【物理學百年輝煌】

江南布衣

【物理學百年輝煌】

 

愛因斯坦開闢了近代科學的新紀元 
 

愛因斯坦1879年3月出生于德國烏耳姆的一個經營電器作坊的小業主家庭。

 

一年後，全家遷居慕尼黑。

 

他的父親和任電氣工程師的叔叔在那裡合辦了一個為電站和照明系統生產電機、弧光燈和電工儀表的電器工廠。

 

在其叔叔的影響下，愛因斯坦較早地受到科學和哲學的啟蒙。 
 

愛因斯坦早期從業余研究工作開始他的科學生涯。

 

1905年，26歲的愛因斯坦一連創作了6篇論文，先後發表在德國萊比錫《物理學雜志》上，震撼了世界。

 

因此，這一年被稱為人類歷史上的“奇跡年”，以其三個不同領域取得了劃時代的成就，奠定了愛因斯坦作為20世紀科學巨人的基礎。 
 

一是光量子假說。

 

愛因斯坦在1905年3月發表的論文《關于光的產生和轉化的一個啟發性觀點》，是關于光的基本性質的論述，提出“光量子”理論，把1900年普朗克創立的量子論概念進一步擴充到光輻射的發射和吸收，這是人類歷史上第一次揭示微觀客體的波粒二象性，這篇論文也成為愛因斯坦以後（1921年）獲得諾貝爾物理學獎的重要論文。 
 

 

二是分子運動論。

 

愛因斯坦在1905年4月發表的《分子大小的新測定法》、5月發表的《熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運動》和12月發表的《關于布朗運動的理論》中，不僅在理論上完全解決了1827年發現的布朗運動，而且提出了測定分子大小的新方法。

 

此後，他的理論預測被科學家的實驗證實，並得到各國科學家一致認可，分子和原子的實在性問題已無任何懷疑的余地。 
 

 

三是狹義相對論。

 

愛因斯坦1905年6月發表論文《論動體的電動力學》中，總結了他青少年時代多年的探索結果，從更高的著眼點和更廣的視角出發，提出了狹義相對論的基本思想和基本內容，大膽地摒棄了牛頓的絕對空間和絕對時間概念，代之為三維空間加上時間的四維空一時新概念，並把伽利略發現的力學運動的相對性提升為相對性原理，認為自然規律與觀察者的運動狀態無關。

 

同時，又把光速對于任何觀察者都是不變的這一實驗事實也提升為光速不變原理。

 

從這兩條原理出發，他建立起一套完整的理論，後來被人們稱為“相對論”。 
 

愛因斯坦又在同年發表論文《物體的慣性同它所含的能量有關嗎》，它作為相對論的一個重要推論，提出了質（m）能（E）關系式︰E=mc2（此處光速C=3X108米/秒）。

 

上式表明，一個具有質量m的物體，一定具有能量E。假使質量是物質的量的一種度量，能量是運動的量的一種度量，則不存在沒有運動的物質，也不存在沒有物質的運動，物質和運動之間存在著不可分割的聯系。

 

從E=mc2來看，某物體貯存的能量等于該物體的質量與光速平方的乘積，這個數量大到令人難以想象的程度。

 

例如，l克物質全部轉化成的能量，相當于常規狀態下燃燒36000噸煤所釋放的全部熱能，或相當于2500萬度的電能，或相當于22500噸TNT爆炸時所釋放的能量。

 

這在理論上為原子能的釋放和利用開闢了道路，也被後來核能的利用所證實。

 

20世紀現代物理的全面發展，深刻地改變了人類社會的面貌 
 

在愛因斯但隨後的研究中，他于1915年又發表了《關于廣義相對論》和《引力的場方程》，建立了廣義相對論，提出了廣義相對論引力場方程的完整形式。

 

特別是深刻地揭示了時空和物質的統一性，並引發了一場科學、哲學和思想方法的偉大變革。

 

20世紀初葉量子力學的建立和發展，以普明克、薛定諤、海森堡、波爾和狄拉克等為代表的著名物理學家做出了重要貢獻。

 

相對論和量子力學實質上奠定了整個現代科學與技術的基礎，為人類社會的文明與進步做出了前所未有的貢獻。

 

