物理
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物理学发展概述
  发布者:学科专家   来源:物理学科网  发布时间:2014-06-25

一、古代时期

  无论在东方的古代还是西方的古代,物理学实际上还处于萌芽阶段,严格地说来还不成其为。那时的物理知识一方面与哲学交织在一起,如古希腊所形成的自然哲学;另一方面又与技术相融合,反映在各种技术(不只是生产技术)之中,如中国古代的科学技术。物理学形成独立的知识体系,还是在欧洲进入文艺复兴时期以后才开始的。

  具体说来,古代物理学有以下特点:

  1.在内容上:古代物理学知识基本上是一些现象的描述,如中国古代的《墨经》、《考工记》中所记载的大量力学、光学知识;有时虽然总结出一些带有普遍性的自然规律,但一般都停留在经验定律阶段;有时即使有理论形式,但大多属于思辨性的,算不上是严密的科学理论,如古代的原子论与元气说。但是,古希腊的阿基米德(Archimedes,约公元前287-前212)的某些工作则有所超前,例如,他的杠杆定律与浮体定律就不完全是经验定律,他是有严格的论证的,所以有人认为他超越了时代,是古代世界第一位也是最伟大的近代型的物理学家

  2.在研究方法上:主要是直观的观察,直觉的猜测,再加上形式逻辑的演绎。恩格斯称这种方法是古代人天才的自然哲学的直觉。这种方法把自然界看作一个统一的整体,在直观的基础上,通过初步的比较与简单的归纳,从个别一下子飞跃到一般,直接猜测出普遍的结论。然后,从这一般的结论出发,用演绎法来推理和处理问题。

  3.在社会功能上:古代社会生产水平很低,对物理知识的需要很有限。在古代中国,物理知识一方面来源于社会实践的直接经验,常常与各种技术结合在一起;另一方面来源于对自然现象的猜测和思辨,因而与各种哲学思潮相融汇。这两方面虽有关联但长期处于两个不同领域,不能贯通。儒家推崇哲理研究,看不起技术研究,比科学技术斥之为雕虫小技,足以玩物丧志,使得包括物理学在内的整个科学技术在社会中处于极低的地位。在欧洲中世纪,哲学与科学完全是神学的奴仆,宗教神学认为,任何对知识的渴求,假如它不以认识上帝为目的,就是罪恶。它们把真正的科学思想视为异端,包括物理学在内的科学被看作是异己的力量受到社会的排斥,更看不到有多少社会功能。

  古代时期还可以细分为几个小的阶段。对于西方,可分成古希腊罗马阶段和中世纪阶段。古希腊罗马阶段(公元前8世纪到公元4世纪)大约相当于我国春秋时期到魏晋南北朝时期。古希腊文明得益于古埃及和两河流域的早期文化(古希腊人的科学贡献是在巴比伦和埃及古代文明的基础上创造出来的)。自公元前7世纪至前6世纪始,古希腊文化逐步进入了它的繁荣时期。自公元前1世纪罗马人征服欧洲之后,学术研究的热潮开始逐渐消退,到后来,甚至古希腊人的学术典籍也相继散失。这个时期的学术成就对后来物理学影响最大的是毕达哥拉斯(Pythagoras  of  Samos,公元前584?-前497?)派、原子论派和亚里士多德(Aristotle  the  Stagirite,公元前384-前322)的理论,当然还有欧几里得(Euclid  of  Alexandria,公元前323?-前275?)的几何学、阿基米德的力学和托勒密(Claudius  Ptolemaeus85?-168?)的天文学等。从公元5世纪到15世纪,是欧洲历史上的中世纪阶段,相当于我国南北朝到明代中叶,是欧洲封建社会由兴起到没落以至逐渐复苏的整个时期。它的前期有些史学家称为黑暗时期,教会统治了一切,古希腊自然哲学几乎被人们所遗忘。倒是东方的阿拉伯人保存了亚里士多德和托勒密的著作以及其他许多古希腊典籍,形成了一个光辉灿烂的阿拉伯文化。(78世纪以后,阿拉伯人在中东地区崛起,不久就成为跨越亚、欧、非三洲的版图广阔的大国。阿拉伯人意识到自己的文化落后,以很高的热情和很大的努力吸收比他们先进的东西方文化。幸经他们奋力地寻求、收集、整理、保藏他们所能得到的古希腊学术典籍,才使这些珍贵的文化遗产得以存留。又由于他们博采东西方之长,阿拉伯也成了东西方文化的桥梁。)中世纪后期,经院哲学利用亚里士多德哲学和托勒密天文学中的消极因素为上帝存在做辩护,残酷镇压被视为异端的自由科学研究。所以,包括物理学在内的自然科学发展异常缓慢。在欧洲的中世纪,影响最大的是亚里士多德的思想和他的方法,以至有人说近代物理学是在逐点批判亚里士多德学说的基础上兴起的。总的说来,中世纪是欧洲文明史上比较贫乏的时期,它意味着由古希腊的思想高峰上落下来,再沿着近代科学知识的斜坡挣扎上去所经历的一个阴谷。

