物理學(xué)史緒論

1、物理學(xué)史1教材及參考書 劉筱莉、仲扣莊，物理學(xué)史，南京師范大學(xué)出版社；郭奕玲、沈慧君，物理學(xué)史，清華大學(xué)出版社； 美 弗 . 卡約里，物理學(xué)史 , 科學(xué)出版社 ; 谷世義 , 物理學(xué)史簡(jiǎn)編 , 高等教育出版社 . 2 物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最普遍形式的規(guī)律以及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)。 物理學(xué)史是研究物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律的科學(xué)。3一.“物理”溯源二.物理學(xué)史的分期三.物理學(xué)的研究方法四.物理學(xué)基本觀念的變更五.學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和意義緒 論4 “物理學(xué)”一詞有兩個(gè)來源：一個(gè)是“土生”的，即來自中國本土的“物理”一詞；另一個(gè)是由西方經(jīng)日本轉(zhuǎn)譯到中國的“物理”一詞。一.“物理”溯源 中文“物理”一詞出現(xiàn)

2、并不晚，約公元前二世紀(jì)成書的淮南子覽冥訓(xùn)寫到“故耳目之察不足以分物理；心意之論不足以定是非。”這里的“物理”泛指一切事物的道理，并非現(xiàn)代意義下的物理學(xué)。 晉代楊泉曾著物理論，這里的“物理”一詞的說法起源于戰(zhàn)國時(shí)期莊子（公元前369-公元前286年）的“析萬物之理”一句，明清之際方以智（1611-1671）曾著物理小識(shí)，它們雖然冠之以“物理”，其實(shí)包括了自然科學(xué)的各門學(xué)科，甚至還包括人文科學(xué)的某些分支。5 宋代理學(xué)家朱熹（1130-1200）等人也常使用“物之至理”或“物理”一詞，但這是他們唯心主義哲學(xué)家的常用詞，意指先驗(yàn)的“理”主宰具體的“物”，“理”是先于物質(zhì)存在的實(shí)體。這種觀念恰和物理學(xué)的

3、本意相反。 “格物”一詞源出于大學(xué)：“格物，致知，誠意，正心，修身，齊家，治國，平天下”?！爸林诟裎铮裎锒笾林?。“格物學(xué)”也被稱為“格致學(xué)”。 清代晚期，物理學(xué)包括在所謂的“格物學(xué)”之中。當(dāng)時(shí)的格物學(xué)是指除了數(shù)學(xué)、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)和農(nóng)學(xué)之外的所有自然科學(xué)。在翻譯西方近代物理學(xué)時(shí)，把物理學(xué)各分支科以及化學(xué)統(tǒng)譯為“格物學(xué)”，其中力學(xué)譯為“重學(xué)”。“物理”溯源6 在西方物理學(xué)最早屬于哲學(xué)的一部分，古希臘哲學(xué)家亞里士多德（公元前384-公元前322年）用希臘文寫作“”，指自然哲學(xué)?！白匀徽軐W(xué)()”后來被譯為拉丁文“physica”，再轉(zhuǎn)譯為英文“physics”。 1851年日本人川本幸民將英文的

4、“physics”譯為日文漢字“物理學(xué)”，1879年日本人飯盛挺造出版物理學(xué)一書，1900年日本人藤田豐八把飯盛挺造的物理學(xué)譯成中文，王季烈對(duì)該書進(jìn)行文字潤色和重編并由江南制造局刊行，這是我國第一本具有現(xiàn)代物理學(xué)內(nèi)容和系統(tǒng)的稱為物理學(xué)的書?！拔锢怼彼菰?二. 物理學(xué)史的分期1.古代物理學(xué)時(shí)期-科學(xué)的萌芽期時(shí)間：從遠(yuǎn)古到16世紀(jì)中葉。 特點(diǎn)：主要是對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和記載。這一時(shí)期，自然科學(xué)與哲學(xué)融合在一起，對(duì)自然現(xiàn)象的解釋往往是哲理性的。 文化中心：古希臘和古代中國。2.經(jīng)典物理學(xué)時(shí)期：時(shí)間：從16世紀(jì)中葉到19世紀(jì)末。15世紀(jì)末，資本主義開始萌芽，社會(huì)生產(chǎn)力得到發(fā)展，有力地推動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)程。1

