学规律被称为物理定律。然而如同其他很多自然科学理论一样,这些定律不能被证明,其正确性只能靠着反复的实验来检验。

  
抛物线形熔岩流表现出伽利略的自由落体定律与黑体辐射-从黑体表面的颜色可以估定其温度
抛物线形熔岩流表现出伽利略的自由落体定律与黑体辐射-从黑体表面的颜色可以估定其温度
  物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。人对自然界的认识来源于实践,而实践的广度和深度有着历史的局限性。随着实践的扩展和深入,物理学的内容也不断扩展和深入。新的分支学科陆续形成;已有的分支学科日趋成熟,应用也日益广泛。在天文学和物理学之间、化学和物理学之间存在着密切的联系,物理学所发现的基本规律在天文现象和化学现象中也起着日益深刻的作用。

  物理学的论题涵盖了广泛的自然现象,从微乎其微的基本粒子(像夸克中微子电子)到庞大无比的超星系团。在物理学里,很多千变万化、无奇不有的现象,都可以用更简单的的现象来做合理的描述与解释。物理学致力于追根究底,发掘可观测现象的根本原因,并且试图寻觅这些原因的任何连结关系。

  物理学是一门基础科学(fundamental science),研究主宰这些自然现象的基本定律是个很重要的目标。许多其它学术领域,像化学生物学地质学工程学等,所涉及的物质系统都遵守物理定律。

    随着物理学各分支学科的发展,人们发现物质的不同存在形式和不同运动形式之间存在着联系,于是各分支学科之间开始互相渗透。物理学也逐步发展成为各分支学科彼此密切联系的统一整体。物理学家力图寻找一切物理现象的基本规律,从而去统一地理解一切物理现象。这种努力虽然逐步有所进展,使得这一目标有时显得很接近;但与此同时,新的物理现象又不断出现,使这一目标又变得更遥远。看来人们对客观世界的探索、研究是无穷无尽的。

起源


  “物理”一词的最先出自希腊文φυσικ,原意是指自然。古时欧洲人称呼物理学作“自然哲学”。从最广泛的意义上来说即是研究大自然现象及规律的学问。汉语日语中“物理”一词起自于明末清初科学家方以智的百科全书式著作《物理小识》。

  物理学与其他许多自然科学息息相关,如数学化学生物地理等。特别是数学、化学、地理学。化学与某些物理学领域的关系深远,如量子力学热力学电磁学,而数学是物理的基本工具,地质学要用到物理的力学气象学热学有关。

  “物理”二字出现在中文中,是取“格物致理”四字的简称,即考察事物的形态和变化,总结研究它们的规律的意思。我国的物理学知识,在早期文献中记载于《天工开物》等书中。

  日本学者指出:“特别值得大书一笔的是,近世中国的汉译著述成为日本翻译西洋科学译字的依据。”日本早期物理学史研究者桑木或雄说:“在我国最初把Physics称为穷理学.明崇祯年间一本名叫《物理小识》的书,阐述的内容包括天文气象医药等方面.早在宋代,同样内容包含在‘物类志’和‘物类感应’等著述中,这些都是中国物理著作的渊源。”

  明代吕坤(1536—1618)著有《呻吟语》,其中卷六第二部分名为“物理”,大体是有关物性学的,并用以引申一些关于人文及世界的观点。宋代朱熹(1130—1200)等人常用“物之至理”或“物理”一词。当代著名物理学家李政道曾引用唐代杜甫《曲江二首》中的诗句“细推物理须行乐,何用浮名绊此身”来说明物理一词在盛唐即已出现。其实在中科院哲学研究所和北大哲学系编著的《中国哲学史资料简编》(中华书局)“两汉—隋唐”部分中就记载了三国时吴人杨泉曾著书《物理论》,是研究和评论当时有关天文、地理、工艺农业医学知识的著作。更久远的,在约公元前二世纪成书的《淮南子•览冥训》中有:“夫燧之取火于日,慈石引铁,葵之向日,虽有明智,弗能然也,故耳目之察,不足以分物理;心意之论,不足以定是非”之论述。中国古代的“物理”,应是泛指一切事物的道理。

分支


  ● 经典力学及理论力学 (Mechanics)研究物体机械运动的基本规律的规律
  ● 电磁学及电动力学 (Electromagnetism and Electrodynamics)研究电磁现象,物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律
  ● 热力学与统计物理学 (Thermodynamics and Statistical Physics)研究物质热运动的统计规律及其宏观表现
  ● 相对论和时空物理 (Relativity)研究物体的高速运动效应,相关的动力学规律以及关于时空相对性的规律
  ● 量子力学 (Quantum mechanics)研究微观物质运动现象以及基本运动规律
  此外,还有:
  粒子物理学、原子核物理学、原子分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理学、地球物理学、生物物理学、天体物理学、声学、电磁学、光学、无线电物理学、热学、量子场论、低温物理学、半导体物理学、磁学、液晶、医学物理学、非线性物理学、计算物理学等等。
  通常还将理论力学、电动力学、热力学与统计物理学、量子力学统称为四大力学。

发展史


  从古时候起,人们就尝试着理解这个世界:为什么物体会往地上掉,为什么不同的物质有不同的性质等等。宇宙的性质彩虹同样是一个谜,譬如地球、太阳以及月亮这些星体究竟是遵循着什么规律在运动,并且是什么力量决定着这些规律。人们提出了各种理论试图解释这个世界,然而其中的大多数都是错误的。这些早期的理论在今天看来更像是一些哲学理论,它们不像今天的理论通常需要被有系统的实验证明。像托勒密(Ptolemy)和亚里士多德(Aristotle)提出的理论,其中有些与我们日常所观察到的事实是相悖的。当然也有例外,譬如印度的一些哲学家和天文学家在原子论和天文学方面所给出的许多描述是正确的,再举例如希腊的思想家阿基米德(Archimedes)在力学方面导出了许多正确的结论,像我们熟知的阿基米德定律。

