物理和社会进步之间的关系 物理学的进步对社会发展的贡献

物理学发展对人类社会的贡献
1 引言
物理学是一门探究一切物质的组成及其运动规律，揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。物理学的进展密切联系着工业，农业等的发展，也同人类文明的进步息息相关。从电话的发明到当代互联网络实现的实时通信；从蒸汽机车的制造成功到磁悬浮列车的投入运行；从晶体管的发明到高速计算机技术的成熟等等。这些无不体现着物理学对社会进步与人类文明的贡献。当今时代，物理学前沿领域的重大成就又将会引领着人类文明进入一片新天地。
2 物理学发展与科技进步
物理学对科学技术和生产力的发展起着最直接地推动作用，几次工业革命便是最好的验证。其都是由于物理学深刻地揭示了自然规律，构成了认识自然、改造自然的巨大力量，为科技发展提供了方法和技能。近一个世纪以来，物理学又有了崭新的进展，带来相应的新技术革命。
2.1 蒸汽机的发明和牛顿力学的建立，导致了第一次工业革命
17世纪，牛顿完成了划时代的伟大巨著《自然哲学之数学原理》，其奠定了整个经典物理学的基础，并对其他自然科学的发展起了极大的推动作用。牛顿力学的建立，是自然科学从自然哲学中分化出来的第一重大事件，实现了自然科学的第一次大综合，使人类对自然界的认识跨进了划时代的一大步。经典物理学的思想方法、定量规律及实验基础，使科学技术的发展摆脱了当时多少还带有经验式的、工匠式的、思辨色彩的落后状态，加快了科学技术的发展步伐，为第一次工业革命大规模发明和使用机械打下了基础。
17世纪，英国的资本主义生产大发展，采矿业，航海业甚至战争等的规模扩大都遇到了一定的困难。然而，它们都涉到动力机问题。从17世纪初已经有很多人着手这方面的工作，但都没取得重大进展。直到1698年，英国的赛维利（Thomas Savery,1650~1715）才研制成功实用的蒸汽水泵。1705年，英国的纽可门（Thomas Newcoman,1663~1729），发明了第一台蒸汽推动活塞工作的抽水机。瓦特（James Watt,1736~1819）对蒸汽机的改革取得了历史性的突破。1765年，他把蒸汽的冷凝过程安排在汽缸外进行，实现了汽缸的恒温。这是对原始蒸汽机的关键改革。蒸汽机的研制是以力学和热学为基础的。那时，对温度计、量热学（比热、潜热）、热传导及热的本质的研究等都取得了重大发展。瓦特在改革蒸汽机的过程中，就得到布莱克（J. Black,1728~1799）的理论指导。因此，科恩（M. H. Cohen）指出：“我们的制造厂不再被交给无知的工作者；相反，在他们中的大多数人中，有非常有知识的人，有受到良好教育的物理学家们，为了促进有用技艺的进步，我们必须指望他们”。
蒸汽技术革命引起了社会的全面变革，带来了社会生产力的极大飞跃，使产业结构发生了巨大变化，机械制造业和加工业取代了农牧业而成为产业结构中核心支柱产业。
牛顿力学和蒸汽机的发明，使人类进入了机械化时代。
2.2 电磁理论的发现和建立, 使人类进入了电气化时代
第二次工业革命发生在十九世纪下半叶，它以电磁理论的建立和发展，电气技术开发和应用为基础，极大促进了社会生产力的发展，引起了社会经济结构和生产结构的巨大变革。同时，电磁场理论的发展拓展了科学研究领域，带动了一些新兴学科和相关交叉学科的发展。
历史上第一个对电磁现象进行系统研究的是英国的吉尔伯特（William Gilbert,1540~1603），但其研究停留于现象层面。此后一百多年，电和磁的研究非常缓慢。18 世纪，美国的富兰克林（Benjamin Franklin,1706~1806）证明了电的同一性，还定义了正负电荷，提出了电荷守恒定律。法国科学家库仑（Charles Augustin Coulomb,1736~1806）借助扭秤实验得到了静电作用的平方反比定律。1820年，丹麦的奥斯特（Hans Christian Oersted,1777~1851）发现了电流的磁效应，首次得出了电磁统一的思想。不久，法国的安培（Andre Marie Ampere,1775~1836）提出了电流相互作用的安培定律，为电动力学的创立作了开创性的工作。后来，英国的法拉弟（Michael Faraday,1791~1867）通过10年的努力，终于在1831年发现了电磁感应现象，并在实验的基础上创建了力线思想和场的概念，为麦克斯韦电磁场理论奠定了重要的理论基础和实验基础。麦克斯韦于1873年建立了经典电磁理论方程组——麦克斯韦方程组。其中，麦克斯韦提出了“涡旋电场”和“位移电流”假说，预言了电磁波的存在，算出了电磁波的传播速度，从理论上证明了光是一种电磁波。电磁理论发展到了一个辉煌的时期。10年后，德国的赫兹（Heinrich Hertz,1857~1894）在实验室实现了电磁波的发送和接收规律，还证明了电磁波的一系列光学性质，为麦克斯韦理论的确立给出了权威性的证明。这样就实现了物理学的第三次大综合即电、磁、光的综合。
电磁感应现象的发现奠定了电力工业最重要的基础；对电磁波运动规律的研究也是电讯技术发展所不可缺少的。19世纪80年代，欧洲各国的物理学家相继发明了交流发电机、变压器、交流感应电动机和输电系统。这些研究和发明, 为建造大容量电机，获得强大电力提供了技术上的可能性；实验室里成功的技术开发，引发了电力技术的广泛应用，导致第二次工业革命。在电力革命的过程中，电磁场理论规定着革命的方向，指导着电力系统技术体系的建立。事实再一次证实了科学包括物理学对生产力发展的先导作用。
2.3 量子理论与信息技术革命
信息革命始于20世纪40年代，以计算机问世为标志，目前方兴未艾。从1904年发明二极管起，到1946年世界上第一台电子管计算机研制成功止，是信息技术史上的“电子管时期”。1947年随着半导体晶体管问世，信息技术史进入了“晶体管时期”。此后，集成电路的发明，打破了电路与元件分离的传统观念，使电子设备微形化。经过大规模集成电路阶段后，超大规模集成电路又在迅猛发展。而计算机就是由这些物理元件组成的信息处理工具。
