作者：贾利群等    文章来源：《安阳师范学院学报》2004年    点击数： 1537    更新时间：2006-3-11

今天，我们享用着科学研究所带来的前所未有的技术成果，然而，这一切都离不开物理学的研究和发展。近400年，尤其是近100多年，人类社会的进步超过了过去的几千年。而这段时期，也正是物理学飞速发展的时期。今天的物理学正以它特有的魅力，影响和推动着其它学科乃至社会的飞速发展，并日益展现出其强大的基础科学功能。

1、物理学与其它学科的关系

由于物理学科的基础性，它研究的是物质的基本结构及其运动的一般规律，所以物理学的研究范围极其广泛，从基本粒子到整个宇宙，都是物理学研究的范畴，几乎包括所有学科的研究领域。物理学研究所建立的新概念、新的研究方法，以及由于物理学研究发展起来的特殊环境条件、测量和研究手段，不仅极大地促进了人类对自然界的认识，而且对其它学科和工程技术的发展也指明了方向。可以说，物理学的发展为其它学科的发展奠定了理论和物质基础，物理学的每一个大的革新都为其他学科的发展构建了一个新的技术平台。物理学理论的重大突破带来了三次产业革命，并导致了其它学科诸如信息科学、材料科学、农业科学、军事科学以及生命科学等学科的大发展。

当代，物理学科研究的突破导致技术变革所经历的时间正在缩短，从而在近代物理学与许多高技术学科之间形成一片相互交叠的基础性研究与应用性研究相结合的宽广领域。物理学科与技术学科各自根据自身的特点，从不同的角度对这一领域的研究，既促进了物理学的发展和应用，又加速了高新技术的开发和提高。

2、物理学对自然科学发展的促进作用

2 .1 物理学对信息科学发展的促进作用

信息是一种极为重要的社会资源，它与能源、材料并称为现代社会的三大支柱。

信息科学的内容包括传感技术、通讯技术、计算机技术和自动化技术。物理学中的原子分子物理、光物理、声学物理以及激光技术、近代光学技术、光电子技术、材料科学技术等对现代信息技术影响最大，构成了信息通讯技术的基础。激光的出现使通讯技术的面貌焕然一新，激光出现后蓬勃发展起来的非线性光学在激光技术信息处理和存储、计算技术等方面有重要的应用前景。原子分子物理、光物理和凝聚态物理相结合产生了新的激光器、新的激光波段、新的相干光源和各种各样非线性光学器件，促进了通讯信息科学的飞速发展。而近年来发展起来的“量子信息科学”是物理学与信息科学交叉融合产生的新兴学科，涉及物理、计算机、通信、数学等多个学科。由此可见物理学对信息科学的发展具有重要意义。

2 .2 物理学对材料科学发展的促进作用

材料是发展工业、农业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要物质基础。一个国家材料的品种、质量和产量是直接衡量其科学技术和经济发展水平的重要标志。物理学基础研究的新理论、新发现、新效应和新实验技术是材料科学发展的主要动力之一。其中凝聚态物理是物理学中内容最丰富、应用最广泛、最活跃的领域，也是材料技术的基础。随着高温超导、半导体超晶格物理、新型晶体和晶体学、新型磁性材料物理、超微粒子材料(纳米材料)物理等物理学分支的进一步研究，必将极大地推进材料科学的向前发展。

2 .3 物理学对能源科学发展的促进作用

随着全球能源的需求量愈来愈大，仅靠大力开发石油、天然气、煤等传统能源已不能满足社会可持续发展的需要。对新能源的开发利用、节约能源成为引人瞩目的新技术，而能源科学的发展完善离不开物理学作为基础和后盾。例如，原子能的开发和利用离不开物理学中的核物理和高能物理学，太阳能的开发利用离不开凝聚态物理和光物理学，而近年来物理学家对反物质的研究，则可能会给人类带来新的能源。反物质这东西很神秘，只要一露面，立即就会与正物质结合，同时放出大量的能量。关于通古斯大爆炸有各种假说，其中之一认为，1908年中西伯利亚的通古斯大爆炸，就是由于天外飞来一块由反物质组成的陨石与正物质在通古斯上空结合放出大量能量而造成的。据估计，一克反物质与正物质结合时，放出的能量相当于世界上几个最大水电站发电量的总和。

2 .4 物理学对空间科学发展的促进作用

空间科学包括应用卫星技术、载人航天技术、从空间研究地球及宇宙整体行为的技术和微重力科学技术，而这些都离不开作为其基础的物理学。物理学研究的水平高低直接决定了空间科学技术的发展。众所周知，物理学是卫星和火箭发射、运行、控制的直接理论基础，天体物理、大气物理和地球物理是空间技术的重要理论背景和设计基础。不久前，经过半年多星际旅行，美国”勇气”号火星车于美国太平洋时间2004年1月3日20时35分(北京时间2004年l月4日12时35分)左右，在火星表面成功着陆。而物理学家对新能源—反物质的研究，则会促使空间科学飞速发展。物理学家预测，假如利用反物质推动太空船，只需六个星期便可到达火星。

2 .5 物理学对生命科学发展的促进作用

生命科学的研究离不开物理学作为基础和手段。研究生命现象会遇到一个根本性的问题:什么是生命?对此，1944年，量子力学创始人之一薛定愕在《什么是生命》一书中预言了遗传密码的存在和生命赖“负熵”而生存。此外他还指出:量子力学应当成为生命科学的基础。这在生命现象研究中是前所未有的突破。运用力学对生命现象的研究，可追溯到伽里略、牛顿和哈维。

物理学还为生命科学提供了现代化的实验手段和技术。早在1791年解剖学家、物理学家伽伐尼(L.Galvani)用电刺激蛙神经，发现了生物的导电现象。1927年，马勒(H .J.Mullor)用x射线使发果蝇的基因发生突变，开辟了遗传学研究和实际应用的新领域;最近，瑞士科学家又用x射线晶体成像法首次发现了DNA关键部位的原子结构，为人类从原子层次揭开生命之谜开辟了道路。

物理学中的理想模型、研究方法和计算方法，在生物系统中得到广泛的应用。用分子涨落的方式对DNA与RNA的结构和动力学特征所做的量子力学计算结果，其精确度令人十分满意。

2 .6 物理学对军事科学发展的促进作用

从科学技术发展史看，一种崭新武器的出现，都离不开物理学的理论，尤其是核物理学的研究成果，更是极大地影响着军事科学的发展。从现在和未来来看，纳米技术的迅猛发展，特别是微机电系统的初步成功，为军事科技工作者研制纳米武器奠定了物质基础。他们可尽情发挥想象力，研制出千奇百怪的战场“精灵”。诸如“麻雀”卫星少蚊子”导弹少苍蝇”飞机少蚂蚁士兵”等。

2 .7 物理学对农业科学发展的促进作用

2 .7 .1 物理学与植物经络学

在我国率先举起物理农业大旗的侯天侦教授从植物的电、声、热、核等生物物理特征的测定，植物的光合、呼吸代谢以及运动周期等方面的研究中，发现了“植物具有类似于人体和动物的经络控制系统”，发现了植物经络系统的穴位，提出了植物控制系统的理论，创立了植物经络学说。

2.7.2 草木知音一植物声学

近年来，世界各国科学家进行了多种实验，探索声波或音乐对农作物的影响，希望用声音提高产量或改良品质，并且出现了可喜的苗头。

1000多年来草木知音现象的原理一直是一个不解之谜。中国科学家根据植物经络学说很好地解释了草木之音现象，揭开了草木知音现象的科学原理，中国科学家还精确地测定出了植物的自发声和接受声的频率，并运用发明的植物声频押制技术大大地提升了作物产量和品质目前.

这种奇特的技术已在美国和中国北京、新疆、山西等地的133公顷农田应用，30多种农作物产量大幅度提高，抗病虫害能力也有所增强。

当前，农业正处于由化学农业向生态农业过渡时期，而物理农业是实现生态农业的主要途径之一，即将电、磁、声、光、热、核、辐射、微重力等物理学科的基本知识和相关领域的高新技术作为有效的“物理肥源”应用于农业中，在无污染的条件下达到选种、增产、优质、抗病和简化管理等目标。

2.8 从诺贝尔奖看物理学对其它学科发展的促进作用

据不完全统计，20世纪中叶以来，获得诺贝尔生理及医学奖者中，具有物理学背景者约占60%。获得诺贝尔化学奖者中，具有物理学背景者约占50%以上。诺贝尔经济学奖第一位获奖者便是具有物理学博士学位的杨廷伯根。据不完全统计，获得诺贝尔经济学奖者中，具有物理学背景者约占50%左右。由此可见，物理学对其它学科发展具有巨大的促进功能。然而在物理学方面，迄今为止尚未发现非物理学背景的学者获得诺贝尔物理学奖。

为什么具有物理学背景者进入其它学科获得了诺贝尔奖，而非物理学背景者迄今却无人问津诺贝尔物理学奖呢?其主要原因在于物理学研究的是物质的基本结构和物质运动的一般规律，物理学是自然科学的基础学科、核心学科和带头学科，物理学和其它学科相结合，很容易在边缘交叉领域上取得重大突破;另一方面在于物理学研究方法的普适性。例如，具有物理学背景者利用物理学的理想模型方法在经济学领域取得突破，从而获得1997年诺贝尔经济学奖就是重要例证。

可见，物理学昨天和今天都对科学技术乃至社会的发展起着重要的推动作用，明天也将如此。

3、运用自然辩证法的原理探讨物理学对自然科学发展促进作用的原因

物理学是自然科学的基础，它是在人们认识自然和改造自然的过程中发展和壮大起来的。自然科学与生产实践相结合变成直接的社会生产力，社会生产力的发展又推动自然科学向更深层次发展。也就是说，生产决定科学，科学又反作用于生产。生产力的三要素包括劳动者、劳动工具和劳动对象。劳动者的劳动能力主要决定于他的科学知识水平，一个时代的劳动能力则决定于当代科学发展的水平。正是由于物理学的发展使得人们的科学知识和实验技术水平得到了大的发展，推动了自然科学的向前发展。作为生产力中物的因素的劳动工具、劳动对象的改革和创新也与物理学的发展密不可分。资本主义大工业生产以来所经历的三次大的技术工业革命，每一次都是以工具的变革为标志。正是因为出现了电子器件、半导体、激光、原子能等方面的一系列新工具，工业部门才推动了当代军事工业、信息产业、材料工业等新的学科的出现和发展。同时随着自然科学的不断进步使得劳动对象的范围不断加深和扩大，开辟了新的自然科学的研究领域诸如太阳能和潮汐能的利用、核能的开发利用、航空和航天技术、纳米技术、超导技术等等。

从更深层次上分析，物理学的发展和完善不仅推动了整个自然科学的发展和完善，同时也推动了社会的进步。物理学中的科学实验方法是检验自然科学真理性的标准。毛泽东同志曾经指出:“许多自然科学理论之所以被称为真理，不但在于自然科学家们创立这些学说的时候，而且在于为尔后的科学实践所证实的时候。”物理学的发展促进了辩证唯物主义的完善和发展，它的每一次大的飞跃都为自然科学的发展创建了一新的平台。在这个新的平台之上，社会对新的技术的需求增大。正如恩格斯所总结的:“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。

作者：贾利群，王喜中，张耀宇

作者：厚宇德    文章来源：《大学物理》2004年1月    点击数： 1209    更新时间：2006-3-10

什么是“物理学”?这是科技史，尤其是物理学史不可回避的一个十分基础的课题。近年来物理学概念内涵之演变引人关注，对这方面的了解将会给教授者、学习者一定的指导和启示。

1、物理学概念的西方源起

“物理学”(即英语里的“physics”)，最早始见于古希腊亚里士多德的《物理学》一书，该书的中文译者张竹明先生指出:这本“《物理学》是一门以自然界为特定对象的哲学。它不同于我们现在的物理学，但却包括了现在的物理学，也包括化学、生物学、天文学、地学等等在内，总之，涉及整个自然科学，它只研究自然界的总原理，是自然哲学”^[1]。鉴于亚里士多德的《物理学》中有许多物理方面的错误结论，所以1949年因提出了宇宙起源的大爆炸学说而声名大震的美籍前苏联物理学家乔治·伽莫夫曾指出:亚里士多德“在物理学领域中最重要的贡献也许只是创造了这门学科的名字，”这个词由古希腊“自然”一词推演而来^[2]。

2、中文“物理学”一词的来源

1900年，日本人藤田丰八把饭盛挺造编写的《物理学》译成了中文，由当时上海江南制造局刊行。这本书是我国第一本具有现代“physics”内容的称为“物理学”的书。

如此说，并非1900年以前中国就没有“physics”.东方的包括中国的近代科学都是从西方传进来的，实际情况是从西方传到中国远比传到日本还要早.不过1900年以前，我国译述西方物理学著作没有采用“物理学”的译法，而是多译为“格物学”或“格致学”.如1879年美国人林乐知将罗斯古编写的一本物理书翻译成汉语并命名为《格致启蒙》，其中第二卷为格物学；1883年美国传教士丁韪良(丁韪良，英文名Martin，1888年曾来中国传教，接触中国古代文明后曾提出“丁韪良猜测”:中国的“元气说”曾影响过笛卡尔提出“以太”漩涡说)也将一本物理书译为汉语，名字为《格物测算》.另外，国内1886年有译著《格致小引》，1889年又有《格物入门》出版。

大量史料表明:“格物学”或“格致学”就是“physics”的早期汉语意译.这两种译法是“格物致知”一词两种形式的缩写。“格物致知”一词源于儒家“致知在格物，格物而后知至”的思想.