5、6世紀(jì)中葉，哥白尼提出“日心說”。17世紀(jì)晚期，牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)體系，標(biāo)志著近代物理學(xué)的誕生。之后，經(jīng)典熱力學(xué)、電磁學(xué)相繼建立。到19世紀(jì)末，形成了比較完整的經(jīng)典物理學(xué)體系。83.現(xiàn)代物理學(xué)時(shí)期：時(shí)間：從19世紀(jì)末到現(xiàn)在是現(xiàn)代物理學(xué)時(shí)期。19世紀(jì)末一系列實(shí)驗(yàn)新事實(shí)的發(fā)現(xiàn)，使經(jīng)典物理學(xué)理論出現(xiàn)了不可克服的危機(jī)，從而導(dǎo)致了物理學(xué)革命；標(biāo)志：相對(duì)論、量子力學(xué)的相繼建立，標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的誕生。 20世紀(jì)50年代以后，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)相當(dāng)龐大的學(xué)科群，包括高能物理（粒子物理）、原子核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理、計(jì)算物理和理論物理等主體學(xué)科以及難以計(jì)數(shù)的分支學(xué)科。物理學(xué)與各學(xué)科之間相互交叉、

6、相互滲透形成了眾多很有發(fā)展前途的交叉科學(xué)。物理學(xué)史的分期9三 物理學(xué)的研究方法1.古代：主要依靠不充分的直觀觀察、思辯性猜測(cè)、形式邏輯的演繹和簡(jiǎn)單的推理，直覺地、籠統(tǒng)地去把握物理現(xiàn)象的一般特性。2.近代：觀察方法從自然觀察為主發(fā)展為以儀器觀察為主；強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的有目的的實(shí)驗(yàn)；使物理學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)的特點(diǎn)顯現(xiàn)出來；科學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)方法的結(jié)合，使精確的、定量的物理學(xué)研究有了很快發(fā)展；分析、歸納和演繹等邏輯方法的發(fā)展，促進(jìn)了經(jīng)驗(yàn)材料的整理和理論建構(gòu)；到19世紀(jì)末統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用使由大量分子偶然事件組成的體系的宏觀規(guī)律得以研究。103.現(xiàn)代：大型、精密儀器的創(chuàng)制、分析技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的發(fā)明應(yīng)用，使物理實(shí)驗(yàn)

7、在精密、快速和自動(dòng)化方面都達(dá)到新水平；物理理論的公理化、數(shù)學(xué)化特征日益突出，現(xiàn)代物理成為數(shù)學(xué)物理學(xué)；由于物理學(xué)研究領(lǐng)域越來越遠(yuǎn)離人們的感性經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性思維在創(chuàng)建新理論中的作用更加突出；如科學(xué)想象、理想實(shí)驗(yàn)、大膽猜測(cè)，以及類比、直覺和靈感等非邏輯性方法；追求簡(jiǎn)單、對(duì)稱、和諧與數(shù)學(xué)美。物理學(xué)的研究方法11四 物理學(xué)基本觀念的變更 當(dāng)不斷增加的感性經(jīng)驗(yàn)知識(shí)尚可為原有的觀念所容納和理解時(shí)，科學(xué)的發(fā)展表現(xiàn)為漸進(jìn)的積累；而當(dāng)新的科學(xué)事實(shí)無法為原有的理論框架所包容時(shí)，就會(huì)發(fā)生科學(xué)革命，提出新的基本觀念。如：古代物理觀與經(jīng)典物理觀： 地心說日心說；亞里士多德的運(yùn)動(dòng)觀與伽利落的運(yùn)動(dòng)觀；經(jīng)典時(shí)空與相對(duì)時(shí)空： 牛頓

