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物理学是一门基础自然科学，是人们对无生命的自然界中物质的位置等变化的知识做出规律性的总结。它研究的是物质运动的基本规律。不同的运动形式具有不同的运动规律，因而要用不同的研究方法处理，基于此，物理学又分为力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等各个部分。按照物理学的历史发展物理又可以分为经典物理与近代物理两部分。近代物理是相对于经典物理而言的，泛指以相对论和量子论为基础的20世纪物理学。由于物理学研究的规律具有很大的基本性与普遍性，所以它的基本概念和基本定律是自然科学的很多领域和工程技术的基础。由于物理学知识构成了物质世界的完整图像，所以它也是科学的世界观和方法论赖以建立的基础。高中生学习物理学史，毋庸置疑，可以帮助学生建立科学思维模式，物理学发展史中有趣的小故事也可以帮助学生提升对物理的学习兴趣。本文按照时间顺序进行了一个物理学史的整理，希望广大同学阅读后能有所收获。当然，高考物理中也包含物理学史的题目哦！同学们多看多学也会提升你的高考成绩哦！谈及科学就离不开古希腊时期并称“希腊三贤”的苏格拉底、柏拉图、亚里士多德。黑格尔曾说，希腊是人类永久的教师。其中亚里士多德是一位伟大思想家，一位百科全书式的大学问家，他有着成就事业的理性方法，又有着几乎无所不及的思想成果，是古代科学思想的伟大代表，不仅在哲学、逻辑学方面的成就至今还被应用着，而且对物理学的前期发展是有贡献的。这样一位伟大的学者在今天的学生眼里却是错误百出的人。他为什么在物理问题上经常出错？亚里士多德的错误不在于他的头脑，也不全在于那个相对落后的时代，而在于研究方法。亚里士多德对物理的研究是采用“观察加直觉”的方法，他的那些错误结论是靠观察，并依赖直接推理，得出的一系列直觉结论。固然，观察与直觉对物理研究是至关重要的。详细的观察和良好的直觉往往导致伟大的发现。然而物理学是一门以实验为基础的学科，所以根据直接观察所得出的直觉结论不是都可靠，有时会将人们引入歧途。如果说伽利略比亚里士多德伟大，就在于伽利略是第一位创造通过实验检验理论推导的科学研究方法的科学家。古希腊时代的阿基米德已经在流体静力学和固体的平衡方面取得辉煌成就，阿基米德曾说过：“给我一个支点，我就能撬起整个地球。”他有“力学之父”的美称，和高斯、牛顿并列为世界三大数学家。所以当时他的这些研究成果归入了应用数学，并没有把他的精确实验和严格的数学论证方法汲入物理学中。从希腊、罗马到漫长的中世纪，自然哲学始终是亚里士多德一统天下。到了文艺复兴时期，哥白尼、布鲁诺、开普勒和伽利略等众多的科学家不顾宗教的迫害，向旧传统挑战，其中伽利略把物理理论和定律建立在严格的实验和科学的论证上，因此被尊称为“物理学或科学之父。”伽利略的成就是多方面的，物理学家史蒂芬·霍金对伽利略如此评价：“自然科学的诞生要归功于伽利略，他这方面的功劳大概无人能及。”仅就力学而言，他以物体从光滑斜面下滑将在另一斜面上升到同一高度，推论出如另一斜面的倾角极小，为达到同一高度，物体将以匀速运动趋于无限远，从而得出如无外力作用，物体将运动不息的结论。他精确地测定不同重量的物体以同一加速度沿光滑斜面下滑，并推论出物体自由下落时的加速度及其运动方程，驳倒了亚里士多德重物下落比轻物快的结论，并综合水平方向的匀速运动和垂直地面方向的匀加速运动得出抛物线轨迹和45°的最大射程角，伽利略还分析“地常动移而人不知”，提出著名的“伽利略相对性原理”。但遗憾的是伽利略对力和运动变化关系的分析仍是错误的。全面、正确地概括力和运动关系的是牛顿的三条运动定律，牛顿还把地面上的重力外推到月球和整个太阳系，建立了万有引力定律。牛顿以上述的四条定律并运用他创造的“流数法”(即今微积分初步)，解决了太阳系中的二体问题，推导出开普勒三定律，从理论上解决了地球上的潮汐问题。牛顿主要成就是提出万有引力定律、牛顿运动定律，与莱布尼茨共同发明微积分，发明反射式望远镜和光的色散原理，被誉为“近代物理学之父”。法国大革命时期拿破仑的老师P.S.M.拉普拉斯将牛顿的力学理论发扬光大，把偏微分方程运用于天体力学，求出了太阳系内三体和多体问题的近似解，初步探讨并解决了太阳系的起源和稳定性问题，使天体力学达到相当完善的境界。在牛顿和拉普拉斯的太阳系内，主宰天体运动的已经不是造物主，而是万有引力，难怪拿破仑在听完拉普拉斯的太阳系介绍后就问：你把上帝放在什么地位？无神论者拉普拉斯则直率地回答：我不需要这个假设。拉普拉斯学派加上W.R.