物理与三次技术革命.doc
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1、物理与三次技术革命科学突飞猛进,新技术层出不穷.物理学作为20世纪的领头学科,由经典走向现代,由宏观到微观,已步入一个崭新的发展阶段.20世纪物理学上的两大重要成果是狭义相对论(爱因斯坦)和量子力学(普朗克),诺贝尔奖得主李政道教授说:“如果没有狭义相对论和量子力学的诞生,就不会有后来的原子结构、分子物理、核能、激光、半导体、超导体、超计算机等一切科学文化的发展.”20世纪物理学的成就表明,物理学已成为一切自然科学的基础.当今社会,几乎没有一个科学和技术部门不应用物理学的成果;生产、生活、衣食住行,哪里有人类活动,哪里就有物理学文化气息,物理学已渗透到社会生活的各个领域.百年来物理学的巨大发展
2、使我们进一步认识到物理学不仅是高新技术发展的源泉,而且也是一切自然科学得以发展的基础,没有物理学基础研究的发展,就不会有现代一切科学文化的出现.因此物理学是自然科学的“领袖”:重大进展都与它密切相关:原子能、计算机、电子技术且本身分流众多:近代力学、近代热机学和燃烧学、电子工程、半导体工程、光机科学、材料科学并向其他科学渗透:近代化学、近代生物学、医学、计算机科学(24对遗传基因、DNA双螺旋结构、经典通讯、量子通讯),物理学是人类文明的第一推动力.1物理探源物理学是研究物质世界最基本、最深层次规律的科学分支,是在最基础层面上研究物质运动规律的科学.李政道先生指出:物理一词来源于杜甫于公元75
3、8年唐肃宗乾元元年作的曲江二首之一“一片飞花减却春 风飘万点正愁人 且看欲尽花经眼 莫厌伤多酒入唇 江上小堂巢翡翠 花边高冢卧麒麟 细推物理须行乐 何用浮名绊此身”(录全唐诗上四函三册分目杜甫第五四七页).21687年,牛顿自然哲学的数学原理发表,标志经典物理学的诞生经典物理学一诞生便推动了第一次工业革命,带给人类第一次物质文明的飞跃.早在100多年前,马克思就“把科学首先看成是历史的有力的杠杆,看成是最高意义上的革命力量.”其中“物理学研究提高了我们对自然界的基本认识,产生了对人类有深远意义的知识.它所孕育出的新技术扎根于我们的文化中.”因此,物理学的每一次革命都会推动人类社会的巨大进步.从
4、1543年,哥白尼提出了日心说到开普勒从弟谷布拉赫大量的精确天文观测资料中,总结出了行星运动三定律.伽利略为捍卫、发展和传播哥白尼学说做出了艰苦卓绝的努力.伽利略用自制的望远镜进行天文观测,有力地证实了地球在宇宙中并不比其他星球特殊.尤其是1632年,他出版了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话(下面简称对话),对亚里士多德进行了批判.并指出没发现恒星视差是因为恒星离地球太远;他用惯性原理对上抛物体落回原处做出了解释.教会传讯了他并对他刑讯逼供,最后伽利略被判为终身监禁,对话也列为禁书.日心说与地心说进行了残酷的较量,直到1687年,牛顿的自然哲学的数学原理(下面简称原理)出版,才取得了历史性
5、的胜利.原理建立了经典力学的理论体系,提出了运动三定律和万有引力定律,揭示了行星绕太阳运动的根本原因,完成了物理学发展史上的第一次大综合.牛顿的原理不仅仅是在知识体系上继承和发展了“巨人”们的成果,在研究方法上也是一样.因此,达朗贝尔认为牛顿将数学、实验以及观察统一起来,创造了一门真正的新科学.牛顿的原理被认为是科学史上最伟大的著作.这场革命对人类的整个思想文化都产生了历史性的影响.“牛顿思想影响是巨大的;不管这些思想是否被正确理解,整个启蒙运动的纲领(尤其是在法国)是自觉建立在牛顿原理和方法的基础上的,并且从牛顿的辉煌成就派生出启蒙运动的信心及其广泛的影响.这在后来转变为西方现代文化.道德、
6、政治、技术、历史、社会等等的某些中心概念和发展方向,没有哪一个思想和生活领域能够逃脱这种文化的影响.”第一次工业革命是刚取得统治地位的英国资产阶级进行的一次生产方式的革命.它开始于17世纪,高潮在18世纪,发展在19世纪.这场革命的标志是蒸汽机的使用.17世纪,英国的资本主义大发展遇到了三大难题(采矿、武器的研制、航海);当时,物理学家都踊跃地参与了相关的发明创造,有效地解决了上述难题,其中最著名的有牛顿、哈雷、惠更斯、胡克、雷恩、波义耳、马略特、托利拆利等.但无论是采矿、战争,还是航海都涉及一个动力机问题.从17世纪初起就有很多人着手这方面的工作,直到18世纪初,英国的纽可门才发明了第一台蒸
