1-杭十四中.DOC

近代物理学产生的背景 在学习了力学、热力学、电磁学和光学等经典物理学的内容后，有必要回过头来重新回顾一下经典物理学的知识体系。在此基础上，用历史的眼光审视近代物理学产生的背景。十九世纪科学的概貌近代自然科学产生于文艺复兴后期（十五世纪），是伴随资本主义而产生的，并成为它的有力支柱。十六、十七世纪是近代科学建立时期，无论在科学知识、科学思想还是在科学方法上都开创了一个新纪元。特别是物理学和天文学在十七世纪都达到一个高峰。另外随着微积分的创立、血液循环的发现、显微镜的发明及化学元素概念的建立，数学、生物学、化学也都取得了重大进展。 在十八世纪，科学发展缓慢。但十八世纪是以英国工业革命（第一次技术革命）和法国民主革命载入史册的。这两次伟大革命，显示了科学对社会的巨大影响，也为科学的进一步发展提供了强大的物质基础和有力的社会保证。《共产党宣言》说资产阶级在它不到一百年的阶级统治中所创造的生产力，比过去一切时代所创造的全部生产力还要多、还要大法国大革命起源于启蒙运动启蒙运动是人类历史上最彻底的反对封建专制的思想解放运动，它的中心内容就是科学、民主。 经过十八世纪各方面的准备，十九世纪成为科学技术全面发展的时期。在文化史上，十九世纪被称为“科学世纪”，主要表现在：开始出现了科学对生产的指导作用，引起了第二次技术革命；许多科学部门开始从经验的描述上升理论的概括，逐渐形成自己的统一整体，新学科纷纷成立，各门科学之间的间隙也逐渐得到填补，科学精神、科学思想和科学方法深入人心。 近代科学进入十九世纪下半叶，出现生物进化论（1859年）和电磁理论（1864年）两座高峰。它们各自显示了生命现象和物理现象的内在统一性，显示了科学理论的巨大综合能力。这些成就使不少科学家以为科学的发展基本上已经大功告成，特别是在理论比较成熟的物理学领域中，普遍出现了这种情绪。 在物理学发展史上，曾有过物理学理论的三次大综合。第一次是英国物理学家牛顿在伽利略、开普勒、笛卡尔等人工作的基础上，把物体的运动规律归结为三条基本运动定律和一条万有引力定律，由此建立起一个完整的力学理论体系。这样，他将过去认为是截然无关的地球上的物体（世俗的）运动和天体（天堂的）运动规律概括在一个严密的统一理论中。这是物理科学，也可以说是人类认识自然的历史中第一次理论的大综合。这一伟大成就，使机械唯物论的自然观取得统治地位，它统治整个自然科学领域达二百多年之久。牛顿力学到了十九世纪中叶，显示出无比强大的威力。1846年海天星的发现，完全证实了根据牛顿理论所作的预言。四十年代能量守恒定律的发现，揭示了各种物质运动形式不仅可以相互转化，而且在量上还有确定的关系。这样，力学、热学、化学甚至生物学就都贯通在一起，使牛顿力学成为各门物理科学的理论基础这是物理学第二次伟大的综合动理论就是这次大综合的产物动理论是用牛顿理论研究大量的分子运动，这是人类第一次进入微观领域进行定量描述。由此，大至日月星辰，小至分子原子，无不为牛顿理论体系所包罗。法拉第、麦克斯韦电磁理论的建立，又把电学、磁学和光学合成一体，完成了物理学第三次伟大的综合，并为现代人类文明开辟了道路。虽然法拉第的一些思想已经越出了牛顿的框架，但本质上仍属于经典理论体系。 物理学的巨大成功，使当时不少物理学家认为，物理理论已接近最后完成，今后只能在细节上作些补充和发展，物理学已发展到顶峰。十九世纪末的物理学危机正当人们为经典物理学的全面胜利欢呼万岁的时候，它的体系本身却开始出现了危机。不久以后，这些危机发展成为一场翻天覆地的革命大风暴。 危机是从不可捉摸的媒质“以太”开始的。1887年迈克尔孙－莫雷的寻找以太实验，实验结果同理论预测相反，否定了以太的存在，引起了物理学家的震惊。当时，英国的一名著名实验物理学家曾大声疾呼：我们仍然期待着第二个牛顿来给我们一种关于以太的理论，它将不仅包括电和磁的事实，光辐射的事实，而且还可能包括引力的事实。为送别旧世纪，英国科学界最有地位的开耳芬勋爵本名威廉·汤姆逊，于1900年4月27日作了题为《热和光的动力学理论上空的十九世纪之云》的长篇讲话，这位思想保守的元老认为经典物理学理论在本世纪末出现了两朵云。第一朵就是以太漂移问题；而第二朵云，是与比热有关的能量均分定理。 事实上，到了十九世纪末，由于X射线（1895年），放射性（1896年），电子（1897年）以及镭（1898年）的发现，物理学上空已不是两朵云，而是危机四伏。大有山雨欲来风满楼之势。在世纪交替时，经典物理学领域中，几乎所有的原理、基本概念都受到怀疑和重新审查，如物质的不灭性、能量守恒性、原子的不可分割和不变性、时空的绝对性、运动的连续性。第一个对当时物理学的危机进行全面、深入分析的是法国数学家彭加勒，他于1905年出版的《科学的价值》一书中的第八章标题就是数学物理