哈密顿、G.G.斯托克斯等一起完善了分析力学，从而把经典力学推进到更高阶段。该学派还将各种物理现象如热、光、电、磁甚至化学作用都归于粒子间的吸引和排斥，进而从力学角度看世界。至此机械的唯物世界观统治了人类文明数十年。拉普拉斯学派声势煊赫、如日中天时，受到英国物理学家T.杨和这个学派的后院法兰西科学院及科学界的挑战，J.B.V.傅里叶从热传导方面，T.杨、D.F.J.阿拉戈、A.-J.菲涅耳从光学方面，特别是光的波动说和粒子说（见光的二象性）的论争在物理史上是一个重大的事件。为了驳倒微粒说，年轻的土木工程师菲涅耳在阿拉戈的支持下，制成了多种后以他的姓命名的干涉和衍射设备，并将光波的干涉性引入惠更斯的波阵面在介质中传播的理论，形成惠更斯-菲涅耳原理，还大胆地提出光是横波的假设，并用以研究各种光的偏振及偏振光的干涉，他创造了“菲涅耳波带”法，完满地说明了球面波的衍射，并假设光是以太的机械横波解决了光在不同介质界面上反射、折射的强度和偏振问题，从而完成了经典的波动光学理论。菲涅耳还提出地球自转使表面上的部分以太漂移的假设并给出曳引系数。也在阿拉戈的支持下，J.B.L.傅科和A.H.L.菲佐测定光速在水中确比空气中为小，从而确定了波动说的胜利，史称这个实验为光的判决性实验。此后，光的波动说及以太论统治了19世纪的后半世纪，著名物理学家如法拉第、麦克斯韦、开尔文等都对以太论坚信不疑。蒸汽机的发明推动了热学的发展，18世纪60年代在J.瓦特改进蒸汽机的同时，他的挚友J.布莱克区分了温度和热量，建立了比热容和潜热概念，发展了量温学和量热学，所形成的热质说和热质守恒概念统治了80多年。J.P.焦耳从19世纪40年代起到年，花了近40年时间，用电热和机械功等各种方法精确地测定了热功当量；生理学家J.R.迈尔和H.von亥姆霍兹，更从机械能、电能、化学能、生物能和热的转换，全面地说明能量既不能产生也不会消失，确立了热力学第一定律即能量守恒定律。年，S.卡诺根据他对蒸汽机效率的调查，据热质说推导出理想热机效率由热源和冷却源的温度确定的定律。后经R.克劳修斯和开尔文分别提出两种表述后，确认为热力学第二定律。热力学第二定律是：“不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。”它又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。这个态函数是克劳修斯引入的；以后，焓、亥姆霍兹函数、吉布斯函数等态函数相继引入，开创了物理化学中的重要分支——热化学。W.奥斯特瓦尔德否认原子和分子的存在，宣扬“唯能论”，视能量为世界的最终存在。但J.C.麦克斯韦的分子速度分布率和L.玻耳兹曼的能量均分定理把热学和力学综合起来，并将概率规律引入物理学，研究大量分子的运动后创建了气体分子动力论（现称气体动理论），确立了气体的压强、内能、比热容等的统计性质，得到了与热力学协调一致的结论。玻耳兹曼进一步认为热力学第二定律是统计规律，把熵同状态的概率联系起来，建立了统计热力学。实际上任何实际物理现象都不可避免地涉及能量的转换和热量的传递，热力学定律因此成为综合一切物理现象的基本规律。时至今日，物理学革命后这些定律仍然成立。其中平衡和不平衡、可逆和不可逆、有序和无序乃至涨落和混沌等概念，已经从有关的自然科学分支中移植到社会科学内。在19世纪20年代以前，电和磁始终被人们认为是两种不同的物质。W.吉伯的《论磁性》对磁和地磁现象有较深入的分析后B.富兰克林提出电的单流质理论，阐明了正电和负电。但电学和磁学的发展是缓慢，年H.C.奥斯特的电流磁效应实验，开始了电和磁的综合。通过实验A.-M.安培建立平行电流间的安培定律，并提出磁分子学说。J.-B.毕奥和F.萨伐尔建立载流导线对磁极的作用力（后称毕-萨-拉定律）。阿拉戈发明电磁铁并发现磁阻尼效应，这些成就奠定了电磁学的基础。年M.法拉第发现电磁感应现象，磁的变化在闭合回路中产生了电流，完成了电和磁的综合，并使人类获得新的电源。法拉第把场的概念引入电磁学，麦克斯韦进一步把场的概念数学化，提出位移电流和有旋电场等假设，建立了麦克斯韦方程组，完善了电磁理论，并预言了存在以光速传播的电磁波。H.R.赫兹完成这组方程的微分形式，并用实验证明麦克斯韦预言的电磁波，具有光波的传播速度和反射、折射干涉、衍射、偏振等一切性质，从而完成了电磁学和光学的综合，并使人类掌握了最快速的传递各种信息的工具，开创了电子学这门新学科。直到19世纪后半叶，电荷的本质是什么，仍没有搞清楚，盛极一时的以太论，认为电荷不过是以太海洋中的涡元。H.A.