例如，現代化學和生命科學的基礎都是相對論和量子力學，得以在較高的層次上表現為物理學、化學與生物學的更加緊密聯系和更加明顯的相互促進，尤其以分子水平的生命現象是以物理、化學的運動形式為基礎。

 

又如，相對論和量子力學同樣是現代新技術的重要基礎，人們熟知的激光技術，其原理是基于愛因斯坦1916年提出的受激輻射概念。 
 

人們看到，物理學是自然科學中最基本的科學。

 

它研究物質運動的一般規律及其基本結構，這不僅影響著自然科學各個領域的發展，而且對高新技術和工程科學的發展產生巨大的推動。

 

回顧上個世紀，以相對論和量子力學奠基現代物理發展，其主要特征為︰

 

一是向微觀世界深處探索，研究原子核、基本粒子等層次的物質微觀結構、相互作用和相互轉化運動的規律；

 

二是向廣闊的宇宙擴展，與天文學相結合，研究大尺度天區的結構、運動和演化；

 

三是研究更加復雜的物質結構和運動現象，並向其他學科廣泛滲透，如研究化學和生物過程中的規律。

 

當今，物理學已發展成為相當龐大的一門科學，並形成了眾多分支學科，如高能物理（又稱粒子物理）、核物理、凝聚態物理、原子分子和光物理、等離子體物理、聲學、理論物理，等等。

 

與此同時，物理學與其他基礎學科相結合又形成許多交叉學科，如化學物理（量子化學）、生物物理、天體物理、地球地理、海洋物理等。 
 

20世紀物理學的蓬勃發展，使人類對物質世界的認識深入到新的層次和領域，為現代自然科學和技術科學提供了理論基礎。

 

同時，由物理學研究衍生的新技術、新方法及新手段層出不窮，其中包括新能源技術、核技術、半導體技術和微電子技術、信息技術、空間技術、激光技術、材料技術、極端物理技術、生物醫學技術、農業技術等。

 

以這些高技術的重大進步和創新為基礎，支撐著高技術產業群的形成和發展，並迅速向經濟和社會各領域滲透，推動社會生產力的飛躍發展，從而導致人類生活方式及人們觀念的深刻變化。

 

 

迎接2005世界物理年 
 

50年前（1955年），76歲的愛因斯坦在他創立相對論50年後，在美國普林斯頓與世長辭。

 

然而，他的名字，他的相對論，他的科學功績，在人們心中矗立起一座無形的豐碑。

 

“2005世界物理年”的倡議最初是由歐洲物理學會在2000年召開的“第三屆世界物理學會大會”上提出的。

 

2002年，國際純粹與應用物理聯合會第24次全體大會一致通過了該倡議。

 

聯合國教科文組織在2003年召開的32次全體會議上，表決通過了支持2005年為世界物理年的倡議。

 

2004年6月10日，聯合國召開第58次會議通過了2005年為“國際物理年”的決議。

 

這是全球物理學界的共同心聲和意願，是值得慶賀與行動的，已有許多國家紛紛出台紀念活動計劃。 
 

從歷史上看，物理學的發展對全世界三次大的技術革命起到了最為關鍵的主導作用。

 

因此，可以毫不夸張地說，很難舉出人類哪一方面的知識領域是和物理學無關的。

 

物理現象存在于生活的每一個角落，發生在宇宙的每一個地方。

 

物理學的研究成果源源不斷地得到應用，而社會又對物理學不斷提出新的研究課題。

 

在科學以空前的規模和速度突飛猛進的今天，尤其需要從各種角度、各種層次來考察和探討︰

 

物理學將給人們提供什麼新的觀念？

 

物理學怎樣推動社會前進？

 

社會又將如何有效地發揮物理學的作用並促進物理學的發展？

 

但是，近年來，社會公眾的物理意識在削弱、淡薄，長此下去，物理學的發展勢必受到影響。

 

全球舉行“2005世界物理年”，其主題是“物理學與社會”，它的宗旨是一方面鼓勵和推動物理學工作者繼續為人類社會的進步與文明做出新的貢獻，同時，通過展示物理在社會、經濟、技術、文化等方面的重要作用，在全球範圍內爭取公眾對物理學的理解與支持，堅定公眾對物理學的信念，推動物理教育，培育物理人才，使物理學在21世紀得到新的發展。 
 

中國物理學會作為“2005世界物理年”活動的國內主要組織單位之一，從學會創立開始，始終將推動中國物理學事業的發展、促進中國物理人才的培養工作放在首位。

 

