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科学的灵魂——500年物理学发展史纵览

在17世纪到19世纪这段时间里,经典物理学取得了很大的成就。

在牛顿力学的基础上,拉格朗日等人的工作使经典力学臻于完善。而且研究的范围也扩大了,从机械运动的范畴进入了热运动和电磁运动。在这个时期内,通过克劳修斯、开尔文、玻尔兹曼等人对热现象的研究,建立了热力学和统计力学;通过牛顿、惠更斯、杨、菲涅尔等人对光的研究,建立了光学;而安培、法拉第、麦克斯韦等人对电磁现象的研究,则为电动力学奠定了基础。

至19世纪末,经典物理学已发展到相当完善的阶段,当时许多物理学家,包括像开尔文那样知名的、对物理学理论有着多方面贡献的物理学家,都认为物理学的基本规律已被揭示出来,今后的任务只是使这些规律进一步完善,并把物理学的基本定律应用到具体问题的处理上,以及用来说明新的实验事实而已。

正当物理学家们为经典物理学的成就感到满意的时候,一些新的实验事实却让经典物理学的上空飘荡着几朵令人不安的乌云。

这些实验事实主要来自以下三个方面:

  • 1887年的迈克耳孙莫雷实验否定了绝对参考系的存在;

  • 1900年瑞利和金斯用经典的能量均分定理来说明热辐射现象时,出现了所谓的“紫外灾难”;

  • 1887年J·J·汤姆孙发现电子,说明原子不是物质的基本单元,原子是可分的。经典物理理论无法对这些新的实验结果做出正确的解释,从而使经典物理处于非常困难的境地,也使一些物理学家深感困惑。

为了使经典物理学走出困境,一些思想敏锐而又不为旧观念束缚的物理学家,重新思考了物理学中的某些基本概念,经过艰苦而又曲折的道路,终于在20世纪初期诞生了相对论和量子物理。量子力学以“新材料”方式推动技术发展,比如半导体材料导致计算机诞生。现在的材料学、化学、固体物理、核物理的理论基础都是量子力学,可见其贡献之大。

《大学基础物理教程》(第二版)带你纵览物理学发展史,展望物理学灿烂的明天。

科学的灵魂——500年物理学发展史纵览