电子和信息技术具有物理基础。首先是1925年~1926年量子力学的建立。1926年费米—狄拉克统计法的提出，得知固体中的电子服从泡利原理。1927年Bloch理论的建立，得知理想晶格中无电子散射。1928年Sommerfeld提出能带的猜想。1929年Peiels提出禁带、空穴的猜想；Wlson和Bloch从理论上解释了导体、绝缘体和半导体的性质和区别；Mott和Jones用电子轰击、X射线发射和吸收等方法验证了能带理论；Bethe提出费米面的概念；Landau提出费米面可测量。1947年Bardeen，Shockley，Brattain发明晶体管。1957年Pippard测量了第一个费米面(铜的)；而后，剑桥学派建立费米面编目。1962年制成集成电路（IC）。 70年代中后期，制成大规模集成电路（LIC）；制成超大规模集成电路（VLIC）；集成度以每10年一千倍的速度增长;巨型机的向量运算超过每秒亿次；微机进入家庭。80年代以后智能计算机、光学计算机和量子计算机的研制取得一定成果，巨型机的运算速度已达数万亿次；网络时代随即到来，新物理技术，如光纤的应用，掀起了信息技术革命的又一次高潮。
2.4生物技术的物理学基础
20世纪的生命科学在物理学的基础上发生了革命性的变化，也就是DNA双螺旋结构的发现以及分子生物学的发展。在此过程中，物理学的概念与方法深入到生命科学领域。量子力学的创立者薛定谔，1944年写过《生命是什么》，这本书曾深刻地影响了一批物理学家和生物学家的思想，促成了分子生物学诞生出了三个基本的学派，这就是比德尔代表的化学学派,德尔布吕克代表的信息学派，以及肯德鲁代表的结构学派。物理学的X射线晶体衍射方式，为结构学派认识生物大分子的晶体结构提供了有力的手段。物理学家伽莫夫率先提出了三联体密码方案，有利地推动了信息学派的成长。1953年，美国生物学家沃森和英国化学家克里克发现了DNA的双螺旋结构。1954年，俄裔美国物理学家伽莫夫提出核苷酸三联体的遗传密码。1958年，克里克提出了遗传信息传递从DNA到RNA再到蛋白质的中心法则。1961年，法国生物学家雅各布和莫诺提出了基因的功能分类和调节基因的概念等等。在这以后，几乎所有对生命现象的研究，都深入到了分子水平，去寻找生命本质规律，分子生物学成为了生命现象研究的核心领域和发展生物技术原理的源泉。1970年，基因重组开辟了基因技术工程应用的可能性，从而使人类看到了运用生物技术造福人类的广阔前景。
3 物理学的学科地位及发展方向
3.1物理学在自然科学群体中的地位。
这是由自然科学群体的知识结构决定的，是长期的、稳定的。在自然科学群体中，物理学处于基础和领导地位。进入21世纪的今天，物理学仍是一门充满生机和活力的学科，它的创造性进展仍日新月异，遇到的挑战也愈来愈大。同时，21世纪科学技术的发展将在极大程度上依赖于物理学的发展，物理学仍将在科学技术的发展中占主导地位，物理学对当代以及未来高新技术的发展也将会提供更大的推动力。
这一观点会招致来自其它学科的争议。对于数学，首先，数学本身不能回答其自身的数学形式逻辑体系的客观真实性问题，数学形式体系的客观真实性要靠物理学去认证；其次，数学的发展有两个动力，即数学内部逻辑发展的动力和外部的物理学等学科的需要与直观的动力。正是这种外部物理学的需要与直观的动力，使Witten和Donaldson发展了现代数学，并因此获得了菲尔兹奖；而量子论则导致非对易几何学的出现，超弦理论则导致新的数学观点的产生。然而，数学是伟大的，她像语言一样，是人类进行交流和表达思维的工具，对于现代科学技术，她更是不可或缺的工具。对于化学，量子力学和统计热力学是表述化学定律的基础，现代化学则在理论上离不开量子力学，在实验上离不开现代物理学测量技术。对于生物学，量子力学和量子统计是在分子层次上认识生命现象的基础，生物物理学使生物学更定量、更精确。
综上所述，物理学在自然科学群体中的领导地位是长期的、不可否认的。
3.2 物理学的发展趋势
虽然在20世纪近代物理学革命以后的约为3 /4世纪的时间内，物理学并没有发生新的基础性、革命性的重大变革，物理学的进展主要还表现为对于相对论量子论的完善及推广应用上，但这并不意味着物理学的发展已经走到了尽头。百年来物理学的巨大发展使我们进一步认识到物理学不仅是高新技术发展的源泉，而且也是一切自然科学得以发展的基础，没有物理学基础研究的发展，就不会有现代一切科学文化的出现。J.霍根在《科学的终结》一书中得出的“物理学以及自然科学终结”的结论。这是悲观的看法，认为人类对物理学基本规律的认识已经完成，基础物理学的发展终结了。然而，现代物理学仍然是不完备的，物理学的内在矛盾（相对论与量子论的矛盾）表明21世纪的物理学需要而且必然面临再一次深刻的变革。
4 当代物理学前沿简介
当代物理学的前沿问题集中在以下几个方面，凝聚态物理学与介观物理学，原子、分子物理学与光学，原子核物理学，基本粒子物理学与量子场论，广义相对论、天体物理学与宇宙学，量子信息、量子通讯与量子计算，生物物理学。其中后两个方面分别是物理学与信息论和计算机科学，物理学与生物学的交叉。每一个方面中又分别包含着不同的方向。比如原子核物理学方面有低能原子核物理学，放射性核与超重核，天体核物理学等。
预期21世纪的高科技与物理学有如下的对应与关联：
表 1
预期的高科技 与之关联的物理学及其交叉学科
信息技术 介观物理、量子信息
聚变能源 等离子体、强激光物理
功能材料制造 原子分子物理、凝聚态物理
MEMS（微米机电系统）NEMS（纳米机电系统） 纳米科技、介观物理
基因工程 量子化学、量子生物学
宇宙与太空开发 相对论、天体物理
由表可以看出，上述物理学前沿问题均针对着对未来的某一项或几项高科技。
5 结束语
综合以上论述，物理学自其诞生便作为一门能够不断改写和更新人类文明的学问而存在并不断丰富发展着；它对人类社会进步的贡献是每一位科学家有目共睹的。物理学不仅满足了人们探索未知世界的好奇心与求知欲，同时在其理论发展过程中对工业科技进步及其它自然科学发展潜移默化地起着举足轻重的作用。

