1、物理学史,侯春风 哈尔滨工业大学物理系,教材及参考书 刘筱莉、仲扣庄，物理学史，南京师范大学出版社； 郭奕玲、沈慧君，物理学史，清华大学出版社； 美 弗 . 卡约里，物理学史 , 科学出版社 ; 谷世义 , 物理学史简编 , 高等教育出版社 .,物理学是研究物质运动的最普遍形式的规律以及物质基本结构的科学。物理学史是研究物理学产生和发展规律的科学。,一.“物理”溯源 二.物理学史的分期 三.物理学的研究方法 四.物理学基本观念的变更 五.学习物理学史的目的和意义 六.学习方法,绪 论,“物理学”一词有两个来源：一个是“土生”的，即来自中国本土的“物理”一词；另一个是由西方经日本转译到中国的“物
2、理”一词。,一.“物理”溯源,中文“物理”一词出现并不晚，约公元前二世纪成书的淮南子览冥训写到“故耳目之察不足以分物理；心意之论不足以定是非。”这里的“物理”泛指一切事物的道理，并非现代意义下的物理学。,晋代杨泉曾著物理论，这里的“物理”一词的说法起源于战国时期庄子（公元前369-公元前286年）的“析万物之理”一句，明清之际方以智（1611-1671）曾著物理小识，它们虽然冠之以“物理”，其实包括了自然科学的各门学科，甚至还包括人文科学的某些分支。,宋代理学家朱熹（1130-1200）等人也常使用“物之至理”或“物理”一词，但这是他们唯心主义哲学家的常用词，意指先验的“理”主宰具体的“物”，
3、“理”是先于物质存在的实体。这种观念恰和物理学的本意相反。,“格物”一词源出于大学：“格物，致知，诚意，正心，修身，齐家，治国，平天下”。“至知在格物，格物而后至知”。“格物学”也被称为“格致学”。,清代晚期，物理学包括在所谓的“格物学”之中。当时的格物学是指除了数学、天文学、医学和农学之外的所有自然科学。在翻译西方近代物理学时，把物理学各分支科以及化学统译为“格物学”，其中力学译为“重学”。,“物理”溯源,在西方物理学最早属于哲学的一部分，古希腊哲学家亚里士多德（公元前384-公元前322年）用希腊文写作“”，指自然哲学。“自然哲学()”后来被译为拉丁文“physica”，再转译为英文“ph
4、ysics”。,1851年日本人川本幸民将英文的“physics”译为日文汉字“物理学”，1879年日本人饭盛挺造出版物理学一书，1900年日本人藤田丰八把饭盛挺造的物理学译成中文，王季烈对该书进行文字润色和重编并由江南制造局刊行，这是我国第一本具有现代物理学内容和系统的称为物理学的书。,“物理”溯源,二. 物理学史的分期,1.古代物理学时期-科学的萌芽期 时间：从远古到16世纪中叶。特点：主要是对自然现象的观察和记载。这一时期，自然科学与哲学融合在一起，对自然现象的解释往往是哲理性的。文化中心：古希腊和古代中国。,物理学史的分期,20世纪50年代以后，物理学已经发展成为一个相当庞大的学科群，
5、包括高能物理（粒子物理）、原子核物理、等离子体物理、凝聚态物理、计算物理和理论物理等主体学科以及难以计数的分支学科。物理学与各学科之间相互交叉、相互渗透形成了众多很有发展前途的交叉科学。,3.现代物理学时期： 时间：从19世纪末到现在是现代物理学时期。19世纪末一系列实验新事实的发现，使经典物理学理论出现了不可克服的危机，从而导致了物理学革命。 标志：相对论、量子力学的相继建立，标志着现代物理学的诞生。,三 物理学的研究方法,2.近代：观察方法从自然观察为主发展为以仪器观察为主；强调系统的有目的的实验；使物理学作为一门实验科学的特点显现出来；科学实验和数学方法的结合，使精确的、定量的物理学研究
