“物理學(xué)”簡介、含義、起源、歷史與發(fā)展

1、 HYPERLINK javascript:gotothis() 物理學(xué)物理理學(xué)研究究宇宙間間物質(zhì)存存在的各各種主要要的基本本形式，它們的的性質(zhì)、運動和和轉(zhuǎn)化以以及內(nèi)部部結(jié)構(gòu)；從而認認識這些些結(jié)構(gòu)的的組元及及其相互互作用、運動和和轉(zhuǎn)化的的基本規(guī)規(guī)律。地地學(xué)和生生命科學(xué)學(xué)都是自自然科學(xué)學(xué)的重要要方面，有重要要的社會會作用，但是像像地球這這樣有生生物的行行星在宇宇宙中卻卻是少見見的，所所以地學(xué)學(xué)和生命命科學(xué)不不屬于物物理學(xué)范范圍。當當然，物物理學(xué)所所發(fā)現(xiàn)的的基本規(guī)規(guī)律，即即使在地地球現(xiàn)象象和生命命現(xiàn)象中中，也起起著重要要作用。物物理學(xué)的的各分支支學(xué)科是是按物質(zhì)質(zhì)的不同同存在形形式和不不同運動動形式

2、劃劃分的。人對自自然界的的認識來來源于實實踐，而而實踐的的廣度和和深度有有著歷史史的局限限性。隨隨著實踐踐的擴展展和深入入，物理理學(xué)的內(nèi)內(nèi)容也不不斷擴展展和深入入。新的的分支學(xué)學(xué)科陸續(xù)續(xù)形成；已有的的分支學(xué)學(xué)科日趨趨成熟，應(yīng)用也也日益廣廣泛。早早在古代代就形成成的天文文學(xué)和起起源于古古代煉金金術(shù)的化化學(xué)，始始終保持持著獨立立的地位位，沒有有被納入入物理學(xué)學(xué)的范圍圍。在天天文學(xué)和和物理學(xué)學(xué)之間、化學(xué)和和物理學(xué)學(xué)之間存存在著密密切的聯(lián)聯(lián)系，物物理學(xué)所所發(fā)現(xiàn)的的基本規(guī)規(guī)律在天天文現(xiàn)象象和化學(xué)學(xué)現(xiàn)象中中也起著著日益深深刻的作作用?？陀^觀世界是是一個內(nèi)內(nèi)部存在在著普遍遍聯(lián)系的的統(tǒng)一體體。隨著著物理學(xué)學(xué)各

3、分支支科學(xué)的的發(fā)展，人們發(fā)發(fā)現(xiàn)物質(zhì)質(zhì)的不同同存在形形式和不不同運動動形式之之間存在在著聯(lián)系系，于是是各分支支學(xué)科之之間開始始互相滲滲透。物物理學(xué)逐逐步發(fā)展展成為各各分支學(xué)學(xué)科彼此此密切聯(lián)聯(lián)系的統(tǒng)統(tǒng)一整體體。物理理學(xué)家力力圖尋找找一切物物理現(xiàn)象象的基本本規(guī)律，從而去去統(tǒng)一地地理解一一切物理理現(xiàn)象。這種努努力雖然然逐步有有所進展展，使得得這一目目標有時時顯得很很接近；但與此此同時，新的物物理現(xiàn)象象又不斷斷出現(xiàn)，使這一一目標又又變得更更遙遠?？磥砣巳藗儗涂陀^世界界的探索索、研究究是無窮窮無盡的的。以下下大體按按照物理理學(xué)的歷歷史發(fā)展展過程來來敘述物物理學(xué)的的發(fā)展及及其內(nèi)容容。 經(jīng) 典典 力力 學(xué)學(xué)

4、經(jīng)典典力學(xué)研研究宏觀觀物體低低速機械械運動的的現(xiàn)象和和規(guī)律，宏觀是是相對于于原子等等微觀粒粒子而言言的。人人們在日日常生活活中直接接接觸到到的物體體常常包包含巨量量的原子子，因此此是宏觀觀物體。低速是是相對于于光速而而言的。最快的的噴氣客客機的速速度一般般也不到到光速的的一百萬萬分之一一，在物物理學(xué)中中仍算是是低速。物體的的空間位位置隨時時間變化化稱為機機械運動動。人們們?nèi)粘Ｉ钪苯咏咏佑|到到的并首首先加以以研究的的都是宏宏觀低速速的機械械運動。自自遠古以以來，由由于農(nóng)業(yè)業(yè)生產(chǎn)需需要確定定季節(jié)，人們就就進行天天文觀察察。166世紀后后期，人人們對行行星繞太太陽的運運動進行行了詳細細、精密密的

5、觀察察。177世紀JJ.開普普勒從這這些觀察察結(jié)果中中總結(jié)出出了行星星繞日運運動的三三條經(jīng)驗驗規(guī)律。差不多多在同一一時期， HYPERLINK javascript:hotword(伽利略,12225) 伽利略略進行了了落體和和拋物體體的實驗驗研究，從而提提出關(guān)于于機械運運動的初初步的現(xiàn)現(xiàn)象性理理論，并并把用實實驗驗證證理論結(jié)結(jié)果的方方法引入入了物理理學(xué)。 HYPERLINK javascript:hotword(I.牛頓,14870) II.牛頓頓深入研研究了這這些經(jīng)驗驗規(guī)律和和初步的的現(xiàn)象性性理論，發(fā)現(xiàn)了了宏觀低低速機械械運動的的基本規(guī)規(guī)律：包包括三條條 HYPERLINK javascr

6、ipt:hotword(牛頓運動定律,17756) 牛頓運運動定律律和 HYPERLINK javascript:hotword(萬有引力定律,19561) 萬有引引力定律律，為 HYPERLINK javascript:hotword(經(jīng)典力學(xué),1432) 經(jīng)典典力學(xué)奠奠定了基基礎(chǔ)。根根據(jù)對天天王星運運行軌道道的詳細細天文觀觀察，并并根據(jù)牛牛頓的理理論，預(yù)預(yù)言了海海王星的的存在；以后果果然在天天文觀察察中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了海王王星。于于是牛頓頓所提出出的力學(xué)學(xué)定律和和萬有引引力定律律被普遍遍接受了了。經(jīng)典力力學(xué)中的的基本物物理量是是質(zhì)點的的空間坐坐標和動動量。一一個力學(xué)學(xué)系統(tǒng)在在某一時時刻的狀狀態(tài)由它

7、它的每一一個質(zhì)點點在這一一時刻的的空間坐坐標和動動量表示示。對于于一個不不受外界界影響，也不影影響外界界，不包包含其他他運動形形式（如如熱運動動、電磁磁運動等等）的力力學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)來說，它的總總機械能能就是每每一個質(zhì)質(zhì)點的空空間坐標標和動量量的函數(shù)數(shù)，其狀狀態(tài)隨時時間的變變化由總總能量決決定。在在經(jīng)典力力學(xué)中，力學(xué)系系統(tǒng)的總總能量和和總動量量有特別別重要的的意義。物理學(xué)學(xué)的發(fā)展展表明，任何一一個孤立立的物理理系統(tǒng)，無論怎怎樣變化化，其總總能量和和總動量量數(shù)值是是不變的的，它們們是守恒恒量。這這種守恒恒性質(zhì)的的適用范范圍已經(jīng)經(jīng)遠遠超超出了經(jīng)經(jīng)典力學(xué)學(xué)的范圍圍，還沒沒有發(fā)現(xiàn)現(xiàn)它們的的局限性性。在經(jīng)典典