8、的絕對(duì)時(shí)空觀：物質(zhì)實(shí)在具有不變質(zhì)量的粒子和粒子體系；力只引起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化；物體間只存在中心力作用；與媒質(zhì)無關(guān)的即時(shí)作用；物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只由初始條件唯一確定的因果觀；平直空間等。 愛因斯坦的相對(duì)時(shí)空觀：奧斯特電流磁效應(yīng)非中心力；法拉第電磁感應(yīng)力產(chǎn)生于空間狀態(tài)的變化；媒遞作用；質(zhì)量與能量有關(guān)E=mc2；時(shí)空具有非歐幾里德性質(zhì)，引力只是“時(shí)空”彎曲的表現(xiàn)。12經(jīng)典理論與量子論：經(jīng)典物理學(xué)的連續(xù)性原理微觀現(xiàn)象不連續(xù)性的量子化概念；波和粒子的矛盾波粒二相性概念；精確測(cè)量原理測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系；機(jī)械決定性原理采用有幾率意義的波函數(shù)作為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述物理學(xué)基本觀念的變更131.加深對(duì)概念和理論的理解，啟迪科學(xué)新思

9、想的萌發(fā)和產(chǎn)生2.物理學(xué)史可以使我們認(rèn)識(shí)到“科學(xué)是最高意義上的革命力量”。3.物理學(xué)史可以培養(yǎng)我們的科學(xué)思維，掌握科學(xué)研究的方法，加深對(duì)科學(xué)研究的認(rèn)識(shí)，可以活躍思想，開闊眼界，使我們的知識(shí)立體化。4.思想觀念轉(zhuǎn)變的重要性5.物理學(xué)史可以培養(yǎng)同學(xué)們的愛國主義精神6.可以培養(yǎng)辯證唯物主義思想，以造就同學(xué)們追求真理，獻(xiàn)身科學(xué)的崇高思想境界 五.學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和意義 總之，通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，能增長見識(shí)和加深對(duì)物理學(xué)的理解。更重要的是可以從中得到教益，得到啟發(fā)，開闊眼界，從別人的物理學(xué)科研的經(jīng)驗(yàn)中吸取營養(yǎng)，用以指導(dǎo)我們的科研工作，少走彎路。141.加深對(duì)概念和理論的理解，啟迪科學(xué)新思想的萌發(fā)和產(chǎn)生

10、 隨著人類社會(huì)的發(fā)展，物理學(xué)研究的內(nèi)容和范圍也不斷擴(kuò)大和深化。在古代，物理學(xué)只是自然哲學(xué)的一部分，16世紀(jì)以后才從哲學(xué)中分離出來。以后又逐步建立了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、相對(duì)論、量子力學(xué)、粒子物理等分支學(xué)科。 物理學(xué)史正是要研究物理學(xué)各個(gè)基本概念、基本理論的醞釀、產(chǎn)生和發(fā)展過程。通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，一方面能加深對(duì)這些概念和理論的理解，另一方面可以從中受到啟迪，有助于科學(xué)新思想的萌芽和產(chǎn)生。學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和意義152.物理學(xué)史可以使我們認(rèn)識(shí)到“科學(xué)是最高意義上的革命力量”。 物理學(xué)史是科學(xué)發(fā)展史，而科學(xué)是人類發(fā)展的核心部分。每次物理學(xué)上的重大突破，都會(huì)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響，產(chǎn)生震撼人

11、心的沖擊和重大技術(shù)革命。特別是近代以來，歷次物理學(xué)重大進(jìn)展通過技術(shù)革命為中心轉(zhuǎn)化為直接生產(chǎn)力，從而推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并最終引發(fā)社會(huì)革命，推動(dòng)人類社會(huì)從農(nóng)業(yè)社會(huì)到工業(yè)社會(huì)，從蒸汽時(shí)代進(jìn)入電力時(shí)代、電子和原子能時(shí)代以至現(xiàn)今的信息時(shí)代。 另一方面，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也帶來了一些當(dāng)初料想不到的負(fù)面效應(yīng)，如環(huán)境污染、生態(tài)失衡、自然資源過度消耗等。最典型的就是原子能的利用：原子能發(fā)電和原子彈 。 學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和意義163.物理學(xué)史可以培養(yǎng)我們的科學(xué)思維，掌握科學(xué)研究的方法，加深對(duì)科學(xué)研究的認(rèn)識(shí)，可以活躍思想，開闊眼界，使我們的知識(shí)立體化。拉普拉斯：“認(rèn)識(shí)一位天才的研究方法，對(duì)于科學(xué)的進(jìn)步，并不比發(fā)現(xiàn)

