物理学史绪论.ppt

教材及参考书教材及参考书 刘筱莉、仲扣庄，物理学史，南京师范大学出版社；刘筱莉、仲扣庄，物理学史，南京师范大学出版社；郭奕玲、沈慧君，物理学史，清华大学出版社；郭奕玲、沈慧君，物理学史，清华大学出版社；美美 弗弗.卡约里，物理学史卡约里，物理学史,科学出版社科学出版社;谷世义谷世义,物理学史简编物理学史简编,高等教育出版社高等教育出版社.物物理理学学是是研研究究物物质质运运动动的的最最普普遍遍形形式式的规律以及物质基本结构的科学。的规律以及物质基本结构的科学。物物理理学学史史是是研研究究物物理理学学产产生生和和发发展展规规律律的科学。的科学。一一.“.“物理物理”溯源溯源二二.物理学史的分期物理学史的分期三三.物理学的研究方法物理学的研究方法四四.物理学基本观念的变更物理学基本观念的变更五五.学习物理学史的目的学习物理学史的目的和意义和意义绪 论 “物物理理学学”一一词词有有两两个个来来源源：一一个个是是“土土生生”的的，即即来来自自中中国国本本土土的的“物物理理”一一词词；另另一一个个是是由由西西方方经经日日本本转转译译到到中中国的国的“物理物理”一词。一词。一一.“.“物理物理”溯源溯源 中中文文“物物理理”一一词词出出现现并并不不晚晚，约约公公元元前前二二世世纪纪成成书书的的淮淮南南子子览览冥冥训训写写到到“故故耳耳目目之之察察不不足足以以分分物物理理；心心意意之之论论不不足足以以定定是是非非。”这这里里的的“物物理理”泛泛指指一一切切事事物物的的道道理理，并并非现代意义下的物理学。非现代意义下的物理学。晋晋代代杨杨泉泉曾曾著著物物理理论论，这这里里的的“物物理理”一一词词的的说说法法起起源源于于战战国国时时期期庄庄子子（公公元元前前369-369-公公元元前前286286年年）的的“析析万万物物之之理理”一一句句，明明清清之之际际方方以以智智（1611-16711611-1671）曾曾著著物物理理小小识识，它它们们虽虽然然冠冠之之以以“物物理理”，其其实实包包括括了了自自然然科科学学的的各各门门学科，甚至还包括人文科学的某些分支。学科，甚至还包括人文科学的某些分支。宋宋代代理理学学家家朱朱熹熹（1130-12001130-1200）等等人人也也常常使使用用“物物之之至至理理”或或“物物理理”一一词词，但但这这是是他他们们唯唯心心主主义义哲哲学学家家的的常常用用词词，意意指指先先验验的的“理理”主主宰宰具具体体的的“物物”，“理理”是是先先于于物物质质存存在在的的实实体。这种观念恰和物理学的本意相反。体。这种观念恰和物理学的本意相反。“格格物物”一一词词源源出出于于大大学学：“格格物物，致致知知，诚诚意意，正正心心，修修身身，齐齐家家，治治国国，平平天天下下”。“至至知知在在格格物物，格格物物而而后后至至知知”。“格物学格物学”也被称为也被称为“格致学格致学”。清清代代晚晚期期，物物理理学学包包括括在在所所谓谓的的“格格物物学学”之之中中。当当时时的的格格物物学学是是指指除除了了数数学学、天天文文学学、医医学学和和农农学学之之外外的的所所有有自自然然科科学学。在在翻翻译译西西方方近近代代物物理理学学时时，把把物物理理学学各各分分支支科科以以及及化化学学统统译译为为“格物学格物学”，其中力学译为，其中力学译为“重学重学”。“物理物理”溯源溯源 在在西西方方物物理理学学最最早早属属于于哲哲学学的的一一部部分分，古古希希腊腊哲哲学学家家亚亚里里士士 多多 德德（公公 元元 前前 384-384-公公 元元 前前 322322年年）用用 希希 腊腊 文文 写写 作作“”，指指自自然然哲哲学学。