洛伦兹首先把光的电磁理论与物质的分子论结合起来，认为分子是带电的谐振子。年起，洛伦兹陆续发表“电子论”的文章，认为年J.普吕克尔发现的阴极射线就是电子束；年提出洛伦兹力公式，它和麦克斯韦方程相结合，构成了经典电动力学的基础；年J.J.汤姆孙对不同稀薄气体、不同材料电极制成的阴极射线管施加电场和磁场，精确测定构成阴极射线的粒子有同一的荷质比，为电子论提供了确切的实验根据。电子因此成了最先发现的亚原子粒子。年W.K.伦琴发现X射线，延伸了电磁波谱，它对物质的强穿透力，使它很快就成为诊断疾病和发现金属内部缺陷的工具。年A.-H.贝可勒尔发现铀的放射性。年居里夫妇发现了放射性更强的新元素——钋和镭。20世纪的物理学到19世纪末期，经典物理学已经发展到很完满的阶段，许多物理学家认为物理学已接近尽头，以后的工作只是增加有效数字的位数。开尔文在19世纪最后一个除夕夜的新年祝词中说：“物理大厦已经落成，……动力理论确定了热和光是运动的两种方式，现在它的美丽而晴朗的天空出现两朵乌云，一朵出现在光的波动理论，另一朵出现在麦克斯韦和玻耳兹曼的能量均分理论。”前者指的是以太漂移和迈克耳孙-莫雷测量地球对（绝对静止的）以太速度的实验，后者指用能量均分原理不能解释黑体辐射谱和低温下固体的比热。恰恰是这两个基本问题和开尔文所忽略的放射性，孕育了20世纪的物理学革命。年A.爱因斯坦为了解决电动力学应用于动体的不对称(后称为电动力学与伽利略相对性原理的不协调)，创建了狭义相对论，即适用于一切惯性参考系的相对论。爱因斯坦从真空光速不变性出发，即在一切惯性系中，运动光源所射出的光的速度都是同一值，推出了同时的相对性和动系中尺缩、钟慢的结论，完满地解释了洛伦兹为说明迈克耳孙-莫雷实验提出的洛伦兹变换公式，从而完成了力学和电动力学的综合。另一方面，狭义相对论还否定了牛顿的绝对时空观，把时间和空间结合起来，提出统一的相对的时空观构成了四度时空；爱因斯坦彻底否定以太的存在，从根本上动摇了经典力学和经典电磁学的哲学基础，而把伽利略的相对性原理提高到新的阶段，适用于一切动体的力学和电磁学现象。当然，在动体或动系的速度远小于光速时，相对论力学就和经典力学相一致了。经典力学中的质量、能量和动量在相对论中也有新的定义，所导出的质能关系为核能的释放和利用提供了理论准备。年，爱因斯坦又创建广义相对论，把相对论推广到非惯性系，认为引力场同具有相当加速度的非惯性系在物理上是完全等价的，而且在引力场中时空是弯曲的，其曲率取决于引力场的强度，革新了宇宙空间都是平直的欧几里得空间的旧概念。广义相对论解释了用牛顿引力理论不能解释的一些天文现象，如水星近日点反常进动、光线的引力偏析等。以广义相对论为基础的宇宙学已成为天文学的发展最快的一个分支。年M.普朗克提出了符合全波长范围的黑体辐射公式，并用能量量子化假设从理论上导出，首次提出物理量的不连续性。年爱因斯坦发表光量子假设，以光的波粒二象性，解释了光电效应；年爱因斯坦发表固体热容的量子理论；年N.玻尔发表玻尔氢原子理论，用量子概念准确地地计算出氢原子光谱的巴耳末公式，并预言氢原子存在其他线光谱，后获证实。年玻尔提出对应原理，建立了经典理论通向量子理论的桥梁；年L.V.德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假设，预言电子束的衍射作用；年W.泡利发表泡利不相容原理，W.K.海森伯在M.玻恩和数学家E.P.约旦的帮助下创立矩阵力学，P.A.M.狄拉克提出非对易代数理论；年E.薛定谔根据波粒二象性发表波动力学的一系列论文，建立了波函数，并证明波动力学和矩阵力学是等价的，遂即统称为量子力学。同年玻恩提出了波函数的统计解释，表明单个粒子所遵循的是统计性规律而非经典的确定性规律；年海森伯发表不确定性关系；年发表相对论电子波动方程，奠定了相对论性量子理论的基础。一切微观粒子的运动都遵循量子力学规律。物理学实验与理论相互推进是20世纪物理学的一个显著特征。其中开展得最迅速的领域则是原子核物理学和粒子物理学。物理学是实验为基础的科学，“实践是真理的唯一标准”，物理学也同样遵循这一标准。一切假说都必须以实验为基础，必须经受住实验的验证。但物理学也是思辨性很强的科学，从诞生之日起就和哲学建立了不解之缘。无论是伽利略的相对性原理、牛顿运动定律、动量和能量守恒定律、麦克斯韦方程乃至相对论、量子力学，无不带有强烈的、科学的思辨性。要发现隐藏在实验事实后面的规律，需要深刻的洞察力和丰富的想象力。很多物理学家

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