8、力學(xué)中中出現(xiàn)了了三個最最普遍的的基本物物理概念念： HYPERLINK javascript:hotword(質(zhì)量,21558) 質(zhì)量量、 HYPERLINK javascript:hotword(空間和時間,2639) 空間和和時間。質(zhì)量可可以作為為物質(zhì)的的量的一一種度量量，空間間和時間間是物質(zhì)質(zhì)存在的的普遍形形式?，F(xiàn)現(xiàn)有一切切物理量量的量綱綱原則上上都可以以由質(zhì)量量、空間間、時間間的量綱綱結(jié)合起起來表達達。具有有不同量量綱的物物理量之之間存在在著質(zhì)的的差異。量綱在在一定程程度上反反映物理理量的質(zhì)質(zhì)。量綱綱相同的的物理量量的質(zhì)可可以相同同，但未未必一定定相同。在在經(jīng)典力力學(xué)中，時間和和空間之

9、之間沒有有聯(lián)系?？臻g向向上下四四方延伸伸，同時時間無關(guān)關(guān)；時間間從過去去流向未未來，同同空間無無關(guān)。因因此，就就存在絕絕對靜止止的 HYPERLINK javascript:hotword(參照系,4311) 參照照系，牛牛頓運動動定律和和萬有引引力定律律原來是是在這種種參照系系中表述述的。相相對于絕絕對靜止止的參照照系作勻勻速運動動的參照照系稱為為 HYPERLINK javascript:hotword(慣性參照系,5810) 慣性參參照系。任何一一個質(zhì)點點的坐標標，在不不同的慣慣性參照照系中取取不同的的數(shù)值，這種不不同數(shù)值值之間的的變換關(guān)關(guān)系稱為為伽利略略變換。在這種種變換中中，尺的的長

10、度不不變，時時鐘運行行的速度度不變，經(jīng)典力力學(xué)基本本規(guī)律的的數(shù)學(xué)形形式也不不變。利利用力學(xué)學(xué)實驗方方法，無無法確定定哪些慣慣性參照照系是絕絕對靜止止的參照照系，因因而絕對對靜止的的參照系系就成了了一個假假設(shè)。早在在19世世紀，經(jīng)經(jīng)典力學(xué)學(xué)就已經(jīng)經(jīng)成為物物理學(xué)中中一個成成熟的分分支學(xué)科科，它包包含了豐豐富的內(nèi)內(nèi)容。例例如：質(zhì)質(zhì)點力學(xué)學(xué)、剛體體力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(分析力學(xué),15609) 分析力力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(彈性力學(xué),22034) 彈性力力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(

11、塑性力學(xué),3246) 塑性力力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(流體力學(xué),12821) 流體力力學(xué)等。經(jīng)典力力學(xué)的 HYPERLINK javascript:hotword(哈密頓正則方程,14687) 哈哈密頓正正則方程程已成為為物理學(xué)學(xué)中的重重要方程程，并應(yīng)應(yīng)用到 HYPERLINK javascript:hotword(統(tǒng)計物理學(xué),883) 統(tǒng)統(tǒng)計物理理學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(量子力學(xué),29198) 量子力力學(xué)等近近代物理理學(xué)的理理論中。經(jīng)典力力學(xué)的應(yīng)應(yīng)用范圍圍，涉及及到能源源、航空空、航天天、機械械、建筑筑、水利利、

12、礦山山建設(shè)直直到安全全防護等等各個領(lǐng)領(lǐng)域。當當然，工工程技術(shù)術(shù)問題常常常是綜綜合性的的問題，還需要要許多學(xué)學(xué)科進行行綜合研研究，才才能完全全解決。機機械運動動中，很很普遍的的一種運運動形式式是振動動和波動動。 HYPERLINK javascript:hotword(聲學(xué),14762) 聲學(xué)學(xué)就是系系統(tǒng)研究究這種運運動的產(chǎn)產(chǎn)生、傳傳播、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化和吸吸收的分分支學(xué)科科。 HYPERLINK javascript:hotword(聲波,31418) 聲波波是傳遞遞信息的的重要媒媒介，而而且常常常是其中中不可缺缺少的環(huán)環(huán)節(jié)。人人的聲帶帶、口腔腔和耳就就是聲波波的產(chǎn)生生器和接接收器。人們通通過聲波波傳遞

13、信信息。有有許多物物體，不不易為光光波和電電磁波透透過，卻卻能為聲聲波透過過。利用用聲波研研究這種種物體的的內(nèi)部性性質(zhì)，例例如利用用聲波在在媒質(zhì)中中的傳播播特性研研究地層層結(jié)構(gòu)和和海洋深深處及海海底的現(xiàn)現(xiàn)象和性性質(zhì)，就就有優(yōu)越越性。頻頻率非常常低的聲聲波能在在大氣和和海洋中中傳播到到遙遠的的地方，因此能能迅速傳傳遞地球球上任何何地方發(fā)發(fā)生的地地震、火火山爆發(fā)發(fā)或核爆爆炸的信信息；頻頻率很高高的聲波波和 HYPERLINK javascript:hotword(聲表面波,14673) 聲表表面波已已經(jīng)用于于固體的的研究、微波技技術(shù)、醫(yī)醫(yī)療診斷斷等領(lǐng)域域；非常常強的聲聲波已經(jīng)經(jīng)用于工工業(yè)加工工。

14、熱學(xué)學(xué)、熱力力學(xué)和經(jīng)經(jīng)典統(tǒng)計計力學(xué)熱學(xué)學(xué)研究熱熱的產(chǎn)生生和傳導(dǎo)導(dǎo)，研究究物質(zhì)處處于熱狀狀態(tài)下的的性質(zhì)和和這些性性質(zhì)如何何隨著熱熱狀態(tài)的的變化而而變化。人們很很早就有有冷熱的的概念。利用火火是人類類文明發(fā)發(fā)展史中中的一個個重要的的里程碑碑。對于于熱現(xiàn)象象的研究究逐步澄澄清了關(guān)關(guān)于熱的的模糊概概念（例例如：區(qū)區(qū)分了 HYPERLINK javascript:hotword(溫度,23533) 溫溫度和 HYPERLINK javascript:hotword(熱量,28135) 熱量，發(fā)發(fā)現(xiàn)它們們是密切切聯(lián)系而而又有區(qū)區(qū)別的兩兩個概念念）。在在此基礎(chǔ)礎(chǔ)上開始始探索熱熱現(xiàn)象的的本質(zhì)和和普遍規(guī)規(guī)律。關(guān)

15、關(guān)于熱現(xiàn)現(xiàn)象的普普遍規(guī)律律的研究究稱為 HYPERLINK javascript:hotword(熱力學(xué),19389) 熱熱力學(xué)。到199世紀，熱力學(xué)學(xué)已趨于于成熟。 HYPERLINK javascript:hotword(能量,13149) 能量量可以有有許多種種存在形形式，力力學(xué)現(xiàn)象象中物體體有動能能和位能能。物體體有內(nèi)部部運動，因此有有內(nèi)部能能量。119世紀紀的系統(tǒng)統(tǒng)實驗研研究證明明：熱是是物體內(nèi)內(nèi)部無序序運動的的能量的的表現(xiàn)，因此稱稱這種能能量為 HYPERLINK javascript:hotword(內(nèi)能,964) 內(nèi)內(nèi)能，以以前稱作作熱能。19世世紀中期期， HYPERLINK

