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對物理學歷史的透視
（作者未知） 2009/7/28
（接上頁）質(zhì)心運動，大質(zhì)量物體的軌道小一些，小質(zhì)量物體的軌道大一些。如果再加一個物體，即三個物體之間存在著吸引力，它們的運動規(guī)律就是天體力學上很有名的三體問題。天體力學上的軌道計算就涉及到三體問題，這通常是通過微擾論來解決，即把第三個物體的影響當作微擾來處理。譬如，地球與太陽是兩體問題，加上月亮就構(gòu)成了三體問題。月亮對地球軌道也有影響，但這個影響很小，這就可以用微擾的方法來處理。當三個物體都不能當作微擾來對待時，就是三體問題了。
在19世紀，三體問題是天體力學的一個非常引人注目的問題。為解決太陽系的穩(wěn)定性問題，當時的挪威國王曾設(shè)立一筆獎金。這筆獎金最后頒給了法國著名的數(shù)學家龐加萊。龐加萊證明了三體問題是不可解的，或更確切地說是不可積分的。有解的運動方程，其位置與時間的關(guān)系最終總可以表達為一個積分，在最理想的情況下，這個積分是積得出來的，即使積不出來也至少能表達為定積分。這就是物理學常見的可積問題。
在大學物理課程中講授的幾乎都限于可積問題，諸如行星的運動和單擺系統(tǒng)中擺的運動等。這類可積問題的規(guī)律是確定的，計算出的軌道也是確定無疑的，知道了初條件，以后的所有情況都能一一推出來。
如果問題不是可積的，像龐加萊證明的三體問題，情況就完全不同了，就會出現(xiàn)所謂“對初始條件的敏感性”。如果是可積問題，初始條件作微量調(diào)整，最終軌道也只要作微量修正就行了；如果是不可積問題，初始條件的微小變動就會導致軌道完全不一樣。中國有句古話——“差之毫厘，失之千里”，說的就是存在一些對初始條件敏感的情況。
通過對三體問題的研究，人們發(fā)現(xiàn)，有些運動對初始條件極其敏感。20世紀如果說經(jīng)典力學有所發(fā)展的話，其中一個是在四五十年代發(fā)展的KAM理論。在可積與不可積之間，存在一個近可積區(qū)域，KAM理論是講這種近可積區(qū)域里運動規(guī)律是怎樣的。KAM理論是由前蘇聯(lián)科學家科爾莫戈羅夫（A.N.Kolmogorov）、阿諾爾德（V.I.Arnold）和瑞士科學家莫澤（J.K.Moser）三人證明的。
20世紀力學的另一個發(fā)展，就是70年代出現(xiàn)的混沌理論，這說明不可積系統(tǒng)中粒子軌道是不確定的。也就是說，牛頓定律本身雖是確定性的，但它所描述的具體事物，很可能出現(xiàn)隨機行為。這樣一來，拉普拉斯的確定論就站不住腳了。人們對初始條件的控制能力是有限的，不可能無限地精確下去，因此初始條件的微量變化，就有可能會造成運動軌跡完全不可預(yù)測。這表明經(jīng)典力學具有非常豐富的內(nèi)容，有些尚待進一步探索。
第二次綜合——麥克斯韋電磁理論
歷史上，電與磁是分別發(fā)現(xiàn)和研究的。后來，電與磁之間的聯(lián)系發(fā)現(xiàn)了，如奧斯特（H.C.Oersted）發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)和安培發(fā)現(xiàn)的電流與電流之間相互作用的規(guī)律。再后來，法拉第提出了電磁感應(yīng)定律，這樣電與磁就連成一體了。
19世紀中葉，麥克斯韋提出了統(tǒng)一的電磁場理論，實現(xiàn)了物理學的第二次大綜合。電磁定律與力學規(guī)律有一個截然不同的地方。根據(jù)牛頓的設(shè)想，力學考慮的相互作用，特別是萬有引力相互作用，是超距的相互作用，沒有力的傳遞問題（當然，用現(xiàn)代觀點看，引力也應(yīng)該有傳遞問題）,而電磁相互作用是場的相互作用。從粒子的超距作用到電磁場的“場的相互作用”，這在觀念上有很大變化。場的效應(yīng)被突出出來了。
電場與磁場不斷相互作用造成電磁波的傳播，這一點由赫茲在實驗室中證實了。電磁波不但包括無線電波，實際上包括很寬的頻譜，其中很重要的一部分就是光波。光學在過去是與電磁學完全分開發(fā)展的，麥克斯韋電磁理論建立以后，光學也變成了電磁學的一個分支了，電學、磁學和光學得到了統(tǒng)一。
這個統(tǒng)一在技術(shù)上有重要意義，發(fā)電機、電動機幾乎都是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的。電磁波的應(yīng)用導致現(xiàn)代的無線電技術(shù)。直到現(xiàn)在，電磁學在技術(shù)上還是起主導作用的一門學問，因此，在基礎(chǔ)物理學中電磁學始終保持它的重要地位。
電磁學牽涉到在什么參考系統(tǒng)中來看問題，牽涉到運動導體的電動力學問題。直觀地說，“電流即電荷的流動產(chǎn)生磁效應(yīng)”，但判斷電荷是否流動就牽涉到觀察者的問題——參考系問題。光學是電磁學的一部分，所以這個問題也可表達成“光的傳播與參考系統(tǒng)有什么關(guān)系”。邁克耳孫－莫雷實驗表明慣性系中真空光速為不變量。這樣一來，也就肯定了在慣性系統(tǒng)中電磁學遵循同一規(guī)律。這實際上導致了后來的愛因斯坦狹義相對論。狹義相對論基本上是電磁學的進一步發(fā)展和推廣。邁克耳孫－莫雷實驗在19世紀還沒能解釋清楚，這是19世紀遺留的一個重要問題。
物理學的第三次綜合——熱力學基本定律
物理學的第三次綜合是從熱力學開始的，是關(guān)于大量物體運動規(guī)律的問題。
這次綜合牽涉到熱力學的兩大基本定律——熱力學第一定律與第二定律，（未完，下一頁）
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