应该强调的是，日本学者指出:“特别值得大书一笔的是，近世中国的汉译著述成为日本翻译西洋科学译字的依据.”^[3]日本早期物理学史研究者桑木或雄说:“在我国最初把‘physics’称为‘穷理学’.明崇祯年间一本名叫《物理小识》的书，阐述的内容包括天文、气象、医药等方面.早在宋代，同样内容包含在《物类志》和《物类感应》等著述中，这些都是中国物理著作的渊源.”^[3]

2002年4月在北京召开了中国近现代科学技术回顾与展望国际学术研讨会，会上仍有学者认为将“physics”译为“物理”不如译为“格物”或“格致”更符合汉语文化.但是“物理学”一词毕竟被中国人所逐渐接受，1902年京师大学堂在格致科下设物理学课目，1912年改格致科为理科，下设物理门.同年金陵大学设物理学课目，1918年商务印书馆出版了由陈幌编写的《物理学》，这是第一本国人命名为《物理学》的“physics”著作。可见我国用“物理学”译“physics”还是较晚的，1900年在德国普朗克已经提出了能量量子化假说，标志着物理学跨人了现代的大门，量子力学的序幕已经拉开.

必须特别指出的是，在中国“物理”一词出现并不晚，不过含义不同于“physics”。明代吕坤(1536一1618)著有《呻吟语》，其中卷六第二部分名为“物理”，大体是有关物性学的，并用以引申一些关于人文及世界的观点.宋代朱熹(1130一1200)等人常用“物之至理”或“物理”一词.当代著名物理学家李政道曾引用唐代杜甫《曲江二首))中的诗句“细推物理须行乐，何用浮名绊此身”来说明物理一词在盛唐时即已出现^[4]。其实在中科院哲学研究所和北大哲学系编著的《中国哲学史资料简编))(中华书局)“两汉一隋唐”部分中就记载了三国时吴人杨泉曾著书《物理论》，是研究和评论当时有关天文、地理、工艺、农业及医学知识的著作。更久远的有，在约公元前二世纪成书的《淮南子·览冥训》中就有:“夫隧之取火于日，慈石引铁，葵之向日，虽有明智，弗能然也，故耳目之察，不足以分物理;心意之论，不足以定是非”之论述.中国古代的“物理”，应是泛指一切事物的道理.

3、关于“物理学”的一般传统认识

一般的物理学教材或辞典手册大都这样介绍:物理学是研究物质运动最一般规律及物质基本结构的学说。具体地说，按所研究的物质运动形态和具体对象，它涉及的范围包括:力学、声学、热学和分子物理学、电磁学、光学、原子和原子核物理学、基本粒子物理学、固体物理学以及对气体和液体的研究等.物理学包括实验和理论两大部分，经过实践检验被证实为可靠的理论物理包括:理论力学、热力学和统计物理学、电动力学、相对论、量子力学和量子场论.当然这些理论也只能是相对真理，有各自的局限性.运用物理学的基本理论和实验方法研究各种专门问题，使物理学中各种新的分支不断涌现和形成如流体力学、弹性力学、无线电电子学、金属物理学、半导体物理、电介质物理、超导体物理、等离子物理、固体发光、液晶及激光等。一些边缘学科也随物理的广泛应用而陆续形成如化学物理、生物物理、天体物理及海洋物理等等.

作为一门学科，物理学之存在须以以下几个要素为前提:

1)一种描述性的通过自然现象之间的相互关系来理解和说明自然的自然观.这种自然观建立在两个信念之上:其一是自然有可以被人们认识和理解的理性规律.“相信世界在本质是有秩序的和可以认识的这一信念，是一切科学工作的基础.”(爱因斯坦语);其二相信自然是实存的，且具有近恒常性而不是唯心主义的迷梦或理念世界的幻影.

2)存在一种与上述自然观相适应的定量方法系统来处理现象，尤其允许可近似量化处理.具体而言就是公理化的逻辑与具有实用可操作性的数学体系，它可说是科学理论的骨架.

3)重视实验，既把实验看成理论的来源，又看成审判理论的法官.如果没有实验这一要素，科学即使能诞生往往也只能是一个封闭的理论构架，虽自身可能逻辑自洽，但因缺乏证实或证伪机制而易流于玄想并丧失进一步发展的生命力.

4)社会和文化的需要.

4、《物理百科全书》关于“物理学”的解释

美国麦格劳一希尔图书出版公司1983年第5次出版由帕克主编的《物理百科全书))(科学出版社，1996年8月)，书中关于物理学的主要观点如下:

物理学在以前称为自然哲学.物理学涉及自然的某些方面，它们可以通过一种基本的途径，即依据一些基本原理和基本定律来加以理解.随着时间的推移，不同的特殊学科从物理学中分了出来，形成自己的研究领域.(典型的分化论，本文作者注).在此过程中，物理学保持着它的本来面目:理解自然界的结构和解释自然现象。

物理学的最基本部分是力学和场论。力学涉及质点或物体在给定力作用下的运动.场物理学则涉及万有引力场、电磁场、核力场以及其他力场的起源、本质和特性.力学和场论合在一起就构成了理解科学上所提出的自然现象的最基本途径，最终目的是要通过这两个方面理解全部自然现象。

物理学的较古老的或者称经典的分法，是以自然现象的某些一般类型为基础的.当时，对于这些自然现象是已经知道特别适合于应用物理学方法来研究的.按照这样的分法，计有经典力学及其分支天体力学、流体力学和弹道学;热学和热力学;气体运动论和统计力学;光学、声学;电学和电磁学.这样的分法现在都还通行，但其中有许多越来越有被列入应用物理学或技术的分支的趋势，越来越不属于物理学本身的固有的分支了。

数学物理学用数学来研究物理现象，它包括所有各门物理学中较数学化的部分以及统计力学、量子力学、相对论和场论的绝大部分内容.通常在数学物理学和理论物理学之间所作的区别是:对于后者，虽然形式上也全都是数学，但它被认为是更接近于实验物理学的.然而，不论是数学物理学还是理论物理学都不可能真正与实验物理学分开，因为一个对自然的完全理解，只有同时应用理论和实验才能得到。

在物理学的各个领域内，其特点与其说是取决于所涉及主题的内容，还不如说是取决于对所探索内容的理解的精确性和深度.物理学的目的是通过数学建立一个统一的理论体系，它的结构和行为要尽可能广泛地复现整个自然界.其他科学只满足于用本门学科的特殊局限概念来描述和联系各种现象，而物理学则总是探索着把对同一现象的理解，作为一个特殊的表现形式而纳入作为整体的自然界的基本统一结构.按照这样的目的，物理学的特色就在于:精密的仪器设备、精确的测量以及通过数学来表达所得到的结果。

《物理百科全书》的这种特色说显然有问题，既言特色就该是独具的，可你能以此区分物理与化学吗?化学家赫许巴赫的高论有助于我们在一定意义上区分理化:

“典型化学家高于一切的愿望是理解为什么一种物质和其他物质行为不同;而物理学家则通常期望寻找超出特定物质的规律.”

5、朝永振一郎关于“物理学”的见解

朝永振一郎(1906一1979)是日本理论物理学家，因在量子电动力学方面的贡献获1965年诺贝尔物理学奖.

1977年10月是日本数学物理学会成立100周年，在纪念大会上，朝氏以“什么是物理学”为题目作了一个报告[5].但他只讲了几段物理学历史及物理学与技术的关系，并没有直接回答这个问题(至少从汉译文看来如此).他说:“不过依我看来，物理学以像模像样的自然科学形式出现，似乎是在开普勒、伽利略、牛顿时期才开始的.”开普勒主要研究行星围绕太阳的运动，与开普勒不同伽利略则研究地上现象.牛顿将两人的成果集中起来再进行深人研究，建立了牛顿三定律和万有引力定律.

朝氏认为现代物理学的性质有二:第一，采用观测或实验方法;第二，用数学来表达定律.

他认为我们要用物理学来了解存在于自然深处的规律，这个思想在考虑什么是物理学时不可忽视.朝氏强调物理学的进一步发展不仅使自身范围扩大了，由力学发展到光、热、电磁、原子和分子等方面甚至连化学等也纳人了物理学范畴.有重新统一一切现象、整合一切学科的趋势，我们不妨与分化论相对称之为统一论.著名物理学家卢瑟福也有一句名言:“一切科学要么是物理学，要么是集邮术.”^[6]这可以看成物理学大统论的最简洁的定义说明.

6、哥本哈根学派的观点

以上的观点虽有不同，但都不违背牛顿的说法:“自然哲学的目的在于发现自然界的结构和作用，并且尽可能把它们归结为一些普遍的法则和一般的定律—用观察和实验来建立这些法则，从而导出事物的原因和结果.^[7]就是说科学的目的是发现客观的与人无关的自然规律或真理.

这种思想在微观领域受到了冲击.

在这种领域，观测对现象的影响是不可忽略的.因此以玻尔(N.Bohr)、海森伯(w.Heisenberg)为代表的量子力学哥本哈根学派断言:认为物理学的任务是去发现自然界是怎样的是错的.物理学涉及的是关于自然界我们能说什么.“描述自然界的目的不在于提示现象的真实本质，而只在于尽可能远地把多种多样经验的各个方面之间的关系追溯出来”(玻尔)[8]；“自然科学不是自然界本身，而是人和自然界之间关系的一部分，因而就依赖于人，有人的烙印”(海森伯)[8]；“当你寻求生活的和谐时，你必须永远不要忘记，在生存的戏剧中我们自己既是演员又是观众.’，(玻尔)[8].显然量子力学的科学观与其前物理相比出现了巨大的变化.

7、“未来我们选择怎样的物理学?’’一文的相关思想

S.M.Gruner和J.S.Langer在1995年第12期《Physics Today》以“未来我们选择怎样的物理学”为题发表了文章，认为物理学概念的演变就是被定义得越来越狭窄了.为了拯救物理，如今物理学家对物理学的定义不是根据那些特定的专业和领域，而是基于那些不同时期和不同研究活动结合为科学家共同体的一组概念工具.分别是:

l)在一组核心学科方面接受过高级训练.目前这些学科有力学、电学、磁学、热力学、统计力学和量子力学等.

2)掌握了研究物理现象所使用的定量方法和整理数据的方法

3)有较强的抽象能力和打破常规的勇气和精神、能超越特定研究对象的洞察力和对问题本质的把握.

这些概念化工具比其他任何特征和标准更能使物理学家区别于其他科学家.最能体现物理学家与其他科学家不同的地方，不在于他们所涉及的领域，所研究的问题，而取决于他们所采用的研究方法和所寻求信息的特征.天文学家研究脉冲星，生物学家研究生命系统，物理学家对二者都关心，因此这两者都是物理学的研究对象。

8、赵凯华先生的观点

纵观20世纪物理学研究对象的扩展，从宏观到微观，从传统的物理过程到化学过程(量子化学)，从无生命的到有生命的……从不同角度看，学科既有分化又有统一整合，分化论与统一整合论都有道理都有事实依据，二者绝不是非此即彼、誓不两立的关系.由于统一与分化学科得以向广度和深度发展分化标志着科学局部发展的成熟，统一整合标志着科学整体认识上的深入.但也正由于统一与分化，使得现在很难用传统的眼光来界定什么是物理学。一位外国物理学家风趣地自问自答:What is physics?Physics is what physicists do.按逻辑，人们应继续问:what are physicists?答案可借鉴上面提到的Gruner和Langer关于物理学家共同体概念给出.

赵凯华先生说[9]:“我想给这句话加个注解.物理学家所作的研究怎样才算得上是物理工作?论文能为国际上公认的物理杂志或物理学术会议所接受，可算得是一条充分条件”1995年在我国厦门召开了第19届国际统计物理大会.大会的论文摘要中出现了按传统的观念不像物理名词的词汇，如细菌生长、生物进化、生物膜、轮轴藻细胞、细胞色素C、厄尔尼诺、南方振荡、红血球、心率、鸟儿为什么一起飞、免疫网络、曲折的河流、神经网络、沙堆模型、交通流量等等.“可见，今天已不可能再用研究对象来界定什么是物理学，物理学是所有自然科学和工程技术的理论基础，物理学代表着一套获得知识、组织知识和运用知识的有效步骤和方法.把这套方法运用到什么问题上这问题就变成了物理学.”[9]这与Gruner和Langer的观点在精神上是相似的.