16、 javascript:hotword(J.P.焦耳,7339) J.P.焦焦耳等用用實驗確確定了熱熱量和功功之間的的定量關(guān)關(guān)系，從從而建立立了 HYPERLINK javascript:hotword(熱力學(xué)第一定律,5078) 熱力力學(xué)第一一定律：宏觀機機械運動動的能量量與內(nèi)能能可以互互相轉(zhuǎn)化化。就一一個孤立立的物理理系統(tǒng)來來說，不不論能量量形式怎怎樣相互互轉(zhuǎn)化，總的能能量的數(shù)數(shù)值是不不變的，熱力學(xué)學(xué)第一定定律就是是能量守守恒與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換定律律的一種種表現(xiàn)。在在 HYPERLINK javascript:hotword(S.卡諾,2082) S.卡卡諾研究究結(jié)果的的基礎(chǔ)上上， HYPERLIN

17、K javascript:hotword(R.克勞修斯,32647) R.克勞修修斯等提提出了 HYPERLINK javascript:hotword(熱力學(xué)第二定律,14185) 熱熱力學(xué)第第二定律律。它提提出了一一切涉及及熱現(xiàn)象象的客觀觀過程的的發(fā)展方方向，表表達了宏宏觀非平平衡過程程的不可可逆性。例如：一個孤孤立的物物體，其其內(nèi)部各各處的溫溫度不盡盡相同，那么熱熱就從溫溫度較高高的地方方流向溫溫度較低低的地方方，最后后達到各各處溫度度都相同同的狀態(tài)態(tài)，也就就是 HYPERLINK javascript:hotword(熱平衡,9406) 熱平平衡的狀狀態(tài)。相相反的過過程是不不可能的的，

18、即這這個孤立立的、內(nèi)內(nèi)部各處處溫度都都相等的的物體不不可能自自動回到到各處溫溫度不盡盡相同的的狀態(tài)。應(yīng)用 HYPERLINK javascript:hotword(熵,4163) 熵熵的概念念，還可可以把 HYPERLINK javascript:hotword(熱力學(xué)第二定律,7131) 熱熱力學(xué)第第二定律律表達為為：一個個孤立的的物理系系統(tǒng)的熵熵不能隨隨著時間間的流逝逝而減少少，只能能增加或或保持不不變。當當熵達到到最大值值時，物物理系統(tǒng)統(tǒng)就處于于熱平衡衡狀態(tài)。熱熱力學(xué)是是一種唯唯象的理理論。深深入研究究熱現(xiàn)象象的本質(zhì)質(zhì)，就產(chǎn)產(chǎn)生了統(tǒng)統(tǒng)計力學(xué)學(xué)。統(tǒng)計計力學(xué)根根據(jù)物質(zhì)質(zhì)的微觀觀組成和和相互作

19、作用，研研究由大大量粒子子組成的的宏觀物物體的性性質(zhì)和行行為的統(tǒng)統(tǒng)計規(guī)律律，是理理論物理理的一個個重要分分支。宏觀觀物體內(nèi)內(nèi)部包含含著大量量的粒子子。要研研究其中中每一個個分子在在每一時時刻的狀狀態(tài)實際際上辦不不到。為為了認識識熱現(xiàn)象象的規(guī)律律，也無無需那么么詳細的的知識。統(tǒng)計力力學(xué)應(yīng)用用統(tǒng)計系系綜的方方法，研研究大量量粒子的的平均行行為。220世紀紀初， HYPERLINK javascript:hotword(J.W.吉布斯,5257) JJ.W.吉布斯斯奠定了了平衡態(tài)態(tài)的統(tǒng)計計力學(xué)的的基礎(chǔ)。它的關(guān)關(guān)于統(tǒng)計計分布的的基本假假設(shè)是：對于一一個具有有給定能能量的給給定物理理系統(tǒng)，各種可可能的狀

20、狀態(tài)出現(xiàn)現(xiàn)的幾率率是等同同的。熱熱力學(xué)中中的各種種物理量量以及它它們之間間的關(guān)系系都可以以用這種種統(tǒng)計分分布的平平均值表表達。溫溫度一方方面同物物體內(nèi)部部各分子子無序運運動的那那部分能能量有關(guān)關(guān)，另一一方面也也決定了了這種內(nèi)內(nèi)部能量量在物體體內(nèi)部運運動狀態(tài)態(tài)之間的的分布。非非平衡統(tǒng)統(tǒng)計力學(xué)學(xué)所研究究的問題題復(fù)雜，直到220世紀紀中期以以后才取取得了比比較大的的進展。對于一一個包含含有大量量粒子的的宏觀物物理系統(tǒng)統(tǒng)來說，無序狀狀態(tài)的數(shù)數(shù)目比有有序狀態(tài)態(tài)的數(shù)目目大得多多，實際際上多得得無法比比擬。系系統(tǒng)處于于無序狀狀態(tài)的幾幾率超過過了處于于有序狀狀態(tài)的幾幾率。孤孤立物理理系統(tǒng)總總是從比比較有序序的

21、狀態(tài)態(tài)趨向比比較無序序的狀態(tài)態(tài)。在熱熱力學(xué)中中，這就就相應(yīng)于于熵的增增加。處于于平衡狀狀態(tài)附近近的非平平衡系統(tǒng)統(tǒng)的主要要趨向是是向平衡衡狀態(tài)過過渡。平平衡態(tài)附附近的主主要非平平衡過程程是弛豫豫、輸運運和 HYPERLINK javascript:hotword(漲落,1614) 漲落落。這方方面的理理論逐步步發(fā)展，已趨于于成熟。近200300年來人人們對于于遠離平平衡態(tài)的的物理系系統(tǒng)如耗耗散結(jié)構(gòu)構(gòu)等進行行了廣泛泛的研究究，取得得了很大大的進展展，但還還有很多多問題等等待解決決。在一定定時期內(nèi)內(nèi)，人們們對客觀觀世界的的認識總總是有局局限性的的，認識識到的只只是相對對的真理理，經(jīng)典典力學(xué)和和以經(jīng)典

22、典力學(xué)為為基礎(chǔ)的的經(jīng)典統(tǒng)統(tǒng)計力學(xué)學(xué)也是這這樣。經(jīng)經(jīng)典力學(xué)學(xué)應(yīng)用于于原子、分子以以及宏觀觀物體的的微觀結(jié)結(jié)構(gòu)時，其局限限性就顯顯示出來來，因而而發(fā)展了了量子力力學(xué)。與與之相應(yīng)應(yīng)，經(jīng)典典統(tǒng)計力力學(xué)也發(fā)發(fā)展成為為以量子子力學(xué)為為基礎(chǔ)的的量子統(tǒng)統(tǒng)計力學(xué)學(xué)。 經(jīng)典電電磁學(xué)、經(jīng)典電電動力學(xué)學(xué)經(jīng)典典 HYPERLINK javascript:hotword(電磁學(xué),21252) 電磁學(xué)學(xué)研究宏宏觀電磁磁現(xiàn)象和和客觀物物體的電電磁性質(zhì)質(zhì)。人們們很早就就接觸到到電的現(xiàn)現(xiàn)象和磁磁的現(xiàn)象象，并知知道磁棒棒有南北北兩極。在188世紀，發(fā)現(xiàn)電電荷有兩兩種：正正電荷和和負電荷荷。不論論是電荷荷還是磁磁極都是是同性相相斥，