在“2005世界物理年”到來之際，中國物理學會將組織或參與組織系列紀念、宣傳活動，為提高全民科學文化素養做出應有貢獻。

 

作為“2005世界物理年”的組成部分，國內活動計劃主要是︰

 

編制和出版介紹100年來物理學發展的大型海報；

 

推薦出版40余種物理學優秀科普圖書；

 

舉辦“2005世界物理年”大型報告會（2005年6月，北京）；

 

舉辦物理與交叉科學專題研討會，計劃在中國科協2005年學術年會（新疆）組織分會場，主題為其他學科領域的科學家談物理；

 

在中國物理學會2005年秋季學術會議上（2005年9月18～20日，武漢），邀請現任歐洲物理學會主席馬丁‧休伯（MartinHuber）教授做報告，並組織“2005世界物理年”專題報告；

 

組織知識競賽及夏令營、發行郵資封等活動。

 

參與國際性紀念活動有︰“物理照耀世界”全球性光束傳遞活動（2005年4月19日），國內主辦單位為中國科協青少年工作部、中國物理學會；

 

歐洲物理學會（EPS）“2005世界物理年”系列慶祝活動（2005年7月，瑞士）；

 

物理學與可持續發展世界大會（2005年10月底，南非），主辦單位為聯合國教科文組織、國際純粹與應用物理聯合會、國際理論物理中心。

 

 

展望物理學未來的發展 
 

物理學與數學、化學等其他基礎學科共同成為當代自然科學迅猛發展的基礎。

 

人類在20世紀構築的相對論、量子論和基因論等基礎理論和所認識的自然現象，形成了創造自然、改造自然的強大力量。

 

特別是對于物質變化、能量轉化、生命本質以及信息交換等領域的發展引發根本性的變革。

 

物理學在上述研究領域中，其研究對象主要為︰

 

超大體系，如天體起源等；

 

超小體系，如原子核、基本粒子等；

 

多元復雜體系，如流體、高分子、生物分子；

 

以及物質在超強電、磁場，超光場，超高質，超低溫、超快過程等極端條件下的運動規律及其性質。

 

在新世紀中，物理學更應把宏觀和微觀結合成一體，尤其是物質科學領域仍向時空極端方向擴展，研究其中若干基本物理學問題，如宇宙與物質結構等。

 

這是物理學進一步發展的背景和動力的一個重要方面，使物理學科自身在不同層次上不斷得到豐富和發展。 
 

物理學向其他學科的滲透與交叉在21世紀將會更加明顯。

 

物理學工作者投身到研究生命、研究材料的隊伍中去，並在化學、生物學、材料科學等交叉領域中，使物理學為解決生命科學與生物技術、納米技術等重大科技問題有所作為。

 

例如，物理學的非線性理論和混沌理論等新理論、新方法將對多元復雜體系的研究產生影響。

 

與物理學聯系的信息技術與計算機技術方面，發展量子通訊和量子計算方法，以及按照預定性能要求設計新型分子或納米體系，為其芯片材料和系統開闢新的方向，進一步擴展信息與通信領域的開發和應用等。 
 

當前，我國所面臨的挑戰有人口控制、公共健康、環境保護、資源利用等重要問題，這是關系著國家可持續發展的重大社會經濟問題，對促進國民經濟穩定健康發展、改善國民生活質量息息相關，應引起物理學工作者的關注。

 

物理學者們從物理學的角度，通過物理學的理論、方法和技術解決其中的某些問題，為我國的持續發展和民族振興作出應有貢獻。 
 

應該看到，我國物理學近年來得到了很大發展，但與世界一流水平相比還有相當差距。

 

目前，我國物理學界要克服浮躁情緒，樹立遠大目標，增強自信心，大膽做前人或別人沒有做過的工作，持之以恆，以10年或20年的努力，使我國物理學研究有更多的領域躋身于國際先進行列。 
 

讓我們在新世紀積極行動起來，堅信物理學這門20世紀被譽為“科學先驅”的基礎學科，在全球物理學工作者及社會公眾、各國政府的共同努力與支持下，創造物理學更加光輝的未來！

 

並預祝“2005世界物理年”圓滿成功！

 

 

引用：http://www.skylook.org/info/info-tw/info_599.html