诸年来还有另一现象影响着人们对物理学看法的改变.

现在有不少物理专长人才毕业后不搞物理这就要求物理学必须相应有所改变.1996年国际大学物理教育学术研讨会在美国马里兰大学召开.大会发布的统计数据表示，在美国有超过60%的物理专业毕业生进人了各工业部门，获得学士学位的毕业生中有超过2/3的人不从事物理方面的工作，英国的统计数字大体与美国相似.在我们国内也存在这一现象按传统看法这是“用非所学”，是人才培养上的浪费.赵凯华先生认为这是正常现象，他说:“一个人学了物理学之后干什么都可以，他的物理学没有白学……在我看来，对于学物理学的人无所谓‘改行，……’[9].中国大恒集团总工程师、光电技术所所长宋菲君也说过:“有什么比掌握‘四大力学’更困难?能够掌握四大力学的人只要下功夫，从事什么职业都会有所建树.物理学工作者特别适合于从事高新技术开发，做创新的工作.”[10]赵、宋二先生的说法，只有在打破过去对物理专业的认识，彻底树立物理学方法论的新物理观基础上才能得以正确理解.

9、启示

前面的关于“物理学”的观点，有同有异，莫衷一是.但可以肯定的是，“物理学”概念的内涵己经且正在发生着演变如果说物理学过去在物质和精神上曾很好地造福于人类，各种辉煌成就的取得与物理学家的打破常规的勇气和探索精神密不可分那么，今天和明天的人们将进一步认识到物理学是一套获得、组织、运用和探求知识的有效方法，这是至关重要和更有意义的.这样的认识无论对学习物理的人还是教授物理的人都应成为其指导学习工作的原则一旦物理学方法论思想真真实实地被人们所掌握，那么学习物理的人就不再会满足于背点概念公式做几道题，而是更注重在一定的基础上对物理思想、物理方法的领悟，并能在诸多领域得以应用.当然，物理方法不是空谈即能掌握的，它只能形成于良好的物理专业素质之上.这要求广大物理教师必须致力于履行素质教育.良好的物理专业素质主要体现为清晰全面准确的物理思想、扎实的数学应用能力和较好的实验能力几个方面，简言之，即具备良好的理论素质及实验素质，且对学生打基础而言这二者同等重要，不可偏废。2002年6月20日丁肇中先生在CCTV的“东方之子”栏目中说得好:“在学校成绩好，就做理论;动手能力强，就做实验.这种观点是完全错误的。很多成功的实验物理学家都精通理论，做实验最重要的是找题目，动手能力、做法是次要的”

另一方面，物理学发展史告诉我们，一流的理论物理学家往往也具有扎实的实验基础。牛顿做过许多著名的实验，爱因斯坦读大学时也曾用很大精力做实验，这对他后来获得巨大的理论成功至关重要.

“物理学是一门实实在在的科学，是一门久经考验的科学，是一门伟大而艰巨的科学，那些昙花一现的理论、学说和物理学是无可比拟的，那些在改革浪潮中用蛊惑人心的语言装饰起来的雕虫小技更是不值一提，物理学的发展就像宇宙演变一样永不止息^[11]。

这话感情色彩较浓，但不无道理.

愛因斯坦說：「在人類的歷史上，能夠結合物理實驗、數學理論、機械發明成為科學藝術的人，只有 一位—–那就是牛頓。」 牛頓發現萬有引力定律; 發明微積分; 首先提出 可見光是由紅橙黃綠藍成為七個分光組成；他將數學 導入科學，使物理、化學成為更為更精確的學問；在牛頓 的運動力學三定律裡，奠定了數學成為描述宇宙運動 的語言。種種傑出成就，為他羸得今日「歷史上最傑出的科學家」與「近代物理學之父」的尊稱。
市面上有許多牛頓的傳記，大多歌頌牛頓的科學 成就或是提到那顆掉到地上的蘋果，卻遺漏或扭曲了 牛頓的信仰。 例如牛頓在解釋宇宙間為什麼會存在萬有引力， 他基於科學的假設說：「宇宙間可能有一種物質叫乙太（ether），是引力的傳導。」結果有本著作中翻譯成：「宇宙間存在有諸神，諸神是引力的傳達。」硬是把牛頓扭曲成了多神教徒。 本文的目的在於：很據牛頓自己的手稿，說明信仰在牛頓科學出涯中所佔的地位。

