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近代物理學傳統觀念是什麼

發布時間:2022-07-03 07:08:43

1. 近代物理革命的核心

愛恩斯坦創立相對論:

1、歷史背景:
(1)19世紀科學得到了飛速發展;
19世紀末,物理學界連續發生了三個重大事件,這就是X射線、放射性和電子的發現。這三大發現以實驗事實使得原子不可分、不變化的傳統觀念發生了動搖。物理學家們曾認為的似乎已經基本上完成了的經典物理學體系,從根本上出現了動搖,這就是所謂的「物理學危機」。經典物理學所研究的是人們日常生活中易於理解的宏觀世界,三大發現所揭示的卻是人們沒有直接經驗的微觀現象,這表明人們對物質世界的認識已經深入了一個層次。物理學的「危機」沒有嚇倒大多數物理學家,他們繼續向前探索,於是產生了以量子論和相對論的建立為標志的物理學革命,物理學從此開辟了新的天地。
(2)經典力學無法解釋高速運動的微觀粒子發生的現象。經典力學認為,時間和空間與物質運動無關,存在著絕對的靜止和絕對的時間。這與人們的一般看法一致。但到了19世紀,經典力學無法解釋研究中遇到的一些新問題,面臨著挑戰。
英國著名物理學家開爾文在一篇瞻望20世紀物理學的文章中,就曾談到:「在已經基本建成的科學大廈中,後輩物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。」然而,正當物理學界沉浸在滿足的歡樂之中的時候,從實驗上陸續出現了一系列重大發現。如固體比熱、黑體輻射、光電效應、原子結構cdotscdots這些新現象都涉及物質內部的微觀過程,用已經建立起來的經典理論進行解釋顯得無能為力。特別是關於黑體輻射的實驗規律,運用經典理論得出的瑞利——金斯公式,雖然在低頻部分與實驗結果符合得比較好,但是,隨著頻率的增加,輻射能量單調地增加,在高頻部分趨於無限大,即在紫色一端發散。這一情況被埃倫菲斯特稱為「紫外災難」;對邁克爾遜——莫雷實驗所得出的「零結果」更是令人費解。實驗結果表明,根本不存在「以太漂移」。這引起了物理學家的震驚,反映出經典物理學面臨著嚴峻的挑戰。這兩件事被當時物理學界的權威稱為「在物理學晴朗的天空的遠處還有兩朵小小的,令人不安的烏雲」。然而就是這兩朵小小的烏雲,給物理學帶來了一場深刻的革命。
2、相對論的提出及主要內容:
(1)提出:1905年剛剛得到博士學位的愛因斯坦發表的一篇題為《論動體的電動力學》的文章,提出了著名的相對論,引發了二十世紀物理學的另一場革命。
(2)內容:相對論包含狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論認為,物體運動時,質量會隨著物體運動速度增大而增加,同時,空間和時間也會隨著物體運動的變化而變化,即會發生尺縮效應和鍾慢效應。
廣義相對論認為,空間和時間的性質不僅取決於物質的運動情況,也取決於物質本身的分布狀態。
狹義相對論:1905年6月,愛因斯坦完成題為《論運動媒質的電動力學》的論文,提出了狹義相對論。此後,愛因斯坦又連續發表幾篇論文,建立起狹義相對論的全部框架。
廣義相對論:1915年,愛因斯坦完成了創立廣義相對論的工作,並於1916年寫成總結性論文《廣義相對論的基礎》。這篇論文的發表宣告了廣義相對論的誕生。
3、意義:
(1)相對論的提出是物理學思想的一次重大革命,它否定了經典力學的絕對時空論,從本質上修正了由狹隘經驗建立起來的時空觀,深刻地揭示了時間和空間的本質屬性。即:揭示了時空的可變性、時空變化的聯系性,樹立了新的時空觀、運動觀、物質觀。這一理論被後人譽為20世紀人類思想史上最偉大的成就之一。
(2)愛因斯坦的相對論也發展了牛頓力學,將牛頓力學概括在相對論力學之中,推動物理學發展到一個新的高度。

2. 近代物理學與現代物理學的本質區別是什麼

嚴格來說,這個問題科學的描述應該是:經典物理學和現代物理學的本質區別是什麼。

下面就來進行簡要分析。

什麼是現代物理學?


