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阅读 13427 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)
物理學
拼音:wùlǐxué (wulixue)
英文:Physics
同义词条:物理
閃電是一種電流現象
閃電是一種電流現象
  物理學(英語:Physics),自然科學的一個基礎部門。研究宇宙物質存在的各種主要的基本形式,它們的性質、内部結構及其相互作用、運動和轉化的最一般規律的科學。在化學天文學地學生物學等分别從自然科學中獨立出來以後,物理學的規律和研究方法是其他自然科學和技術科學的基礎。按所研究的物質運動形態不同,又可分爲許多部門和分支學科。在古代歐洲,物理學是自然科學的總稱。

  物理學是最古老的學術之一。在過去兩千年,物理學與哲學化學等經常被混淆在一起,相提並論。直到十六世紀科學革命之後,才單獨成爲一門現代科學。現在,物理學已成爲自然科學中最基礎的學科之一。物理理論通常是以數學的形式表達出來。經過大量嚴格的實驗驗證的物理學規律被稱爲物理定律。然而如同其他很多自然科學理論一樣,這些定律不能被證明,其正確性隻能靠着反複的實驗來檢驗。

  
抛物線形熔岩流表現出伽利略的自由落體定律與黑體輻射-從黑體表面的顏色可以估定其溫度
抛物線形熔岩流表現出伽利略的自由落體定律與黑體輻射-從黑體表面的顏色可以估定其溫度
  物理學的各分支學科是按物質的不同存在形式和不同運動形式劃分的。人對自然界的認識來源於實踐,而實踐的廣度和深度有着歷史的局限性。隨着實踐的擴展和深入,物理學的内容也不斷擴展和深入。新的分支學科陸續形成;已有的分支學科日趨成熟,應用也日益廣泛。在天文學和物理學之間、化學和物理學之間存在着密切的聯繫,物理學所發現的基本規律在天文現象和化學現象中也起着日益深刻的作用。

  物理學的論題涵蓋了廣泛的自然現象,從微乎其微的基本粒子(像誇克中微子電子)到龐大無比的超星系團。在物理學里,很多千變萬化、無奇不有的現象,都可以用更簡單的的現象來做合理的描述與解釋。物理學致力於追根究底,發掘可觀測現象的根本原因,並且試圖尋覓這些原因的任何連結關係。

  物理學是一門基礎科學(fundamental science),研究主宰這些自然現象的基本定律是個很重要的目標。許多其它學術領域,像化學生物學地質學工程學等,所涉及的物質系統都遵守物理定律。

    隨着物理學各分支學科的發展,人們發現物質的不同存在形式和不同運動形式之間存在着聯繫,於是各分支學科之間開始互相滲透。物理學也逐步發展成爲各分支學科彼此密切聯繫的統一整體。物理學家力圖尋找一切物理現象的基本規律,從而去統一地理解一切物理現象。這種努力雖然逐步有所進展,使得這一目標有時顯得很接近;但與此同時,新的物理現象又不斷出現,使這一目標又變得更遙遠。看來人們對客觀世界的探索、研究是無窮無盡的。

起源


  “物理”一詞的最先出自希臘文φυσικ,原意是指自然。古時歐洲人稱呼物理學作“自然哲學”。從最廣泛的意義上來說即是研究大自然現象及規律的學問。漢語日語中“物理”一詞起自於明末清初科學家方以智的百科全書式著作《物理小識》。

  物理學與其他許多自然科學息息相關,如數學化學生物地理等。特别是數學、化學、地理學。化學與某些物理學領域的關係深遠,如量子力學熱力學電磁學,而數學是物理的基本工具,地質學要用到物理的力學氣象學熱學有關。

  “物理”二字出現在中文中,是取“格物致理”四字的簡稱,即考察事物的形態和變化,總結研究它們的規律的意思。我國的物理學知識,在早期文獻中記載於《天工開物》等書中。

  日本學者指出:“特别值得大書一筆的是,近世中國的漢譯著述成爲日本翻譯西洋科學譯字的依據。”日本早期物理學史研究者桑木或雄說:“在我國最初把Physics稱爲窮理學.明崇禎年間一本名叫《物理小識》的書,闡述的内容包括天文氣象醫藥等方面.早在宋代,同樣内容包含在‘物類志’和‘物類感應’等著述中,這些都是中國物理著作的淵源。”