7、汽推动活塞工作的抽水机.1765年,瓦特把蒸汽的冷凝过程安排在汽缸外进行,这是对原始蒸汽机的关键改革.物理学(力学和热学)是第一次工业革命的理论基础和工作指南.牛顿力学是机械设计和制造的理论基础,对蒸汽机的研制更是以力学和热学为理论依据.那时,对温度计、量热学(比热、潜热)、热传导及热的本质的研究等都取得了重大发展.瓦特在改革蒸汽机的过程中,就得到布莱克的理论指导,而布莱克是对量热学的研究有卓越贡献的科学家.因此那时的工厂“不再被交给无知的工作者;相反,在他们中的大多数人中,有非常有知识的人,有受到良好教育的物理学家们,为了促进有用技艺的进步,我们必须指望他们.”第一次工业革命使人类进入机械化
8、时代,极大地提高了劳动生产率.瓦特的成功使蒸汽机在国民经济各个领域得到了广泛的应用.蒸汽机作为织机的动力机,使工作效率提高40倍.1807年,富尔顿造出了第一艘蒸汽机轮船“克莱蒙脱号”.1814年,斯蒂芬逊造出了第一台实用型蒸汽机车;后来经改进使其载重量达90t,时速提高到24km.总之,蒸汽机在100年其所创造的生产力,比过去一切世代创造的全部生产力还要多、还要大.对第一次工业革命西方一些历史学家是这样评价的:“一场史无前例的影响深远的革命改变了英国的面貌.从那以后,世界也变了样.没有一场革命具有像工业革命那样显著的革命性也许除新石器时代的革命之外.新石器时代的革命使人类从狩猎的原始部落分散
9、的聚居状态,进入了在不同程度上相互依存的农业社会.而工业革命使人类从农夫、牧羊人变成了由非生命的能量驱驶的机器的驾驭者.”第一次工业革命也促进了科学(物理学)的发展.人类要生存,首先要解决衣食住行,这就得生产;要生产就必须利用能源和制造工具,于是产生了技术;怎样才能充分利用已知能源和开发新能源,怎样改进劳动工具才能提高劳动生产率,就得去探索自然规律,于是产生了科学.的确,从18世纪末到19世纪,为提高蒸汽机和金属冶炼的热效率,为解决工业、交通和军事上的若干技术问题,有力地推动了物理学的研究:1788年,拉格朗日的分析力学出版,发展了牛顿力学.特别是热力学和统计物理学,因此,完成了形成发展成熟的
10、全过程.1798年,仑福特提出热的运动说.1824年,卡诺设计了理想热机并提出卡诺定理.18421847年,迈耳、焦耳和赫姆霍兹等提出能量守恒定律.1848年,W.汤姆生创立热力学温标,提出绝对零度是温度下限的论点.18501865年,克劳修斯和W.汤姆生提出热力学第二定律.319世纪末到20世纪末,以量子力学和相对论(以及电磁理论)为支柱的近代物理学推动了第二次科学和技术的大发展.为人类带来第二次物质文明的大飞跃20世纪物质文明的大飞跃历史上第一个对电磁现象进行系统研究的是英国的吉尔伯特.他于1600年出版了磁铁一书,其结论是:电和磁是两种截然不同的东西.到了18世纪,工业革命进入高潮时,电
11、磁研究复苏了.18世纪80年代,富兰克林以著名的风筝实验证明了天上的雷电与地上的电荷相同.他定义了正负电荷,提出了电荷守恒定律.1784年,库仑发明了扭秤.次年,他用扭秤实验得出了静电作用的平方反比定律.1820年,奥斯特发现了电流的磁效应,首次揭开了磁电统一的神秘面纱.接下来,安培对此作了深入研究,提出了电流间相互作用的安培定律,为电动力学的创立做了开创性的工作.电能生磁,磁能否生电?物理学家对此进行了艰苦的探索.经10年的努力,法拉第终于在1831年发现了电磁感应现象,找到了磁生电的规律.为了解释电磁现象,法拉第还提出了力线,即“场”的概念.从1861年起,麦克斯韦对法拉第的“力线”进行数
12、学化,于1873年建立了经典电磁理论麦克斯韦方程组.其中,麦克斯韦提出了“涡旋电场”和“位移电流”假说,预言了电磁波的存在,并从理论上证明了光是一种电磁波.10年后,德国的赫兹用实验证明了电磁波的存在,还证明了电磁波具有反射、折射、干涉、衍射等现象,实现了物理学的大综合,即电、磁、光的综合.电磁学理论推动了社会的进步.电磁理论使人类社会从机械化跃进为电气化.发电机和电动机的发明,实现了机械能、热能、光能(后来还有原子能)和电能间的相互转化,形成了二次能源.由于电能的转换和使用方便快捷,人类对能源的利用上了一个新的台阶.远距离输电技术的问世,使能源的使用地可远离它的产生地.对此恩格斯给予了高度的
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- 物理 三次 技术革命
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