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                  物理学发展史

                  2011年10月26日 00:00:00 来源:http://www.jnshiyan.com/ssyd/ShowArticle.asp?ArticleID=395 访问量:163

                  物理学发展史

                  一、             力学的发展

                  1、亚里士多德:

                  亚里斯多德研究的学问,包括了现在学科的哲学、物理学、生物学、天文学、大气科学、心理学、逻辑学、伦理学、政治学、艺术美学,几乎是涵盖了所有的领域,亚里斯多德的著作超过170种,被保留下来的仅仅是少数的资料。

                  在物理学方面:若你看到一个东西在移动,你就会寻找一个推动它的东西(像是我们的手、身体),当没什么东西推它时,它就会停止。  亚里斯多德又认为较重物体的下坠速度会比较轻物体的快。

                  亚里斯多德的学说,包括天文学、物质的理论、物理学、化学上都发生错误,使得他几乎成为近代科学中的反面角色。这些错误都是事实,但是无损于他对科学的巨大贡献,因为很多是历史条件的限制所导致的。人们至今仍在编辑、翻译、整理他的思想体系;当然也会批判、驳斥他的思想,不过可以确定的是,整个人类的理性思维、科学发展,无法不受他的影响。

                  评论:以现在的眼光看来,亚里斯多德的贡献,不在于解决了什么问题,而在于提出了一些问题,令人们思考。
                    2、伽利略

                  3、哥白尼、布鲁诺、第谷、开普勒

                  4、牛顿,建立起经典力学大厦

                   

                   

                  二、             追寻守恒量

                   

                   

                  三、             电磁学的发展

                  奥斯特,电生磁——电流的磁效应

                  法拉第,磁生电——电磁感应。用力线来描述场

                  麦克斯韦,1、建立起完整的电磁场理论,盖起了经典电磁学的高楼。 

                  2、负责筹建起了英国剑桥大学的卡文迪许实验室。

                  3、开始讲课时,学生都听不懂,有一次只有两个学生听课,其中一个就是赫兹。

                  赫兹,用实验证明了电磁波的存在,从而证明了麦克斯韦电磁学理论是正确的,人们逐渐接受麦克斯韦的理论。

                   

                   

                  四、             近代物理学的发展

                  19世纪末20世纪初,若干人认为物理学大厦基本建成,以后只要做些零碎的修补工作就行了。但就在这时,晴朗的物理学天空飘来了两朵令人不安的乌云,其中一朵是紫外灾难,与黑体辐射有关,它使物理学家们最终建立了量子力学;另一朵指的是迈克尔孙-莫雷实验,它的结果否定了以太的存在,最终导致了相对论的诞生。这两朵乌云的存在,正在开始动摇经典物理学的基础,从而引发物理学史上一场伟大的革命.

                   

                   

                   

                  紫外灾难是指:经典理论遇到困难。
                  紫外灾难
                    研究具有一定温度的黑体发射电磁辐射的规律,发射的电磁辐射包括的波长从很长到相当短的都有,辐射能量随辐射的频率形成一定的分布.如果黑体的温度很低,发射的电磁辐射主要是频率较低的,即波长较长的电磁辐射.如果黑体的温度较高,发射的电磁辐射主要是频率较高的,即波长较短的电磁辐射.1893年德国物理学家维恩(Wil-helm Wien)发现辐射能量最大的频率值正比于黑体的绝对温度,并给出辐射能量对频率的分布公式,这个公式在大部分频率范围内都与实验符合得很好,只在频率很小时与实验符合得不好(见图22).既然黑体辐射讨论的是电磁波的发射问题,电磁学中已经知道,带电粒子或电流作简谐振动时就将辐射电磁波,黑体辐射问题就应该可以在电磁学的理论基础上讨论解决.1899年,英国物理学家瑞利(Third Baron Rayleign)和天体物理学家金斯(JamesHopwood Jeans)在电动力学和统计物理学的基础上从理论上又普遍导出一个辐射能量对频率的分布公式.在这个公式中,当辐射的频率趋于无穷大时,辐射的能量是发散的.实际上,这个公式在频率小时与实验符合得很好,但在频率大时与实验严重不符合(见图22),在这里,经典物理学理论碰到了严重的困难.由于频率很大的辐射处在紫外线波段,故而这个困难被称为紫外灾难
                    19世纪末,经典物理学体系已经在几乎所有方面都取得了巨大的成功.当时在许多科学家心中普遍存在着一种乐观的情绪,认为宏伟的科学大厦已经基本建立起来了,当然还有一些小问题没有解决,后辈的物理学家只要对现有的理论进行一些小小的补充和修正就能够解决了.的确,那时经典物理学已经成为一套相当完美的体系,人们能够用它来解释大到天体运行,小到烧一壶开水等形形色色的物理现象.但是,正如英国物理学家开尔文(Lord Kelvin)所说的,在物理学晴朗的天空的远处,还存在着两朵乌云.其中一朵指的是迈克尔孙-莫雷实验,它的结果否定了以太的存在,最终导致了相对论的诞生,我们在本书的后面还会提到它;另一朵指的就是紫外灾难,它使物理学家们最终建立了量子力学.这两朵乌云的存在,正在开始动摇经典物理学的基础,从而引发物理学史上一场伟大的革命.