現代物理學是後牛頓時代的物理概念。「現代」一詞描述的是一種需要結合量子力學理論愛因斯坦相對論理論亦或是兩者兼而有之的一種概念。一般來說,現代物理學用於指代在20世紀初期和之後開發的物理學領域的所有分支,同時我們也習慣將受20世紀早期物理學影響較大的物理分支劃分在現代物理學的領域范疇。

結論

作為物理學的兩大支柱,經典物理學和現代物理學都有著極為重要的科研地位和研究價值,事實也證明,兩者在科學研究中共同發揮著不可磨滅的作用,並未現代社會的發展做出了突出的貢獻。

相信未來量子衛星和量子通訊的全面普及,必將為物理領域帶來新的研究熱潮。

3. 近代物理學成就與思想文化運動有什麼關系

物理學對科學技術和生產力的發展起著最直接地推動作用,幾次工業革命便是最好的驗證。其都是由於物理學深刻地揭示了自然規律,構成了認識自然、改造自然的巨大力量,為科技發展提供了方法和技能。近一個世紀以來,物理學又有了嶄新的進展,帶來相應的新技術革命。
2.1 蒸汽機的發明和牛頓力學的建立,導致了第一次工業革命
17世紀,牛頓完成了劃時代的偉大巨著《自然哲學之數學原理》,其奠定了整個經典物理學的基礎,並對其他自然科學的發展起了極大的推動作用。牛頓力學的建立,是自然科學從自然哲學中分化出來的第一重大事件,實現了自然科學的第一次大綜合,使人類對自然界的認識跨進了劃時代的一大步。經典物理學的思想方法、定量規律及實驗基礎,使科學技術的發展擺脫了當時多少還帶有經驗式的、工匠式的、思辨色彩的落後狀態,加快了科學技術的發展步伐,為第一次工業革

4. 經典物理學的基本觀念

經典力學和機械決定論
由牛頓把它概括在一個嚴密的統一理論中,實現了近代物理學發展史上第一次理論大綜合。在l687年出版的《自然哲學的數學原理》中,牛頓提出了動力學的三個基本原理和萬有引力定律。利用變分法的數學方法和「最小作用量原理」的物理學基礎建立起了和牛頓動力學方程等價的歐拉—拉格朗日方程,並最終於1834年由英國的哈密頓(1805—1865)提出了哈密頓原理和正則方程,建立了「分析力學」理論,實現了牛頓後力學理論的一個最大的飛躍。
熱力學與能量和熵
能量守恆原理的建立,使物理學思想和理論結構獲得了輝煌的進展,是19世紀自然科學上的一個偉大勝利,也是近代物理學發展中的第二次理論大綜合。熵原理的發現,實際上把演化的思想帶進了物理學,指出了自然過程的不可逆性和歷史性。
在經典力學和電磁場理論中,基本物理定律中的時間都是對稱的、可逆的,它們的基本方程對時間反演都是具有對稱性的,運動對於過去和未來沒有本質的區別,時間在那裡僅僅是從外部描述運動的一個參量,它的變化對運動的性質並無影響。因而時間箭頭在那裡沒有實質性的意義。
「統計力學」這個名稱是1884年由美國物理學家吉布斯首先提出的。吉布斯在麥克斯韋和玻耳茲曼思想的基礎上,明確形成了「系綜」概念,創立了系綜統計方法。從而將熱學的唯象的和分子運動論的兩個基本的研究方向統一到一個有機整體之中,完成了統計力學這個經典物理學的又一次理論大綜合。
經典電動力學
1862年,麥克斯韋引入了一個電磁以太的准力學模型和「位移電流」假設,1864年提出了電動力學方程組,預言了電磁波的存在,井揭示了光的電磁波動本性。麥克斯韋的方案使媒遞接觸觀念得以完全實現,並使電磁學理論的全部物理基礎得以奠定,成為近代物理學發展中的第三次理論大綜合。
經典物理學的完成和局限
大約到了1895年前後,以經典力學、經典熱力學和統計力學、經典電動力學為三大支柱的經典物理學,結合成一座具有雄偉的建築體系和動人心弦的「美麗的殿堂」,達到了它的顛峰時期。
在力學方面,與機械觀相聯系的絕對時間、絕對空間的概念以及關於質量的定義,都已受到普遍的批評,牛頓對於引力的本質問題也採取了迴避的態度。而牛頓力學的理論框架實際上必然要把引力看作是一種瞬時傳遞的超距作用,這與19世紀發展起來的場物理學是根本對立的。
在熱學方面,熵增加原理揭示的與熱現象有關的自然過程的不可逆性,反映出熱力學原理與經典力學和經典電動力學原理之間深刻的內在矛盾,而統計力學中引入的概率統計思想以及熱力學規律的統計性質,已使經典力學的嚴格確定性出現了缺口。
在光學和電磁學方面,作為光波與電磁波的傳播媒介的「以太」,其令人難以理解的特殊性質以及關於它的存在的檢測,都使科學家們費盡心血而一籌莫展。根據電磁學理論,可用空間坐標的連續函數描寫的場,是具有能量的不能再簡化的物理實在,這又與經典力學把運動的質點看作能量的唯一裁體的觀點背離。
牛頓在前人研究的基礎上,取得了非凡的成就。運動三定律和萬有引力定律成功地描述了天上行星、衛星、彗星的運動,又完滿地解釋了地上潮汐和其他物體的運動。此後人們認為自然界的一切已知運動都可以通過牛頓(經典)力學定律來解釋。因此牛頓(經典)力學被看作是科學解釋的最高權威和最後標准。而經典力學建立的過程,實質上就是實驗方法,邏輯思維方法與數學方法的建立和發展的過程。由此可以看出經典物理學中」經典」的含義。由著名的物理學家提出,經過反復的實驗驗證,最後得出最具權威最為標准最為經典的結論。