物理学是科学进步的里程碑。对物理的了解是人类脱离蛮族的标志。不知道物理的人会认为闪电仍然是雷公打出来的。

物理能促进社会进步

物理学的进步对社会的贡献~

物理学的发展和人类科技的进步 世界从蒙昧到明丽，科学关照的光辉几乎从没有终止过任何瞬间，一切模糊而不可能的场景和一切超乎寻常的想象，都极可能在科学的轻轻点缀之下变得顺从、有序、飘逸而稳定。风送来精确和愉悦的气息，一个与智慧和灵感际遇的成果很可能转眼之间就以质感的方式来到人间。它在现实中矗立，标明今天对于昨天的胜利；或者标志人们昨天的生活方式已经一去不复返；或者标志一个科学伟人已徐徐来到人间……在人类的黎明，或我们的知识所能知道的过去的那些日子，我们确实可以看到科学在广博而漫长的区域里经历了艰难与失败，但它更以改变一切举足轻重的力量推动着历史滚滚前行，卓然无匹地建立了一座座一望无际的光辉丰碑。信心、激情、热望与无限的快乐就是这些丰碑中任何一座丰碑所暗示给我们的生活指向，使我们笃信勤奋、刻苦钻研、热爱生活、深思高举……　与此同时，我们也更加看到了科学本身深深的魅力，人文的或自然的，科学家的或某个具体事物的，都如一面垂天可鉴的镜子矗立在我们面前，我们因为要前进和向上就无可回避地站在它的面前梳理自己的理性和情感，并在它映照灿烂光辉中汲取智慧和力量，从而使我们的创造性更加有所依托，更加因为积累的丰厚显得更加强劲可靠。
在人类发展的每一个阶段，物理学始终站在解放生产力的前沿，而在物理学发展中的每一次小小的进步，都伴随着极大的艰难与曲折，都是在传统与现实之间的长期碰撞中才得以获得发展和进步，其间既闪耀着拓荒者们智慧的灵光，同时也有让无数科学先辈们在追求科学真理的道路上进行不曲不挠的斗争中挥洒的血光与泪光。作为新时期的青少年，非常有必要踏寻这条荆棘之路，我们并不期望大家每一次在这条路上都能采撷到烂漫的鲜花，哪怕每一次只要能在这条路上闻到沁人心脾的花香，也算是对无数科学先辈们英魂的告慰。这就是我们开展本次科普知识系列讲座的初衷。 （一）物理学的启蒙与发展阶段 物理学的发展经历了十分漫长的启蒙阶段。在中世纪以前，物理学一直没有被确认为一门独立的科学，它在相当长的时间内被划分到哲学这一范畴。在这一漫长的时期内，人们都是根据当时生产力的需求或者统治者的意志去开发和利用物理学知识（从无意识到潜意识），是以我根据人类发展进程中生产力的发展水平以及应用物理学知识的程度，把这个时期物理学的启蒙阶段作以下划分：
1、火器时代：
人类的祖先首先进行了手和脚的分工，用自由之手制造工具，提高了劳动效率。这一时期人类最早制造的工具就是石器，石器的制造宣告了劳动的开始，同时也宣告了简单物理学的启蒙。
随着石器的发展，出现了较为复杂的工具―――弓箭，从而产生了“狩猎”这个最早的生产部门。人类祖先凭自己的智慧和经验制造了石斧、石刀和弓箭，我们在这里可以用物理学的原理说明其优越性：压强和压力成正比，和受力面积成反比。石斧的石刀的锋刃做得很薄就是为了通过减小受力面积来增大压强，使它们在不大的压力作用下就能够进入到物体里去；弓箭的使用不仅用到了物理学中的压强知识，还用到了牛顿第三定律――当箭给弓弦一个作用力时，弓弦同时也给箭一个反作用力，这样才能把箭射出。当时这种微妙的思想也被祖先们挖掘出来，足见祖先思想的进步。　
我们知道，“钻木取火”在人类发展史上有着巨大的意义。可以毫不夸张地讲这是人类科技史上的第一次伟大的革命。随着人工取火的实现，标志着人类已经“在实践上发明机械运动可以转化为热”，“第一次使人类支配了一种自然力，从而最终把人同动物分开”。
有了随时可以制造火的技术，才能使火进入到人类生产和生活的各个领域。在生产上，人们首先发明了用火烧制陶器―――制陶技术的出现，标志着人类对材料的加工第一次改变了材料的性质，从而创造了一种人工材料，并在加工过程中第一次使用了自然能源。后来人类又学会了炼铜和炼铁的技术。世界上最早的生铁冶炼技术，出现在我国春秋时代，到战国时代，铁器已被广泛应用。至东汉时期，已有高五、六米、容积三四十立方米的大型冶铁高炉。在铁的基础上，中国还最早发明了炼钢技术，与炼钢工艺同时还发展了淬火技术。这样，大约到汉末，中国古代的冶铁、铸锻、炼钢和淬火技术已经形成了一个比较完整的体系，各种工艺方法已大致齐备，在当时世界上处于绝对领先地位。从而奠定了整个封建时代最基本的材料的加工技术基础。
在取火和用火的技术条件下，人类实现了从石器向铜器和铁器时代的转换在人类历史上引起了生产工具的革命，大大地推动了农业和手工业的发展，从而使生产力有了前所未有的进步。而且铁器文明不只是技术的发展，还推动了科学的诞生。2、领先世界的中世纪中国物理学