                   

                   

                  亚里士多德

                  在古希腊时代,哲学与科学并没有明显的区别。因此,一个杰出哲学家往往也是优秀的科学家,当时的人民并不把科学与其它问题划分开来。在这个时代里,亚里斯多德可以说是科学理性思维的最初推动者,他提出的概念和留下来的著作,一直都是西方科学思考的动力来源,影响不仅广泛而且深远。

                  国王的老师
                   
                    公元前384年,亚里斯多德出生在希腊北方的史塔吉拉城,他的父亲是马其顿国王的御医,家境富裕,17岁时,亚里斯多德来到雅典,进入柏拉图创立的学园一待就是二十年,从最初的学生变成教师。柏拉图死后,亚里斯多德总结前人哲学思想的基础,创立了与老师截然不同的哲学体系,所以亚里斯多德有句名言:“我爱我师,但我更爱真理”。

                   公元前347年,亚里斯多德受朋友赫米亚斯(Hermias)的邀请到位于小亚细亚海岸的阿索斯(Assos),充当赫米亚斯的顾问,之后又移居列士波斯岛(Lesbos)上的米提勒涅城(Mytilene),亚里斯多德在这岛城上,搜集了非常多生物学上的资料,并对许多动植物作出了令人惊叹的观察记录。有些动物以亚里斯多德为种名,正是因为他在二千多年前就已经对它们作深入的观察和纪录。不过,这样的日子过没几年,公元342年,亚里斯多德应马其顿国王菲力普二世的邀请,担任年仅14岁的王子的宫廷老师。这位王子就是后来继承马其顿王位,并建立一个横跨亚、欧、非三洲的大帝国的—亚历山大大帝。

                  逍遥学派始祖


                    尽管自己的学生已经是贵为国王,亚里斯多德并没有一直留在国王身边,他决定回到雅典,建立自己的学园,教授哲学。亚里斯多德得非常重视教学方法,他反对刻板的教学方式,于是他经常带着学生在花园林荫大道上一边散步、一边讨论哲理,因此后人把亚里斯多德学派称作
                  逍遥学派。

                    亚里斯多德自己曾说:“哲学家的结局往往是悲惨的?!本拖袼睦鲜Π乩?,曾劝国王改革政治,结果被卖为奴隶;他的师祖--苏格拉底,为了宣扬无神论,被判处死刑。公元前323年,亚历山大大帝在东征途中病逝,雅典人趁机起来反抗马其顿人的统治,雅典人把对马其顿人的仇恨,转移到曾担任亚历山大老师的亚里斯多德头上,为了“不给雅典人第二次对哲学犯下罪过”(第一次雅典人判苏格拉底喝毒酒自杀),他只好逃离雅典,最后在加尔西斯(Chalkis)终老。
                  据说亚里斯多德经常在课后休息时,拿一条装有热油的软管放在胃部上方,可能是想以热度来减轻疼痛。事实上根据资料推论,亚里斯多德最后应该也是死于胃病?!?span lang="EN-US">

                  百科全书式的学者
                  亚里斯多德研究的学问,包括了现在学科的哲学、物理学、生物学、天文学、大气科学、心理学、逻辑学、伦理学、政治学、艺术美学,几乎是涵盖了所有的领域,亚里斯多德的著作超过170种,被保留下来的仅仅是少数的资料。