5. 近代物理學中有哪些主要成就

一、物理學在近代取得那些突出的成就
(1)經典力學體系的建立。英國科學家牛頓系統地闡述了運動三大定律--慣性定律、加速度定律、作用和反作用定律,開創了經典力學體系。同時。他還發現了萬有引力定律。牛頓力學體系正確地反映了宏觀物體低速運動的客觀規律,實現了自然科學的第一次理論性的大綜合,這是人類對自然界認識的一個飛躍。牛頓力學體系的建立是近代科學形成的標志。
(2)量子理論和量子力學的建立:德國科學家普朗克在物理學中引入量子形成量子理論。在量子理論的基礎上展導致量子力學的建立。量子理論使人們從根本上改變了近代物理學中的傳統觀念,使整個物理學和自然科學的觀念發生重大變化。
(3)相對論的產生。美籍德國物理學家愛因斯坦1905年建立了狹義相對論,從而揭示了時間、空間、質量同運動的內在聯系。
1916年,愛因斯坦又建立了廣義相對論,進一步揭示了時空結構,指出了物質間所存在的萬有引力,是由於物質的存在和分布使時間和空間的性質不均勻而引起的。相對論同量子理論一起構成了現代物理學的基本理論框架。
二、20世紀物理學的主要成就:
●1900-1926年
建立了量子力學。

1926年
建立了費米狄拉克統計。

1927年
建立了布洛赫波的理論。

1928年
索末菲提出能帶的猜想。

1929年
派爾斯提出禁帶、空穴的概念,同年貝特提出了費米面的概念。

1947年貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克萊發明了晶體管,標志著信息時代的開始。

1957年
皮帕得測量了第一個費米面超晶格材料納米材料光子。

1958年傑克.基爾比發明了集成電路。

20世紀70年代出現了大規模集成電路。

6. 近代物理學的特點

現代物理學是後牛頓時代的物理概念。「現代」一詞描述的是一種需要結合量子力學理論、愛因斯坦相對論理論亦或是兩者兼而有之的一種概念。一般來說,現代物理學用於指代在20世紀初期和之後開發的物理學領域的所有分支,同時我們也習慣將受20世紀早期物理學影響較大的物理分支劃分在現代物理學的領域范疇。經典物理學是指在現代物理學之前的,更完整的或更廣泛適用的理論。
經典物理學更加符合人民日常生活中對自然規律的認知,所以其更加廣泛和適用。因而可以說,經典物理學的定義取決於應用背景:當現代物理學對於某些特定情況而不必要採取復雜的物理運算時,經常使用經典物理學的概念。

7. 近代物理學的理論基礎是什麼

近代物理學的理論基礎是原子論和分子學說。

原子論和分子學說是認識和分析化學現象及本質的基礎,是奠定了近代化學基礎的理論。分子是由原子組成,原子則是用化學方法不能再分割的最小粒子,它已失去了原物質(由分子構成的物質)的性質。

具體起源:

18世紀末,在化學領域里,人們發現物質在化學變化過程中一系列可確切描述的規律。這為原子理論成為一個科學理論提供了實驗依據。

19世紀初,道爾頓提出了他的原子理論來解釋化學中的現象。而有關原子是否真實存在的爭論,直到20世紀初愛因斯坦從分子運動論角度解釋布朗運動,並得到實驗驗證後,才真正得到肯定答案。