在中国几千年的封建社会里，在战乱不断的历史缝隙里，中国的科学技术并没有放慢前进的步伐，中国古代的科学技术系统逐渐得以提高和充实。并涌现出如王充、张衡、刘徵、祖充之、贾思勰、毕升、沈括等著名的科学家。其中张衡曾制造了世界上最早的利用水力转动的浑象，即浑天仪，以及一种能测定地震震中方向的仪器，定名为“候风地动仪”，这是世界上第一台地震仪，其灵敏度很高，比欧洲地动仪早1700多年；在度量衡这个领域里，不论是我国在远古时期发明的在天文上通过立圭表测影进行观象授时，还是后来人们在实践中发明的利用静水压强来量度时间的仪器―――漏刻，在没有钟表的古代是一项非常了不起的发明，在远距离计量长度时，那时候还发明了计量里程的鼓车，当车前进时，利用车轮的转动，可直接或间接地把车行驶的距离表示出来，这在当时世界上都堪称是首屈一指的；到宋元时期，由于生产的发展，经济的繁荣，实行扶植科技的政策及民族之间、中外之间的科学技术交流，宋元时期的科学和技术在隋唐的基础上，达到了整个古代科学技术发展的高峰。这一时期，冶金技术、名窑瓷器、建筑技术、纺织技术、水利建设、造船和航海技术都有巨大的发展，特别值得一提的是作为中国古代四大发明之一的指南针在不断的改进中已被广泛应用到航海，作为四大发明之一的火药在火器和兵器的改进技术上大显神威，史书上记载的“飞空击贼震天雷炮”和“神火飞鸦”，至今仍作为现代火箭与火箭炮的雏形，作为四大发明之一的胶泥活版印刷术对世界文明的发展与进步起到巨大的推动作用……
总之，中世纪中国科学技术发展的成绩是喜人的，但随着时间的发展，中国科技在以后的岁月里进入缓慢发展时期，而欧洲科技在度过科学的“黑暗时期”之后，正一日千里地兴起，并很快地赶超了中国。 3、后来崛起的辉煌灿烂的西方物理学
在这里值得一提的是西方在这个时期的文明。在封建社会以前，古希腊的科学和文化在欧洲处于领先地位：当时最著名的学者就是后来被西方史学家称为“科学之父”的泰勒斯，他提出了影子与实物长度成正比关系的原理，并利用这一原理准确地测量计算了埃及金字塔的高度；同一时期还出现了另一位为后世称颂不已的古希腊的学者―――毕达哥拉斯，他提出了数学是宇宙万物之本的学说，并以提出毕达哥拉斯定理（即勾股弦定理）而闻名，他还发现了无理数，引起了第一次“数学危机”；还有当时很有影响的科学权威―――留基伯，他和他的继承人德谟克利特提出了原子论，要知道原子论是现代科学的基石；在古希腊学者中，对后世影响最大的人物是集雅典学派之大成的亚里斯多德，他对天文学、物理学、生物学、医学等方面都有深入研究，在当时的自然科学的发展中作出很大的贡献；古希腊学者中还有一位声名显赫的科学家―――阿基米德，他发现了浮力定律、杠杆原理等，并利用杠杆原理，巧妙地发明了滑轮、螺旋器，以阿基米德命名的阿基米德螺线，在现代机械中应用极为广泛，他是一位非常重视实验的发明家，曾创造了许多仪器和机械，特别在军事上发明甚多，此外他在天文学、几何学、数学、圆周率等方面均有特别的贡献。所以科学史上称阿基米德是“站在整个希腊、罗马古代科学家的最高峰而为亚历山达里亚时期增添了光彩”，“是理论天才与实践天才集于一身的理论化身，与近代的伟大人物相匹比，在很多领域都有巨大的独创和真正的发现”……
在中世纪，欧洲在天文物理学方面发展迅猛，成效卓然。其中的代表人物是哥白尼、布鲁诺、第谷和刻卜勒。哥白尼的伟大之处是实现了太阳中心说和前人已有的数学方法的结合，使太阳中心说牢固树立在实际观测与科学运算之上，使科学进入了新纪元。他在1543年出版的《天体运行论》中指出：⑴、地球不是宇宙的中心，而仅仅是引力月球轨道的中心；⑵、所有天体都绕太阳运转，所以太阳在宇宙处于中心位置；⑶、地球到太阳的距离远远小于地球到恒星的距离，所以恒星看起来是不动的；⑷、地球像其他行星一样绕太阳运转，太阳的视运动起因于地球的运动；⑸、行星的表现逆动不是它本身运动引起的，而来自于地球的运动。哥白尼还大体上描绘了太阳系结构的真实图景―――人们看到的日月星辰东升西落，乃是地球自身转动的结果；火星、木星等行星在天空中有时顺行，有时逆行，并非天皇教会所说的“动作奇特，行踪诡秘”，而是由于它的绕日运行的轨道和速度不同所造成的综合表现。哥白尼作为一名天主教徒，十分了解他的学说的“危险性”，所以他迟迟没有发表。经过他的朋友再三敦促，在他去逝的那一年（1543年）才把《天体运行论》手稿复印发表。
意大利天文学家布鲁诺是哥白尼学说的积极宣传者和捍卫者，1584年他发表了《论无限性、宇宙与世界》一书，发展了哥白尼的学说，成著名的天文学家。不幸的是，由于他极力反对地心说，拥护哥白尼的日心说，主张宇宙是无限的，被教会打成异教徒，并于1600年3月17日在罗马的鲜花广场上被活活烧死。
1600年后，刻卜勒当了第谷的助手，开始与第谷合作，这是科学史上科学合作的美妙范例。1601年第谷去世时把他一生中收集的极其珍贵的全部天文资料都留给了刻卜勒，刻卜勒经过认真总结和研究，于1609年出版了他的著作，公布了关于行星运动的两个定律―――“轨道定律”和“面积定律”，又经过9年的研究和无数次运算后，他发现了第三定律―――“周期定律”（关于三大定律，这里不作一一赘述）。刻卜勒行星三大定律的伟大贡献，在于把哥白尼的理论向前推进了一步，为专业天文学家和数学家提供了支持日心说的强有力的论据，被后人称誉他为“天文立法者”。
这里要说的另一位科学家伽利略大家可能比较熟悉（摆的等时性原理和著名的比萨斜塔落体实验），他在近代科学史上，是一位划时代的代表人物，他在天文学、力学、物理学、数学等许多方面都有重大贡献，被公认为近代实验科学的创始人，为后来经典物理学的建立作出不可磨灭的贡献，是当之无愧的“近代物理学之父”。（二）物理学发展的第一个黄金阶段―――经典力学体系的建立