哈拿的禱告
牛頓 (Issac Newton)生於1642 年 12月25日午夜，是一個早產兒。在那個嬰兒死亡率很高的年代，一個早產兒能夠活下來是很少有的事。牛頓的父 親是不識字的農夫，與個性堅強的妻子哈拿．艾思克 一起經營在英國為烏斯扥普的小農場，夫妻倆都屬於「清教徒」—–一群信仰堅定的基督徒。 在牛頓出生前三個月，他的父親病逝，缺乏人力 的小農場沒有收成，家境更是貧窮。等到牛頓出生時，家徒四壁，哪有錢去購買營養品來餵養這個早產兒? 哈拿才死了丈夫，眼看惟一的孩子也要死了，在 最絕望的時候想起聖經上也有一個名叫哈拿的女子， 在難過時向上帝的禱告：
「你若垂顧婢女的苦情， 眷念不忘背婢女， 賜我一個兒子， 我必使他終身歸與你 」（撒母耳記上一章11節）
牛頓的母親懷抱著她的早產兒，向上帝發出同樣的禱告。
筆記間的沈思記錄
在牛頓的一 中，母親的這個禱告對於他的個性與信仰他有很深刻的影響。牛頓在成長過程留下的最早記錄就是他的禱告，他經常在課堂筆記空白處記下禱告，例如在一六六二年，他大學二年級時寫下：
上帝啊！ 若我心偏於邪惡，請勿成全我；
不容我單靠自己的信念去生活；
不以愛上帝做為我不愛人的藉口
不是為得祝福來跟隨你；
不是只在教會中渴慕你
讓我做個敬畏你的人，
且因著敬畏你，
而不畏懼人。
午頓經常思索上帝當年聽他母親的禱告，上帝讓 他活下來一定有些事是要他去完成的。
到牛頓三歲時，因為家裡實在太窮，母親只好再嫁給鄰村一位六十三歲的鰥夫—– 巴拿巴．史密斯牧師。史密斯牧師靠著微薄的薪水把牛頓養大，八年後過世，母子倆領了一些輔恤金，牛頓下課後還要替人看牛管馬才夠生活。
牛頓的風箏
原來牛頓住的烏靳扥普村，是英國生產馬車最有名的地方。這裡的小孩長大後的願望大多是做個馬車伕。牛頓可不同，他的個性安靜，尤其史密斯牧師給他留下一大堆包括聖經、神學、詩歌、數學、歷史、 法律、機械等類的書籍，成為他家裡最好的寶藏。他經常在藏書的閣樓看書，連看牛看馬時也帶著書去看。他的母親在一旁靜靜地觀察，發現這小孩真有點不同。
牛頓進中學時，開始顯出他的特殊天才。 學校要做風箏，許多學生立刻動手去裁紙、綁支架，牛頓卻先在書桌上放一張紙，仔細設計風箏的尺寸，計算一番才開始動手做。他的風箏交得最慢，但是一試飛，讓全班同學連老師司扥克斯都嚇一 跳：牛頓的風箏怎麼飛那麼高又那麼快?
事後司扥克斯老師對牛頓的母親說，無論如何要讓這個孩子去唸大學。哈拿微微一笑：她早就準備好這孩子的大學學費了。
一六六一年六月牛頓進劍橋大學。當時劍橋大學 的紈姱學生流行喝酒、打牌，稱這是「單純的娛樂」。牛頓是個窮學生，母親存的錢只夠付學費，他必須為老師做實驗的助手，才能賺取生活費。如此無意中使他接近當時劍橋的優秀教授承襲了這些教授一生的研究精華，成為牛頓後來的名言：「我看的比別人遠，是因我站在巨人的肩頭上。」
一所大學的優秀，決定於三個條件：一、老師的素質 二、圖書館與儀器設備，三、 學校的建築物與校園的氣質。其中尤以第一項最為重要。許多人進了大學，不曾漫步在大學的迴廊，不曾倘佯在大學的草地上呼吸學術的自由，真是浪費大學的資源。
好學的牛頓在劍橋大學不但不浪費任何資源，還遇到了影響他一生的好老師。
牛頓的讀書法
亨利．摩爾是影響牛頓科學與信仰最深的老師。摩爾是數學家，也是位虔誠的基督徒，他說：「上帝創造這個世界的目的，是要使人認識他，尋求他，感謝他。若有人輕看這世界奇妙的受造物，要看到世界所沒有的才算神蹟，那是自大。」摩爾認為把數學放在教育中的目的在於：「教育是一種道德與思考的培育，數學課程的設立是為了訓練學生，使他們 的思考更精密。長期受數學教育，對學生是一種有壓力的操練，為的是要激發一個人有刻苦的心志。有刻苦的心志才能使人長期持守道德的準則，而道德的準則來自上帝。因此數學與信仰是相輔相成的。」
摩爾教授以一個老師對學生的敏銳直覺，一下子就發現牛頓的不同。他發現牛頓每學期開學以前， 先利用假期，將要上課的所有課本都看完，等到上課時，牛頓已經在看比那門課更進階的研究報告了。
牛頓自己也寫道：「當我走進教室上課時，常發現對上課內容的瞭解深度，已經超過了我的老師。」 這種讀書法會令一般老師備受壓力，摩爾卻找牛頓來，給他更深的書，像開普勒 的「光學」，桑德森的「邏輯學」，並把自己擁有的一千八百本藏書 ，成為「隨時向牛頓開放的圖書館」 摩爾也長期支付牛頓的生活費。
除了讀書方法與人不同之外，牛頓因為家裡貧窮，仔細記錄他的支出，他認為「用錢謹慎將是基督生活的基本學習」。
牛頓經常在日記中或課本空頁寫下自己的禱告， 有些記載仍保存在大英博物館中。他寫道：「企圖光以迫切禱告祈求上帝的祝福，來取代自己所該付出的努力，是一種不誠實的行為，是出於人性的懦弱。」 我想牛頓大概不會做那種「禱告後，考試都考到我昨夜剛讀到的。」之類的見證，因為這樣，上帝對平時用功的學生就太不公平了。踏實的信仰絕非尋找成功的捷徑。
金錢的享受對一個窮學生是一種莫大的吸引，牛頓寫下：「主啊，赦免我，因為我的心想以賺錢為樂，多於渴想你的同在。—–但是在主曰擘餅（聖餐）聚會裡，我的心又重新與你聯合。」牛頓和他的室友魏克金斯經常在校外分發聖經給窮 人，向他們傳福音，購買要分發的聖經成為牛頓學生生涯中除了房租與伙食費外最大的花費。
蘋果與花園
一六六四年，牛頓開始利用課餘進行自巳的研 究。他首先以三菱鏡研究光的結構，發現光的分光有不同的折射率。
一六六五年至一六六七年，英國發生可怕的黑死病，死了許多人。大學宣佈停課，政府並且下令所有 人不准離家遠行，以免傳播或感染黑死病。當全國籠罩在黑死病的陰影下，風聲鶴唳之際，牛頓事後寫道：這兩年多沒課可上、沒地方可去，是他「人生思想邁向顛峰的時刻」。在這時他由無窮等比級數的解法裡創立了一門很重要的數學——–微積分。
事後有人問牛頓，為什麼他能夠有這麼偉大的發現，牛頓答道：「我始終把思考的主題像一幅畫般擺在面前，再一點一線的去勾勒，直到整幅畫慢慢的凸顯出來。這需要長期的安靜與不斷的默想。」
牛頓對科學的思索與他的禱告生活有密不可分的關係。他常在信仰的思索裡想到科學，在科學的思索 他想到信仰。在一六六六年他開始思索地球在軌道上的運轉，並且計算運轉時的電力與離心力的關係，一 六六九年他在筆記上寫下他的發現——-萬有引力定律 （Law of Gravity)。你知道嗎? 宇宙裡如果沒有這一條不變的定律，所有的物體， 小至一粒沙，大至一個星球，都將亂飛亂撞，成為混沌（chaos)。
牛頓是在什麼情況下發現萬有引力定律的呢? 他的好友史塔克利答道：「牛頓經常在花園散步，有一天中午他回來了，對我說他看到一位蘋果掉到地上，想到了萬有引力。」這粒蘋果後來成為牛頓發現萬有引力的標誌，其實更重要的是，牛頓有獨自來到花園禱告與默想的習慣。
紐約大學歷史系教授曼紐，一九六八年在他所著的（牛頓傳》中寫下：「近代的科學是源自牛頓對上帝的默想。」
啊 ，原理！
當時許多科學家、教授都看不懂牛頓的傑出發現，甚至譏諷為：「又是一群解釋天體論的陳腔濫調。」幸好這時有貝若（Isaac Barrow)的支持。
貝若是當時歐洲的光學泰斗，劍橋大學首屈一的數學與天文教授，是少數能仔細驗證牛頓數學與物理觀念的人，也是一位基督徒。他找牛頓來，對這個 最優秀的學生，私下給與最嚴格的要求。貝若要求牛頓：「回到物理學上最基本的假設，精密地驗證每個假設，一次、一次又一次，幾乎無止境地反覆驗證， 並把所有的精力都投入，以免浪費在無用的芝麻小事 上。」然後貝若申請退休，讓才二十七歲的牛頓接續他的職位，成為劍橋大學的教授。
劍橋的教職並不是牛頓的桃花源。當時貝若的職位有多少人在背後垂涎，牛頓一接任，立刻嚐到號稱學術自由、獨立的大學裡面，眾多的派系紛爭、人事傾軋；喜歡安靜思考、不愛交際的牛頓，也被排擠成為權力圈外的邊緣人。
牛頓的老友魏克金斯寫下：「牛頓看起來更孤獨、沉默，三十歲不到，頭髮已經半白。」
牛頓立志不涉入這些糾紛，他定睛永恆，不管人家怎麼論斷、怎麼中傷他，只把努力放在科學的研究，與對基督的信仰上，而不陷入被中傷後的自憐中。牛頓寫下：「我的心經常是認真與安靜，不陷入憂鬱。」
慢慢的，他將更深的思索與實驗結果寫成曠出名 作《原理》（Principle) 一書。這本書不只記載牛頓的科學發現，也反覆提到他的「機械論」與神的關係，他說真神與假神的差別是假神沒有掌管宇宙，沒有不變的旨意，沒有最後的判決，屬於必朽壞的受造之物。
書中不斷提到「掌管」（dominant）這個字，他認為這是神的屬性裡，最神聖又是最奇妙的，讓尋求他的人可以明白；機械論做為神掌管宇宙的法則，是神擺在宇宙裡讓人明白他能力的法則。愛因為坦說：「宇宙裡最奧秘的，就是人竟然可以去明白這個宇宙。」
牛頓在《原理》一書中寫著：
如同生來是瞎眼的人不瞭解光，
我們無法明白神的智慧與全能。
神的形像沒有人看到、聽到、接觸到，
更不是世上必朽壞的假神所能代表，——-
我們只能在他所創造的萬物中瞭解他，
他仍在掌權，
我們都在他的掌管下。
而假神沒有掌管的權柄，
沒有永遠的看顧，
沒有創世的起初，
不過是虛無、有限，與大自然一樣。——-
因著神的掌權，我們稱他是主（Lord)。
我們是他的僕人，不過是有限與不完全。
死蔭的幽谷
一六七二年牛頓加入英國皇家科學協會——全國最高的科學研究協會。〈原理》的出版，對全歐洲的科學界是一大震憾，引來稱讚也招來攻擊。雖然如此，牛頓仍在皇家科學會裡提出「星球運轉橢圓軌道的原理」（1676~1677年），與「萬有引力的數學證 明」（1680~1684年）。 牛頓的學生艾斯頓後來寫道：「牛頓講話慎重、緩慢。他儘量避免意氣之爭，不見利忘義，不奉承人，寧願默默忍受侮辱，也不願披掛著一身的裝甲去與人爭戰。牛頓說。「一個人如果控制不了自巳的脾氣，脾氣將控制你。」引導牛頓一生的，是信仰而非起伏不定的脾氣。」
牛頓並非是科學研究上的常勝軍。他從一六六九年至一六九一年長期研究實驗化學，也沒有獲得什麼發現，不過因此結識了有「近代化學之父」之稱的波義耳，兩人通信長達十六年。年長敬虔的波義耳，不僅幫助牛頓研究工作，而且在牛頓遭受猛烈抨擊的時候，他的榜樣更堅固了牛頓的信仰。
牛頓身為一個傑出的科學家，喜歡公開表白自己 的信仰，又有個不擅與人交際、喜愛獨自安靜工作的個性，現實的社會對像他這種善良、單純的人，有時是非常殘酷的。
當時宗教分子攻擊他有一流的科學，卻有三流的神學；科學分子攻擊他有一流的神學，卻有三流的科學；政治分子攻擊他的科學、神學、人際關係都屬三流；有人看他孝順母親又終身未婚，就中傷他心理不健全，現今還有人說牛頓有戀母情結；有人看他對學 生好，就說他有同性戀。這種種無情的攻擊搞得牛頓幾乎發瘋。 一六九二年，日內瓦來的拜特教授大力抨擊牛頓，謔稱他是「倫敦先知」， 說：「牛頓的萬有引力定律是來自對宗教的默想，而 非科學的發現，——他必須撇清，如果這是科學就不要寫到上帝如何如何，如果是與上帝有關的就不要放入科學範疇。」
拜特一開砲，許多人就群起圍攻牛頓。平常沒有想到防備的牛頓幾乎赤裸裸地站在科學的刑場上，接受無情的攻擊。一六九三年九月三十日牛頓寫下： 「我陷在極端的難過中。過去十二個月，我無心進食也無法安穩地入睡，我心動搖，無法思想。」
無情攻擊持續下去，一六九四年有人黑函中傷牛頓與女人搞性關係；一六九五年牛頓幾乎精神失常，各地都傳聞牛頓死了。牛頓百口莫辯，更退出人群；他寫道：「史賓賽著的《希伯來律法》一書成為我困難中的安慰」
在英國國王出面，任命他為「英國皇家協會會長」後，這些攻擊就突然消失了。
牛頓在以後數十年，根據過去兩年半受中傷的經驗，堅持給科學界建立「誠實的體系」而他本身就是最好的模範。
成為一個誠實的科學家，是波義耳在死前（1691 年）給牛頓及以後所有科學家最好的勸導，波義耳寫道：
「我老了，這該是我將所知的化學知識寫下來的時候了。這些知識，有的是經過多年的實驗；有的是與別人仔細討論而得。我認為是確實的，就盡力寫下來；有些是困難不易明白的，我儘可能寫清楚，好讓後來的人能夠仔細判斷。我把每個研究細節一一寫下，透過真實無偽的記載，將知識有效地傳遞下去。 但是，儘管我盡了所有的努力，我仍無法窺得知識的全貌。現今，我把一生的成果放在你們的手中，願你們像鑑賞家鑑定藝術品一般。在那一刻，是我呈現對人類與化學深愛的獻禮。」
不讓別人的錯誤成為自己的絆腳石
苦難並沒有離開牛頓。當時間的腳步進入十七世紀末，忽然有些基督徒自稱是上帝派來的先知，到處呼喊「世界末日就要來了」。
這波「世界末日說」傳自法國，Cevennes。野火般的燒遍英國各大城。許多人起來附和，聲稱看到異象：有一艘滿載鮮血的船在英國大街上飛過；有人說看到許多人浴血倒臥沙灘邊，說這是上帝要來審判的先兆。
短時間內成千上萬的販夫走卒跟隨末世先知，連皇家科學院的一些優秀科學家也趨之若鶩，因為一名優秀的科學家，也可能因著對宗教的無知，而陷入異端的泥沼。
牛頓本人是基督徒，他長期的研究聖經但以理書與啟示錄，相信聖經裡提到的這個世界有結束的一 天，那是基督耶穌要來審判的時候，但是沒有人知道那是哪一天，而且面對末世正確的態度，應該是感恩， 多於恐懼，坦然多於逃避。因此他不贊同這些到處宣傳末世的先知。他認為敬虔的信仰是在熱忱中帶著節制而非放縱，真正的被聖靈充滿，是由上帝的靈主動，而不是出於自稱先知者近乎催眠與暗示的教導。
牛頓對這批先知的反對，立刻引來許多偏激基督徒苦毒的批評與責罵。這種誤解實在傷透牛頓的心。 牛頓的一生中有一段漫長的信仰動搖期（1698~1707 年）就是在這個時候。
對基督徒而言，來自其他基督徒無情的咒詛，比被一般人傷害更難受。傷害容易使人走向極端，後來 許多人要證明牛頓是無神論者或不可知論者，就是引自牛頓這段時期的言行。不過信仰的成長，本來就不是一帆風順的，難免常經憂患。
一七○七年英國國王下令，這批所謂的先知，已經利用宗教得到太多不法利益，便把他們送入倫敦監 獄。世界的末日尚未來到，他們的末日倒先來到。自 此，末世之風才逐漸平息。
撿貝殼的男孩
時間往往是最佳的療傷劑。牛頓從苦境中轉回， 他的信仰又逐漸堅固，並且能區分信仰的真實與偏激，能夠分別順服在聖經真理前與在人話語前的不同，且重新思索物理、數學與光學。他在再版的《原理》上寫著：「讓人知道我是帶著對神的信仰來完成 這浩大的工作，是我出版這本書最大的喜悅。」
牛頓晚年名滿歐洲，貢獻普獲肯定。他老年最大的樂趣就是跟小孩玩耍 。有一天他對他的小姪兒講：「我不知道這個世界將來怎麼看我，對我而言，我只像海灘邊玩耍的男孩，偶然間發現了一粒比較圓的石頭，和一粒比較漂亮的貝殼，就覺得很愉快，但是在我前面，尚未被發現的石頭、貝殼仍然多如大海。」
牛頓死於1727年3月20日，晚年寫下：
「不管任何環境下，要守住耶穌基督救贖的真理與最大誡命——愛人如己。」
參考書目
. Manuel, Frank E. 1968. A Portrait of Isaac Newton.
A Da Capo Paperback, New York, U.S. A.
. Bell, E. T. 1965. Men of Mathematics.
On the seashore, pp. 90~116. Simon & Schuster, U.S.A.
. Pearcey, Nancy R. and Charles B. Thaxton. 1994. The Soul of Science.
Crossway Books, U.S.A.

作者：冯 端    文章来源：作者惠赐 

摘 要 文章试图对物理学的发展历史作一透视，从 而理解其现状，并 进而窥测其未来的前景。我们希望这一看法对于当今从事物理学教学与科研的人士有所助益。由于物理世界的层次化，诸层次之间既可能存在耦合，又可能出现脱耦。因而大量粒子所构成的复杂体系中所涌现的各种层展性质就不能简单地还原成个别粒子所服从的规律。我们根据这一观点并结合物理学的未来前景，讨论了当今物理学研究的若干前沿问题。一切迹象预示着物理学将有光明的前景。（本文系国家自然科学基金资助项目）

“物理学的过去、现在和未来”是一个非常大而且重要的题目，也是一个非常难讲的题目，特别是涉及物理学的未来，结果往往是贻笑大方。这里以历史的透视为主线，提出一些个人不成熟的看法，抛砖引玉，希望得到大家的批评和指正。

1 历史的透视

对物理学的发展历史进行透视，将有助于我们来理解其现状并进而展望其未来。历史很长，不能样样都讲到。我想从牛顿开始，牛顿以前还有很多先驱性的工作，只好从略了。我们不想详细讨论历史，主要考虑那些还在用的物理学知识。

1.1 经典物理学的盛世(17世纪至19世纪末)

第一次综合(统一)是l7世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿力学实际上是将天上的行星运动与地上的苹果下坠概括到一个规律里面去了，建立了经典力学。至于苹果下坠启发了牛顿的故事究竟有无历史根据是另一回事，但它说明了人们对于形象思维的偏爱。牛顿实际上建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律。运动定律就是在力作用下物体怎样运动的规律；万有引力是一种特定的物体之间存在的基本相互作用力。牛顿将两个定律结合起来运用，因为行星的运动或者地球上的抛物体运动都离不开万有引力的影响。牛顿从物理上把这两个重要的力学规律总结出来的同时，也发展了数学。他也是微积分的发明人。他用微积分来解决力学问题。由运动定律得出来的运动方程，可以用数学方法把它具体解出来。这体现了牛顿力学的威力，它具有解决具体问题的能力。假如你要计算行星运动的轨道，基本上可以按照牛顿所给出来的物理规律，加上用数学方法解运动方程就行了。根据现在的轨道上行星位置，倒推千百年前或预计千百年后它们的位置都是轻而易举的，从而开拓了天体力学这一学科。海王星的发现史就充分显示了这一点。人们发现天王星的轨道偏离了牛顿定律的要求，问题在哪里呢？结果认为牛顿定律正确无误，而是在天王星轨道外面还有一颗星，对它造成影响，并估计出这个星球的位置。果然在预计的位置附近发现了这颗星，命名为海王星。这表示牛顿定律是很成功的。按照牛顿定律写出运动方程，若己知初始条件位置和速度，原则上就可以求出以后任何时刻的粒子位置。