  对于古代中国,科学的发展不像欧洲那样可明显地分成几个阶段,它具有连续发展的特点。春秋战国时期是中国古代社会由奴隶制向封建制过渡的时期,社会的变革、生产力的跃进和百家争鸣的局面,加速了古代科学知识积累的进程,奠定了中国古代科学知识的基本框架和途径,形成了自己独特的传统。此后,中国古代科学的进程虽有起伏,但大体上即循此缓慢地发展。中国古代科学吸取外来的东西不多,顽强地保持着自己的特色。自明代中叶以后,便为迅速发展的西方科学所超越。就其整体而言,中国古代科学至此便衰落而终结了。

  (见潘永祥、王绵光主编《物理学简史》,湖北教育出版社,1990年,第810页。)

  二、近代时期

  近代物理学产生于资产阶级革命的时代,是在资本主义生产发展的推动下发展起来的。与古代物理学萌芽时期相比,近代物理学有以下特点:

  1.在内容上,近代物理学是建立在实验基础上的。它强调系统的有目的的实验,而不是简单地对物理现象进行观察;它以观察实验事实为根据进行缜密的分析和推理,而不是凭猜测和臆想;其中的许多经验定律已上升为系统理论,在巩固领域中逐步建立起严密的理论体系。另外,近代物理学已与哲学和其他自然科学分离,走上了独立发展的道路,并且达到了系统的、全面的发展。

  2.在研究方法上,采用实验与数学相结合的方法来从事研究。这个时期科学方法论的主要代表作是培根(Francis Bacon1561-1626)的《新工具》和笛卡尔(DenéDescartes15961650)的《方法论》。与古代亚里士多德只注重思辨的演绎相比,培根强调实验和归纳的重要性。他认为:我们主要从希腊人那里得来的那种智慧,只不过像知识的童年,具有儿童特性:它能够谈论,但是不能生育,因为它充满着争辩,却没有实效。笛卡尔是用理性来对抗中世纪经院哲学的。他并不重视实验,认为直接的感知和对现象的归纳所得到的知识是不可靠的,他坚持真理是由理性和直觉获得的,主张先找到完全清晰而明确的自明真理,然后再用数学演绎出这个系统来:这是古希腊理性主义传统的继承。这两种方法的相互补充、结合,就是近代物理学所采用的实验-数学方法,从而使物理学日益精确化。

  3.在社会功能上:近代物理学有力地促进了资本主义生产的发展,打破了封建主义的精神桎梏,它的社会功能逐渐显著,从而使物理学的研究工作开始了社会化的进程。资产阶级认识到物理学为主要标志的近代科学是他们同封建制度进行斗争的强大武器,因而采用保护和奖励政策,拿破仑(Napoléon Bonaparte1769-1821)对科学发展给予的鼓励,充分说明了这一点。到19世纪,物理学对生产的指导作用便十分显著了。

  近代时期还可以分成3个小阶段:

  1.创建阶段:16世纪中叶至17世纪。这个阶段的最伟大成就就是建立了以牛顿力学为中心的经典物理学体系。

  2.消化和发展相对缓慢阶段:它包括整个18世纪。这个阶段的主要特征是消化和普及以牛顿力学为代表的科学知识,使物理学知识成为推动社会前进的动力,在英国产业革命和法国启蒙运动中发挥了巨大社会影响,从而为19世纪物理学的进一步发展提供了强大的物质基础和有力的社会保证。