伽利略的出现，开辟了实验物理学的先河，为后来经典物理学的建立提供了大量的论据，但是他的许多发现都是对亚里斯多德学说的否定，因此也受到罗马教廷的警告。他于1632年发表了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，更加激怒了教会甚至教皇本人。1633年伽利略被宗教裁判所传唤，并被判处终身监禁。在监禁中他克服重重困难，写出了科学巨著《关于两种新科学的对话》。伽利略设法将此著作秘密送到荷兰，于1638年出版，为近代科学的发展作出了巨大的贡献。他在新对话中关于力学知识一系列基本概念和基本定律的总结，成为后来牛顿提出力学三大宣言的基础，不仅如此，他还创立了实验和数学相结合的现代科学研究方法。所以说他是近代物理学的奠基人，是科学的斗士，是打开近代科学大门的人，是不足为过的。
1642年，伽利略逝世了，但另一位未来的科学诞生了，他就是未来的英国物理学家、数学家、天文学家、经典物理学的创始人牛顿。
1661年，18岁的牛顿进入剑桥大学，有机会学到欧几里德的《几何原本》。后来他按照欧几里德的《几何原本》，撰写出他的辉煌之作《自然哲学的数学原理》。1664年，牛顿成为他老师巴罗的助手，1665年伦敦流行瘟疫，牛顿不得不回到家乡。表面上看来，牛顿隐居于穷乡僻壤的田舍山村之中，但是在他的头脑中却掀起科学革命的巨浪。在家乡的一年半时间里，是牛顿一生中创造性得到充分发挥的时期，也是近代科学史上数学、光学、力学的“黄金时代”。他发明了微积分，提出了著名的“万有引力”，他还通过三棱镜把光分解成7种颜色的单色光，从而奠定了现代光学的理论基础。
1666年，牛顿制成了能够放大40多倍的反射望远镜。1671年，他向皇家学会正式提交关于反射望远镜问题的论文；第二年，他又向皇家学会提交《光与色的新理论》。这些光学论文是牛顿显示自己科学才能并把它们公诸于世的第一批科学成果。牛顿在物理学方面，除了取得力学、热学、光学等多方面的成就外，更主要的是他还是经典物理学的开创者。他在伽利略等人工作的基础上，进行了深入的研究，总结出了三大定律，创立了经典力学体系：
牛顿第一定律：
任何物体在受到外力作用而被迫改变自己的状态之前，将保持静止或匀速直线运动状态。
（这就我们今天学习的惯性定律的最初表达）
牛顿第二定律：
动量的改变与所加的力成正比，其方向沿着该作用力的作用方向
（该定律我们将在高中一年级学到牛顿第二定律“力是使物体产生加速度的原因”的最初表达）
牛顿第三定律：
作用力与反作用力大小相等、方向相反。换句话说，两个物体间的相互作用力大小相等、方向相反。
（该定律我们目前初中阶段已经学过，只是没有以定律形式呈现）
牛顿关于物体运动的这三条定律是我们认识一切力学现象的依据，也是整个经典力学的基础。
关于牛顿发现万有引力定律，广泛流传着“苹果落地”的故事，其实这不过是故事而已。即使此事确实发生过，也不应过分夸大这件事本身的意义，只是我们要从这个故事中有所启发，要留心观察自己身边发生的每一个现象。如果说牛顿由于看到苹果落地就发现了万有引力定律，那就历史过于简单化（不过西方一直流传着这个说法，并且有“上帝说：让牛顿去做吧”的普遍说法，足见牛顿当时在科学界的威望）。站在历史的高度客观评价，在对万有引力定律的发现中做出贡献的科学巨人之中，要首推刻卜勒和伽利略。牛顿不过是集大成者，并解决了别人未能解决的问题，走完了最后、最高的一步罢了。德国著名的哲学家黑格尔说过：“被德国人饿死的刻卜勒是现代天体力学的真正奠基者；而牛顿的万有引力定律已经包含在刻卜勒的所有三个定律之中，在第三定律中甚至明显表示出来了。”难怪他在谈到他在自然科学领域的成就时说过这样的谦逊的言辞“就象一个在沙滩上玩耍的小孩拾到几个贝壳而高兴不已”、“我的一切成就都是因为站在巨人肩膀上的缘故”。总之，万有引力定律的诞生，对当时的天体力学乃至于当代天体力学的研究，都提供了最重要的理论保障。
在经典力学创立和不断完善的过程中，人们开始意识到科学方法的重要性，特别是实验方法的重要性。历史上第一个探索新方法的是英国著名的哲学家培根，他在《新工具》一书中主张把经验和理性的职能统一起来，要获得科学知识，首先要进行实验，最后在实践中得出结论，另一位提出实验的科学家是伽利略，他认为真正的科学就是宇宙、自然界，人们必须通过实验去阅读这部“自然之书”。可以说，正是培根和伽利略站在实践和理论上的工作给科学指明了方向，使自然科学脱离了哲学而成为一门独立的学科。要知道雄辩术―――优雅的语言和争论的技巧，在自然科学领域中，是没有用处的，自然科学必须要通过实验事实来说话。事实也无不说明了这一点：后来的托里拆利、帕斯卡、波义尔、牛顿、托马斯.扬、梅曼等科学家的研究成果，都是建立在实验基础之上的。
到了18世纪，牛顿力学向着深度和广度两方面进军。一方面，通过人的努力，近代数学方法广泛用于力学，形成了“分析力学”，它甚至被看做是新的数学分支；另一方面，牛顿力学又与具体物性相结合，形成了“固体力学”、“弹性力学”、“流体力学”等许多力学分支，使力学达到了相当完美的地步。
可以说在伽利略和牛顿时代，力学已形成了严密、完整、系统的科学体系，成为物理学发展史上第一个“黄金时代”。正是由于力学的带动，物理学科已初具规模，并且在另一批科学家的努力下向着更深更广的领域进军。