“自自然然哲哲学学()”)”后来被译为拉丁文后来被译为拉丁文“physicaphysica”，再转译为英文，再转译为英文“physicsphysics”。18511851年年日日本本人人川川本本幸幸民民将将英英文文的的“physics”physics”译译为为日日文文汉汉字字“物物理理学学”，18791879年年日日本本人人饭饭盛盛挺挺造造出出版版物物理理学学一一书书，19001900年年日日本本人人藤藤田田丰丰八八把把饭饭盛盛挺挺造造的的物物理理学学译译成成中中文文，王王季季烈烈对对该该书书进进行行文文字字润润色色和和重重编编并并由由江江南南制制造造局局刊刊行行，这这是是我我国第一本具有现代物理学内容和系统的称为物理学的书。国第一本具有现代物理学内容和系统的称为物理学的书。“物理物理”溯源溯源二二.物理学史的分期物理学史的分期1.1.古代物理学时期古代物理学时期-科学的萌芽期科学的萌芽期时间时间：从远古到从远古到1616世纪中叶。世纪中叶。特点：特点：主要是对自然现象的观察和记载。这一时期，自然科主要是对自然现象的观察和记载。这一时期，自然科学与哲学融合在一起，对自然现象的解释往往是哲理性的。学与哲学融合在一起，对自然现象的解释往往是哲理性的。文化中心：文化中心：古希腊和古代中国。古希腊和古代中国。2.2.经典物理学时期：经典物理学时期：时时间间：从从1616世世纪纪中中叶叶到到1919世世纪纪末末。1515世世纪纪末末，资资本本主主义义开开始始萌萌芽芽，社社会会生生产产力力得得到到发发展展，有有力力地地推推动动了了科科学学的的进进程程。1616世世纪纪中中叶叶，哥哥白白尼尼提提出出“日日心心说说”。1717世世纪纪晚晚期期，牛牛顿顿建建立立了了经经典典力力学学体体系系，标标志志着着近近代代物物理理学学的的诞诞生生。之之后后，经经典典热热力力学学、电电磁磁学学相相继继建建立立。到到1919世世纪纪末末，形形成成了了比比较较完完整整的的经经典物理学体系。典物理学体系。3.3.现代物理学时期：现代物理学时期：时间：时间：从从1919世纪末到现在是现代物理学时期。世纪末到现在是现代物理学时期。1919世世纪末一系列实验新事实的发现，使经典物理学理论纪末一系列实验新事实的发现，使经典物理学理论出现了不可克服的危机，从而导致了物理学革命；出现了不可克服的危机，从而导致了物理学革命；标志：标志：相对论、量子力学的相继建立，标志着现代相对论、量子力学的相继建立，标志着现代物理学的诞生。物理学的诞生。2020世世纪纪5050年年代代以以后后，物物理理学学已已经经发发展展成成为为一一个个相相当当庞庞大大的的学学科科群群，包包括括高高能能物物理理（粒粒子子物物理理）、原原子子核核物物理理、等等离离子子体体物物理理、凝凝聚聚态态物物理理、计计算算物物理理和和理理论论物物理理等等主主体体学学科科以以及及难难以以计计数数的的分分支支学学科科。物物理理学学与与各各学学科科之之间间相相互互交交叉叉、相相互互渗渗透透形形成成了了众众多很有发展前途的交叉科学。多很有发展前途的交叉科学。物理学史的分期物理学史的分期三三 物理学的研究方法物理学的研究方法1.1.古古代代：主主要要依依靠靠不不充充分分的的直直观观观观察察、思思辩辩性性猜猜测测、形形式式逻逻辑辑的的演演绎绎和和简简单单的的推推理理，直直觉觉地地、笼笼统统地地去去把把握握物物理理现现象象的的一一般特性。般特性。2.2.