12、本身更少用處，科學(xué)的研究方法經(jīng)常是極富興趣的部分?！?在物理學(xué)的長期發(fā)展中創(chuàng)立了許多很成功的、成熟的方法。 物理學(xué)研究中建立了許多理想模型、思想過程、理想實(shí)驗(yàn)，這些近似抽象方法促成了許多定律的發(fā)現(xiàn)。 另外還有觀察和實(shí)驗(yàn)，分析和綜合，歸納和演繹，類比和聯(lián)想，猜測(cè)和試探，邏輯推理方法，佯謬和反證方法，數(shù)學(xué)和定量方法，科學(xué)移植方法，科學(xué)假設(shè)方法，概率統(tǒng)計(jì)方法等。學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和意義17愛因斯坦：“科學(xué)結(jié)論幾乎總是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前。讀者體會(huì)不到探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅，感覺不到思想形成的生動(dòng)過程，也很難達(dá)到清楚地理解全部情況。”物理學(xué)史將會(huì)把科學(xué)家在探索過程中的智慧之光帶給我們，力圖做到“授之以

13、漁”。華羅庚：“對(duì)書本的某些原理、定律、公式，我們?cè)趯W(xué)習(xí)的時(shí)候，不僅應(yīng)該記住它的結(jié)論，懂得它的道理，而且還應(yīng)該設(shè)想一下，人家是怎樣想出來的，經(jīng)過多少曲折，攻破多少難關(guān)，才得出這個(gè)結(jié)論。”學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和意義184.可以使我們認(rèn)識(shí)到思想觀念轉(zhuǎn)變的重要性 物理學(xué)理論的歷史發(fā)展，最集中、最本質(zhì)的表現(xiàn)在物理學(xué)基本觀念和相應(yīng)的物理世界圖景上的演變上。這種演變又鮮明地反映在物理學(xué)思想的根本變革。近年來，物理學(xué)的基本觀念經(jīng)歷了牛頓力學(xué)的“絕對(duì)時(shí)空+超距中心作用+機(jī)械決定論”，到經(jīng)典電磁場(chǎng)理論的“非中心力+媒遞作用觀+場(chǎng)”，到相對(duì)論的“相對(duì)時(shí)空+質(zhì)能關(guān)系+等效原理+時(shí)空彎曲”，到量子力學(xué)的“量子態(tài)+不確定

14、性+幾率決定性”的深刻變革等。 物理學(xué)中復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和定義等，都不過是基本觀念的表達(dá)形式和演繹工具，基本觀念才是先導(dǎo)的、本質(zhì)的東西。所以，每當(dāng)學(xué)習(xí)一個(gè)新理論，必須改變自己的思想觀念和思維方法。 學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和意義19 物理學(xué)的發(fā)展總是以物理觀念、物理思想的突破為先導(dǎo)和基底的。正是伽利落否定了亞里士多德的自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)的思想，得出慣性定律，才把力學(xué)的研究引上正確的途徑。 馬赫對(duì)牛頓絕對(duì)時(shí)空觀的批判，深刻地影響了愛因斯坦，終于邁出了創(chuàng)立狹義相對(duì)論的步伐。5.物理學(xué)史可以培養(yǎng)同學(xué)們的愛國主義精神 正確認(rèn)識(shí)中國古代文明，在當(dāng)時(shí)的歷史時(shí)期和歷史條件下，中國和希臘成為東方和西方兩個(gè)古代文明中心，我們要為我國的古代文明而驕傲。 由于我國長期的封建統(tǒng)治以及后來清王朝的閉關(guān)自守，使我國的科學(xué)技術(shù)及各方面逐漸落后于西方，所以我們又要看到我們現(xiàn)在的差距。只有努力，才能早日趕上和超過西方文明，建設(shè)我們強(qiáng)大的祖國。學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和意義206. 通過學(xué)習(xí)科學(xué)家的精神，培養(yǎng)同學(xué)們追求真理，獻(xiàn)身科學(xué)的崇高思想境界 對(duì)科學(xué)研究要有一個(gè)正確認(rèn)識(shí)。 科學(xué)