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2、现代物理学的辉煌成就 二十世纪物理学对人类的思维方式和社会发展做出了三方面的重要贡献：第一，相 对论、量子力学和它们相结合产生的量子场论从根本上改变了人类对时空和宇宙万物的看 法，使人们从绝对的决定论的宇宙观变为辩证的唯实的宇宙观。第二，二十世纪物理学是带 头的学科，它带动了化学、天文、材料、能源、信息等学科的发展，它为生物、医疗、地学、 农业提供了强大的探测手段和研究方法。物理学在半导体、集成电路、激光、磁性、超导等 方面的发现奠定了信息革命的科学基础。它推动了高技术产业的发展，引发了以微电子、光 电子和微光机电技术为核心的工业革命，由物理学研究衍生的新技术和新产品层出不穷，从 根本上改变了人们的生产方式和生活方式。第三，通过计算机的帮助，应用古典物理理论讨 论流体运动和气象预报时，发现了自组织、混沌和分形等现象。随后发现，这是普遍存在于 非线性相互作用的开放系统中的现象，生命系统和社会系统也不例外。物理学是人们对无 生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。这种运动和转变应有两种。一是 早期人们通过感官视觉的延伸，二是近代人们 通过发明创造供观察测量用的科学仪 器，实验得出的结果。物理学从研究角度及观点不同，可分为微观与宏观两部分，宏 观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的， 微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。现今物理学（狭义与广义相对论、量子力学 和量子场论及其发展如标准模型（包含弱电统一理论和量子色动力学））已经把目前实验能 -17 26 触及到的领域都涵盖进去了。从尺度讲，包含从 10 米的极微观到 10 米的宇观范围；从 能量角度讲，已经到达现在LHC 的TeV 能标。所以现在的新物理，都只能出现在：（1）10-17 米以下尺度（检验超对称、超弦是否存在，检验超引力及量子引力）；（2）从星系尺度到 26 10 米的宇观尺度（检验所谓的暗物质、暗能量是否存在及其本质）；（3）在LHC 的 TeV 能标之上，解决标准模型 （弱电统一理论和量子色动力学）中出现的一些疑难。虽然标准模 型整个框架已经确定，应该也不存在什么问题，但模型本身提出了不少更为本质的疑问，暗 示着新的发展路线。标准模型现在的情况就好比1900－1926 年的旧量子论，未来还将存在 TeV 能标以上的新物理，包括弱、电、强力三者的统一（大统一理论）。（4）超低能低温 下的丰富的对称破缺。这是凝聚态物理的事情。能量标度上升，对称性增高及得以恢复，各 种力都走向同一，物理学趋向统一，所以大统一理论（弱、电、强力三者的统一）以及四种 力（弱、电、强、引力）的统一，都必然是在极高能标下完成的；能量标度下降，对称破缺 产生，四种力（弱、电、强、引力）都逐渐分离，表现不同行为。总之，高能量标度使得对 称性恢复，物理世界变得简单及统一；能量标度下降，世界变得复杂，丰富多彩。超低能低 温下有五花八门的现象，其实只是对称破缺现象、表面现象，我们眼睛观察到的其实都非实 相，它们在高能标下其实只有一个本质。 1.相对论 德布罗意认为：相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它在黑暗的夜空，突然划出一道道 十分强烈的光辉，照亮了广阔的未知领域。” 运动着的物体所占有的空间是变动不居的， 描写这种变动的就是时间，时间作为广义的空间结构的一个维度。时空不是独立的存在，时 空是物质的时空，时空是物质世界的表象，物质本体改变了，其表象必随其变。空间与时间 在表述物质时，各有侧重：空间侧重于表述物质相对静止的状态，时间侧重于表述物质相对 变动的过程。物质的存在是相对变动中的存在，静止是变动中相对的静止，从这一角度可以 认为：物质是变动与静止的统一体，是时间和空间的统一体。时间和空间是不可分的，譬如： 当我们看到时钟指针的空间状态就知道时间的位置，知道时间状态就可以推出时钟指针的空 间位置；在譬如：当我们知道一个人的形体容貌就可推出其正常条件下的大致年龄及寿命， 知道一个人的性别及年龄就可知道其大致的形体发育状态。 狭义相对论和广义相对论建立以来，已经过去很长时间，它经受住了实践和历史的 考验，是人们普遍承认的真理，相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨 大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。 狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