近近代代：观观察察方方法法从从自自然然观观察察为为主主发发展展为为以以仪仪器器观观察察为为主主；强强调调系系统统的的有有目目的的的的实实验验；使使物物理理学学作作为为一一门门实实验验科科学学的的特特点点显显现现出出来来；科科学学实实验验和和数数学学方方法法的的结结合合，使使精精确确的的、定定量量的的物物理理学学研研究究有有了了很很快快发发展展；分分析析、归归纳纳和和演演绎绎等等逻逻辑辑方方法法的的发发展展，促促进进了了经经验验材材料料的的整整理理和和理理论论建建构构；到到1919世世纪纪末末统统计计方方法法的的应应用用使使由由大大量量分分子子偶偶然然事事件件组组成成的的体体系系的的宏观规律得以研究。宏观规律得以研究。3.3.现代：现代：大大型型、精精密密仪仪器器的的创创制制、分分析析技技术术的的发发展展和和计计算算机机的的发发明明应应用用，使使物物理理实实验验在在精精密密、快快速速和和自自动动化化方面都达到新水平；方面都达到新水平；物物理理理理论论的的公公理理化化、数数学学化化特特征征日日益益突突出出，现现代代物理成为数学物理学；物理成为数学物理学；由由于于物物理理学学研研究究领领域域越越来来越越远远离离人人们们的的感感性性经经验验，创创造造性性思思维维在在创创建建新新理理论论中中的的作作用用更更加加突突出出；如如科科学学想想象象、理理想想实实验验、大大胆胆猜猜测测，以以及及类类比比、直直觉觉和和灵感等非逻辑性方法；灵感等非逻辑性方法；追求简单、对称、和谐与数学美。追求简单、对称、和谐与数学美。物理学的研究方法物理学的研究方法四四 物理学基本观念的变更物理学基本观念的变更 当当不不断断增增加加的的感感性性经经验验知知识识尚尚可可为为原原有有的的观观念念所所容容纳纳和和理理解解时时，科科学学的的发发展展表表现现为为渐渐进进的的积积累累；而而当当新新的的科科学学事事实实无无法法为为原原有有的的理理论论框框架架所所包包容容时时，就就会会发发生生科科学学革革命命，提提出出新的基本观念。如：新的基本观念。如：古代物理观与经典物理观：古代物理观与经典物理观：地心说地心说日心说；亚里士多德的运动观与伽利落的运动观；日心说；亚里士多德的运动观与伽利落的运动观；经典时空与相对时空：经典时空与相对时空：牛牛顿顿的的绝绝对对时时空空观观：物物质质实实在在具具有有不不变变质质量量的的粒粒子子和和粒粒子子体体系系；力力只只引引起起运运动动状状态态的的变变化化；物物体体间间只只存存在在中中心心力力作作用用；与与媒媒质质无无关关的的即即时时作作用用；物物质质的的运运动动状状态态只只由由初初始始条条件件唯唯一一确定的因果观；平直空间等。确定的因果观；平直空间等。爱爱因因斯斯坦坦的的相相对对时时空空观观：奥奥斯斯特特电电流流磁磁效效应应非非中中心心力力；法法拉拉第第电电磁磁感感应应力力产产生生于于空空间间状状态态的的变变化化；媒媒递递作作用用；质质量量与与能能量量有有关关E=mcE=mc2 2；时时空空具具有有非非欧欧几几里里德德性性质质，引引力力只只是是“时空时空”弯曲的表现。弯曲的表现。经典理论与量子论：经典理论与量子论：经典物理学的连续性原理经典物理学的连续性原理微观现象不连续性的量子化概念；微观现象不连续性的量子化概念；波和粒子的矛盾波和粒子的矛盾波粒二相性概念；波粒二相性概念；精确测量原理精确测量原理测不准关系；测不准关系；机机械械决决定定性性原原理理采采用用有有几几率率意意义义的的波波函函数数作作为为运运动动状状态态的的描描述述物理学基本观念的变更物理学基本观念的变更1.1.加深对概念和理论的理解，启迪科学新思想的萌发和产生加深对概念和理论的理解，启迪科学新思想的萌发和产生2.2.