  明代呂坤(1536—1618)著有《呻吟語》,其中卷六第二部分名爲“物理”,大體是有關物性學的,並用以引申一些關於人文及世界的觀點。宋代朱熹(1130—1200)等人常用“物之至理”或“物理”一詞。當代著名物理學家李政道曾引用唐代杜甫《曲江二首》中的詩句“細推物理須行樂,何用浮名絆此身”來說明物理一詞在盛唐即已出現。其實在中科院哲學研究所和北大哲學系編著的《中國哲學史資料簡編》(中華書局)“兩漢—隋唐”部分中就記載了三國時吳人楊泉曾著書《物理論》,是研究和評論當時有關天文、地理、工藝農業醫學知識的著作。更久遠的,在約公元前二世紀成書的《淮南子•覽冥訓》中有:“夫燧之取火於日,慈石引鐵,葵之向日,雖有明智,弗能然也,故耳目之察,不足以分物理;心意之論,不足以定是非”之論述。中國古代的“物理”,應是泛指一切事物的道理。

分支


  ● 經典力學及理論力學 (Mechanics)研究物體機械運動的基本規律的規律
  ● 電磁學及電動力學 (Electromagnetism and Electrodynamics)研究電磁現象,物質的電磁運動規律及電磁輻射等規律
  ● 熱力學與統計物理學 (Thermodynamics and Statistical Physics)研究物質熱運動的統計規律及其宏觀表現
  ● 相對論和時空物理 (Relativity)研究物體的高速運動效應,相關的動力學規律以及關於時空相對性的規律
  ● 量子力學 (Quantum mechanics)研究微觀物質運動現象以及基本運動規律
  此外,還有:
  粒子物理學、原子核物理學、原子分子物理學、固體物理學、凝聚態物理學、激光物理學、等離子體物理學、地球物理學、生物物理學、天體物理學、聲學、電磁學、光學、無線電物理學、熱學、量子場論、低溫物理學、半導體物理學、磁學、液晶、醫學物理學、非線性物理學、計算物理學等等。
  通常還將理論力學、電動力學、熱力學與統計物理學、量子力學統稱爲四大力學。

發展史


  從古時候起,人們就嚐試着理解這個世界:爲什麼物體會往地上掉,爲什麼不同的物質有不同的性質等等。宇宙的性質彩虹同樣是一個謎,譬如地球、太陽以及月亮這些星體究竟是遵循着什麼規律在運動,並且是什麼力量決定着這些規律。人們提出了各種理論試圖解釋這個世界,然而其中的大多數都是錯誤的。這些早期的理論在今天看來更像是一些哲學理論,它們不像今天的理論通常需要被有系統的實驗證明。像托勒密(Ptolemy)和亞里士多德(Aristotle)提出的理論,其中有些與我們日常所觀察到的事實是相悖的。當然也有例外,譬如印度的一些哲學家和天文學家在原子論和天文學方面所給出的許多描述是正確的,再擧例如希臘的思想家阿基米德(Archimedes)在力學方面導出了許多正確的結論,像我們熟知的阿基米德定律。

  在十七世紀末期,由於人們樂意對原先持有的真理提出疑問並尋求新的答案,最後導致了重大的科學進展,這個時期現在被稱爲科學革命。科學革命的前兆可回溯到在印度及波斯所做出的重要發展,包括:印度數學暨天文學家Aryabhata以日心的太陽系引力爲基礎所發展而成的行星軌道之橢圓的模型、哲學家Hindu及Jaina發展的原子理論基本概念、由印度佛教學者Dignāga及Dharmakirti所發展之光即爲能量粒子之熱氣球理論、由穆斯林科學家Ibn al-Haitham(Alhazen)所發展的光學理論、由波斯的天文學家Muhammad al-Fazari所發明的星象盤,以及波斯科學家Nasir al-Din Tusi所指出托勒密體系之重大缺陷。

  物理學的發展歷史由低級到高級,現在已基本建立l物理學理論的結構
  物理學理論的結構由常數G,c和h控制
  第一級:牛頓力學(G,h,1/c=0)
  第二級:牛頓的引力理論(h,1/c=0,G不爲0)
  愛因斯坦的狹義相對論,不包括引力(h,G=0,1/c不爲0)
  量子力學(G,1/c=0,h不爲0)
  第三級:愛因斯坦的廣義相對論(h=0,G,1/c不爲0)
  相對論的量子力學(G=0,h,1/c不爲0)
  牛頓量子引力(1/c=0,h,G不爲0)
  終極:相對論量子引力理論(1/c,h,G全不爲0)