读《物理学史》有感


摘要：在实施新课程和新教材过程中，又读《物理学史》，使我们深深觉得课改必须遵循敢于质疑、勇于探究、善于思维、勤于实验的四条原则，我们不能偏离这个方向。我们必须坚持这四条原则不动摇，如同我国正在进行的改革开放必须坚持四项基本原则一百年不动摇一样，新课程改革不论以何种方式进行，不管如何做新的尝试，我们都应该投以赞许的目光，但是有一点不能变，那就是敢于质疑、勇于探究、善于思维、勤于实验的四条原则不能变，偏离了这四条原则，也就违背了物理学历史的发展规律，必然会偏离正确的方向。这点一定要切记、切记。

关键词：新课程 新教材 物理学史 四条原则

随着教学改革的不断深化，全面实施以培养学生的创新精神和实践能力为重点的素质教育已成为教育界的共识。对物理学科而言，在实施新课程和新教材过程中，不断地有许多新的观点，好的做法出现，并且也涌现出成功的典型。但是，也有许多尝试偏离了物理学科发展的原则，值得我们共同来关注和探讨。纵观物理学史，结合新课程改革的理念，在实施新课程和新教材的过程中，教师除了要具有扎实的专业知识和渊博的综合性知识之外，还必须遵循以下四条原则：