23、異異性相吸吸，作用用力的方方向在電電荷之間間或磁極極之間的的連接線線上，力力的大小小和它們們之間的的距離的的平方成成反比。在這兩兩點上和和萬有引引力很相相似。118世紀紀末發(fā)現(xiàn)現(xiàn)電荷能能夠流動動，這就就是電流流。但長長期沒有有發(fā)現(xiàn)電電和磁之之間的聯(lián)聯(lián)系。199世紀前前期， HYPERLINK javascript:hotword(H.C.奧斯特,9860) HH.C.奧斯特特發(fā)現(xiàn)電電流以力力作用于于磁針。而后 HYPERLINK javascript:hotword(A.-M.安培,24587) A.-M.安安培發(fā)現(xiàn)現(xiàn)作用力力的方向向和電流流的方向向以及磁磁針到通通過電流流的導(dǎo)線線的垂直直線方

24、向向相互垂垂直。不不久之后后， HYPERLINK javascript:hotword(M.法拉第,13460) M.法拉第第又發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，當磁磁棒插入入導(dǎo)線圈圈時，導(dǎo)導(dǎo)線圈中中就產(chǎn)生生電流。這些實實驗表明明，在電電和磁之之間存在在著密切切的聯(lián)系系。兩個質(zhì)質(zhì)點之間間的萬有有引力沿沿著它們們之間的的連接線線起作用用。兩個個電荷之之間的作作用力也也是這樣樣。這些些力曾經(jīng)經(jīng)被認為為是 HYPERLINK javascript:hotword(超距作用,7180) 超距距作用。也就是是說：這這種力的的傳遞既既不需要要時間，也不需需要媒介介。但是是在電和和磁之間間的聯(lián)系系被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)以后，就認識識到電磁磁力的

25、性性質(zhì)在一一些方面面同萬有有引力相相似，另另一些方方面卻又又有差別別。為此此法拉第第引進了了力線的的概念，認為電電流產(chǎn)生生圍繞著著導(dǎo)線的的 HYPERLINK javascript:hotword(磁力線,15644) 磁力線線，電荷荷向各個個方向產(chǎn)產(chǎn)生電力力線，并并在此基基礎(chǔ)上產(chǎn)產(chǎn)生了電電磁場的的概念?，F(xiàn)在人人們認識識到，電電磁場是是物質(zhì)存存在的一一種特殊殊形式。電荷在在其周圍圍產(chǎn)生 HYPERLINK javascript:hotword(電場,32622) 電電場，這這個電場場又以力力作用于于其他電電荷。磁磁體和電電流在其其周圍產(chǎn)產(chǎn)生 HYPERLINK javascript:hotwo

26、rd(磁場,1062) 磁場場，而這這個磁場場又以力力作用于于其他磁磁體和內(nèi)內(nèi)部有電電流的物物體。電電磁場也也具有能能量和動動量，是是傳遞電電磁力的的媒介。它彌漫漫于整個個空間。119世紀紀下半葉葉， HYPERLINK javascript:hotword(J.C.麥克斯韋,7786) J.C.麥麥克斯韋韋總結(jié)了了宏觀電電磁現(xiàn)象象的規(guī)律律，并引引進位移移電流的的概念。這個概概念的核核心思想想是：變變化著的的電場能能產(chǎn)生磁磁場；變變化著的的磁場也也能產(chǎn)生生電場。在此基基礎(chǔ)上他他提出了了一套偏偏微分方方程來表表達電磁磁現(xiàn)象的的基本規(guī)規(guī)律。這這套方程程稱為 HYPERLINK javascript

27、:hotword(麥克斯韋方程組,29707) 麥麥克斯韋韋方程組組，是經(jīng)經(jīng)典電磁磁學(xué)的基基本方程程，其中中包含著著電荷、電流如如何產(chǎn)生生電磁場場的規(guī)律律；也包包含著電電場和磁磁場相互互影響，導(dǎo)致它它們在時時間和空空間中如如何變化化的規(guī)律律。麥克克斯韋的的電磁理理論預(yù)言言了 HYPERLINK javascript:hotword(電磁波,27856) 電磁磁波的存存在，其其傳播速速度等于于 HYPERLINK javascript:hotword(光速,8374) 光速。這這一預(yù)言言后來為為 HYPERLINK javascript:hotword(H.R.赫茲,18645) H.RR.赫茲

28、茲的實驗驗所證實實。遂使使人們認認識到麥麥克斯韋韋的電磁磁理論正正確地反反映了宏宏觀電磁磁現(xiàn)象的的規(guī)律，肯定了了光也是是一種電電磁波。由由于電磁磁場能夠夠以力作作用于帶帶電粒子子，一個個運動中中的帶電電粒子既既受到電電場的力力，也受受到磁場場的力， HYPERLINK javascript:hotword(H.A.洛倫茲,27059) H.AA.洛倫倫茲把運運動電荷荷所受到到的電磁磁場的作作用力歸歸結(jié)為一一個公式式，人們們就稱這這個力為為 HYPERLINK javascript:hotword(洛倫茲力,19798) 洛倫茲茲力。描描述電磁磁場基本本規(guī)律的的麥克斯斯韋方程程組和洛洛倫茲力力就

29、構(gòu)成成了 HYPERLINK javascript:hotword(經(jīng)典電動力學(xué),23015) 經(jīng)典典電動力力學(xué)的基基礎(chǔ)。事實實上發(fā)電電機無非非是利用用電動力力學(xué)的規(guī)規(guī)律，將將機械能能轉(zhuǎn)化為為電磁能能；電動動機無非非是利用用電動力力學(xué)的規(guī)規(guī)律將電電磁能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為機機械能。電報、電話、無線電電、電燈燈也無一一不是經(jīng)經(jīng)典電磁磁學(xué)和經(jīng)經(jīng)典電動動力學(xué)發(fā)發(fā)展的產(chǎn)產(chǎn)物。經(jīng)經(jīng)典電動動力學(xué)對對生產(chǎn)力力的發(fā)展展起著重重要的推推動作用用，從而而對社會會產(chǎn)生普普遍而重重要的影影響。 光 學(xué) 和 電電 磁 波 HYPERLINK javascript:hotword(光學(xué),12088) 光學(xué)研究究 HYPERLINK

30、javascript:hotword(光,6635) 光的性質(zhì)質(zhì)及其和和物質(zhì)的的各種相相互作用用，光是是電磁波波。雖然然可見光光的波長長范圍在在 410-5 7.6110-55cm之之間，只只占電磁磁波中很很窄的一一個波段段，但早早在認識識到光是是電磁波波以前，人們就就對光進進行了研研究。117世紀紀對光的的本質(zhì)提提出了兩兩種假說說：一種種假說認認為光是是由許多多微粒組組成的；另一種種假說認認為光是是一種波波動。119世紀紀在實驗驗上確定定了光有有波的獨獨具的干干涉現(xiàn)象象，以后后的實驗驗證明光光是電磁磁波。220世紀紀初又發(fā)發(fā)現(xiàn)光具具有粒子子性，人人們在深深入研究究微觀世世界后，才認識識到，光