19世紀末至20世紀初,物理學家通過一系列與電磁學和放射性有關的實驗發現,原本認為「不可分割」的原子實際上是由一系列的亞原子粒子構成的,而這些粒子可以各自獨立存在。

8. 現代物理學的思想理論

物理與形而上學的關系
在不斷反思形而上學而產生的非經驗主義的客觀原理的基礎上,物理學理論可以用它自身的科學術語來判斷。而不用依賴於它們可能從屬於哲學學派的主張。在著手描述的物理性質中選擇簡單的性質,其它性質則是群聚的想像和組合。通過恰當的測量方法和數學技巧從而進一步認知事物的本來性質。實驗選擇後的數量存在某種對應關系。一種關系可以有多數實驗與其對應,但一個實驗不能對應多種關系。也就是說,一個規律可以體現在多個實驗中,但多個實驗不一定只反映一個規律。
對於物理學來說理論預言與現實一致與否是真理的唯一判斷標准。
摘要: 回顧了物理學發展的歷史,討論了二十一世紀物理學發展的方向。可能應該從兩方面去探尋現代物理學革命的突破口:(1)發現客觀世界中已知的四種力以外的其他力;(2)通過審思相對論和量子力學的理論基礎的不完善性,重新定義時間、空間,建立新的理論。
二十世紀即將結,二十一世紀即將來臨,二十世紀是光輝燦爛的一個世紀,是個令社會發展最迅速的一個世紀,是科學技術發展最迅速的一個世紀,也是物理學發展最迅速的一個世紀。在 這一百年中發生了物理學革命,建立了相對性質和量子力學,完成了從經典物理學到現代物理學的轉變。在二十世紀二、三十年代以後,現代物理學在深度和廣度上有了進一步的蓬勃發展,產生了一系列的新學科的交叉學科、邊緣學科,人類對物質世界的規律有了更深刻的認識,物理學理論達到了一個新高度,現代物理學達到了成熟的階段。
在此世紀之交的時候,人們自然想展望一下二十一世紀物理學的發展前景,探索今後物理學發展的方向。我想談一談我對這個問題的一些看法和觀點。首先,我們來回顧一下上一個世紀之交物理學發展的情況,把當前的情況與一百年前的情況作比較對於探索二十一世紀物理學發展的方向是很有幫助的。
一、歷史的回顧
十九世紀末二十世紀初,經典物理學的各個分支學科均發展到了完善、成熟的階段,隨著熱力學和統計力學的建立以及麥克斯韋電磁場理論的建立,經典物理學達到了它的頂峰,當時人們以系統的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫,幾乎能完美地解釋所有已經觀察到的物理現象。由於經典物理學的巨大成就,當時不少物理學家產生了這樣一種思想:認為物理學的大廈已經建成,物理學的發展基本上已經完成,人們對物理世界的解釋已經達 到了終點。物理學的一些基本的、原則的問題都已經解決,剩下來的只是進一步精確化的問題,即在一些細節上作一些補充和修正,使已知公式中的各個常數測得更精確一些。
然而,在十九世紀末二十世紀初,正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際,科學實驗卻發現了許多經典物理學無法解釋的事實。首先是世紀之交物理學的三大發現:電子、X射線和放射性現象的發現。其次是經典物理學的萬里晴空中出現了兩朵「烏雲」:「以太漂移」的「零結果」和黑體輻射的「紫外災難」。[1]這些實驗結果與經典物理學的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾,經典物理學的傳統觀念受到巨大的沖擊,經典物理發生了「嚴重的危機」。由此引起了物理學的一場偉大的革命。愛因斯坦創立了相對論;海森堡、薛定諤等一群科學家創立了量子力學。現代物理學誕生了!
把物理學發展的現狀與上一個世紀之交的情況作比較,可以看到兩者之間有相似之 外,也有不同之處。