物物理理学学史史可可以以使使我我们们认认识识到到“科科学学是是最最高高意意义义上上的的革革命命力力量量”。3.3.物物理理学学史史可可以以培培养养我我们们的的科科学学思思维维，掌掌握握科科学学研研究究的的方方法法，加加深深对对科科学学研研究究的的认认识识，可可以以活活跃跃思思想想，开开阔阔眼眼界界，使使我我们们的知识立体化。的知识立体化。4.4.思想观念转变的重要性思想观念转变的重要性5.5.物理学史可以培养同学们的爱国主义精神物理学史可以培养同学们的爱国主义精神6.6.可可以以培培养养辩辩证证唯唯物物主主义义思思想想，以以造造就就同同学学们们追追求求真真理理，献献身科学的崇高思想境界身科学的崇高思想境界 五五.学习物理学史的目的学习物理学史的目的和意义和意义 总总之之，通通过过物物理理学学史史的的学学习习，能能增增长长见见识识和和加加深深对对物物理理学学的的理理解解。更更重重要要的的是是可可以以从从中中得得到到教教益益，得得到到启启发发，开开阔阔眼眼界界，从从别别人人的的物物理理学学科科研研的的经经验验中中吸吸取取营营养养，用用以以指指导导我我们们的的科科研研工作，少走弯路。工作，少走弯路。1.1.加加深深对对概概念念和和理理论论的的理理解解，启启迪迪科科学学新新思思想想的的萌发和产生萌发和产生 随随着着人人类类社社会会的的发发展展，物物理理学学研研究究的的内内容容和和范范围围也也不不断断扩扩大大和和深深化化。在在古古代代，物物理理学学只只是是自自然然哲哲学学的的一一部部分分，1616世世纪纪以以后后才才从从哲哲学学中中分分离离出出来来。以以后后又又逐逐步步建建立立了了力力学学、热热学学、电电磁磁学学、光光学学、相相对对论论、量量子子力力学学、粒粒子物理等分支学科。子物理等分支学科。物物理理学学史史正正是是要要研研究究物物理理学学各各个个基基本本概概念念、基基本本理理论论的的酝酝酿酿、产产生生和和发发展展过过程程。通通过过物物理理学学史史的的学学习习，一一方方面面能能加加深深对对这这些些概概念念和和理理论论的的理理解解，另另一一方方面面可可以以从从中受到启迪，有助于科学新思想的萌芽和产生。中受到启迪，有助于科学新思想的萌芽和产生。学习物理学史的目的学习物理学史的目的和意义和意义2.2.物物理理学学史史可可以以使使我我们们认认识识到到“科科学学是是最最高高意意义义上上的的革命力量革命力量”。物物理理学学史史是是科科学学发发展展史史，而而科科学学是是人人类类发发展展的的核核心心部部分分。每每次次物物理理学学上上的的重重大大突突破破，都都会会对对人人类类社社会会发发展展产产生生重重大大影影响响，产产生生震震撼撼人人心心的的冲冲击击和和重重大大技技术术革革命命。特特别别是是近近代代以以来来，历历次次物物理理学学重重大大进进展展通通过过技技术术革革命命为为中中心心转转化化为为直直接接生生产产力力，从从而而推推动动了了社社会会经经济济的的发发展展，并并最最终终引引发发社社会会革革命命，推推动动人人类类社社会会从从农农业业社社会会到到工工业业社社会会，从从蒸蒸汽汽时时代代进进入入电电力力时时代代、电电子子和和原原子子能能时时代代以以至至现现今今的的信信息息时时代。代。另另一一方方面面，科科学学技技术术的的进进步步也也带带来来了了一一些些当当初初料料想想不不到到的的负负面面效效应应，如如环环境境污污染染、生生态态失失衡衡、自自然然资资源源过过度度消消耗耗等等。最最典典型型的的就就是是原原子子能能的的利利用用：原原子子能能发发电电和和原原子子弹弹。