什么和谁被称为经典的实验物理学

什么和谁被称为经典的实验物理学

把物理学的发展分为若干时期,在每一时期中找出一些具有表征性的特点.这主要是根据物理学发展的内在逻辑分期的,采用这一分期原则既可兼顾到社会生产和社会经济形态的影响,又能揭示出贯穿于物理学发展过程中的内在规律性. 本讲义按照物理学本身发展的规律,结合社会经济各时期的特点,并考虑到不同时期有不同的研究方法,把物理学发展的历史大体分为三个时期. 第一、经验物理的萌芽时期(17世纪以前) 这一时期内我国和古希腊形成两个东西交相辉映的文化中心.经验科学已从生产劳动中逐渐分化出来,这时的主要方法是直觉观察与哲学的猜测性思辨.与生产活动及人们自身直接感觉有关的天文、力、热、声、光(几何光学)等知识首先得到较多发展.除希腊的静力学外,中国在以上几方面在当时都处于领先地位. 第二、经典物理学的建立和发展时期(17世纪初—19世纪末) 这时资本主义生产促进了技术与科学的发展,形成了比较完整的经典物理学体系.系统的观察实验和严密的数学推导相结合的方法,被引进物理学中,导致了17世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”.牛顿力学体系的建立,标志着近代物理学的诞生.经过18世纪的准备,物理学在19世纪获得了迅速和重要的发展.终于在19世纪末以经典力学、热力学和统计物理学、经典电磁场理论为支柱,使经典物理学的发展达到了它的顶峰. 在爱因斯坦的相对论提出后,经典物理的绝对时间和绝对空间被彻底打破,经典宏观物理就进入了宇宙空间阶段. 后来随着量子力学的深入,发现在微观上相对论与量子力学不统一,并有在奇点处失效的缺憾,所以相对论也被列入经典物理学. 经典物理学大师----牛顿 人们普遍认为,牛顿是大科学家,是近代科学的象征.他生前就成为科学界的主宰,几乎被当作偶像崇拜.他作为英国皇家学会连任24年的终身会长,法国科学院至尊的外国院士,还兼任英国造币局局长和国会议员,并前所未有地被封为贵族,获得爵士称号.他死后作为自然科学家又第一个获得国葬,长眠于威斯敏特教堂,还是历代帝王和第一流名人的墓地. 牛顿身后的声望有增无减.他不仅以不朽的著作《自然哲学的数学原理》、《光学》等流传于世,而且由于后继大师们的发展,他的思想观念长期统率着科学战线上的士卒.他在物理、数学研究上的主要成果,至今仍是各国大中学生必修的功课. 不是天生的神童 少年时代的牛顿不像高斯、维纳那样,从小就显露出引人注目的科学天才；也不像莫扎特那样表现了令人惊叹的艺术禀赋.他跟普通人一样,轻松愉快地度过了中学时代.如果说牛顿和别的孩子有什么不同的话,那就是他的动手能力相当强.他每做一件东西,总是一声不吭地埋头苦干.如果做得不合适就拆了重做,绝不马虎.他做过会活动的水车；做过能测出准确时间的水钟；还做过一种水车风车联动装置,使风车可以在无风时借助水力驱动. 1658年9月3日,一场罕见的暴风雨侵袭英格兰.狂风怒吼,牛顿家的房子直晃悠,就像要倒了似的.牛顿为大自然的威力迷住了,不禁想测验飓风的力量.他冒着狂风暴雨来到后院,一会儿逆风跑,一会儿顺风跳.为了接受更多的风力,他索性敞开斗篷向上跳跃,认准起落点,仔细量距离,看狂风把他吹出多远. 1661年,18岁的牛顿从中学毕业后考上了剑桥大学.这是英国最古老的大学之一,是全国青年学生向往的最高学府.尽管牛顿在中学里是个优等生,可是剑桥大学集中了各地的尖子学生,他的学习成绩赶不上别人,特别是数学的差距更大.牛顿并不气馁,就像他少年时代喜欢思考问题一样,踏踏实实地学习,直到透彻地理解为止.他在大学的头两年里,除了学习算术、代数、三角以外,还认真学习了欧几里得《几何原本》,弥补了过去的不足.他又钻研笛卡儿的《几何学》,熟练地掌握了坐标法.这些数学知识,为牛顿后来的科学研究打下了坚实的基础. 科学史上的奇迹 1665年,牛顿22岁,他从剑桥大学毕业了.在两年的乡居期间,发明了微积分,发现了白光的组成,并且开始研究引力问题. 1666年1月,有一天牛顿请母亲和弟妹到自己房间里来.房间里黑洞洞的,只从窗子的一个小孔中透过一线阳光,在墙上照出一个白色的光点.牛顿让他们注意看墙上的光点.他手里拿着自制的三棱镜,放在光线入口处,使光折射到对面墙上,光点附近突然映出一条瑰丽的彩带.这条彩带同雨后晴空中出现的彩虹一样,由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种颜色组成.牛顿和自己的亲人共同观赏了人工复现的自然景象.后来,牛顿又用第二个三棱镜把七种单色光合成白光.他用白光分解实验宣告了光谱学的诞生. 牛顿在探索光色之谜的同时,还在探索引力之谜. 1666年秋天的一个下午,牛顿长时间埋头工作以后有些疲倦,就到后院去散步.他信步走到苹果树下,坐在长凳上观赏田野秋色.他不由得又想起了引力之谜,思维翻腾起来. 突然,一个苹果从树上掉了下来.熟了的苹果为什么会向下掉?地球在吸引它?对,是地球的吸引!苹果熟了向下掉,扔到空中的石头也要向下掉,都是因为地球在吸引它们.地面上的东西都要受到地球的吸引.月亮所以会绕着地球转,也是因为地球在吸引着它.想着想着,牛顿的眼里闪出奇异的光芒,他长时期来想了又想的问题,终于找到了解决的线索. 24的牛顿发现了天地万物间都存在着引力,这种引力同距离的平方成反比,即所谓引力的平方反比定律.十多年以后,牛顿出色地证明了这个定律是完全正确的. 构成了宏伟壮丽的力学大厦 1684年1月,在伦敦皇家学会的一个房间里,哈雷、胡克和瑞恩在讨论有关作用于太阳和行星之间的引力问题.这三个科学家虽然都认识到了引力同距离的平方成反比,但是由于他们数学分析能力不足,无法证明这点.他们反复研究了几个月,始终琢磨不透. 哈雷想到了以刻苦钻研著称的牛顿.1684年8月,哈雷从伦敦来到剑桥大学向牛顿请教.当时,牛顿已经完成从开普勒定律到万有引力的论证. 哈雷深刻认识到牛顿这份计算的重要性,恳请牛顿发表他的著作.牛顿被说服了,开始动手写作划时代的巨著《自然哲学的数学原理》.这部巨著从内容、结构到数学方法的选用方面都遇到极大的困难. 牛顿以他非同寻常的才智,牺牲休息时间,放弃娱乐活动,夜以继日、如痴如狂地进行写作,终于大功告成.1686年4月完成第一编,第二、三编直到第二年春天才脱稿.全书于1687年仲夏出版,受到学术界的赞颂,很快销售一空. 牛顿在《原理》这部巨著里,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把力学确立为完整、严密、系统的学科.他在概括和总结前人研究成果的基础上,通过自己的观察和实验,提出了“运动三定律”.这三条定律和万有引力定律共同构成了宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱.这座力学大厦是近代天文学和力学发展的基地,是机械、建筑等工程技术发展的基地,也是机械唯物论统治自然科学领域的基地.