31、光具有 HYPERLINK javascript:hotword(波粒二象性,18126) 波波粒二象象性。光光可以為為物質(zhì)所所發(fā)射、吸收、反射、折射和和衍射。當所研研究的物物體或空空間的大大小遠大大于光波波的波長長時，光光可以當當作沿直直線進行行的光線線來處理理；但當當研究深深入到現(xiàn)現(xiàn)象細節(jié)節(jié)，其空空間范圍圍和光波波波長差差不多大大小的時時候，就就必須著著重考慮慮光的波波動性。而研究究光和微微觀粒子子的相互互作用時時，還要要考慮光光的粒子子性。光學(xué)學(xué)方法是是研究大大至天體體、小至至微生物物以至分分子、原原子結(jié)構(gòu)構(gòu)的非常常有效的的方法。利用光光的干涉涉效應(yīng)可可以進行行非常精精密的測測量。物物質(zhì)

32、所放放出來的的光攜帶帶著關(guān)于于物質(zhì)內(nèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)的重要要信息，例如：原子所所放出來來的 HYPERLINK javascript:hotword(原子光譜,12895) 原子子光譜就就和 HYPERLINK javascript:hotword(原子結(jié)構(gòu),11630) 原子子結(jié)構(gòu)密密切相關(guān)關(guān)。近年年來利用用受激光光輻射機機制所產(chǎn)產(chǎn)生的 HYPERLINK javascript:hotword(激光,1455) 激激光能夠夠達到非非常大的的功率，且光束束的張角角非常小小，其電電場強度度甚至可可以超過過原子內(nèi)內(nèi)部的電電場強度度。利用用激光已已經(jīng)開辟辟了 HYPERLINK javascript:ho

33、tword(非線性光學(xué),22675) 非線線性光學(xué)學(xué)等重要要研究方方向；激激光在工工業(yè)技術(shù)術(shù)和醫(yī)學(xué)學(xué)中已經(jīng)經(jīng)有重要要的應(yīng)用用?，F(xiàn)在用用人工方方法產(chǎn)生生的電磁磁波的波波長，長長的已經(jīng)經(jīng)達幾千千米，短短的不到到一百萬萬億分之之一厘米米，覆蓋蓋了近220個數(shù)數(shù)量級的的波段。電磁波波傳播的的速度大大，波段段又如此此寬廣，已成為為傳遞信信息的非非常有力力的工具具。在經(jīng)典典電磁學(xué)學(xué)的建立立與發(fā)展展過程中中，形成成了電磁磁場的概概念。在在物理學(xué)學(xué)爾后的的發(fā)展中中，場成成了非常常基本、非常普普遍的概概念，變變得十分分重要。在現(xiàn)代代物理學(xué)學(xué)中，場場的概念念已經(jīng)遠遠遠超出出了電磁磁學(xué)的范范圍，成成為物質(zhì)質(zhì)的一種種

34、基本的的、普遍遍的存在在形式。 狹義義相對論論和相對對論力學(xué)學(xué)在經(jīng)經(jīng)典力學(xué)學(xué)取得很很大成功功以后，人們習(xí)習(xí)慣于將將一切現(xiàn)現(xiàn)象歸結(jié)結(jié)為由機機械運動動所引起起的。在在電磁場場概念提提出以后后，人們們假設(shè)存存在一種種名叫“以太”的媒質(zhì)質(zhì)，它彌彌漫于整整個宇宙宙，滲透透到所有有的物體體中，絕絕對靜止止不動，沒有質(zhì)質(zhì)量，對對物體的的運動不不產(chǎn)生任任何阻力力，也不不受萬有有引力的的影響。電磁場場被認為為是以太太中的應(yīng)應(yīng)力，電電磁波是是以太中中的彈性性波，它它在以太太中向各各方向的的傳播速速度都一一樣大（見 HYPERLINK javascript:hotword(以太論,25885) 以太太論）。可可以將

35、以以太作為為一個絕絕對靜止止的參照照系，因因此相對對于以太太作勻速速運動的的參照系系都是慣慣性參照照系。在在相對于于以太作作勻速運運動的慣慣性參照照系中觀觀察，電電磁波的的傳播速速度應(yīng)該該隨著波波的傳播播方向而而改變。例如：在一個個運動的的慣性參參照系中中觀察，沿著參參照系運運動方向向傳播的的光的速速率看起起來應(yīng)該該慢一些些；逆著著參照系系運動方方向傳播播的光的的速率看看起來應(yīng)應(yīng)該快一一些。這這就給利利用測量量不同方方向光速速的方法法，在所所有的慣慣性參照照系中確確定那些些是絕對對靜止的的參照系系提供了了可能性性。但實實測的結(jié)結(jié)果卻出出乎意料料之外，在不同同的、相相對作勻勻速運動動的慣性性參照

36、系系中，測測得的光光速同傳傳播方向向無關(guān)，都完全全相等。特別是是 HYPERLINK javascript:hotword(A.A.邁克耳孫,10057) A.AA.邁克克耳孫和和E.WW.莫雷雷進行的的非常精精確的實實驗，可可靠地證證明了這這一點。這一實實驗事實實顯然同同經(jīng)典物物理學(xué)中中關(guān)于時時間、空空間和以以太的概概念相矛矛盾。 HYPERLINK javascript:hotword(A.愛因斯坦,789) AA.愛因因斯坦從從這些實實驗事實實出發(fā)，對空間間、時間間的概念念進行了了深刻的的分析，從而建建立了新新的時空空觀念，在此基基礎(chǔ)上他他提出了了 HYPERLINK javascrip

37、t:hotword(狹義相對論,15281) 狹義相相對論。狹義相相對論的的基本假假設(shè)是：在一切切慣性參參照系中中，基本本物理規(guī)規(guī)律都一一樣，都都可用同同一組數(shù)數(shù)學(xué)方程程來表達達；對于任任何一個個光源發(fā)發(fā)出來的的光，在在一切慣慣性參照照系中測測量其傳傳播速率率，結(jié)果果都相等等。在狹義義相對論論中，空空間和時時間是彼彼此密切切聯(lián)系的的統(tǒng)一體體，空間間距離是是相對的的，時間間也是相相對的。在相對對于尺和和鐘作勻勻速運動動的慣性性參照系系中的觀觀察者看看來，尺尺變短了了，鐘變變慢了。因此尺尺的長短短， 時時間的長長短都是是相對的的。但在在狹義相相對論中中，并不不是一切切都是相相對的。例如：設(shè)在空空間

38、、時時間中有有兩點，它們的的坐標分分別為(x1，t1)和(x2，t2)，那那末在任任何慣性性參照系系中，量量(x1-x2)2-2(t1-t2)2的數(shù)值值是不變變的，因因此是絕絕對的，其中代表光光速?？湛臻g坐標標、時間間坐標和和一系列列物理量量，如：動量和和能量、電場強強度和磁磁場強度度等等，在不同同慣性參參照系之之間的變變換關(guān)系系稱為 HYPERLINK javascript:hotword(洛倫茲變換,21773) 洛洛倫茲變變換。基基本物理理規(guī)律必必須對于于洛倫茲茲變換具具有不變變性。麥克克斯韋方方程組對對于洛倫倫茲變換換具有不不變性。經(jīng)典力力學(xué)規(guī)律律對于伽伽利略變變換具有有不變性性；但對