  在十七世纪末期,由于人们乐意对原先持有的真理提出疑问并寻求新的答案,最后导致了重大的科学进展,这个时期现在被称为科学革命。科学革命的前兆可回溯到在印度及波斯所做出的重要发展,包括:印度数学暨天文学家Aryabhata以日心的太阳系引力为基础所发展而成的行星轨道之椭圆的模型、哲学家Hindu及Jaina发展的原子理论基本概念、由印度佛教学者Dignāga及Dharmakirti所发展之光即为能量粒子之热气球理论、由穆斯林科学家Ibn al-Haitham(Alhazen)所发展的光学理论、由波斯的天文学家Muhammad al-Fazari所发明的星象盘,以及波斯科学家Nasir al-Din Tusi所指出托勒密体系之重大缺陷。

  物理学的发展历史由低级到高级,现在已基本建立l物理学理论的结构
  物理学理论的结构由常数G,c和h控制
  第一级:牛顿力学(G,h,1/c=0)
  第二级:牛顿的引力理论(h,1/c=0,G不为0)
  爱因斯坦的狭义相对论,不包括引力(h,G=0,1/c不为0)
  量子力学(G,1/c=0,h不为0)
  第三级:爱因斯坦的广义相对论(h=0,G,1/c不为0)
  相对论的量子力学(G=0,h,1/c不为0)
  牛顿量子引力(1/c=0,h,G不为0)
  终极:相对论量子引力理论(1/c,h,G全不为0)

学科性质


  物理学是人们对无生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。这种运动和转变应有两种。一是早期人们通过感官视觉的延伸,二是近代人们通过发明创造供观察测量用的科学仪器,实验得出的结果。物理学从研究角度及观点不同,可分为微观与宏观两部分,宏观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果,是最早期就已经出现的,微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。
  其次,物理又是一种智能。
  诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言:“与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现,倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学,不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示,还因为它在发展、成长的过程中,形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此,使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶,文明的瑰宝。
  大量事实表明,物理思想与方法不仅对物理学本身有价值,而且对整个自然科学,乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过,自20世纪中叶以来,在诺贝尔化学奖、生物及医学奖,甚至经济学奖的获奖者中,有一半以上的人具有物理学的背景;——这意味着他们从物理学中汲取了智能,转而在非物理领域里获得了成功。——反过来,却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外有专家十分尖锐地指出:没有物理修养的民族是愚蠢的民族!
  总之物理学是概括规律性的总结,是概括经验科学性的理论认识。
物理学的研究方法
   对于物理学理论和实验来说,物理量的定义和测量的假设选择,理论的数学展开,理论与实验的比较是与实验定律一致,是物理学理论的唯一目标。
  人们能通过这样的结合解决问题,就是预言指导科学实践这不是大唯物主义思想,其实是物理学理论的目的和结构。

研究领域


  现代物理研究大致分类为:凝聚态物理学原子物理学分子物理学光学粒子物理学天文物理学地球物理学生物物理学等。有些大学的物理系也支持物理教育研究。

  自二十世纪以来,物理学的各个领域变得越加专门,今天,大多数物理学家的整个职业生涯只专精于一个领域,像阿尔伯特·爱因斯坦(1879–1955)和列夫·朗道(1908–1968)这样的全才大师寥若晨星。

基础领域
重要主题
重要概念

核心理论


  尽管物理学的研究范围十分广泛,对应的理论也很多。但是,科学家认为有一些理论是最基本的,其正确性也已被学术界普遍的接受。这些理论是物理学的中心学说和基础理论。他们也是一个物理学家必须融会贯通的知识。例如,经典力学的理论准确地描述了尺寸超大于原子、速度超小于光速的物体运动。现今,这些理论仍旧是很热门的研究领域;例如,二十世纪后半期,学者发现了混沌,经典力学的一门很值得注意的理论,整整在艾萨克·牛顿原本表述之后三个世纪。

  这些核心理论大致包括于经典力学量子力学热力学统计力学电磁学相对论等基础物理学领域,是研究更特别问题的重要工具。任何物理学家,不论他或她的专长领域为何,都需要熟读精通这些理论。

物理学同其他自然科学和技术之间的关系


    物质的各种存在形式和运动形式之间普遍存在着联系。随着学科的发展,这种联系逐步显示出来。物理学也和其他学科相互渗透,产生一系列交叉学科,如:化学物理、生物物理、大气物理、海洋物理、地球物理、天体物理等等。

    数学对物理学的发展起了重要的作用,反过来物理学也促进数学的发展。在物理学的基础性研究过程中,形成和发展出来的基本概念、基本理论、基本实施手段和精密的测试方法,已成为其他许多学科的重要组成部分,并产生了良好的效果。这对于天文学、化学、生物学、地学、医学、农业科学都是如此。

    物理学研究的重大突破导致生产技术的飞跃已经是历史事实。反过来,发展技术和生产力的要求,也有力地推动物理学研究的发展,固体物理、原子核物理、等离子体物理、激光研究、现代宇宙学等之所以迅速发展,是和技术及生产力发展的要求分不开的。

    目前在物理学前沿进行研究工作,必须使用尖端技术,否则就无法使实验研究工作达到一定的深度,也很难开辟新的研究领域。因此理论和实践,基础理论和尖端技术的关系将日益密切、互相促进,并一日千里地向前推进。

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