在相對論和量子力學建立起來以後,現代物理學經過七十多年的發展,已經達到了成熟的階段。人類對物質世界規律的認識達到了空前的高度,理論幾乎能夠很好地解釋已知的一切物理現象。可以說,現代物理學的大廈已經建成。在這一點上,目前有情況與上一個世紀之交的情況很相似。因此,有少數物理學家認為今後物理學不會有革命性的進展了,物理學的根本性的問題、原則問題都已經解決了,今後能做到的只是在現有理論的基礎上在深度和廣度兩方面發展現代物理學,對現有的理論作一些補充和修正。然而,由於有了一百年前的歷史經驗,多數物理學家並不贊成這種觀點,他們相信物理學遲早會有突破性的發展。 另一方面,雖然在微觀世界和宇宙學領域中有一些物理現象是現代物理學的理論不能很好地解釋的,但是這些矛盾並不是嚴重到了非要徹底改造現有理論認可的程度。在這方面,經典物理學發生了「嚴重的危機」;而在本世紀之交,現代物理學並無「危機」。因此,我認為發生現代物理學革命的條件似乎尚不成熟。
客觀物質世界是分層次的。一般說來,每個層次中的體系都由大量的小體系(屬於下一個層次)構成。從一定意義上說,宏觀與微觀是相對的,宏觀體系由大量的微觀系統構成。物質世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學研究的目的包括:探索各層次的運動規律和探索各層次間的聯系。
回顧二十世紀物理學的發展,是在三個方向上前進的。在二十一世紀,物理學也將在這三個方向上繼續向前發展。
1) 在微觀方向上深入下去。 在這個方向上,我們已經了解了原子核的結構,發現了大量的基本粒子及其運規律,建立了核物理學和粒子物理學,認識到強子是由誇克構成的。今後可能會有新的進展。但如果要探索更深層次的現象,必須有更強大得多的加速器,而這是非常艱巨的任務,所以我認為在這個方向上難以有突破性的進展。
2) 在宏觀方向上拓展開去。 1948年美國的伽莫夫提出「大爆炸」理論,當時並未引起重視。1965年美國的彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙背景輻射,再加上其他的觀測結果,為「大爆炸」理論提供了有力的證據,從此「大爆炸」理論得到廣泛的支持,1981年日本的佐藤勝彥和美國的古斯同時提出暴脹理論。八十年代以後,英國的霍金[2,3] 等人開始論述宇宙的創生,認為宇宙從「無」誕生,今後在這個方向上將會繼續有所發展。從根本上來說 ,現代宇宙學的繼續發展有賴於向廣漠的宇宙更遙遠處觀測的新結果,這需要人類製造出比哈勃望遠鏡性能更優越得多的、各個波段的太空天文望遠鏡,這是很艱巨的任務。
我個人對於宇宙創生學說是不太信的,並且認為「大爆炸」理論只是對宇宙的一個近似的描述。因為宇宙學研究的只是我們能觀測到的范圍以內的「宇宙」,而我相信宇宙是無限的,在我們這個「宇宙」以外還有無數個「宇宙」,這些宇宙不是互不相干、各自孤立的,而是互相有影響、有作用的。現代宇宙學只研究我們這個「宇宙」,當然只能得到近似的結果,把他們的延伸到「宇宙」創生了初及遙遠的未來,則失誤更大。
3)深入探索各層次間的聯系。
這正是統計物理學研究的主要內容。二十世紀在這方面取得了巨大的成就,先是非平衡態統計物理學有了得大的發展,然後建立了「耗散結構」理論、協同論和突變論,接著混沌論和分形論相繼發展起來了。把這些分支學科都納入非線性科學的范疇。相信在二十一世紀非線性科學的發展有廣闊的前景。
上述的物理學的發展依然 現代物理學現有的基本理論的框架內。在下個世紀,物理學的基本理論應該怎樣發展呢?有一些物理學家在追求「超統一理論」。在這方面,起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學家努力探索「統一場論」;直到1967、1968年,美國的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統一電磁力和弱力的「電弱理論」;目前有一些物理學家正在探索加上強力的「大統一理論」以及再加上引力把四種力都統一起來的「超統一理論」,他們的探索能否成功尚未定論。