一、敢于质疑

20世纪物理学革命告诉我们，科学的每一次崭新境界的开辟，都必须要有敢地向旧理论说“不”的勇气。爱因斯坦，玻尔用他们年轻的心，沸腾的血和活跃的头脑，带领海森伯等一批又一批的年轻人，勇敢地向旧理论思想挑战。在此期间，每一个“不”字的出现都响彻云霄，宛如春雷一般。普朗克提出能量是“不”连续的；爱因斯坦更深入地提出了辐射也是不连续的；海森伯更是提出了量子力学中最关键的一个关系式即“测不准关系式”；此外华裔物理学家李政道，杨振宁又向守恒说出了“不”，提出了“宇称不守恒”。每一个“不”字都给物理学以飞跃，可见，挑战孕育了创新，勇气孕育了力量，信心带来了成功。

在实施物理新课程与新教材过程中，教师要努力培养学生敢于质疑，勇于创新的科学精神。在物理课堂上，教师要鼓励学生敢于向权威挑战，要努力营造一个民主，平等的课堂气氛，让学生们用一个开放的，喜欢探究和充满活力的头脑去不断提出新观点，否定旧理论。充分发挥学生探究学习，自主学习，合作学习的能力。教师应该树立理性的权威观。

随着信息时代的到来，为学生提供了广泛摄取知识与锻炼思维的机会。因而他们也完全可能在某方面甚至是本学科领域领先于教师。在物理教学中，学生会常跟老师谈及他们从网络信息中获取的一些知识与信息，其中可以有很多对教师来说是全新的感受。“闻道有先后，术业有专攻”，“青出于蓝而胜于蓝”。因此我们在教学中应永远保持谦虚进取的态度。在教育学生的同时，也应自觉地接受学生的“教育”，并把自己置身于终身学习的状态。因此，教师在教学中应充分表现出严谨务实，批判进取的科学精神，努力展示自己的教学智慧及内在的精神气质，教师的热情和同情心，教师善于鼓励和想像的倾向性，为学生的发展具有极大的影响力。教师在教学中应该有强烈的好奇心和求知欲，有远大的理想和锲而不舍的钻研精神，要有热情洋溢、情绪饱满、富于激情的想象力，并以此来树立自己在学生心目中的崇高地位。

二、勇于争辩

通过研究物理学史，我们不难得到这样一个启示：科学的每一次重大发现和突破的背后都隐藏着激烈的争论。其中最令世人注目的是爱因斯坦和玻尔旷日持久的世界性论战。爱因斯坦拒绝把量子力学接受为终极理论，并对以玻尔为代表的哥本哈根学派的正统解释发动了猛烈的攻击，这场争论使世人明白，量子力学的理论是非局域性的理论。它涉及到类空关系，即比光速还快的信号传播，而狭义相对论则是局域性理论。这场世界性的科学争论，无疑对科学和哲学的发展产生了深远的影响。此外，玻尔和海森伯的散步，普朗克和爱因斯坦的争论都对20世纪的物理学产生了极为深远的影响。讨论并没有完，现在在牛津和剑桥，科学怪杰霍金和彭罗斯的讨论还在继续着，物理学还将有着重大发展，因为“科学扎根于讨论”。

教师在实施新课程和新教材过程中，必须转变传统教育中的师生观，构建相互尊重，互相信任的，平等的，合作的新型师生观，教师应该成为学生学习的帮助者，指导者，合作者，促进者，引导者。教师在课堂教学组织中要达到“四个允许”：错了允许重来；不完整的允许补充；不同的意见允许争辩；老师错了允许提意见。教师要切实把教学活动看成一个不断面临新问题的过程，是一个知识不断扩展的过程，是一个与学生不断共同学习的过程。从而真正做到教师与学生之间相互学习，相互切磋，相互启发，相互推动，也就是要做到教学相长。同时，教师要积极创设条件，准备一些辩题，让学生在课堂上进行辩论。让学生自己摆观点，举例子，讲道理，用事实说话，从而促进学生的探究性学习，实现新课程的目标，用好新教材，培养学生勇于讨论的习惯。

三、善于思维

我们读过《物理学史》之后会发现：科学神奇之树的每一次萌芽、成长、开花、结果都有着孕育它们的科学土壤。值得一提的是哥本哈根大学物理理论研究所。在这里既有22岁当讲师、27岁当教授、31岁获得诺贝尔奖的海森伯，有作为“上帝的鞭子”不断地指出他人论文缺陷的泡利，有开玩笑不讲分寸的朗道，还有“几乎把画漫画和打油诗作为主要职业而把物理当成副业”的伽莫夫，哥本哈根大学的氛围使人感到繁忙、激动、活泼、热血沸腾、无拘无束、和蔼可亲，充满着挑战。他们的年轻和倔强，使他们不断地有新的想法，新的观点，新的思潮，新的认识如同一股股清泉涌出。在那漫长、艰辛、曲折的探求科学真理的道路上，有无数年轻人的贡献和创举。究其实质，人类科学的进步就是一个不断否定旧理论和提出新观点的过程，而他们的年轻就注定他会有一个开放，喜欢探究和充满活力的大脑，为他们取得成功提供了条件。培养学生科学的思维显得尤为重要。

