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對(duì)物理學(xué)歷史的透視
（作者未知） 2009/7/28
（接上頁(yè)）即能量守恒定律和熵的恒增原理。這兩條定律確定了熱力學(xué)的基本規(guī)律，但是人們不滿(mǎn)足于這樣單純地、宏觀地描述物理現(xiàn)象，于是發(fā)展了分子動(dòng)力學(xué)，從微觀的角度來(lái)說(shuō)明氣體狀態(tài)方程等宏觀規(guī)律。同時(shí)，也建立了玻爾茲曼的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)。
這些研究都是為理解物質(zhì)的性質(zhì)，特別是熱力學(xué)性質(zhì)而進(jìn)行的。這方面的發(fā)展促進(jìn)了物理學(xué)與現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展。一些有實(shí)證論哲學(xué)傾向的學(xué)者，如馬赫（E.Mach）等人，對(duì)玻爾茲曼的原子論提出了猛烈的批評(píng)，形成了19世紀(jì)末物理學(xué)界的一場(chǎng)大辯論：原子到底是真的，還是人們?yōu)榱苏f(shuō)明問(wèn)題而提出的假設(shè)？這直到1905年愛(ài)因斯坦提出布朗運(yùn)動(dòng)理論，并得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)后，才得到圓滿(mǎn)解釋。原子論終于得到了學(xué)術(shù)界的公認(rèn)。
19世紀(jì)末還提出過(guò)很多問(wèn)題，如黑體熱輻射能譜問(wèn)題、多原子氣體的比熱問(wèn)題等。這些問(wèn)題在經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論中都得不到解釋。
現(xiàn)代物理學(xué)——20世紀(jì)物理學(xué)
20世紀(jì)初，物理學(xué)就取得了兩大突破：一個(gè)是普朗克提出了作用量子的概念，一個(gè)是愛(ài)因斯坦提出的狹義相對(duì)論的時(shí)空觀。
量子力學(xué)和相對(duì)論的建立
1900年，英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文在贊美19世紀(jì)物理學(xué)成就的同時(shí)，指出：“在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵小小的、令人不安的烏云�！边@兩朵烏云，指的是當(dāng)時(shí)物理學(xué)無(wú)法解釋的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)是黑體輻射實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)是邁克耳孫－莫雷實(shí)驗(yàn)。正是這兩朵烏云導(dǎo)致了量子論與相對(duì)論的誕生。
1905年，愛(ài)因斯坦在《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》一文中系統(tǒng)地提出了后來(lái)被稱(chēng)為“狹義相對(duì)論”的理論。之所以叫“相對(duì)論”，是因?yàn)檫@個(gè)理論的出發(fā)點(diǎn)是兩條基本假設(shè)，第一條是“相對(duì)性原理”，即在一切慣性系中物理規(guī)律都相同；第二條是真空中光速不變，不管在哪個(gè)慣性系中，測(cè)得的真空光速都相同。這兩條假設(shè)是不矛盾的，在一切慣性系中，麥克斯韋方程組都相同，就必然在一切慣性系中有相同的真空中電磁波速即光速。狹義相對(duì)論摒棄了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，認(rèn)為空間、時(shí)間與運(yùn)動(dòng)有關(guān)，得出了質(zhì)量與能量的簡(jiǎn)單關(guān)系，以及關(guān)于高速運(yùn)動(dòng)物體的力學(xué)規(guī)律。這對(duì)隨后發(fā)展粒子加速器技術(shù)是至關(guān)重要的。
1915年，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，從而彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)的另一漏洞，即無(wú)法解釋物體在強(qiáng)引力場(chǎng)中的行為。由牛頓定律計(jì)算出來(lái)的水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，要比天文觀測(cè)值小。廣義相對(duì)論是一種引力理論，認(rèn)為引力是時(shí)空彎曲的結(jié)果，它非常好地解釋了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)問(wèn)題。廣義相對(duì)論預(yù)言引力會(huì)引起光的頻率變化，即引力頻移。它同時(shí)預(yù)言光線(xiàn)在引力場(chǎng)中會(huì)彎曲。這些都被天文觀察所證實(shí)。
廣義相對(duì)論盡管取得了很大成功，但對(duì)地球上的問(wèn)題很少有影響，同時(shí)它用到的數(shù)學(xué)太復(fù)雜，故普通物理學(xué)往往不予討論。廣義相對(duì)論引入物體的慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量?jī)蓚�(gè)概念。慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量，它們的值是相同的，在牛頓力學(xué)中對(duì)此僅加以承認(rèn)，而無(wú)法解釋。愛(ài)因斯坦基于這兩種質(zhì)量相等，提出了等效原理。承認(rèn)等效原理，慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等也就是自然的事了。事實(shí)上，大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在一定精確度（比如10－9）內(nèi)，二者確實(shí)是一樣的。相對(duì)論使經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到登峰造極的境地。
1900年德國(guó)科學(xué)家普朗克提出能量子概念，1925—1926年海森伯和薛定諤最終建立了量子力學(xué)，解決了原子物理、光譜等基本問(wèn)題，取得了巨大成功。
之后，量子力學(xué)有兩個(gè)重要發(fā)展方向，一是將量子力學(xué)向更小（如原子以下的）尺度應(yīng)用。原子的中心是原子核，原子核又是由中子、質(zhì)子構(gòu)成，因此進(jìn)一步就是把量子力學(xué)用到原子核。原子核有各式各樣的衰變，還可以人工蛻變，原子核物理學(xué)就是在量子力學(xué)指引下發(fā)展的。再進(jìn)一步，就是現(xiàn)代所謂的基本粒子物理學(xué)，“基本”這兩個(gè)字，常常只是在一段時(shí)間內(nèi)被當(dāng)作基本的�，F(xiàn)在認(rèn)為物質(zhì)的基本構(gòu)成單元是最微小的輕子、夸克、膠子和其他中間玻色子。
量子力學(xué)的另一個(gè)發(fā)展方向，就是把量子力學(xué)用于處理更大尺度上的問(wèn)題,比如分子的問(wèn)題（即量子化學(xué)問(wèn)題）和固體物理或凝聚態(tài)物理的問(wèn)題。從研究對(duì)象的尺度看，從固體物理到地球物理、行星物理，再到天體物理和宇宙物理，其研究范圍越來(lái)越大。奇怪的是,宇宙的研究又和基本粒子的研究聯(lián)系起來(lái)了，兩個(gè)不同的發(fā)展方向，回環(huán)曲折，最后又歸攏在一起了。
統(tǒng)一理論
在發(fā)展過(guò)程中，物理學(xué)逐步加深了對(duì)相互作用的認(rèn)識(shí)。現(xiàn)在歸結(jié)為四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用。引力和電磁相互作用是大家都熟悉的，而弱相互作用和強(qiáng)相互作用是短程的，基本上就是在原子核的尺度上表現(xiàn)出來(lái)。在大塊物質(zhì)里,一般來(lái)說(shuō)，看不到弱相互作用與強(qiáng)相互作用的痕跡。
各種相互作用在強(qiáng)度上有差異，如果以強(qiáng)相互作用的強(qiáng)度為1的話(huà)，那么比強(qiáng)相互作用稍
弱一點(diǎn)的是電磁相互作用，其值約為1（未完，下一頁(yè)）
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