愛因斯坦當初探索「統一場論」是基於他的「物理世界統一性」的思想[4] ,但是他努力探索了三十年,最終沒有成功。我對此有不同的觀點,根據辯證唯物主義的基本原理,我認為「物質世界是既統一,又多樣化的」。且莫論追求「超統一理論」能否成功,即便此理論完成了,它也不是物理學發展的終點。因為「在絕對的總的宇宙發展過程中,各個具體過程的發展都是相對的,因而在絕對真理的長河中,人們對於在各個一定發展階段上的具體過程的認識只具有相對的真理性。無數相對的真理之總和,就是絕對的真理。」「人們在實踐中對於真理的認識也就永遠沒有完結。」[5]
現代物理學的革命將怎樣發生呢?我認為可能有兩個方面值得考試:
1) 客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢?我們不知道。我的直覺是:將來最早發現的第五種力可能存在於生命現象中。物質構成了生命體之後,其運動和變化實在太奧妙了,我們沒有認識的問題實在太多了,我們今天對於生命科學的認識猶如亞里斯多德時代的人們對於物理學的認識,因此在這方面取得突破性的進展是很可能的。我認為,物理學業與生命科學的交叉點是二十一世紀物理學發展的方向之一,與此有關的最關於復雜性研究的非線性科學的發展。
2) 現代物理學理論也只是相對真理,而不是絕對真理。應該通過審思現代物理學理論基礎的不完善性來探尋現代物理學革命的突破口,在下一節中將介紹我的觀點。
三、現代物理學的理論基礎是完美的嗎?
相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱,這兩大支柱的理論基礎是否十全十美的
呢?我們來審思一下這個問題。
1) 對相對論的審思
當年愛因斯坦就是從關於光速和關於時間要領的思考開始,創立了狹義相對論[1]。我們今天探尋現代物理學革命的突破口,也應該從重新審思時空的概念入手。愛因斯坦創立狹義相對論是從講座慣性系中不同地點的兩個「事件」的同時性開始的[4],他規定用光信號校正不同地點的兩個時鍾來定義「同時」,這樣就很自然地導出了洛侖茲變換,進一步導致一個四維時空(x,y,z,ict)(c是光速)。為什麼愛因斯坦提出用光信號來校正時鍾,而不用別的信號呢?在他的論文中沒有說明這個問題,其實這是有深刻含意的。
時間、空間是物質運動的表現形式,不能脫離物理質運動談論時間、空間,在定義時空時應該說明是關於什麼運動的時空。現代物理學認為超距作用是不存在的,A處發生的「事件」影響B處的「事件」必須通過一定的場傳遞過去,傳遞需要一定的時間,時間、空間的定義與這個傳遞速度是密切相關的。如果這種場是電磁場,則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此,愛因斯坦定義的時空實際上是關於由電磁相互作用引起的物質運動的時空,適用於描述這種運動。
愛因斯坦把他定義的時間應用於所有的物質運動,實際上就暗含了這樣的假設:引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢?令引力相互作用的傳遞速度為c』。至今為止,並無實驗事實證明c』等於c。愛因斯坦因他的「物質世界統一性」的世界觀而在實際上假定了c=c』。我持有「物質世界既統一,又多樣化的」以觀點,再加之電磁力和引力的強度在數量級上相差太多,因此我相信c』可能不等於c。工樣,關於由電磁力引起的物質運動的四維時空(x,y,z,ict)和關於由引力引起的運動的時空(x』,y』,z』,ic』t』)是不同的。如果研究的問題只涉及一種相互作用,則按照理論建立起來的運動方程的形式不變。例如,愛因斯坦引力場方程的形式不變,只需把常數c改為c』。如果研究的問題涉及兩種相互作用,則需要建立新的理論。不過,首要的事情是由實驗事實來判斷c』和c是否相等;如果不相等,需要導出c』的數值。