学习物理学史的目的学习物理学史的目的和意义和意义3.3.物理学史可以培养我们的科学思维，掌握科学研究物理学史可以培养我们的科学思维，掌握科学研究的方法，加深对科学研究的认识，可以活跃思想，的方法，加深对科学研究的认识，可以活跃思想，开阔眼界，使我们的知识立体化。开阔眼界，使我们的知识立体化。拉拉普普拉拉斯斯：“认认识识一一位位天天才才的的研研究究方方法法，对对于于科科学学的的进进步步，并并不不比比发发现现本本身身更更少少用用处处，科科学学的的研研究究方方法法经经常常是是极极富富兴兴趣的部分。趣的部分。”在在物物理理学学的的长长期期发发展展中中创创立立了了许许多多很很成成功功的的、成成熟熟的的方方法法。物物理理学学研研究究中中建建立立了了许许多多理理想想模模型型、思思想想过过程程、理理想想实实验验，这这 些些 近近 似似 抽抽 象象 方方 法法 促促 成成 了了 许许 多多 定定 律律 的的 发发 现现。另另外外还还有有观观察察和和实实验验，分分析析和和综综合合，归归纳纳和和演演绎绎，类类比比和和联联想想，猜猜测测和和试试探探，逻逻辑辑推推理理方方法法，佯佯谬谬和和反反证证方方法法，数数学学和和定定量方法，科学移植方法，科学假设方法，概率统计方法等。量方法，科学移植方法，科学假设方法，概率统计方法等。学习物理学史的目的学习物理学史的目的和意义和意义爱爱因因斯斯坦坦：“科科学学结结论论几几乎乎总总是是以以完完成成的的形形式式出出现现在在读读者者面面前前。读读者者体体会会不不到到探探索索和和发发现现的的喜喜悦悦，感感觉觉不不到到思思想想形形成成的的生生动动过过程程，也也很很难难达达到到清清楚楚地地理理解全部情况。解全部情况。”物理学史将会把科学家在探索过程中的智物理学史将会把科学家在探索过程中的智慧之光带给我们，力图做到慧之光带给我们，力图做到“授之以渔授之以渔”。华华罗罗庚庚：“对对书书本本的的某某些些原原理理、定定律律、公公式式，我我们们在在学学习习的的时时候候，不不仅仅应应该该记记住住它它的的结结论论，懂懂得得它它的的道道理理，而而且且还还应应该该设设想想一一下下，人人家家是是怎怎样样想想出出来来的的，经经过过多多少少曲曲折折，攻攻破多少难关，才得出这个结论。破多少难关，才得出这个结论。”学习物理学史的目的学习物理学史的目的和意义和意义6.6.通过学习科学家的精神，培养同学们追求真理，通过学习科学家的精神，培养同学们追求真理，献身科学的崇高思想境界献身科学的崇高思想境界 对科学研究要有一个正确认识。对科学研究要有一个正确认识。科科学学的的道道路路是是不不平平坦坦的的,科科学学家家成成功功之之路路是是艰艰险险的的,要要准准备备付付出出比比常常人人更更多多的的精精力力和和代代价价,必必须须有有热热爱爱科科学学、献献身身科科学学的的精神精神,要善于继承又勇于创新要善于继承又勇于创新,才有可能取得成功。才有可能取得成功。牛牛顿顿怎怎样样站站在在巨巨人人的的肩肩上上、爱爱因因斯斯坦坦十十年年的的追追光光思思考考、居居里里一一家家的的艰艰难难困困苦苦、卢卢瑟瑟福福长长期期研研究究阿阿尔尔发发射射线线以以及及量量子子理理论论早早期期发发展展所所经经历历的的曲曲折折和和磨磨难难。从从伽伽利利略略、牛牛顿顿到到法法拉拉第第、爱爱因因斯斯坦坦,从从外外国国科科学学家家到到中中国国科科学学家家,他他们们的的奋奋斗斗历历程程,他他们们的的创创造造过过程程.物物理理学学发发展展史史中中每每一一次次飞飞跃跃,经经过过了了多多少少准准备备,又又遇到那些矛盾。遇到那些矛盾。学习物理学史的目的学习物理学史的目的和意义和意义