6、有了很快发展；分析、归纳和演绎等逻辑方法的发展，促进了经验材料的整理和理论建构；到19世纪末统计方法的应用使由大量分子偶然事件组成的体系的宏观规律得以研究。,1.古代：主要依靠不充分的直观观察、思辩性猜测、形式逻辑的演绎和简单的推理，直觉地、笼统地去把握物理现象的一般特性。,3.现代： 大型、精密仪器的创制、分析技术的发展和计算机的发明应用，使物理实验在精密、快速和自动化方面都达到新水平； 物理理论的公理化、数学化特征日益突出，现代物理成为数学物理学； 由于物理学研究领域越来越远离人们的感性经验，创造性思维在创建新理论中的作用更加突出；如科学想象、理想实验、大胆猜测，以及类比、直觉和灵感等非逻
7、辑性方法； 追求简单、对称、和谐与数学美。,物理学的研究方法,四 物理学基本观念的变更,牛顿的绝对时空观：物质实在具有不变质量的粒子和粒子体系；力只引起运动状态的变化；物体间只存在中心力作用；与媒质无关的即时作用；物质的运动状态只由初始条件唯一确定的因果观；平直空间等。,古代物理观与经典物理观：地心说日心说；亚里士多德的运动观与伽利落的运动观。,经典时空观与相对时空观：,爱因斯坦的相对时空观：时空具有非欧几里德性质，质量与能量有关E=mc2；引力只是“时空”弯曲的表现。,经典理论与量子论： 经典物理学的连续性原理微观现象不连续性的量子化概念； 波和粒子的矛盾波粒二相性概念； 精确测量原理测不准
8、关系； 机械决定性原理采用有几率意义的波函数作为运动状态的描述,物理学基本观念的变更,五.学习物理学史的目的和意义,总之，通过物理学史的学习，能增长见识和加深对物理学的理解。更重要的是可以从中得到教益，得到启发，开阔眼界，从别人的物理学科研的经验中吸取营养，用以指导我们的科研工作，使我们在今后的科学研究中少走弯路。,1.加深对概念和理论的理解，启迪科学新思想的萌发和产生。 2.可以使我们认识到“科学是最高意义上的革命力量”。 3.物理学史可以培养我们的科学思维，掌握科学研究的方法，加深对科学研究的认识，可以活跃思想，开阔眼界，使我们的知识立体化。 4.可以使我吗认识到思想观念转变的重要性。 5
9、.物理学史可以培养我们的爱国主义精神。,1.加深对概念和理论的理解，启迪科学新思想的萌发和产生随着人类社会的发展，物理学研究的内容和范围也不断扩大和深化。在古代，物理学只是自然哲学的一部分，16世纪以后才从哲学中分离出来。以后又逐步建立了力学、热学、电磁学、光学、相对论、量子力学、粒子物理等分支学科。物理学史正是要研究物理学各个基本概念、基本理论的酝酿、产生和发展过程。通过物理学史的学习，一方面能加深对这些概念和理论的理解，另一方面可以从中受到启迪，有助于科学新思想的萌芽和产生。,学习物理学史的目的和意义,2.物理学史可以使我们认识到“科学是最高意义上的革命力量”。,学习物理学史的目的和意义,
10、物理学史是科学发展史，而科学是人类发展的核心部分。每次物理学上的重大突破，都会对人类社会发展产生重大影响，产生震撼人心的冲击和重大技术革命。特别是近代以来，历次物理学重大进展通过技术革命为中心转化为直接生产力，从而推动了社会经济的发展，并最终引发社会革命，推动人类社会从农业社会到工业社会，从蒸汽时代进入电力时代、电子和原子能时代以至现今的信息时代。,另一方面，科学技术的进步也带来了一些当初料想不到的负面效应，如环境污染、生态失衡、自然资源过度消耗等。最典型的就是原子能的利用：原子能发电和原子弹。,3.物理学史可以培养我们的科学思维，掌握科学研究的方法，加深对科学研究的认识，可以活跃思想，开阔眼
11、界，使我们的知识立体化。,拉普拉斯：“认识一位天才的研究方法，对于科学的进步，并不比发现本身更少用处，科学的研究方法经常是极富兴趣的部分。”,在物理学的长期发展中创立了许多很成功的、成熟的方法。 物理学研究中建立了许多理想模型、思想过程、理想实验，这些近似抽象方法促成了许多定律的发现。 另外还有观察和实验，分析和综合，归纳和演绎，类比和联想，猜测和试探，逻辑推理方法，佯谬和反证方法，数学和定量方法，科学移植方法，科学假设方法，概率统计方法等。,学习物理学史的目的和意义,爱因斯坦：“科学结论几乎总是以完成的形式出现在读者面前。读者体会不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程，也很难达到清