到19世纪，经典力学新的发展表现为一些科学家重新表述了牛顿定律。重新表述有拉格朗日(Lagrange)方程组、哈密顿(Hamilton)方程组。这些重新表述形式不一，实质并没有改变。在不改变实质的条件下，用新的、更简洁的形式来表述牛顿定律。这是一个方面。

另一个方面，就是将牛顿定律推广到连续介质的力学问题中去，就出现了弹性力学、流体力学等。在这一方面,20世纪有更大的发展，特别是流体力学，空气动力学和航空技术的发展密切相关,而气动力学的发展又和喷气技术密切相关，进而牛顿力学还构成了航天技术的理论基础。因此我们说牛顿定律到现在为止还是非常重要的，牛顿定律还是我们大学课程中不可缺少的一个组成部分。当然，其表述方法应随时代发展而有所不同。读者如果有兴趣，不妨去翻一翻牛顿当年的表述。牛顿关于力学研究的成果，写在一本叫《自然哲学的数学原理》(简称《原理》)的巨著中。只要稍微翻一下这本书，就会发现它非常难懂。牛顿的一个重要贡献是从万有引力定律和运动定律把行星运动的轨道推了出来。我们现在学理论力学时，行星运动的椭圆轨道问题是不太难的，解微分方程就可以求出来。但牛顿在《原理》里，没有用他的微积分，更没有用解微分方程的方法，他纯粹是用几何方法把椭圆轨道推出来的。现代科学家就不一定能看懂他这一套东西。举个例子来说，费曼(R.Feyman),有名的理论物理学家，他写过一本书，他说他自己对现代数学比牛顿强得多，但对17世纪牛顿当时熟悉的几何学他就不一定能全部掌握，他花了好些时间，想用牛顿的思路把椭圆轨道全部证出来，结果，中间还是有些环节证不出来，最后他不得已调整了一下方法，没有完全依照牛顿的证法，但基本上还是用几何方法把这个问题证明出来了。科学理论的表达是随时代变化的。现在来看，牛顿运动定律的关键问题，譬如行星运动是椭圆轨道，现在应有可能在普通物理中讲了，因为简单的微分方程已经可以用计算机求解了。由于计算机的发展，也许今后在普通物理中讲牛顿定律时，就可以在课堂上把行星运动椭圆轨道的一些基本概念说清楚了。在这里也可以说，教学问题与现代科技发展是息息相关的。

第二次综合是麦克斯韦的电磁学。大家都知道，最初是库仑定律，用以表达电荷与电荷间的相互作用力，也表达磁极与磁极之间的相互作用力。然后电与磁之间的关联被发现了：奥斯特的电流磁效应，安培发现的电流与电流之间相互作用的规律，然后是法拉弟的电磁感应定律，这样电与磁就连通成为一体了。最后，19世纪中叶，麦克斯韦提出了统一的电磁场理论。电磁定律与力学规律有一个很大的不同。力学考虑的相互作用，特别是万有引力相互作用，根据牛顿的设想，是超距的相互作用，没有力的传递问题(当然用现代观点看，引力也应该有传递问题)。现在从粒子的超距作用改成电磁场的场的相互作用，这在观点上有很大变化，重点从粒子转移到场。麦克斯韦考虑电磁场的相互作用，导致电磁波，电场与磁场不断相互作用造成电磁波的传播，后来赫芝在实验室中证实电磁波的发射。另外，电磁波不但包括无线电波，实际上包括很宽的频谱，很重要的一部分就是光波。光学在过去是与电磁学完全分开发展的，到了麦克斯韦的电磁理论出来以后，光学也变成了电磁学的一个分支了，在这里，电学、磁学、光学得到了统一。这在技术上有重要意义，发电机、电动机几乎都是建立在电磁感应的基础上的，电磁波的传播导致现代的无线电技术。电磁学直到现在，在技术上还是起主导作用的一门学科，故在基础物理学中电磁学始终保持它的重要地位。

第三次综合是从热学开始的，涉及到宏观与微观两个层次。根据热学研究总结出热力学的两大基本规律：第一定律，即能量守恒律；第二定律，即熵恒增律。但科学家不满足于单纯在宏观层次上来描述，还想追根问底，企图从分子和原子的微观层次上来阐明物理规律。气体分子动理学便应运而生，用以阐述气体物态方程、气体导热性与粘滞性等物性参量的微观基础。进一步就是玻尔兹曼与吉布斯所发展的经典统计力学。热力学与统计物理的发展，促使物理学家接触到具体的物性问题，加强了物理学与化学的联系，建立了物理化学这一门交叉学科。

1.2 转折与突破(19世纪至20世纪初)

正是由于经典物理学取得了非凡的成就，给人们印象太深刻了，遂使有些科学家产生了错觉，认为巨大发现的时代业已过去。这种悲观的论点在上世纪末相当流行。具有典型意义的据称是著名物理学家迈克耳孙(A.A.Michelson)说过的一段话，“当然无法绝然肯定物理科学不再会有像过去那么惊人的奇迹，但非常可能的是大部分宏伟的基本原理业已确立，而今后的进展仅在于将这些原理严格地应用于我们所关注的现象上。在这里测量科学的重要性就显示出来了——定量的结果比定性的结果更为可贵。一位卓越的物理学家曾经说过，物理科学未来的真理将在小数点六位数字上求索”，(1898年芝加哥大学导学手册)。值得注意，这类悲观论点，在20世纪科学的重大发展之后，又在本世纪末重新问世。具有代表性的是美国资深科学记者霍根(J.Horgan)访问许多知名学者之后，写出了《科学的终结》一书，在断章取义地引述若干科学家的谈话之后，得出了荒谬的结论，不仅是物理学走向了穷途末路，而是一切自然科学都到了散场的地步，堪称为上一世纪末悲观论点变本加厉的新版本，其命运必将重蹈前者的覆辙。

富有洞见的是英国著名物理学家凯尔文(L.Kelvin)于1900年所作的演说。他在对19世纪物理学的成就表示满意的同时，提出了“在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云”。这两朵乌云指的是：其一实验察觉不到物体和以太的相对运动；其二是气体多原子分子的低温比热不符合能量均分定理。这两朵乌云迅速导致倾盆大雨，即相对论和量子论的两场物理学的革命。

19世纪的科学家不满足于用麦克斯韦方程组来解释电磁现象，热衷于采用机械模型来说明问题，即使是大师麦克斯韦本人也不例外。以太被引入作为真空中传播电磁波的媒质。迈克耳孙与莫莱(Morley)设计了精巧的实验来验证物体和以太的相对运动，取得了负的结果。爱因斯坦提出了狭义相对论(1905年)，其 物理洞见在于摒弃了不必要的以太假设，进而肯定电磁学的规律对于一切惯性参考系都是成立的，而且具有相同的形式，真空的光速不变，不同惯性系之间的变换关系为洛伦兹变换。我们知道，牛顿力学也是对于惯性参考系才成立，而不同惯性系之间的变换关系为伽利略变换。这样经典力学和经典电磁学之间就存在矛盾。爱因斯坦肯定了经典电磁学，而对经典力学作了相应的修正，摒弃了牛顿的绝对的时空观，认为空间、时间与运动有关，并首创性地提出了质量与能量的对等关系，将牛顿力学修正后成功地应用于高速运动的情形。

牛顿力学的另一局限性表现在它不能圆满地解释强引力场中物体的运动，这从它无法定量地解释水星轨道近日点的进动问题而初露端倪。另一带根本性的问题是它对万有引力的存在没有任何理论解释。这些缺陷尚有待发展进一步的理论来弥补。l916年，爱因斯坦的广义相对论应运而生。这一理论的出发点在于肯定惯性质量与引力质量等同的等效原理(这己为实验所证实)，将非惯性参考系中观测到的惯性力与局域的引力等同起来。进而提出一切参考系均有相同的物理规律这一广义相对性原理。广义相对论成功地预言了一些效应，如强引力场中光线的弯曲，引力强度与光谱线频移的关系，并用空间的弯曲很自然地解释了引力的存在。由于广义相对论是针对强引力场和大质量物体而提出来的，因而广泛应用于天体物理学，也构成了现代宇宙论的基础。

如果说相对论消除了经典物理学的内在矛盾并推广其应用范围，那 么量子论就开启了微观物理学的新天地。在l9世纪，化学家道尔顿提出了原子论，物理学家也提出原子-分子微观运动的概念来构筑分子动理学和统计物理学。特别是著名物理学家玻尔兹曼在发展原子-分子运动理论，推动统计物理学的发展上作出了杰出的贡献。但是这些工作受到马赫(E.Mach)与奥斯特瓦尔德(W.F. Ostoold)等人从实证论哲学观点的质疑。按照实证论的观点，只有为人们所感知的事物是存在的。而当时由于显微术观测条件的制约，原子与分子都无法直接看到，因而有关的理论受到实证论者的否定。玻尔兹曼为捍卫原子-分子理论进行了激烈的争辩。爱因斯坦于1905年提出布朗运动的理论，为分子运动的图像提供了有力的旁证。随后,佩兰(J.B.Perrin)的实验观测提供了更加确凿的证据。

在明确了宏观世界之外存在有微观世界后，进一步的问题在于探索微观世界的物理规律。上世纪90年代中叶后，有一系列重要发现，对这方面的研究起了很大促进作用：1895年，伦琴发现了X射线，随后X射线成为揭示物质的微观结构的重要工具；1896年贝克勒尔发现了放射性，随后居里夫妇发现了强放射性元素镭，卢瑟福确认了a,β,γ射线的本质，这些工作揭开了原子核科学研究的序幕。l897年,汤姆孙发现了电子，这是最早发现的一种基本粒子，随后也被作为重要的工具应用于研究物质的微观结构 操纵电子的器件成为现代信息技术的基础。作出这些重大发现的科学家也都获得了新世纪初诺贝尔奖的桂冠。

如果说证实原子与分子的存在就意味着揭示物质结构在微小尺度上具有不连续性，那么早期量子论则揭示了能量在微小尺度上的不连续性。1900年,普朗克为拟合黑体能量分布的实验数据，在经典物理学的理论无效之后，挺而走险，提出了包括作用量子h的量子论。随后，1905年，爱因斯坦根据光电效应存在能量阈值的规律提出了在物理上更明确的具有能量为hv的光子这一种基本粒子。1911年，卢瑟福根据金箔对于a粒子的散射实验结果，提出了有核的原子模型：正电荷集中在原子核这一微小区域之内，而外围则为电子所环绕。1913年,玻尔提出了量子论的原子模型，认为原子中的电子处于确定的轨道上,处于定态，在定态之间的量子跃迁则导致发光。玻尔用这种半经典的量子理论相当满意地解释了氢原子的线系光谱，面对着更复杂的原子光谱问题就遇到了困难。科学家需要改弦易辙，发展更全面的量子理论。1924年,德布罗意正确地指出，正如电磁波也具有粒子性质(光子)，而具有粒子性质的电子等也将具有波动性。1925-1926年,海森伯与薛定谔分别完成了量子力学的两种表述，矩阵力学与波动力学,强调了波动与粒子的二象性。电子衍射的实验结果证实了电子具有波动性，而量子力学的理论全面地解读了纷纭繁复的原子光谱实验结果,一举解决了原子结构的问题。随后狄拉克将非相对论的薛定谔方程推广到(狭义)相对论的情形，建立了狄拉克方程，为量子力学作了重要的补充。这样，微观世界的物理规律终于确立。

2 当代情景

在量子力学确立之后，物理学进入了新的时期，这里统称为当代物理学。由于当代情景错综复杂，头绪繁多，难以用甚短的篇幅来进行概括。下面就以实验和理论这两条主线，对此作一粗略的介绍。

2.1 实验技术

20世纪是实验技术突飞猛进的时期。早期卢瑟福的a粒子散射实验为随后的核物理与粒子物理的研究树立了样版。但技术上的改进是多方面的。轰击的粒子束有质子、中子、电子和各种离子等。30年代初,中子被发现后，由于其散射截面大，容易引起核反应，受到学术界的重视。费米及其合作者系统地用中子来轰击周期表中不同元素，发现了一系列的核反应和新的放射性元素。1938年，哈恩(0.Hahn)与迈特纳(L.Meitner)终于发现和确认铀的裂变。随后原子核裂变的链式反应得的实现，导致了裂变反应堆的问世。它为实验技术提供了新的手段，又为裂变能的军事与和平利用鸣锣开道。随后,轻元素的聚变提供了另一种核能源。聚变能的爆炸式的军事应用于50年代初即已实现，但可控的和平利用却经历了漫长的发展过程。两种方法,磁约束与惯性约束，虽则取得不少科学成果，但作为能源，尚处于得失相抵(breakeven)的前夕，要点火尚需继续努力。