39、對于洛倫倫茲變換換卻不具具有不變變性，因因此必須須加以修修改。修修改后的的力學(xué)稱稱為相對對論力學(xué)學(xué)，它對對于洛倫倫茲變換換具有不不變性。在相對對論力學(xué)學(xué)中，光光速是機機械運動動速度的的極限，不可逾逾越。當當物體速速度無限限地趨近近光速時時，它的的動量、能量、慣性質(zhì)質(zhì)量均將將趨于無無窮大。這些結(jié)結(jié)論在實實驗中都都得到了了證實。相相對論力力學(xué)的另另一個重重要結(jié)論論是:一一個具有有質(zhì)量mm的物體體一定具具有能量量E，并有有 Em2，即使物體體靜止時時也是如如此。假假使質(zhì)量量是物質(zhì)質(zhì)的量的的一種度度量，能能量是運運動的量量的一種種度量，則上式式表明：物質(zhì)和和運動之之間存在在著不可可分割的的聯(lián)系。不存在

40、在沒有運運動的物物質(zhì)，也也不存在在沒有物物質(zhì)的運運動。對對于靜止止物體來來說，EE代表它它的內(nèi)部部運動的的量。11克物質(zhì)質(zhì)內(nèi)部所所蘊藏的的能量相相當于22萬多噸噸TNTT炸藥爆爆炸時所所釋放的的能量。這一規(guī)規(guī)律已在在核能的的研究和和實踐中中得到了了證實。當當物體的的速度遠遠小于光光速時，相對論論力學(xué)定定律就趨趨近于經(jīng)經(jīng)典力學(xué)學(xué)定律。因此在在低速運運動時，經(jīng)典力力學(xué)定律律仍然是是很好的的相對真真理。例例如：地地球繞太太陽運行行的速率率約為330kmm/s。這同日日常生活活中遇到到的機械械運動的的速度相相比是很很大的速速度；但但同光速速相比，卻是很很小的速速度，僅僅為光速速的萬分分之一。因此處處理

41、這類類問題，經(jīng)典力力學(xué)定律律仍然是是很好的的相對真真理，仍仍然能用用來解決決工程技技術(shù)中的的力學(xué)問問題。狹義義相對論論對空間間和時間間的概念念進行了了革命性性的變革革，并且且否定了了以太的的概念，肯定了了電磁場場是一種種獨立的的、物質(zhì)質(zhì)存在的的特殊形形式。由由于空間間和時間間是物質(zhì)質(zhì)存在的的普遍形形式，因因此狹義義相對論論對于物物理學(xué)產(chǎn)產(chǎn)生了廣廣泛而又又深遠的的影響。 廣義相對對論和萬萬有引力力的基本本理論狹義義相對論論給牛頓頓萬有引引力定律律也帶來來了新問問題。牛牛頓提出出的萬有有引力被被認為是是一種超超距作用用，它的的傳遞不不需要時時間，產(chǎn)產(chǎn)生和到到達是同同時的。這同狹狹義相對對論提出出的

42、光速速是傳播播速度的的極限相相矛盾。而且在在狹義相相對論中中，“同同時”是是一種相相對的概概念。因因此，必必須對牛牛頓的萬萬有引力力定律也也加以改改造。改改造的關(guān)關(guān)鍵來自自R.VV.厄缶缶的實驗驗，它以以很高的的精確度度證明：慣性質(zhì)質(zhì)量和引引力質(zhì)量量相等，因此不不論行星星的質(zhì)量量多大多多小，只只要在某某一時刻刻它們的的空間坐坐標和速速度都相相同，那那末它們們的運行行軌道都都將永遠遠相同。引力所所決定的的運行軌軌道和運運行物體體的質(zhì)量量無關(guān)，對于所所有物體體都一樣樣。這個個結(jié)論提提供了一一個線索索，啟發(fā)發(fā)愛因斯斯坦設(shè)想想：萬有有引力效效應(yīng)是空空間、時時間彎曲曲的一種種表現(xiàn)，從而提提出了 HYPE

43、RLINK javascript:hotword(廣義相對論,2522) 廣廣義相對對論。根根據(jù)廣義義相對論論，空間間、時間間的彎曲曲結(jié)構(gòu)決決定于物物質(zhì)的能能量密度度、動量量密度在在空間、時間中中的分布布；而空空間、時時間的彎彎曲結(jié)構(gòu)構(gòu)又反過過來決定定物體的的運行軌軌道。在在引力不不強，空空間、時時間彎曲曲很小的的情況下下，廣義義相對論論的預(yù)言言就同牛牛頓萬有有引力定定律和牛牛頓運動動定律的的預(yù)言趨趨于一致致；引力力較強，空間、時間彎彎曲較大大的情況況下，就就有區(qū)別別。但這這種區(qū)別別常常很很小，很很難在實實驗中觀觀察到。從廣義義相對論論提出到到現(xiàn)在已已經(jīng)過去去了700年，至至今還只只有四種種實

44、驗?zāi)苣軝z驗出出這種區(qū)區(qū)別。所所有這四四種實驗驗觀察結(jié)結(jié)果都支支持廣義義相對論論而不支支持牛頓頓萬有引引力定律律的結(jié)論論。廣義相相對論不不僅對于于天體的的結(jié)構(gòu)和和演化的的研究有有重要意意義，對對于研究究宇宙的的結(jié)構(gòu)和和演化也也有重要要意義。 原子物理理學(xué)、量量子力學(xué)學(xué)、量子子電動力力學(xué)原子子物理學(xué)學(xué)研究原原子的性性質(zhì)、內(nèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)、內(nèi)部部受激狀狀態(tài)，以以及原子子和電磁磁場、電電磁波的的相互作作用以及及原子之之間的相相互作用用。原子子是一個個很古老老的概念念。古代代就有人人認為：宇宙間間萬物都都是由原原子組成成的。原原子是不不可分割割的、永永恒不變變的物質(zhì)質(zhì)最終單單元。118977年 HYPERL

45、INK javascript:hotword(J.J.湯姆孫,18819) J.J.湯湯姆孫發(fā)發(fā)現(xiàn)了 HYPERLINK javascript:hotword(電子,3658) 電電子。這這才使人人們認識識到原子子不是不不可分割割的、永永恒不變變的，而而是具有有內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)的粒粒子。于于是在119世紀紀末，經(jīng)經(jīng)典物理理學(xué)的局局限性進進一步暴暴露出來來。根據(jù)據(jù)經(jīng)典物物理學(xué)和和原子中中存在著著電子的的實驗事事實可以以推導(dǎo)出出：假使使空腔壁壁的溫度度不為零零，一個個具有有有限體積積的空腔腔內(nèi)的 HYPERLINK javascript:hotword(電磁輻射,6874) 電電磁輻射射的能量量是無窮窮

