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物理学发展的趋向

来源:网络资源 2009-09-02 19:42:31

[标签:物理]

  物理学发展的趋向

  从十七世纪以来,在物理学的发展中,本体论的思想是根深蒂固的。这种思想认为,自然界是由某些基本物质组成的,这些基本物质的特性和行为,构成了自然界形形色色的物理现象;一旦了解了这些基本物质以及它们的运动所遵从的规律,物理现象就可以得到本体的说明。原子、以太以及各种“无重流质”的假设,都充当过这种基本物质;具有波粒二象性的电子,在量子力学中也成为构成现象的这种本体基础。原子物理学的发展以及量子力学的建立,使不少人认为利用电子、原子和分子概念来最终说明包括物理现象在内的一切自然现象的目标是可能实现的。这种带有普遍性的想法从两个方向进一步促进了现代物理学的研究:一个方向是从原子核、基本粒子向更深层次的结构成分及其作用的探索,这构成了粒子物理学的研究对象,它和广义相对论的结合,又促进了天体物理学的发展;另一个方向是通过分子、原子以及电子的运动和作用来说明物质各种各样宏观性质的研究,它包括了凝聚态物理的广阔领域,并且由于向生物学的渗透,促进了生物物理学的发展。这些重大进展使物理学的研究领域得到了很大的开拓,并构成了现代物理学的各个前沿。在这些领域里,许多物理现象和规律还没有被我们所认识,对它们的研究,无疑会为现代物理学的发展发掘出许多新的生长点。

  二十世纪的物理学呈现出高速发展的状况,其内容之丰富,思想之深刻和观念之新颖,远非过去物理学发展的各个历史时期所可比拟。现代物理学远远超出了宏观物体缓慢运动的范围。从微观领域来说,已经深入到原子内部、基本粒子内部,人们已经发现了大小不断减小、能量不断增加的许多连续的层次原子、原子核、基本粒子、夸克等,已经达到10-14厘米以下的线度。目前还无法预见这个层级链条有没有一个终端。从宏观领域来说,人们的视野已经扩展到半径为150亿光年的宇宙范围,依次突破了银河系、星团、星系和总星系的领域。所以,对物质内部结构和特性的认识,都发生了重大的变革。物理学的一系列成果在理论思想上突破了原子不可分、元素不可变的观念,运动只具有连续性的观念,绝对时空观念以及机械决定论的局限性;提出了量子态、波粒二象性、几率决定性、四维时空与弯曲时空、实物与场的联系和转化以及宇宙膨胀的思想,物理学基本观念和理论基础发生了质的飞跃。

  由于研究工作日益向纵深推进,包括物理学在内的所有科学的一个共同趋势是分化愈来愈严重,分支学科与日俱增和专业化愈来愈强。熟悉物理学全部学科的精确知识并了解物理学各个前沿领域研究的具体进展是愈加困难。这一趋势是不可逆转的。但在理论思想上,追求统一和走向统一,从更高的角度对各种理论进行更大范围的综合,却成为现代物理学发展中一个颇有成效的总方向。由于各种物理现象的本质愈来愈充分地得到了揭露,传统的各个物理学学科研究领域之间的本质联系也更充分地显示出来。质量与能量、实物与场、粒子与波、时间与空间、时空与物质运动、微观过程与宇观现象之间的联系,已经构成现代物理学各种基本理论的内容,各种物理学理论之间也呈现出极其深刻的交织与渗透。对四种基本相互作用统一的追求与探索,已成为带动整个物理学基础理论研究进步的重要前沿。

  从十七世纪以来,物理学的理论和研究方法就不断地向其它学科移植渗透,对其它学科的建立和发展起到了有力地推动作用。这种趋势在二十世纪三十年代以后明显地得到增强,相继产生了一系列物理学的新部门和边缘学科,如量子化学、生物物理学、天体物理学和广义相对论宇宙学等,这些学科大多数也成为现代物理学发展的前沿,并且给现代科学技术的发展提供了新思路和新方法。

  在十九世纪末的经典物理学中,曾经出现过普遍认为基本规律都已被发现了的乐观和保守的情绪,二十世纪初的现代物理学革命,完全推翻了这种预料;而现代物理学空前的高速度的发展,再没有为那种保守观点的重新抬头提供任何证据。实际上,我们今天所已掌握的物理学知识,比起整个物理世界可能向我们提供的信息来说,还是极其有限的。例如,粒子物理学的发展虽然已经获得了辉煌的成果,但它的基本规律还未探明,这个领域的探索是以可能寻找到超出量子力学范围的新的规律性为其目标的。寻求四种相互作用统一的努力,很可能会被新的基本相互作用的发现而引向渺远。对于宇宙的构成、天体的演化以及有关生命现象的物理学实验和理论的研究还是刚刚开始。可以期待,今后物理学的变革,完全有可能出现对现有的物理学基本理论产生根本性冲击的新的突破。随着科学实验的发展,任何已有的理论都要不断发展,甚至会彻底更新,不存在什么绝对不变的终极真理。坂田昌一在1968年的论文《现代科学的哲学和方法论》中指出,现代科学的特点是:它认识到任何科学规律都有一定的应用范围,自然界的各个层次在性质上互不相同,各自遵循它自身的规律,而且每一个层次都永远处于发现、消灭和转化之中。物理学近年的发展更增强了这种看法。

 

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