到30年代科学家开始认识到天然放射性元素发射的粒子能量太低，束流也不够强，不能适应实验物理学的要求。在这种情况下，加速器技术就应运而生。早期有高压倍加器和静电加速器，主流是劳伦斯开创的回旋加速器及其变型。以后加速器的能量愈做愈高,技术愈来愈精。能量已从早期的MeV量级升高到如今的TeV量级。一代代的加速器为核物理和粒子物理的研究立下了汗马功劳，发现了几百种粒子。与之并行发展的还有粒子检测技术，从早期的盖革计数器、云雾室，到照相乳胶、气泡室、火花室和闪烁晶体列阵等。虽然技术的进展十分引人注目，但许多物理实验的基本思路,例如通过质子对高能电子的深度非弹性散射来论证质子具有夸克结构，仍然和卢瑟福的原型实验十分相似。值得注意,加速器与反应堆也被用于非核物理学以至于其他科学的研究，同步辐射和高通量中子源就是例证。

另一高速发展的物理科学领域是天体物理学。光学望远镜愈做愈大；射电望远镜是在第二次世界大战中由雷达技术推动而发展起来的，也朝向巨型发展；而依据射电望远镜发展起来的综合孔径技术也反馈到光学望远镜的技术中去了。新波段，如红外、X射线和γ射线的望远技术得到了发展，还有新的检测技术如CCD列阵。为了超越大气层的吸收和干扰，还将望远镜放到太空中去，如哈勃、爱因斯坦、康普顿望远镜等。可以说当代也是天体物理学的黄金时代。大量天体谱线红移的数据为宇宙膨胀提供证据，3K微波背景、脉冲星、类星体及γ射线爆等重大发现，为理论天体物理和宇宙论提供了大量数据，使星体和宇宙成为检验物理理论的庞大实验室。

现代高能物理学(包括部分核物理)及天体物理学已经成为大科学主宰的领域。其特征在于设备庞大，人员众多，经费数额巨大，计划实施时间漫长。

到30年代，光谱学研究已有盛况不再之感。但第二次世界大战中雷达技术的发展又为微波波谱及磁共振的研究提供机遇。50年代初，首先在微波频段实现了受激发射，随后转移到光学频段，导致激光器的问世。激光技术引起了光学和光谱学的一场革命,导致量子光学的诞生，影响十分深远。应该指出,早在1917年,爱因斯坦就提出了受激发射的理论，而实验室中的实现却延迟到40年之后。激光技术引入物理实验室，为小型精巧的实验研究提供了机会。

X射线和由之衍生的电子衍射与中子衍射，导致了晶体结构分析的发展。它为凝聚态物理和材料科学奠定基础，而且大大地促进了化学、生物学和矿物学的研究。出自这一领域的科学家获得了诺贝尔奖多达十几次。电子显微术超越了光学显微术的分辨极限，并实现了原子尺度的成像。80年代以后，扫描隧道显微术发展成为花样繁多的显微探针技术，不仅实现了原子尺度的成像，还实现了多种原子尺度的测量和操纵技术，充分显示了小规模精巧创新的实验技术仍然富有生命力。

为了消除热运动对固体中许多现象的干扰，将试样冷却到低温下进行研究成为重要的手段。现代低温技术始于氮的液化(4.2K)，进一步采取稀释致冷机可以达到mK的温度，再进行核退磁致冷，可以达到μK的量级。近年来发展起来的激光冷却，再加上蒸发致冷，可以使原子气体达到μK以下的温度。低温物性的研究取得许多重要的成果：金属与合金的超导电性，⁴He液体的超流动性，³He液体的超流动性，多种非常规的超导性(如有机化合物、重费米子、铜氧化物超导电性，其中最后一种已经超出低温的范围)。1995年起，又在μK温度以下观测到碱金属气体的玻色-爱因斯坦凝聚，随后，相位相干的原子束得到了实验演示，即所谓原子波激射(atomic laser)。

晶体纯度和完整性对物性有重要的影响，促使固体制备技术有了较大的发展：单晶拉制、区熔提纯、控制掺杂等技术成功地应用于半导体的制备。1947年,晶体管的发明也许是20世纪中物理学家所作出的取得最大经济与社会效益的一项成就。70年代后，超高真空技术成为实验室中的常规手段，在超高真空下的结构与能谱测试手段相继问世，开拓了表面物理的新领域。以分子束外延为代表的当代薄膜与异质结制备技术的开发，引起量子纳米结构(量子阱、量子线与量子点等)的热潮，并向磁性材料(巨磁阻效应)和超导电体方面延伸。许多新的物理效应的发现，诸如整数与分数量子霍尔效应、介观量子输运等，显示了凝聚态物理尚大有可为。

2.2 理论与计算
在量子力学建立之后，理论发展就分道扬镳，其中一条道路是深入到更加微小尺度的微观世界中去。首先发展的是原子核结构与动力学理论。虽然核子之间存在强相互作用，但基于平均势场中作有效单粒子运动的壳模型也取得成功。还有强调核的集体行为的液滴模型和复合核模型，也有将单粒子运动和集体运动结合起来的综合模型，核子配对的相互作用玻色子模型等，颇成功地说明原子核的某些性质。

进入更深层次的物质结构就到达了粒子物理学的研究领域。50和60年代，除核子以外,又发现大量的强子(具有强相互作用的粒子)，其中多数是不稳定的。1964年,盖尔曼(M.GellMann)等提出了强子的夸克模型，认为强子并非基本粒子，而是由具有分数电荷(1/3或2/3电子电荷)、还具有色荷(红、蓝、绿三种颜色之一)的夸克所构成的。质子的夸克结构已为实验所证实。理论所预言三色六味的各种夸克，一一被实验所揭示，最后一种顶夸克是到1995年才发现的。夸克虽然存在于强子结构中，但独立存在的自由夸克却一直没有观测到。科学家又提出夸克禁闭模型来说明这一事实。

到本世纪中叶，已经明确了自然界只有四种基本相互作用，即引力、电磁力、弱力与强力。其中引力和电磁力是长程的，而弱力与强力是短程的，限于原子核的范围之内。爱因斯坦晚年致力于统一场论，试图将引力和电磁力统一起来，未取得成功。量子力学建立之后，处理量子体系与互作用场的理论(量子场论)得到了发展。首先发展的是，处理电磁相互作用的量子场论，即量子电动力学。在40年代末，利用重正化消除了发散的困难，使量子电动力学的理论预言得到了高精确度的实验证实(有效数字高达十几位)。随后，处理强相互作的量子场论、量子色动力学得到了发展。弱相互作用的理论始于费米的自衰变理论，60年代末，温伯格(S.Weinberg)与萨拉姆(A.Saiam)成功地将电磁相互作用与弱相互作用统一起来。在量子场论中，一些粒子被理解为场的激发态，而另一些粒子则成为传递相互作用的玻色子。

进一步探索各种相互作用的统一理论尚在进行之中。大统一理论企图将统一的范围包括强相互作用，尚有待实验的证实。进而将引力包括在内的超大统一理论的设想也被提出。

三代夸克与轻子的粒子模型，量子色动力学与电-弱统一理论，被统称为粒子物理学的标准模型，在概括和预言实验事实取得了非凡的成功。它预言了62种基本粒子，其中60种已被发现，只剩下希格斯玻色子与引力子尚待发现。

但标准模型仍带有唯象性质，它包含十几个参量，而且对粒子的质量不提供理论解释。如何超越标准模型，并从更根本的微观模型来解释粒子物理，就成为对理论物理学家的重大挑战。在这方面的努力以超弦理论最引人注目。这一理论极其精巧，也推动了相关数学问题的研究。但最终如何评价这一理论尚有待于实践来检验。

当代天文学研究总结出来的大爆炸理论被称为宇宙论的标准模型。按此理论设想，宇宙起源于一百数十亿年前的一次大爆炸：原先是时空奇点(密度和曲率却无限大),各种相互作用统一在一起。到10^-44s,发生了引力与其他相互作用分离的对称破缺，到10^-36s,发生强力与其他相互作用分离，到10^-10s又发生弱力与电磁力的分离，成为如今四种相互作用并存的世界。到10^-6s时,开始合成强子,到3min后形成原子核，再逐步形成各种原子及各种星体与星系。大爆炸宇宙论是建立在若干天文学观测的结果上的：哈勃定律所描述的宇宙膨胀，3K宇宙背景辐射的发现，星体一些元素的丰度数据，是一种持之有效的物理学理论，当然还有许多问题尚有待于澄清。值得注意的是，早期的宇宙(3min之前)是粒子物理学的天下。著名物理学家温伯格的有名科普著作《最初三分钟》即以此而命名的。

量子力学建立之后，另一条发展道路在于进入较大尺寸的物质体系。将量子力学应用于分子，建立了量子化学；将量子力学与统计物理学应用于固体，建立了固体物理学，随后发展为凝聚态物理学。涉及了这些问题，就需要明确区分量子力学和经典物理学的各自适用的范围。通常的提法是量子力学适用于微观体系，而经典物理学适用于宏观体系，这显然不够精确，因为也存在宏观量子体系。对于特定粒子构成的系统，可以采用量子简并温度(即粒子的德布罗意波长等于粒子的平均间距对应的温度)来区分。这里h是普朗克常数，m为质量，k_B为玻尔兹曼常数，α为平均间距。如果温度远大于T₀，则可以放心采取用于经典物理学的理论方法来处理这一体系，否则，就得用量子力学的方法。至于T₀的高低则取决于粒子的质量m和体系的平均间距α(或密度)。对于固体和液体，α约为0.3nm，对电子系统而言，T₀～10⁵K，从而表明处理电子系统的问题，离不开量子力学。对于原子核或离子而言，T₀～(50/A)K，A为原子质量数，对于轻元素(如氮与氢)，在低温下要考虑量子力学的效应。因而在通常情况下处理大量原子核(或离子)与电子的混合体系，对于电子这一子系统，必须采用量子力学的理论方法，而对于原子核这一子系统，则不妨采用经典物理学的理论方法。凝聚态物理学和量子化学由于大量采用这种混合的处理方案而取得了成效。但应该指出，这类的电子理论涉及了相互作用粒子的多体问题。基于有效场单电子近似的固体能带理论显然很有成效；引入适度的相互作用而发展起来的费米液体理论、巡游电子铁磁性理论和BCS超导理论也成绩斐然；但是强关联电子体系(包括高温超导体)仍然是一根硬骨头，对理论物理学家提出了强有力的挑战。

如果仅关注原子(或离子)与分子常温下的位形与动力学问题，那么采用经典物理学的方法是无可非议的，正如当代液体物理学和软凝聚态物理学所作的那样。当然，如果涉及键合的细节和电子的跃迁，还是需要量子力学。低温下的量子流体(⁴He与³He)突出地体现了量子力学效应。在气体中要体现这种效应，由于原子间距，简并温度要压得很低。在进入90年代后，方始观测到这类理论预期的效应，原子束光学和玻色-爱因斯坦凝聚都是例证。特高密度下的物质，如中子星,使简并温度高达10¹⁰K，可能使这些星体内部呈现超流性等量子力学效应。

应该指出，当代也是经典物理学复兴的时代。在相变与临界现象领域，研究了具有长程涨落的经典统计体系，呈现了普造性和标度律，发展了重正化群理论。经典动力学系统理论和非线性物理学都取得了长足的进展，像混沌、分形、孤子等概念，在交叉科学中获得了广泛的应用，成为理解复杂性的钥匙，也为解决端流这个长期悬而未决的难题提供了有意义的线索。

电子计算机的突飞猛进，对于当代物理学产生了异乎寻常的影响。量子化学与凝聚态电子理论的从头(abinitio)计算方案变得切实可行，从而促进了计算材料科学这门新的交叉学科的发展。分子动力学、蒙特卡罗方法，乃至于元胞自动机为物理学的各个分支提供了鲜明生动的物理图像和信息。以至于有些科学家认为计算和计算机模拟已成为可与实验和理论并立的科学研究的第三个支柱。

尽管由于物质结构层次化的结果，使得当今的物理学家很难精通、也不必要精通物理学的各个分支。但是物质结构在概念上是有其统一性的。相同的概念会在不同的层次上出现。著名物理学家巴丁(J.Bardeen)的一段话很有启发性：“处在这日益专业化的时代之中，得以认识到基本物理概念可能应用于一大批看起来五花八门的问题，是令人欣慰的。在理解某一领域所获得的进展常常可以应用于其他领域。这不仅对材料科学的众多领域是确实的，对广义而言的物质结构亦复如此。作为阐述的例证，为理解磁性、超流性和超导性所发展的概念也被推广应用于众多的领域，如核物质，弱与电磁相互作用，高能物理学的夸克结构与众多的液晶相”。这值得我们深思。