46、大的。這顯然然不符合合客觀事事實（見見 HYPERLINK javascript:hotword(黑體輻射,29164) 黑體輻輻射）。經(jīng)典物物理學(xué)也也無法解解釋 HYPERLINK javascript:hotword(光電效應(yīng),3616) 光電電效應(yīng)。為此， HYPERLINK javascript:hotword(M.普朗克,20025) M.普普朗克和和愛因斯斯坦提出出了同經(jīng)經(jīng)典物理理學(xué)相矛矛盾的假假設(shè)：光光是由一一粒一粒粒光子組組成的，每一粒粒光子的的能量EE為 Ehvv，式中v為為光的頻頻率，hh是一個個常數(shù)，稱為普普朗克常常數(shù)。這這一假設(shè)設(shè)導(dǎo)出的的結(jié)論和和黑體輻輻射及光光電效應(yīng)應(yīng)

47、的實驗驗結(jié)果符符合。于于是，119世紀紀初被否否定了的的光的微微粒說又又以新的的形式出出現(xiàn)。19911年年， HYPERLINK javascript:hotword(E.盧瑟福,9476) E.盧瑟福福用粒粒子散射射實驗(見 HYPERLINK javascript:hotword(原子結(jié)構(gòu),7122) 原子子結(jié)構(gòu))發(fā)現(xiàn)原原子的質(zhì)質(zhì)量絕大大部分以以及內(nèi)部部的正電電荷集中中在原子子中心一一個很小小的區(qū)域域內(nèi)，這這個區(qū)域域的半徑徑只有原原子半徑徑的萬分分之一左左右，因因此稱為為 HYPERLINK javascript:hotword(原子核,17544) 原子核核。這才才使人們們對原子子的內(nèi)部

48、部結(jié)構(gòu)得得到了一一個定性性的、符符合實際際的概念念。在某某些方面面，原子子類似一一個極小小的太陽陽系，只只是太陽陽和行星星之間的的作用力力是萬有有引力，而原子子核和電電子間的的作用力力是電磁磁力。用經(jīng)經(jīng)典物理理學(xué)來解解釋原子子的內(nèi)部部結(jié)構(gòu)和和原子發(fā)發(fā)射出來來的光的的頻譜遇遇到了不不可克服服的困難難。按照照 HYPERLINK javascript:hotword(經(jīng)典電動力學(xué),26356) 經(jīng)典電電動力學(xué)學(xué)理論，圍繞原原子核運運行的電電子因加加速運動動會輻射射電磁波波，從而而損失能能量，電電子軌道道的半徑徑將逐漸漸縮小，放出的的電磁波波的頻率率會愈來來愈高，并連續(xù)續(xù)改變；最后，電子因因損失能能

49、量而落落入原子子核中。因此，原子不不可能有有穩(wěn)定的的結(jié)構(gòu)。但實驗驗表明：原子有有很穩(wěn)定定的結(jié)構(gòu)構(gòu)，放出出來的電電磁波的的頻譜并并不連續(xù)續(xù)，而是是分立的的，而且且這種分分立的頻頻譜具有有明顯的的規(guī)律性性。為了解解釋原子子的結(jié)構(gòu)構(gòu)和原子子光譜的的規(guī)律， HYPERLINK javascript:hotword(N.玻爾,7730) N.玻玻爾提出出了他的的氫原子子理論，在經(jīng)典典力學(xué)所所容許的的所有運運動狀態(tài)態(tài)中，只只有那些些電子的的軌道角角動量為為 的整數(shù)倍倍的狀態(tài)態(tài)才是客客觀規(guī)律律所允許許的狀態(tài)態(tài)（見 HYPERLINK javascript:hotword(玻爾氫原子理論,22468) 玻玻爾

50、氫原原子理論論）。因因此原子子內(nèi)部電電子圍繞繞原子核核運動的的能量只只能取一一系列分分立的數(shù)數(shù)值，稱稱為能級級。原子子吸收或或放出光光子時，就從一一個能級級躍遷到到另一個個能級，光的頻頻率v和光子子的能量量 E之間有有如上述述愛因斯斯坦光子子假說的的公式所所表達的的關(guān)系。光子的的能量 E為這兩兩個能級級的能量量差。玻玻爾的氫氫原子理理論在解解釋氫原原子的結(jié)結(jié)構(gòu)和光光譜時取取得了很很大的成成功；但但是用來來研究氦氦原子結(jié)結(jié)構(gòu)時就就遇到了了困難。顯然，經(jīng)典物物理學(xué)的的可用范范圍不包包括微觀觀世界；而上述述普朗克克、愛因因斯坦、玻爾的的學(xué)說雖雖包含了了微觀世世界的部部分真理理，但都都不是微微觀世界界

51、物理現(xiàn)現(xiàn)象的完完整的基基本理論論。原子物物理學(xué)的的基本理理論是在在20世世紀200年代中中期和后后期由 HYPERLINK javascript:hotword(L.V.德布羅意,22199) LL.V.德布羅羅意、 HYPERLINK javascript:hotword(W.K.海森伯,3529) W.KK.海森森伯、 HYPERLINK javascript:hotword(E.薛定諤,17218) E.薛薛定諤、 HYPERLINK javascript:hotword(P.A.M.狄喇克,28537) P.AA.M.狄喇克克、 HYPERLINK javascript:hotword

52、(W.泡利,11999) W.泡泡利等所所創(chuàng)建的的 HYPERLINK javascript:hotword(量子力學(xué),26301) 量子力力學(xué)和 HYPERLINK javascript:hotword(量子電動力學(xué),22115) 量子電電動力學(xué)學(xué)。它們們區(qū)別于于 HYPERLINK javascript:hotword(經(jīng)典力學(xué),5471) 經(jīng)典力力學(xué)和 HYPERLINK javascript:hotword(經(jīng)典電動力學(xué),29588) 經(jīng)典電電動力學(xué)學(xué)的主要要特點是是：物理量量所能取取的數(shù)值值常常是是不連續(xù)續(xù)的，當當然，某某些物理理量在一一定范圍圍內(nèi)也可可以取連連續(xù)的數(shù)數(shù)值；它們所所反

53、映的的規(guī)律不不是確定定性的規(guī)規(guī)律，而而是統(tǒng)計計規(guī)律。這這兩個特特點之間間又存在在著密切切的聯(lián)系系。量子子力學(xué)和和量子電電動力學(xué)學(xué)應(yīng)用于于研究原原子結(jié)構(gòu)構(gòu)、原子子光譜、原子發(fā)發(fā)射、吸吸收、散散射光的的過程以以及電子子、光子子和電磁磁場的相相互作用用和相互互轉(zhuǎn)化過過程非常常成功。理論結(jié)結(jié)果同最最精密的的實驗結(jié)結(jié)果相符符合。微觀觀客體的的一個基基本性質(zhì)質(zhì)是 HYPERLINK javascript:hotword(波粒二象性,30888) 波粒粒二象性性。所有有一切微微觀粒子子如：光光子、電電子、原原子等都都具有波波粒二象象性。對對于所有有微觀粒粒子，能能量E和頻率率v之間、動量pp和波長長之間間都