12、楚地理解全部情况。”,物理学史将会把科学家在探索过程中的智慧之光带给我们，力图做到“授之以渔”。,华罗庚：“对书本的某些原理、定律、公式，我们在学习的时候，不仅应该记住它的结论，懂得它的道理，而且还应该设想一下，人家是怎样想出来的，经过多少曲折，攻破多少难关，才得出这个结论。”,学习物理学史的目的和意义,学习物理学史的目的和意义,4.可以使我们认识到思想观念转变的重要性物理学理论的历史发展，最集中、最本质的表现在物理学基本观念和相应的物理世界图景上的演变上。,物理学中复杂的数学公式和定义等，都不过是基本观念的表达形式和演绎工具，基本观念才是先导的、本质的东西。所以，每当学习一个新理论，必须改变
13、自己的思想观念和思维方法。,物理学的基本观念经历了牛顿力学的“绝对时空+超距中心作用+机械决定论”，到经典电磁场理论的“非中心力+媒递作用观+场”，到相对论的“相对时空+质能关系+等效原理+时空弯曲”，再到量子力学的“量子态+不确定性+几率决定性”的深刻变革等。,5.物理学史可以培养我们的爱国主义精神正确认识中国古代文明，在当时的历史时期和历史条件下，中国和希腊成为东方和西方两个古代文明中心，我们要为我国的古代文明而骄傲。,学习物理学史的目的和意义,由于我国长期的封建统治以及后来清王朝的闭关自守，使我国的科学技术及各方面逐渐落后于西方，所以我们又要看到我们现在的差距。只有努力，才能早日赶上和超
14、过西方文明，建设我们强大的祖国。,六.学习方法,1.善于分析：物理学经历了一个漫长发展的历史过程，我们在学习研究中，应该深思，为什么一些科学家能够有所发现，而另一些人却与成功失之交臂？其社会背景是什么？ 我们应充分利用历史宝库提供给我们的资料，从中吸取营养。,2.注意联系 1)物理学与生产和科学实验的联系 2)物理学与数学的联系 3)物理学与技术的关系 4)物理学与其他自然科学的关系 5)物理学与社会发展的关系,1)物理学与生产和科学实验的联系,物理学是以实验为主的科学，物理理论是在生产实践和科学实验的基础上发展起来的，实验可以检验物理科学理论的正确与否，而实验的开展也离不开物理理论和思想的指
15、导。通过物理学史的学习，可以充分认识实验在物理学发展中的作用，端正对实验的认识。,物理学史的学习方法,3)物理学与技术的关系物理学的发展与技术密切相关，如果没有真空技术、低温技术和电子技术，就不会有现代物理学。同样许多技术的革新和发展，需要物理学家的合作。既不要鄙视技术工作，也不要低估物理学的作用。如：激光技术、晶体管技术、超导技术、同位素技术、红外技术、生物工程技术等等。,2)物理学与数学的联系数学是物理学家的思维工具，物理规律只有通过数学的形式才能完美地表达。没有对数，就难于建立开普勒三定律；没有微积分，牛顿得不出万有引力定律；没有统计学，无法发展分子运动论；没有黎曼张量，爱因斯坦的广义相对论就不能完善。总之，物理学的发展离不开数学，而数学的发展也和物理学密切相关。,物理学史的学习方法,物理学史的学习方法,5）物理学与社会发展的关系物质技术的发展：物质是基础，没有经济基础做保障，就没有技术的发展和进步，许多实验工作就无法开展。意识形态的进步：观念的变化，思想解放永远是科学突破的先决条件。,4）物理学与其他自然科学的关系物理学与天文学、化学、地质学、生物学等自然科学有密切关系。物理学是上述学科的基础，同时上述学科的发展也会促进物理学的发展。现在产生的许多新兴科学最能说明这种关系：生物物理、激光化学、天体物理、地球物理等等。,