3 学科的前沿与展望

下面我们来讨论有关学科前沿与展望这方面的问题。
3.1 物质结构层次化的结果

当代物理学的研究表明，物质结构在尺度上和能量上都呈现不同的层次(见图1)。明确了物质结构的不同层次之后，当代物理学的分支学科如何划分的问题，也就迎刃而解了(见图2)。最微小(也是能量最高)的层次是粒子物理学(也称为高能物理学)，然后是原子核物理学，再上去就是原子物理学和分子物理学。原子或分子聚集起来构成了不同的聚集相：气相、液相和固相，乃至于固液之间的中介相，如液晶、复杂流体与聚合物等软物质。另一类气相(由宏观中和的正负带电粒子所构成的)就是等离子体，相应的是等离子体物理学。大尺度的固体与流体运动的研究归结为固体力学与流体力学。聚集相的复杂组合构成了岩石、土壤、河流、山脉、湖泊、海洋及大气等，成为地球物理学的研究对象；而细胞、器官、植物、动物及人体构成了生物物理学的研究对象。继续扩大物质研究的空间尺度，就引导到空间物理学和行星物理的领域。进而包括太阳、恒星、星系、星系团，乃至于整个宇宙，都构成了天体物理学和宇宙论的内容。在这里似乎遗漏了一些传统物理学的分支学科，如光学与声学。目前的情况是，它们的部分内容正在朝向偏重技术的工程学科转化，而另一部分则和某些结构层次的物理学相结合。例如光物理学就和原子与分子物理学密不可分，也和凝聚态物理学关系密切；而物理声学则与凝聚态物理学及固体与流体力学密切相关。

从物质结构层次化的图表来看，物理学的主要空白区域突出地显示为图表的底部和顶部。其一是尺度上最最微小但能量最高的世界，对应的学科为粒子物理学(亦称高能物理学)；其二是最最宏大的世界，即天体与宇宙，对应的学科为天体物理学与宇宙论。这两者，表面上看来，南辗北辙，结果却殊途同归，有合二为一的趋向，奇妙地体现了大与小辩证的统一。粒子物理学所面临的挑战在于探索更加细微尺度下，也就是更高能区物质结构的规律，希望能够超越现有的标准模型，追求相互作用的进一步统一。而宇宙大爆炸的标准模型则表明早期的宇宙是处于超高能的状态。因而高能物理学的研究，从某种意义上来说，是对宇宙进行考古学的研究。提高研究的能量范围，就等于追溯到更早期的宇宙。高能物理和天体物理的实验研究都属于大科学的范畴。大科学威风凛凛，但大也有大的难处，正如《红楼梦》中王熙凤所说的，大科学所面临的问题在于如何持续地获得社会的支持。在冷战时期，巨型加速器成为国力的象征，理所当然地得到了国家的支持。冷战以后，情况显然有所不同，需要考虑这类基础科学研究的社会效益问题。美国超级超导对撞机的下马似乎暗示了：即使像美国那样的富裕发达国家，对大科学项目的支持还是有条件的。看来今后的出路在于走国际合作的道路。对这两个前沿而言，目前是机遇和挑战并存。

除了这两个很明显的前沿外，应该还存在一个前沿问题，即存在于结构层次之间，总的说来，就是朝复杂物质展开：固体物理早期所研究的多半是简单的物质。在进一步研究中，方始接触到比较复杂的物质，当中蕴含有许多尚待发物理展、挖掘的物性。下面以半导体为例作些说明。最简单的硅，研究得最清楚，应用得最广泛；然后是复杂一点的碑化镓这类化合物半导体(Ⅲ-Ⅴ族与Ⅱ-Ⅳ族)；更进一步就涉及结构更加复杂的聚合物半导体。近年来，聚合物半导体研究十分引人注目，己能做出聚合物晶体管来。当然，聚合物的集成电路在当前还不能与硅片竞争，但它有廉价、容易制备的优点，因而可以在其他方面发展。由聚合物，我们想到人的大脑问题，大脑里头并没有硅片，但大脑思维复杂程度远远超过现代大型计算机。故从简单物质的研究到复杂物质的研究的发展过程中，物理学应该是大有用武之地的。所以我们可以认定，除了前面两个(实际上已经合二而一了的)前沿外，应该还存在另一个物理学前沿，即探讨复杂物质的结构与物性。

3.2 复杂与简单的辩证关系

下面讨论一下复杂与简单的辩证关系问题，这里牵涉一点哲学观点的问题。因为物理学所研究的是一些最基本的问题，所以在探索和深入到一定程度后，某些哲学观点就会呈现出来了。

物理学家惯用的一个观点往往是还原论。所谓还原论，就是将世界分成许多小的部分，每一部分研究清楚了，最后拼起来问题就解决了。这个观点是很自然的，物理学家过去受到的是这个训练，基本上就接受这一观点。有很多著名的科学家支持这个观点，鼎鼎大名的爱因斯坦就讲过：“物理学家的无上考验在于达到那些普适性的基本规律，再从它演绎出宇宙”。这可以说是爱因斯坦的雄心壮志，也是几代物理学家抱有的看法，就是说，如果我们把世界基本规律搞清楚了，那么就一切事情都解决了。下面是著名理论物理学家狄拉克讲的话，他讲这一段话的时候正好是在量子力学初步建立之后，他说：“现在量子力学的普遍理论业已完成，作为大部分物理学与全部化学的物理定律业已完全知晓，而困难仅在于把这些定律确切应用将导致方程式太繁杂而难以求解”。他的意思是基本的物理规律已经知道了，下面似乎就是一个求解的问题，至于求解，由于方程过于复杂，似乎有些问题还解不出来。

尽管有许多物理学家是抱有这类观点，但现在来看问题似乎不这么简单，基本规律知道了，具体规律是不是就一定能够推出来，这个问题一直是有争议的。19世纪有一种极端的意见，就是所谓实证论的观点，以奥地利科学家马赫为代表，马赫也是个哲学家。他认为物理学家只要追求宏观物体之间的规律，去搞清微观的东西似乎没有用处，且微观是否存在，分子、原子是否存在，他一概采取否定的态度。显然这类观点过于极端。实际上应该看到，物质结构存在不同的层次，层次与层次之间是有关联的，有耦合的，因此，我们需要理解更深层次的一些规律。譬如遗传问题(这当然不是纯粹物理学问题),可以从生物现象上求规律。早在19世纪，门德尔就总结了豌豆的遗传规律，这是个非常重要的基本规律，但为什么造成这个规律呢？显然跟遗传物质的结构有关。最关键的一步在于，1952年左右，生物学家华森(J.Watson)和晶体学家克里克(F.Crick)在英国卡文迪什实验室把DNA分子结构辨认了出来(在某种意义上是猜出来的)。这使我们晓得，遗传规律与DNA分子结构中某些单元的排列顺序有关，也就是说，在分子结构中有个密码存在，这密码规定了遣传情况，如果密码改变，遗传情况也就改变了。由此可以看到，分子结构与遗传物质这两个不同层次之间存在耦合的问题，理解了分子层次的结构，就把遗传规律基本上搞清楚了。再如，固体的导电问题，牵涉到电子在固体中的行为问题，如果我们把电子在固体中的行为搞清楚了，那么对固体为什么导电，为什么有的是半导体，有的是超导体这一类问题就都可以给出一个解释来。这就有利于推动我们去研究导电现象，以及利用这些现象做出晶体管来，做出集成电路来，做出超导的约瑟夫森结，来为人类服务。这就说明层次与层次之间存在耦合现象。另一方面，层次与层次之间也存在脱耦现象。所谓脱耦现象，就是下一个层次的现象对上个层次未必有重要关系。例如，近年来粒子物理有一个重要的发现，就是1995年发现了顶夸克，这在粒子物理是件大事，因为设想的几种夸克，包括最后一种顶夸克也都发现了。但是顶夸克的发现对固体物理或凝聚态物理有没有可以观察到的影响呢？没有，到现在为止，似乎一点影响也没有。这表明，层次跟层次之间，在某些情况下，存在脱耦。我们说粒子物理的进一步发展，对本身，对理解粒子的性质和宇宙早期的问题，具有极大的重要性，但是，它的发展，对理解相隔了好几个层次的物质，就丧失了重要性。再如，原子核的壳结构对遗传有没有影响呢?一般说来看不出太大的影响。这就是层次之间既存在耦合,又存在脱耦，而且大量粒子构成的体系往往有新的规律。

我们来看看另外一个观点，所谓层创论的观点。这里是著名凝聚态理论学家安德森(P.W.Anderson)讲的一段话:“将一切事物还原成简单的基本规律的能力，并不意味着我们有能力从这些规律来重建宇宙，当面对尺度与复杂性的双重困难时，构筑论的假设就被破坏了。大量的复杂的基本粒子的集体，并不等于几个粒子性质的简单外推”。也就是说我们知道两三个或四五个粒子的规律，并不能说明10²⁰或10²⁴个粒子的集体的规律，在每一种复杂的层次上，会有完全新的性质出现，而且对这些新的性质的研究，其基本性并不亚于其他研究。也就是说物质结构存在不同的层次，而层次跟层次之间，往往到上一个层次就有新的规律出现，对这些新的规律的研究，本身也具有基本性。

另外，要引一段卡达诺夫(L.P.Kadanoff)的讲话。他说:“我在这里要反对还原论的偏见，我认为已经有相当的经验表明物质结构有不同的层次，而这些不同层次构成不同群落的科学家研究的领域，有一些人研究夸克，另外一些人研究原子核，还有的研究原子、分子生物学，遗传学，在这个清单中，后面的部分是由前面部分构成的，每一个层次可以看成比它前面的好像低一些，但每一个层次都有新的、激动人心的、有效的、普遍的规律，这些规律往往不能从所谓更基本的规律推导出来。从最不基本的问题向后倒推，我们可以看到一些重要的科学成果。像门德尔的遗传律与DNA的双螺旋结构，量子力学与核裂变，谁是最基本的？谁推导谁？要将科学上的层次分高低的话，往往是愚蠢的，在每一层次上都有的普遍原则中，都会出现宏伟的概念”。重要的是要认识到各个层次之间既有耦合，也存在脱耦。并非是探究清楚最微观层次的规律，就可以把世界上的问题全部解决。近年来有一种提法，说粒子物理面临新的挑战，要建立一种所谓“万事万物的理论”。有些科学家说粒子理论现在已经建立了标准模型，然后下一步就希望建立万事万物的理论。进行这类尝试是完全应该的，要向未知领域再推进！但一定要采取辩证的观点来对待这一问题。即使这个理论取得进展，也并不意味着万事万物的问题就可以迎刃而解了。应该说物理学现在还是很有生命力的科学，但并不意味着要把它的全部命运都跟万事万物理论联系在一起，而是有很多新的发展余地。

3.3 物理学的开放性

物理学一直是一门生气勃勃的学科，这和它具有高度的开放性是密切相关的。它和技术并没有截然的分界线，它和其他的自然科学也没有截然的分界线。它的门户总是开放的，鼓励跨学科的交流与沟通。

物理学和技术关系密切。当今的许多工程学科都是植根于经典物理学的某一分支，而20世纪的物理学进而诱发许多新兴的技术科学，如原子能技术、微电子技术、光电子技术等。即使像高能物理学那样的以基础研究为主的学科，由于它采用了大量和高技术有关的研究手段，因而并不出人意料之外，它会对当代信息、网络技术作出重要的贡献。

另外，在促进进交叉学科方面，物理学也大有可为。物理学是严格的定量科学。卢瑟福有句戏言，“一切科学，要么是物理学，要么就是集邮术”，显然已经不适合当代的情况。其他的自然科学早已摆脱了类似于集邮术的情况，在定量化方面，向物理学靠扰。20世纪的化学是巩固地建立在量子力学基础上的，和物理学已密不物理可分，有许多共同的研究对象。当然在观点上的差别还是有的，正如著名化学家赫许巴赫(D.Herschbach)所指出的,“典型化学家高于一切的愿望是理解为什么一种物质和其他物质行为不同；而物理学家则通常期望寻找出超出特定物质的规律”，正好使双方的研究互相补充。现代生物学早已面目一新，将它的基础建立在分子生物学上。而分子生物学本身就是诞生在卢瑟福的后继者主持的剑桥大学卡文迪什实验室。生物学的面貌显然己大为改观。正如著名生物学家吉尔勃特(S.W.Gilbert)所说的，“传统生物学解决问题的方式是完全实验的。而正在建立的新模式是基于全部基因都将知晓，并以电子技术可操作的方式驻留在数据库中，生物学研究模式的出发点应是理论的。一个科学家将从理论推测出假定，然后回到实验中去，追踪或验证这些假定”。看来物理学家在交叉科学方面尚大有可为。