54、有如如下的關(guān)關(guān)系： 。這兩個關(guān)關(guān)系式表表達了微微觀客體體的粒子子性和波波動性之之間的深深刻聯(lián)系系。粒子子和波是是人在宏宏觀世界界的實踐踐中形成成的概念念，它們們各自描描述了迥迥然不同同的客體體。但從從宏觀世世界實踐踐中形成成的概念念未必恰恰巧適合合于描述述微觀世世界的現(xiàn)現(xiàn)象?，F(xiàn)現(xiàn)在看來來，需要要粒子和和波動兩兩種概念念互相補補充，才才能全面面地反映映微觀客客體在各各種不同同的條件件下所表表現(xiàn)的性性質(zhì)。這一一基本特特點的另另一種表表現(xiàn)方式式是海森森伯的 HYPERLINK javascript:hotword(測不準關(guān)系,20213) 測測不準關(guān)關(guān)系。這這一關(guān)系系說明：不可能能同時測測準一個個粒

55、子的的位置和和動量，位置測測得愈準準，動量量必然測測得愈不不準；動動量測得得愈準，位置必必然測得得愈不準準。測不不準關(guān)系系的表達達式是： xph，式中xx是位置置測量的的誤差，p是動量量測量的的誤差。波波粒二象象性已經(jīng)經(jīng)包含在在量子力力學(xué)的數(shù)數(shù)學(xué)形式式中：在在量子力力學(xué)中物物理量由由算符表表示，物物理量所所能取的的數(shù)值就就是算符符的本征征值，本本征值常常常是不不連續(xù)的的，粒子子性就是是這種不不連續(xù)性性的一種種表現(xiàn)；物理狀狀態(tài)由 HYPERLINK javascript:hotword(波函數(shù),7850) 波波函數(shù)表表達，波波動性就就是波函函數(shù)所描描述的統(tǒng)統(tǒng)計性質(zhì)質(zhì)的一種種表現(xiàn)。量量子力學(xué)學(xué)和量

56、子子電動力力學(xué)產(chǎn)生生于 HYPERLINK javascript:hotword(原子物理學(xué),30489) 原子子物理學(xué)學(xué)研究，但是它它們起作作用的范范圍遠遠遠超出原原子物理理學(xué)。量量子力學(xué)學(xué)是所有有微觀、低速現(xiàn)現(xiàn)象所遵遵循的規(guī)規(guī)律，因因此不僅僅應(yīng)用于于原子物物理，也也應(yīng)用于于 HYPERLINK javascript:hotword(分子物理學(xué),26262) 分子物物理學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(原子核物理學(xué),32628) 原子核核物理學(xué)學(xué)以及宏宏觀物體體的微觀觀結(jié)構(gòu)的的研究。量子電電動力學(xué)學(xué)則是所所有微觀觀電磁現(xiàn)現(xiàn)象所必必須遵循循的規(guī)律律，直到到現(xiàn)在，還

57、沒有有發(fā)現(xiàn)量量子電動動力學(xué)的的局限性性。當所研研究的現(xiàn)現(xiàn)象中，坐標值值和動量量值的乘乘積遠遠遠大于hh時，量量子力學(xué)學(xué)和量子子電動力力學(xué)所得得到的結(jié)結(jié)果就趨趨近于經(jīng)經(jīng)典力學(xué)學(xué)和經(jīng)典典電動力力學(xué)所得得到的結(jié)結(jié)果。例例如，觀觀察不到到宏觀物物體的波波動性的的原因是是因為相相應(yīng)的波波長太短短。一個個質(zhì)量為為 1gg的物體體以1ccm/ss的速度度運動，相應(yīng)的的波長為為6110-227cmm，遠遠遠小于目目前實驗驗技術(shù)所所能測量量出來的的最小距距離。因因此經(jīng)典典力學(xué)和和經(jīng)典電電動力學(xué)學(xué)仍然是是反映宏宏觀力學(xué)學(xué)現(xiàn)象和和宏觀電電磁現(xiàn)象象的規(guī)律律的很好好的相對對真理。分分子物理理學(xué)研究究原子如如何結(jié)合合成為

58、分分子，分分子的內(nèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)、內(nèi)部部運動狀狀態(tài)、它它的電學(xué)學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性性質(zhì)和光光學(xué)性質(zhì)質(zhì)等等。分子物物理現(xiàn)象象服從量量子力學(xué)學(xué)和量子子電動力力學(xué)所反反映的規(guī)規(guī)律。簡簡單的分分子用量量子力學(xué)學(xué)和量子子電動力力學(xué)來分分析處理理，得到到的結(jié)果果和實驗驗結(jié)果相相符合，但用量量子力學(xué)學(xué)和量子子電動力力學(xué)來處處理復(fù)雜雜的分子子，數(shù)學(xué)學(xué)上非常常復(fù)雜和和困難，很難得得到比較較準確的的結(jié)果。由于XX射線衍衍射技術(shù)術(shù)、中子子衍射技技術(shù)、激激光技術(shù)術(shù)等的發(fā)發(fā)展，為為研究分分子提供供了有力力的實驗驗手段。生命物物質(zhì)內(nèi)部部的分子子結(jié)構(gòu)非非常復(fù)雜雜，但應(yīng)應(yīng)用現(xiàn)有有的實驗驗技術(shù)已已經(jīng)能夠夠?qū)λ鼈儌兊慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)包括細細胞內(nèi)染染

59、色體中中攜帶遺遺傳密碼碼的分子子結(jié)構(gòu)進進行詳細細的分析析。分子子物理的的實驗研研究正在在不斷取取得進展展。 量子統(tǒng)計計力學(xué)以量量子力學(xué)學(xué)為基礎(chǔ)礎(chǔ)的統(tǒng)計計力學(xué)，稱為量量子統(tǒng)計計力學(xué)(見 HYPERLINK javascript:hotword(量子統(tǒng)計法,18889) 量子子統(tǒng)計法法)。經(jīng)經(jīng)典統(tǒng)計計力學(xué)以以經(jīng)典力力學(xué)為基基礎(chǔ)，因因而經(jīng)典典統(tǒng)計力力學(xué)也具具有局限限性。例例如：隨隨著溫度度趨于絕絕對零度度固體的的比熱容容趨于零零的實驗驗現(xiàn)象，就無法法用經(jīng)典典統(tǒng)計力力學(xué)來解解釋。在宏宏觀世界界中，看看起來相相同的物物體總是是可以區(qū)區(qū)別的；在微觀觀世界中中，同一一類粒子子卻無法法區(qū)分。例如：所有的的電子

60、的的一切性性質(zhì)都完完全一樣樣。在宏宏觀物理理現(xiàn)象中中，將兩兩個宏觀觀物體交交換，就就得到一一個和原原來狀態(tài)態(tài)不同的的狀態(tài)，進行統(tǒng)統(tǒng)計時必必須將交交換前和和交換后后的狀態(tài)態(tài)當作兩兩個不同同的狀態(tài)態(tài)處理；但是在在一個物物理系統(tǒng)統(tǒng)中，交交換兩個個電子后后，得到到的還是是原來的的狀態(tài)，因此進進行統(tǒng)計計時，必必須將交交換前和和交換后后的狀態(tài)態(tài)當作同同一個狀狀態(tài)來處處理。微觀觀粒子還還有其他他特殊性性。自旋旋為媡 的半整整倍數(shù)的的粒子，如電子子，服從從費密-狄喇克克統(tǒng)計，這類粒粒子統(tǒng)稱稱為“ HYPERLINK javascript:hotword(費密子,2862) 費費密子”；自旋旋為媡的的整數(shù)倍倍的