作为一名物理教师，在实施新课程和新教材的过程中，尤其要注意培养学生科学的思维，思维是创新的灵魂。在教学中教师可以从以下方面来培养学生科学的思维。

①寻找思维的起点。就是能引起思考，推动思考不断深入并成为解决问题突破口的信息群。学生解决问题的能力差异大多表现在寻找思维起始点的速度快慢上，教师若能帮助学生学会寻找思维起始点，学生的学习便易获得成功。

②设立思维中间站。初中生思维能力弱，跨度小，学习过程中不会适时设立思维中间站，而对大量的信息，不会筛选、整理、剖析，抓不住有用的信息，把握不住问题的实质，这样就出现了一知半解，随意凑合，应付了事的情况。针对初中生的上述思维特点，在教学中要采取小步子，搭台阶的办法，在思维之间增设思维中间站，及时帮助学生排忧解难，抓住关键，把握重点。开始时思维站间距可短些，慢慢地扩大，渐渐加大思维跨度。当问题抽象，学生具体经验少时；当问题涉及面广，学生知识能力存在缺陷时；当问题内部结构复杂，学生综合能力差时，需增设思维中间站。

③已设立的各思维中间站之间需要架设思维连接线加以联系，使各思维中间站能顺序地有效地协调运行。这种联系方法既有点与点之间的串联，线与线之间的交织，又有面与面之间的网络化。围绕重点知识寻同类，举实例，找反例，思错例，将每一个思维中间站都纳入有效的思维控制范围内，形成有序的思维网络，使各知识点成为互相联系的整体，从而达到提高思维效率之目的。

④变换思维审视角。用原有的思维方法不能求得问题的解决时，应及时变换思维审视角。变常规思维为突跃思维，直线思维为平面或立体思维，收敛思维为发散思维，一般思维为极端思维，正向思维为逆向思维。往往能提高思维效率。

⑤设计开放性问题。新颖的问题能引导学生从不同的方向思考问题，寻求众多的适当答案，使学生找出以前没想到也不敢想的各种奇妙的好方法，而且是引导学生开展实践探究的好方法，这样能起到事半功倍的效果。

四、勤于实验

值得注意的是，百年诺贝尔物理学奖的重大获奖项目中绝大多数都与物理实验有关，纯理论研究很少，就是获奖的重大理论研究也是大量实验事实的总结，再用数学公式简洁表达的结果。即使是理论项目，也要在实验证实后才获奖。如：1927年电子衍射实验证实了粒子的波粒二象性，提出了波粒二象性理论的德布罗意才于1929年获奖；1957年，吴健雄实验证实了弱电相互作用，提出宇称不守恒的杨振宁、李政道获诺贝尔物理学奖；1973—1978年实验上发现中性流存在，提出弱电统一理论，预言中性流存在的、格拉肖、温伯格、萨拉姆于1979年获奖等。事实证明，物理学的理论大厦是由实验支撑的，没有实验，物理学大厦的基础就不牢固。

不仅仅如此，实验是检验物理理论正确与否的惟一标准。是各种争论的最公正的裁判，是修正错误的依据，更是发现新理论的起点。事实上，无论理论有多美好，无论它的形式有多完美，只要与实验不符就不可能成为物理学的组成部分。这表明，最后还得实验说了算，形式逻辑和完美的数学代替不了物理。因此，我们特别强调物理学研究要把理论基础和实验紧密地结合在一起，重视实验研究，重视物理实验室的建设，加大投入，更新实验设备，巧妙地设计实验方法，精心地分析实验现象，在实验中寻求新的突破和新的发展。对物理教师而言，我们应尤其注意实验教学，培养学生动手能力，动脑能力，设计能力，操作能力和实践能力。教师要在实验中让学生充分的交流合作，并且提出一些激发思考的问题，留给学生足够的探索空间，引导学生看到与其论点相矛盾的观点的事实，或者组织持不同见解的学生进行讨论，自行设计实验，验证自己的观点。要让每个做实验的同学都有自己的经验世界，他们各自对某种问题有不同的假设和推论，通过小组交流，辩论，分工与合作等形式，促进学习者之间的沟通，而面对各种不同的观点，实验者要学会整理、表达自己的见解，学会聆听，理解他人的想法，学会接纳，赞赏，争辩，互助，他们不断对自己和别人的看法进行反思和评判。平常定期开展科技小制作，小实验，小创新，小发明以及实验操作活动，引导学生进行一系列实践操作，如安装照明电路，鉴别黄金首饰等。在物理教学中加强“STS”的研究，培养学生从生活中学物理，又把物理应用于生活的能力。真正做到“in life，by life，on life”。

在实施新课程和新教材过程中，我们可能会遇到这样或那样的问题，我们可能会进行这样或那样的改革，但是我们始终要坚持敢于质疑、勇于争辩、善于思维、勤于实验这四条原则不动摇，不能偏离这个方向。我们只要坚定不移地遵循这四条原则，饱含深厚的爱国热情和强烈的民族自信心，在物理教学中时时刻刻想到，并努力做到、做好、做扎实，我们就一定能在教学中取得成功，就一定能培养出千千万万个牛顿和爱因斯坦，中国人获得诺贝尔物理学奖的梦想指日可待。

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答：物理学发展对人类社会的贡献1 引言物理学是一门探究一切物质的组成及其运动规律,揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。物理学的进展密切联系着工业,农业等的发展,也同人类文明的进步息息相关。从电话的发明到当代互联网络实现的实时通信;从蒸汽机车的制造成功到磁悬浮列车的投入运行;从晶体管的发...

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