  3.鼎盛时期:它包括整个19世纪世纪。其主要特征是:(1)继力学、光学以后,又建立了热力学和电磁学等学科,各物理学科之间的空隙逐渐得到填补。(2)由于能量守恒原理的发现和电磁理论的建立,普遍联系和变化、发展的观念逐渐在物理学中生根,物理学家对物理世界的统一性有了进一步的认识。(3)物理学对人类生产与生活产生了巨大的推动作用,电磁学的发展使人类开始进入电力时代。

  (见潘永祥、王绵光主编《物理学简史》,湖北教育出版社,1990年,第1011页。)

  三、现代时期

  近代物理学(也称经典物理学)19世纪取得了全面的发展,因此当时有人乐观地认为经典物理学已经具备了十分完备的原理和方法,足以去理解整个自然界。但是,从19世纪最后几年到20世纪初的一些新发现完全打破了人们的盲目乐观情绪。这些新发现与旧理论之间的尖锐矛盾导致了世纪之交物理学一场深刻的革命,使20世纪的现代物理学与19世纪末以前的近代物理学之间有了质的区别。具体说来有以下几个特点:

  1.1885年发现X射线开始的现代物理学革命,使物理研究扩展到微观与宇观物质层次和接近光速的高速运动新领域,从而使经典物理学的基本概念和整个理论体系都受到了严重的冲击。一方面,发现了关于微观世界结构的种种惊人的事实;另一方面,相对论与量子论的建立使人类对物质运动、时空、因果律的认识,都发生了根本性的变化,人们普遍认识到,任何物理理论都不可能是永恒的真理,它都会随着时代的发展而发展。不墨守成规和勇于创新,已成为20世纪物理学的一个突出的特点。

  2.现代物理实验和观察的技术装备之强大是经典物理学时代所无法相比的。例如,美国费米实验室的一部5千电子伏的质子同步加速器,它的主体跑道管直径就有2公里,周长就有6公里,磁场所需要的电力就达10万千瓦,而美国新墨西哥州的一架射电望远镜其天线阵的一个臂长就有21公里。现代物理实验与观测技术的高度发展,使人类的视野在深度(微观上)与广度(宇观上)上都比19世纪末扩大了10万倍以上。人类的洞察力已经能从大于 厘米的原子集团深入到小于 厘米的基本粒子内部;人类的眼界也已从直径10万光年的银河系扩展到200亿光年的大宇宙。另一方面,由于现代物理学与日常经验的距离越来越远,越来越抽象,物理理论的发展在充分依赖实验发展的同时,比起经典物理学来说,也更需要运用理性思维来把握。

  3.现代物理学革命不仅推动了物理学自身的发展,同时也推动了现代科学与技术的全面发展。在物理学的推动下,生物学得到了革命性的突破,代表生命主要特征的遗传密码得到破译,从而使整个物理学与生命科学之间的深邃鸿沟开始逐步填补,自然科学已形成以物理学为中坚力量的一个前沿在不断扩大的、多层次的综合的统一整体。科学研究已从经典物理学时代的个体劳动的小科学转化为社会化集体劳动的大科学。研究活动规模越来越大,已从企业规模发展到国际规模,例如欧洲核研究中心、地球物理年等。大科学最突出的事例是1961年美国组织的阿波罗登月计划,动员了40万人,历时11年,耗资240亿美元。这在经典物理学时代是无法想象的。

  4.比起经典物理学,现代物理学的社会功能更加突出。现代物理理论不仅应用于发展单项技术,更重要的是开辟了新的技术领域,建立了完全新型的工业体系,对生产的全面指导作用更加显著。可以说,以现代物理学为中坚力量的现代科学与技术已成为人类历史发展前进的决定性力量。

 

 
  相关评论 点击数:673     评论数:2    
游客     发表评论于:2016-1-11 11:37:04
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游客     发表评论于:2019-11-18 16:28:30
从生活到物理,从物理到社会。
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