學科性質


  物理學是人們對無生命自然界中物質的轉變的知識做出規律性的總結。這種運動和轉變應有兩種。一是早期人們通過感官視覺的延伸,二是近代人們通過發明創造供觀察測量用的科學儀器,實驗得出的結果。物理學從研究角度及觀點不同,可分爲微觀與宏觀兩部分,宏觀是不分析微粒群中的單個作用效果而直接考慮整體效果,是最早期就已經出現的,微觀物理學隨着科技的發展理論逐漸完善。
  其次,物理又是一種智能。
  誠如諾貝爾物理學獎得主、德國科學家玻恩所言:“與其說是因爲我發表的工作里包含了一個自然現象的發現,倒不如說是因爲那里包含了一個關於自然現象的科學思想方法基礎。”物理學之所以被人們公認爲一門重要的科學,不僅僅在於它對客觀世界的規律作出了深刻的揭示,還因爲它在發展、成長的過程中,形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因爲如此,使得物理學當之無愧地成了人類智能的結晶,文明的瑰寶。
  大量事實表明,物理思想與方法不僅對物理學本身有價值,而且對整個自然科學,乃至社會科學的發展都有着重要的貢獻。有人統計過,自20世紀中葉以來,在諾貝爾化學獎、生物及醫學獎,甚至經濟學獎的穫獎者中,有一半以上的人具有物理學的背景;——這意味着他們從物理學中汲取了智能,轉而在非物理領域里穫得了成功。——反過來,卻從未發現有非物理專業出身的科學家問鼎諾貝爾物理學獎的事例。這就是物理智能的力量。難怪國外有專家十分尖銳地指出:沒有物理修養的民族是愚蠢的民族!
  總之物理學是概括規律性的總結,是概括經驗科學性的理論認識。
物理學的研究方法
   對於物理學理論和實驗來說,物理量的定義和測量的假設選擇,理論的數學展開,理論與實驗的比較是與實驗定律一致,是物理學理論的唯一目標。
  人們能通過這樣的結合解決問題,就是預言指導科學實踐這不是大唯物主義思想,其實是物理學理論的目的和結構。

研究領域


  現代物理研究大致分類爲:凝聚態物理學原子物理學分子物理學光學粒子物理學天文物理學地球物理學生物物理學等。有些大學的物理系也支持物理教育研究。

  自二十世紀以來,物理學的各個領域變得越加專門,今天,大多數物理學家的整個職業生涯隻專精於一個領域,像阿爾伯特·愛因斯坦(1879–1955)和列夫·朗道(1908–1968)這樣的全才大師寥若晨星。

基礎領域
重要主題
重要概念

核心理論


  盡管物理學的研究範圍十分廣泛,對應的理論也很多。但是,科學家認爲有一些理論是最基本的,其正確性也已被學術界普遍的接受。這些理論是物理學的中心學說和基礎理論。他們也是一個物理學家必須融會貫通的知識。例如,經典力學的理論准確地描述了尺寸超大於原子、速度超小於光速的物體運動。現今,這些理論仍舊是很熱門的研究領域;例如,二十世紀後半期,學者發現了混沌,經典力學的一門很值得注意的理論,整整在艾薩克·牛頓原本表述之後三個世紀。

  這些核心理論大致包括於經典力學量子力學熱力學統計力學電磁學相對論等基礎物理學領域,是研究更特别問題的重要工具。任何物理學家,不論他或她的專長領域爲何,都需要熟讀精通這些理論。

物理學同其他自然科學和技術之間的關係


    物質的各種存在形式和運動形式之間普遍存在着聯繫。隨着學科的發展,這種聯繫逐步顯示出來。物理學也和其他學科相互滲透,產生一系列交叉學科,如:化學物理、生物物理、大氣物理、海洋物理、地球物理、天體物理等等。

    數學對物理學的發展起了重要的作用,反過來物理學也促進數學的發展。在物理學的基礎性研究過程中,形成和發展出來的基本概念、基本理論、基本實施手段和精密的測試方法,已成爲其他許多學科的重要組成部分,並產生了良好的效果。這對於天文學、化學、生物學、地學、醫學、農業科學都是如此。

    物理學研究的重大突破導致生產技術的飛躍已經是歷史事實。反過來,發展技術和生產力的要求,也有力地推動物理學研究的發展,固體物理、原子核物理、等離子體物理、激光研究、現代宇宙學等之所以迅速發展,是和技術及生產力發展的要求分不開的。

    目前在物理學前沿進行研究工作,必須使用尖端技術,否則就無法使實驗研究工作達到一定的深度,也很難開辟新的研究領域。因此理論和實踐,基礎理論和尖端技術的關係將日益密切、互相促進,並一日千里地向前推進。

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