我在二十多年前開始形成上述觀點,當時測量引力波是眾所矚目的一個熱點,我曾對那些實驗寄予厚望,希望能從實驗結果推算出c』是否等於c。令人遺憾的是,經過長斯的努力引引力波實驗沒有獲得肯定的結果,隨後這項工作冷下去了。根據愛因斯坦理論預言的引力波是微弱的,如果在現代實驗技術能夠達到的測量靈敏度和准確度之下,這樣弱的引力波應該能夠探測到的話,長期的實驗得不到肯定的結果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點。應該從c』可能不等於c這個角度來考慮問題,如果c』和c有較大的差異,則可能導出引力波的強度比根據愛因勞動保護坦理論預言的強度弱得多的結果。
弱力、強力與引力、電磁力有本質的不同,前兩者是短程力,後兩者是長程力。不同的相互作用是通過傳遞不同的媒介粒子而實現的。引力相互作用的傳遞者是引力子;電磁相互作用的傳遞者是光子;弱相互 作用的傳遞者是規范粒子(光子除外);強相互作 用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質量為零,按照愛因斯坦的理論,引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。並且與傳遞粒子的靜質量和能量有關,因而其傳遞速度是多種多樣的。
在研究由弱或強相互作用引起的物質運動時,定義慣性系中不同的地點的兩個「事件」的「同時」,是否應該用弱力或強力信號取代光信號呢?我對核物理學和粒子物理學是外行,不想貿然回答這個問題。如果應該用弱力或強力信號取代光信號,那麼關於由弱力或強力引起的物質運動的時空和關於由電磁力引起的運動的時空(x,y,z,ict)及關於由引力引起的運動的時空(x』,y』,z』,ic』t』)
有很大的不同。設弱或強相互作用的傳遞速度為c』』,c』』不是常數,而是可變的,則關於由弱或強力引起的運動的時空為(x』』,y』』,z』』,Ic』』t』』),時間 t』』和空間(x』』,y』』,z』』)將是c』的函數。然而,很可能應該這樣來考慮問題:關於由弱力引起的運動的時空,在定義中應該以規范粒子的靜質量取作零時的速度c1取代光速c。由於「電弱理論」把弱力和電磁力統一起來了,因此有可能c1=c,則關於由弱力引起的運動的時空和關於由電磁力引起的運動的時空是相同的,同為(x,y,z,ict)。關於由強力引起的運動的時空,在定義中應該以介子的靜質量取作零(在理論上取作零,在實際上沒有靜質量為零的介子)時的速度c』』取代光速c,c』』可能不等於c。則關於由強力引起的運動的時空(x』』,y』』,z』』,Ic』』t』』)不同於(x,y,z,ict)或(x』,y』,z』,ic』t』)。無論上述兩種考慮中哪一種是對的,整個物質世界的時空將是高於四維的多維時空。對於由短程力(或只是強力)引起的物質運動,如果時空有了新的一義,就需要建立新的理論,也就是說需要建立新的量子場論、新的核物理學和新的粒子物理學等。如果研究的問題既清及長程力,又涉及短程力(尤其是強力),則更需要建立新的理論。
1)對量子力學的審思
從量子力學發展到量子場論的時候,遇到了「發散困難」[6]。1946——1949年間,日本的朝永振一郎、美國的費曼和施溫格提出「重整化」方法,克服了「發散困難」。但是「重整化」理論仍然存在著邏輯上的缺陷,並沒有徹底克服這一困難。「發散困難」的一個基本原因是粒子的「固有」能量(靜止能量)與運動能量、相互作用能量合在一起計算[6],這與德布羅意波在υ=0時的異性。
我陷入一個兩難的處境:如果採用傳統的德布羅意關系,就只得接受不合理的德布羅意波奇異性;如果採納修正的德布羅意關系,就必須面對使新的理論滿足相對論協變性的難題。是否有解決問題的其他途徑呢?我認為這個問題或許還與時間、空間的定義有關。量子力學理論中時寬人的定義實質上依然是決定論的定義,而不確定原理是微觀世界的一條基本規律,所以時間、空間都不是嚴格確定的,決定論的時空要領不再適用。在時間或空間的間隔非常小的時候,描寫事情順序的「前」、「後」概念將失去意義。此外,在重新定義時空時還應考慮相關的物質運動的類別。模糊數學已經發展得相當成熟了,把這個數學工具用到微觀世界時空的定義中去可能是很值得一試的。