参考文献
[1]美国物理学评述委员会著,长征等译,90年代物理学(共9册,原文于1986年出版,中译本) 北京:科学出版社.1992-1994
[2]Bardeen.J.Ann.Rev.Mat.Sci.,1980,l0;1
[3]Anderson P W.Science. 1972,177;393
[4]Kadanoff L P. From Order to Chaos. World Scientific. Singapore, 1993.399
[5]Gilbert S W. Nature, 1991,347;99

作者：贾利群等    文章来源：《安阳师范学院学报》2004年 

今天，我们享用着科学研究所带来的前所未有的技术成果，然而，这一切都离不开物理学的研究和发展。近400年，尤其是近100多年，人类社会的进步超过了过去的几千年。而这段时期，也正是物理学飞速发展的时期。今天的物理学正以它特有的魅力，影响和推动着其它学科乃至社会的飞速发展，并日益展现出其强大的基础科学功能。

1、物理学与其它学科的关系

由于物理学科的基础性，它研究的是物质的基本结构及其运动的一般规律，所以物理学的研究范围极其广泛，从基本粒子到整个宇宙，都是物理学研究的范畴，几乎包括所有学科的研究领域。物理学研究所建立的新概念、新的研究方法，以及由于物理学研究发展起来的特殊环境条件、测量和研究手段，不仅极大地促进了人类对自然界的认识，而且对其它学科和工程技术的发展也指明了方向。可以说，物理学的发展为其它学科的发展奠定了理论和物质基础，物理学的每一个大的革新都为其他学科的发展构建了一个新的技术平台。物理学理论的重大突破带来了三次产业革命，并导致了其它学科诸如信息科学、材料科学、农业科学、军事科学以及生命科学等学科的大发展。

当代，物理学科研究的突破导致技术变革所经历的时间正在缩短，从而在近代物理学与许多高技术学科之间形成一片相互交叠的基础性研究与应用性研究相结合的宽广领域。物理学科与技术学科各自根据自身的特点，从不同的角度对这一领域的研究，既促进了物理学的发展和应用，又加速了高新技术的开发和提高。

2、物理学对自然科学发展的促进作用

2 .1 物理学对信息科学发展的促进作用

信息是一种极为重要的社会资源，它与能源、材料并称为现代社会的三大支柱。

信息科学的内容包括传感技术、通讯技术、计算机技术和自动化技术。物理学中的原子分子物理、光物理、声学物理以及激光技术、近代光学技术、光电子技术、材料科学技术等对现代信息技术影响最大，构成了信息通讯技术的基础。激光的出现使通讯技术的面貌焕然一新，激光出现后蓬勃发展起来的非线性光学在激光技术信息处理和存储、计算技术等方面有重要的应用前景。原子分子物理、光物理和凝聚态物理相结合产生了新的激光器、新的激光波段、新的相干光源和各种各样非线性光学器件，促进了通讯信息科学的飞速发展。而近年来发展起来的“量子信息科学”是物理学与信息科学交叉融合产生的新兴学科，涉及物理、计算机、通信、数学等多个学科。由此可见物理学对信息科学的发展具有重要意义。

2 .2 物理学对材料科学发展的促进作用

材料是发展工业、农业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要物质基础。一个国家材料的品种、质量和产量是直接衡量其科学技术和经济发展水平的重要标志。物理学基础研究的新理论、新发现、新效应和新实验技术是材料科学发展的主要动力之一。其中凝聚态物理是物理学中内容最丰富、应用最广泛、最活跃的领域，也是材料技术的基础。随着高温超导、半导体超晶格物理、新型晶体和晶体学、新型磁性材料物理、超微粒子材料(纳米材料)物理等物理学分支的进一步研究，必将极大地推进材料科学的向前发展。

2 .3 物理学对能源科学发展的促进作用

随着全球能源的需求量愈来愈大，仅靠大力开发石油、天然气、煤等传统能源已不能满足社会可持续发展的需要。对新能源的开发利用、节约能源成为引人瞩目的新技术，而能源科学的发展完善离不开物理学作为基础和后盾。例如，原子能的开发和利用离不开物理学中的核物理和高能物理学，太阳能的开发利用离不开凝聚态物理和光物理学，而近年来物理学家对反物质的研究，则可能会给人类带来新的能源。反物质这东西很神秘，只要一露面，立即就会与正物质结合，同时放出大量的能量。关于通古斯大爆炸有各种假说，其中之一认为，1908年中西伯利亚的通古斯大爆炸，就是由于天外飞来一块由反物质组成的陨石与正物质在通古斯上空结合放出大量能量而造成的。据估计，一克反物质与正物质结合时，放出的能量相当于世界上几个最大水电站发电量的总和。

2 .4 物理学对空间科学发展的促进作用

空间科学包括应用卫星技术、载人航天技术、从空间研究地球及宇宙整体行为的技术和微重力科学技术，而这些都离不开作为其基础的物理学。物理学研究的水平高低直接决定了空间科学技术的发展。众所周知，物理学是卫星和火箭发射、运行、控制的直接理论基础，天体物理、大气物理和地球物理是空间技术的重要理论背景和设计基础。不久前，经过半年多星际旅行，美国”勇气”号火星车于美国太平洋时间2004年1月3日20时35分(北京时间2004年l月4日12时35分)左右，在火星表面成功着陆。而物理学家对新能源—反物质的研究，则会促使空间科学飞速发展。物理学家预测，假如利用反物质推动太空船，只需六个星期便可到达火星。

2 .5 物理学对生命科学发展的促进作用

生命科学的研究离不开物理学作为基础和手段。研究生命现象会遇到一个根本性的问题:什么是生命?对此，1944年，量子力学创始人之一薛定愕在《什么是生命》一书中预言了遗传密码的存在和生命赖“负熵”而生存。此外他还指出:量子力学应当成为生命科学的基础。这在生命现象研究中是前所未有的突破。运用力学对生命现象的研究，可追溯到伽里略、牛顿和哈维。

物理学还为生命科学提供了现代化的实验手段和技术。早在1791年解剖学家、物理学家伽伐尼(L.Galvani)用电刺激蛙神经，发现了生物的导电现象。1927年，马勒(H .J.Mullor)用x射线使发果蝇的基因发生突变，开辟了遗传学研究和实际应用的新领域;最近，瑞士科学家又用x射线晶体成像法首次发现了DNA关键部位的原子结构，为人类从原子层次揭开生命之谜开辟了道路。

物理学中的理想模型、研究方法和计算方法，在生物系统中得到广泛的应用。用分子涨落的方式对DNA与RNA的结构和动力学特征所做的量子力学计算结果，其精确度令人十分满意。

2 .6 物理学对军事科学发展的促进作用

从科学技术发展史看，一种崭新武器的出现，都离不开物理学的理论，尤其是核物理学的研究成果，更是极大地影响着军事科学的发展。从现在和未来来看，纳米技术的迅猛发展，特别是微机电系统的初步成功，为军事科技工作者研制纳米武器奠定了物质基础。他们可尽情发挥想象力，研制出千奇百怪的战场“精灵”。诸如“麻雀”卫星少蚊子”导弹少苍蝇”飞机少蚂蚁士兵”等。

2 .7 物理学对农业科学发展的促进作用

2 .7 .1 物理学与植物经络学

在我国率先举起物理农业大旗的侯天侦教授从植物的电、声、热、核等生物物理特征的测定，植物的光合、呼吸代谢以及运动周期等方面的研究中，发现了“植物具有类似于人体和动物的经络控制系统”，发现了植物经络系统的穴位，提出了植物控制系统的理论，创立了植物经络学说。

2.7.2 草木知音一植物声学

近年来，世界各国科学家进行了多种实验，探索声波或音乐对农作物的影响，希望用声音提高产量或改良品质，并且出现了可喜的苗头。

1000多年来草木知音现象的原理一直是一个不解之谜。中国科学家根据植物经络学说很好地解释了草木之音现象，揭开了草木知音现象的科学原理，中国科学家还精确地测定出了植物的自发声和接受声的频率，并运用发明的植物声频押制技术大大地提升了作物产量和品质目前.

这种奇特的技术已在美国和中国北京、新疆、山西等地的133公顷农田应用，30多种农作物产量大幅度提高，抗病虫害能力也有所增强。

当前，农业正处于由化学农业向生态农业过渡时期，而物理农业是实现生态农业的主要途径之一，即将电、磁、声、光、热、核、辐射、微重力等物理学科的基本知识和相关领域的高新技术作为有效的“物理肥源”应用于农业中，在无污染的条件下达到选种、增产、优质、抗病和简化管理等目标。

2.8 从诺贝尔奖看物理学对其它学科发展的促进作用

据不完全统计，20世纪中叶以来，获得诺贝尔生理及医学奖者中，具有物理学背景者约占60%。获得诺贝尔化学奖者中，具有物理学背景者约占50%以上。诺贝尔经济学奖第一位获奖者便是具有物理学博士学位的杨廷伯根。据不完全统计，获得诺贝尔经济学奖者中，具有物理学背景者约占50%左右。由此可见，物理学对其它学科发展具有巨大的促进功能。然而在物理学方面，迄今为止尚未发现非物理学背景的学者获得诺贝尔物理学奖。

为什么具有物理学背景者进入其它学科获得了诺贝尔奖，而非物理学背景者迄今却无人问津诺贝尔物理学奖呢?其主要原因在于物理学研究的是物质的基本结构和物质运动的一般规律，物理学是自然科学的基础学科、核心学科和带头学科，物理学和其它学科相结合，很容易在边缘交叉领域上取得重大突破;另一方面在于物理学研究方法的普适性。例如，具有物理学背景者利用物理学的理想模型方法在经济学领域取得突破，从而获得1997年诺贝尔经济学奖就是重要例证。

可见，物理学昨天和今天都对科学技术乃至社会的发展起着重要的推动作用，明天也将如此。

3、运用自然辩证法的原理探讨物理学对自然科学发展促进作用的原因

物理学是自然科学的基础，它是在人们认识自然和改造自然的过程中发展和壮大起来的。自然科学与生产实践相结合变成直接的社会生产力，社会生产力的发展又推动自然科学向更深层次发展。也就是说，生产决定科学，科学又反作用于生产。生产力的三要素包括劳动者、劳动工具和劳动对象。劳动者的劳动能力主要决定于他的科学知识水平，一个时代的劳动能力则决定于当代科学发展的水平。正是由于物理学的发展使得人们的科学知识和实验技术水平得到了大的发展，推动了自然科学的向前发展。作为生产力中物的因素的劳动工具、劳动对象的改革和创新也与物理学的发展密不可分。资本主义大工业生产以来所经历的三次大的技术工业革命，每一次都是以工具的变革为标志。正是因为出现了电子器件、半导体、激光、原子能等方面的一系列新工具，工业部门才推动了当代军事工业、信息产业、材料工业等新的学科的出现和发展。同时随着自然科学的不断进步使得劳动对象的范围不断加深和扩大，开辟了新的自然科学的研究领域诸如太阳能和潮汐能的利用、核能的开发利用、航空和航天技术、纳米技术、超导技术等等。

从更深层次上分析，物理学的发展和完善不仅推动了整个自然科学的发展和完善，同时也推动了社会的进步。物理学中的科学实验方法是检验自然科学真理性的标准。毛泽东同志曾经指出:“许多自然科学理论之所以被称为真理，不但在于自然科学家们创立这些学说的时候，而且在于为尔后的科学实践所证实的时候。”物理学的发展促进了辩证唯物主义的完善和发展，它的每一次大的飞跃都为自然科学的发展创建了一新的平台。在这个新的平台之上，社会对新的技术的需求增大。正如恩格斯所总结的:“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。

作者：贾利群，王喜中，张耀宇

作者：厚宇德    文章来源：《大学物理》2004年1月   

什么是“物理学”?这是科技史，尤其是物理学史不可回避的一个十分基础的课题。近年来物理学概念内涵之演变引人关注，对这方面的了解将会给教授者、学习者一定的指导和启示。

1、物理学概念的西方源起

“物理学”(即英语里的“physics”)，最早始见于古希腊亚里士多德的《物理学》一书，该书的中文译者张竹明先生指出:这本“《物理学》是一门以自然界为特定对象的哲学。它不同于我们现在的物理学，但却包括了现在的物理学，也包括化学、生物学、天文学、地学等等在内，总之，涉及整个自然科学，它只研究自然界的总原理，是自然哲学”^[1]。鉴于亚里士多德的《物理学》中有许多物理方面的错误结论，所以1949年因提出了宇宙起源的大爆炸学