第21章 物理学革命(1/1)

首发：~第21章 物理学革命

物理学，是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。

物理学起始于伽利略和牛顿的年代，它已经成为一门有众多分支的基础科学。物理学是一门实验科学，也是一门崇尚理性、重视逻辑推理的科学。物理学充分用数学作为自己的工作语言，它是当今最精密的一门自然科学学科。

和世界上的万事万物一样，不同时代的物理学会因为实验者各种主客观因素从而发生在结论方面的改变。

而每当遇到颠覆性的改变时，我们就把这一现象叫做物理学革命。

而革命之所以出现，是因为物理学才出现了危机。

从远古时代到近现代，人类历史上一共出现了三次物理学大危机。

第一次物理学危机是托勒密地心说及亚里士多德古典物理学危机。

’第二次物理学危机是伽利略、牛顿、经典物理学危机。

而第三次物理学危机则是爱因斯坦、哈勃、薛定谔，相对论、宇宙大爆炸、量子论现代物理学危机。

托勒密是第一个提出我们这个世界--地球是圆球状的，太阳月亮和五大行星都在围绕着地球运动。

在人类最原始古老的宇宙观中，人们把天看成是一个盖子，地是一块平板，平板就由柱子支撑着。

在公元前四到三世纪，对于天体的运动，希腊人有两种不同的看法：一种以欧多克斯为代表，他从几何的角度解释天体的运动，把天上复杂的周期现象，分解为若干个简单的周期运动。

他又给每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道，或者是一个球形的壳层，他认为天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动，并且用二十七个球层来解释天体的运动。

托勒密则提出了自己的宇宙结构学说，即“地心说”。其实，地心说是亚里士多德的首创，他认为宇宙的运动是由上帝推动的。

他说，宇宙是一个有限的球体，分为天地两层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球运行，物体总是落向地面。地球之外有9个等距天层，由里到外的排列次序是：月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天，此外空无一物。

各个天层自己不会动，上帝推动了恒星天层，恒星天层才带动了所有的天层运动。

人居住的地球，静静地屹立在宇宙的中心。托勒密全面继承了亚里士多德的地心说，并利用前人积累和他自己长期观测得到的数据，写成了8卷本的《伟大论》。

在书中，他把亚里士多德的9层天扩大为11层，把原动力天改为晶莹天，又往外添加了最高天和净火天。

托勒密设想，各行星都绕着一个较小的圆周上运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。他把绕地球的那个圆叫“均轮”，每个小圆叫“本轮”。

同时假设地球并不恰好在均轮的中心，而偏开一定的距离，均轮是一些偏心圆；日月行星除作上述轨道运行外，还与众恒星一起，每天绕地球转动一周。

托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景，却较为完满的解释了当时观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用价值，从而被人们广为信奉。

托勒密的天体模型之所以能够流行千年，是因为他的假说比较适合于亚里士多德的物理学，易于被接受。另外一方面， 用几种圆周轨道不同的组合预言了行星的运动位置，与实际相差很小，相比以前的体系有所改进，还能解释行星的亮度变化。最后一点按照 托勒密的假说，对当时人们的生活是令人安慰的假设，也符合基督教信仰。

在当时的历史条件下，托勒密提出的行星体系学说，是具有进步意义的。首先，它肯定了大地是一个悬空着的没有支柱的球体。其次，从恒星天体上区分出行星和日月是离地球较近的一群天体，这是把太阳系从众星中识别出来的关键性一步。

亚里士多德也是一位百科全书式的人才。

作为一位百科全书式的科学家，他几乎对每个学科都做出了贡献。他的写作涉及伦理学、形而上学、心理学、经济学、神学、政治学、修辞学、自然科学、教育学、诗歌、风俗，以及雅典法律。亚里士多德的著作构建了西方哲学的第一个广泛系统，包含道德、美学、逻辑和科学、政治和玄学。

然而，过于繁琐的推导演算过程并不符合这个自然界的规律，于是一些人就会开始质疑这些结论的准确性。

后来，一个叫哥白尼的提出了日心说。

至于这段内容的相关描述，尚志明已经在他的毕业论文里面提到了。

第二次物理学危机是量子力学对牛顿三大定律的挑战。

总的来说，就是人们发现微观世界和宏观世界的物质运动规律有很大不同，人们在原子这种空间尺度上永远看不到一个确定的事物存在。

而双缝干涉和量子擦除实验等则告诉我们这个世界极有可能是虚拟出来的。

由伽利略和i牛顿奠定基础的古典物理学理论，到了19世纪40年代以后，由于海王星和能量守恒原理的发现、法拉第、麦克斯韦电磁理论的辉煌成就以及分子运动论的建立，而包罗了大至日月星辰，小至原子、分子的物理世界。这一理论在科学的各个领域中所向披靡,使当时不少物理学家认为,物理理论已接近最后完成,今后只需在细节上作些补充和发展,在小数点第六位上做文章。

可是，正当古典物理学发展到了顶峰的时候，它本身却开始出现了危机和革命。危机开始于19世纪80年代的“以太漂移”实验的“零结果”，到19世纪末出人意料地发现了x射线和放射性,接着又发现了电子和镭等等。这就使一向被看作天经地义的原子的不可分割性和不变性、物质不灭性和能量守恒性、空间和时间的绝对性、运动的连续性等等，都产生了动摇，物理学领域中许多基本原理和基本概念都受到怀疑和重新审查。法国数学家jh彭加勒于1905年指出，物理学处于危机之中，并酝酿着一场革命。

物理学革命的历程使人们认识到，任何科学理论都不可能一成不变。

随着科学实验的发展，理论必须不断发展，甚至要彻底更新。这场革命也带动了其他各门科学的革命，使整个20世纪成为科学技术革命的世纪。

物理学革命也带来了自然观的革命，也让人们学会懂得这个自然的运行机制。