9. 近代西方物理學發展史

1、 近代物理學時期又稱經典物理學時期,這一時期是從16世紀至19世紀,是經典物理學的誕生、發展和完善時期。

近代物理學是從天文學的突破開始的。早在公元前4世紀,古希臘哲學家亞里士多德就已提出了「地心說」,即認為地球位於宇宙的中心。公元140年,古希臘天文學家托勒密發表了他的13卷巨著《天文學大成》,在總結前人工作的基礎上系統地確立了地心說。

這一學說從表觀上解釋了日月星辰每天東升西落、周而復始的現象,又符合上帝創造人類、地球必然在宇宙中居有至高無上地位的宗教教義,因而流傳時間長達1300餘年。

公元15世紀,哥白尼經過多年關於天文學的研究,創立了科學的日心說,寫出「自然科學的獨立宣言」——《天體運行論》,對地心說發出了強有力的挑戰。

16世紀初,開普勒通過從第谷處獲得的大量精確的天文學數據進行分析,先後提出了行星運動三定律。開普勒的理論為牛頓經典力學的建立提供了重要基礎。從開普勒起,天文學真正成為一門精確科學,成為近代科學的開路先鋒。

近代物理學之父伽利略,用自製的望遠鏡觀測天文現象,使日心說的觀念深入人心。他提出落體定律和慣性運動概念,並用理想實驗和斜面實驗駁斥了亞里士多德的「重物下落快」的錯誤觀點,發現自由落體定律。

16世紀,牛頓總結前人的研究成果,系統的提出了力學三大運動定律,完成了經典力學的大一統。16世紀後期創立萬有引力定律,樹立起了物理學發展史上一座偉大的里程碑。

之後兩個世紀,是電學的大發展時期,法拉第用實驗的方法,完成了電與磁的相互轉化,並創造性地提出了場的概念。19世紀,麥克斯韋在法拉第研究的基礎上,憑借其高超的數學功底,創立了了電磁場方程組,在數學形式上完成了電與磁的完美統一,完成了電磁學的大一統。

與此同時,熱力學與光學也得到迅速發展,經典物理學逐漸趨於完善。

(9)近代物理學傳統觀念是什麼擴展閱讀:

近代物理學發展越發緩慢,主要是因為數學模型的復雜度和詮釋的難度的提高造成的吧,或者換句話說,並不是物理學的發展變慢了,只是想把它簡單的表述給人們變得越來越難。人們無從了解,自然就覺得是學科不發展。

早在經典物理比如經典力學和熱力學,雖然數學模型也不簡單但是詮釋是很直觀的。就是說數學符號對應的物理實際是很顯而易見的。

而現代的,比如量子場論和弦論,甚至廣義相對論的數學模型比經典物理要復雜的多。而且很多數學模型還不完備,這些其實都不是大問題。關鍵是如何詮釋,如何理解量子場論中的量子場的物理實際,甚至更低級別一些,量子力學中的波函數是什麼,目前雖有一些公認的解釋但是很不令人滿意。

而且對於物理過程的概率詮釋從一方面直接從理論層面阻礙了對更基礎的物理結構的研究,這也跟我們的實驗觀察能力的限制有關。我們不能建立超越我們觀察能力的理論,或者我們可以建立任何理論但是對於超越觀察能力的部分我們不能做任何研究。

綜上所述,其實物理學現在的發展並不慢,只是人們的認知問題而已。

10. 近代物理學成就

1、時代背景:

⑴中世紀亞里士多德的學說長期被教會奉為教條。

⑵近代科學誕生後,亞里士多德的力學不斷受到質疑。

2、經典力學的奠基者——伽利略

⑴突出成就是創立自由落體定律,推翻亞里士多德的學說。

⑵製造的望遠鏡證明了哥白尼的「日心說」(屬於天文學成就)

3、經典力學的建立者——牛 頓

⑴牛頓經典力學體系:

①牛頓力學三定律:慣性定律和加速度定律(伽利略研究為基礎)

作用力與反作用力定律(笛卡爾研究為基礎)

②萬有 引力 定律:萬 有 引 力 定 律(開普勒研究,自己創立的微積分做計算工具)

⑵建立標志:1687年,《自然哲學的數學原理》

⑶歷史地位:

①牛頓力學三定律構成了近代力學體系的基礎,成為近代物理學的重要支柱。

②牛頓力學體系完成了人類對自然界認識史上第一次理論大綜合。

③使力學和天文學在理論上達到完備的程度,並得到應用和驗證。

(根據萬有引力定律准確算出了地球的平均密度和扁平率;解釋潮汐的成因;發現海王星)

④使科學擺脫神學束縛,19世紀進入全面繁榮時期,各自然科學理論體系紛紛建立.成為近代科學形成標志。

二、現代物理學理論的發展

1、量子論的誕生與發展——從普朗克到愛因斯坦

⑴背景:①19世紀的物理學領域,以牛頓力學為基礎,形成了完整的理論體系。

②19世紀末,物理學界的重大研究課題是黑體輻射,量子理論就是在此過程中發現的。

⑵誕生:①奧地利斯蒂芬:1879年發現黑體輻射的總能量與其溫度之間的定量關系。

②德國 普 朗克:1900年在《關於正常光譜能量分布定律的理論》提出量子概念.(標志)

⑶發展:①德國愛因斯坦:1905年解釋光電效應,得出光具有波粒二象性的結論。

②法國德布羅意:1923年物質波理論。

③奧德物理學家:數年後建立量子力學。

⑷意義:改變了近代物理學中的傳統觀念,使物理學乃至整個自然科學的觀念都發生重大變革。

2、相對論的建立——愛因斯坦

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