                  科学方法论

                    至于他对于自然科学的贡献,他摆脱柏拉图的《理念论》,把自然当作科学研究的客观对象,并进行科学分类,使得自然科学与社会科学逐渐演变成为许多独立的学科。


                    在科学的方法论上,他开创了逻辑学,提出他所谓的四个公理:同一性定律、矛盾率、排他律、充分理由定律,并确定了概念、判断、推理等逻辑形式。他最先提出归纳和演绎两种方法,强调以数学体系与逻辑推里来证明科学的原理。这样的基本理论观点,促进了往后科学的发展,最明显可见的是,在他的影响下,出现了欧几里德的名著《几何原理》。而且亚里斯多德当年所使用的许多专有名词,至今仍被教科书所使用。


                    物质的原素


                    宇宙的中央就是地球,地球上的物质,是由四种“原素”所组成,它们分别是泥土(Earth)、空气(Air)、火(Fire)和水(Water)。在亚里士多德的物理学中,四种原素都有各自的“恰当位置”(Proper Places),而“恰当位置”则由原素的重量所决定。每种原素均自然地以直线,移向自己的“恰当位置”,然后停下来,例如:泥土向下、而火向上。故此地球上的邉佣际恰爸本?进行”和“最终会停止”的状况。用这个理论几乎能解释当时所观察到物质的属性和变化。


                  天文学

                    在天文学方面,亚里斯多德认为宇宙是一个有限大的圆球体,而地球则处于宇宙的中心,这就是“地球中心说”。这样的理论建立在符合我们看到的所有东西上。天空看起来是一个以地球为中心的球面,而且所有的东西都绕着地球跑。物体很自然的不是往地球走,就是背着它走。


                    亚里斯多德认为天体(太阳、月球、行星)是无休止地循复杂的圆形轨道邉?,?span lang="EN-US">K
                  由第五种原素--“以太”(ether)所构成。跟地上的物质不同的是,它的地位超然,除了在邉又械奈恢酶淖兺?,“以太”是永?span lang="EN-US">a不变而且完美的。所以天上会变的东西,像流星、彗星、新星都在天空之下、在地球大气层空气中,而不是在恒星和行星之中。以太的自然邉硬皇峭厍虻闹本?邉佣抢@地球做等速圆周邉?,自然形狀也是光滑的球形,已殚球绘?span lang="EN-US">A圈是最完美的形状。

                    生物学


                    在实体的研究上,亚里斯多德在生物学上有相当大的成就。他对许多动、植物的型态、构造,都有相当精准的观察和描述,甚至鱼、小鸡、软件动物的卵和胚胎、海豚的胎盘构造,他都知之甚详而且加以区分,所以他将海豚归类为“兽类”,而不是鱼类。在二千多年前有这样的见解,真是非常惊人。另外,他还发现不同肤色的人种通婚,子女皮肤颜色变化会有不确定性;动物进化越高级,生理机能越复杂,这些牵涉到遗传学、物种的演化,虽然当时亚里斯多德无法解释,但是能发现这样的问题,已经是很不容易了。


                    物理的力学


                    在物理学的邉恿W上,亚里斯多德的成就也不少,但是最常被提到的,却是他所犯的错误。亚里斯多德提出的假设是“凡是邉又奈矬w,一定有推动者在推着它邉印?。?span lang="EN-US">@是建立在日常经验上。若你看到一个东西在移动,你就会寻找一个推动它的东西(像是我们的手、身体)。当没什么东西推它时,它就会停止邉印5且粋?推着一个,不能无限制地追溯上去,“必然存在第一推动者”,中古世纪的基督教说“第一推动者”就是指上帝,并将亚里斯多德的学说,与基督教教义结合。这样的结合让亚里斯多德的邉訉W成为权威学说,一直到了牛顿手里,才建立正确的邉恿W学说。另外,亚里斯多德又认为较重物体的下坠速度会比较轻物体的快,这个错误观点要到十六世纪,意大利科学家伽利略从比塞塔上掷下两个不同重量圆球的实验中才被推翻。


                    前面我们提到的这些亚里斯多德的学说,包括天文学、物质的理论、物理学、化学上都发生错误,使得他几乎成为近代科学中的反面角色。这些错误都是事实,但是无损于他对科学的巨大贡献,因为很多是历史条件的限制所导致的。人们至今仍在编辑、翻译、整理他的思想体系;当然也会批判、驳斥他的思想,不过可以确定的是,整个人类的理性思维、科学发展,无法不受他的影响。

                  评论:以现在的眼光看来,其在物理学方面的贡献,不在于解决了什么问题,而在于提出了一些问题,令人们思考。

                   

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