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很久以前,人们就开始试图认识和理解我们所处的这个世界。人们根据他们的观察,意识到了一个观点,即天是圆的,地是方的。太阳、月亮和星星挂在天空,日月落下后会到天涯海角去栖息。当人们走到了天地的边缘,就会掉下去。此所谓古人天圆地方的看法。根据这个看法,人们提出了“宇宙”这个词。所谓天地四方为宇,古往今来为宙。
之后很长一段时间,人们对宇宙的了解再没有进步。直到约公元前300年,古希腊学者欧多克斯率先提出了地球位于宇宙中心的理论。后来,亚里士多德和托勒密将其理论完善,并命名为地心说。地心说认为,地球位于宇宙中心不动,日月和行星绕着地球转动。
随着历史的发展和有心人的思考,人们开始慢慢怀疑地球是否真正是位于宇宙中心的。15世纪,基督教徒哥白尼提出了日心说。日心说认为,其一,地球是个球形。原因是在海面上观察开来的船只,总是先看到桅杆而后看到船身。其二,地球是在运动的,一天为以周期。其三,太阳不动,其他行星(包括地球)围绕它做圆周运动。
这一伟大的观点,在当时遭到了无数人的反对。直到后来很长时间,它才被人们所认可。
随后一段时间,世界上出现了一个惊人的天才。他的细心观察和精细实验为日后的科学发展拉开了序幕。他就是伽利略,影响了整个世界的科学发展,连接了文艺复兴和近代科学的两个时代。并且为日后牛顿第一、第二定律的提出做了奠基。
17世纪,伽利略发现,当小球在不同倾角的斜面上滑下时,只要斜面的倾角一定,无论小球的质量、下落高度有多少变化,它们的加速度仿佛都是相同的。他继续深思,若是将倾角变为90°,那小球的运动不就是自由落体运动了吗?这样难道所有物体下落时的加速度不应该是相同的吗?
于是他提出了著名的伽利略理想实验。像哥白尼一般的,当初也没有人认可他的观点。他被监禁且发表的《关于两个世界体系的对话》被列为禁书。但他仍不放弃,经过他多年的努力,伽利略在监禁中发表了《两种新科学的对话》。这本书奠定了他作为近代力学创始人的地位。
五年后,历史上最有影响力的科学家牛顿出生了。牛顿发明了微积分,并且提出了万有引力定律和三大运动定律。(顺带提下某人提出了发现了动量守恒原理和光的以太理论)
随后,人们对科学的研究兴趣侧重在对电力与磁力的了解。19世纪,法国科学家安培提出了电流的磁效应。随后,英国科学家法拉第发现了磁也可以产生电。他把这个现象称之为电磁感应(我突然发现我历史学的挺好的,有木有)。随后麦克斯韦提出了光的电磁理论和经典电动力学,并且建立了麦克斯韦方程组。
一、现代物理与量子力学
1)、现代物理简史
众所周知,人类近代的科技发展是非常之快的~你可以想像,仅仅一百年多前的清末,那时的人们没有电视,没有电脑,没有空调、暖气、冰箱、洗衣机、(等等,我就不列举了,总之这些你现在少了一样都不行的东西,古人一样也没有),而现在的你正在享受着高科技的恩惠:或许你此时正姿势扭曲得像霍金一样坐在电脑前打发着时间,旁边的暖气在源源不断地提供着热量,又或许你在百无聊赖地一手撑着沉重的脑袋,一手划着手机的屏幕,试图找到一个有意思的帖子傻笑两下,你现在周围的一切都是科技进步的结果,而科技的进步离不开的是现代物理学的飞速发展。可以说,物理学与我们的生活息息相关,不管你是一名苦比的学生,还是已经工作到麻木的沧桑大叔,都或多或少地听过一些希奇古怪的物理名词,什么相对论啦量子力学啦弦论啦,又或者什么圈量子引力啦动力三角化啦神马的~ 也许你也留意过新闻里哪天什么中微子要超光速,又是哪天发现了什么上帝粒子之类的......这些东西你也许只是看看热闹,过去就过去了,怀着“反正这是物理学家搞的东西,关我吊事”之类的想法,又或者是突然对它们感兴趣了看了两本科普书然后励志要做一名物理学家拿个诺奖(希望你不要走上看了两本科普就要推翻相对论的MK之路),既然你能看我啰嗦到这,目测你应该属于类似后者了~(我也更希望你属于后者,对世界怀有一颗好奇心的孩子都是好孩子),既然你是后者就应该明白物理的重要性,更对世界充满了好奇,既然如此,那就跟我一起看看现代物理学的发展吧,在看完我一大段废话后,希望你还没有失去耐心。我们的正文内容开始了。
现代物理基本是从十九世纪末到二十世纪初开始的。接着引子的内容,我们说到了十九世纪下半叶,谈到了麦克斯韦(James Clerk Maxwell),这个人在中国也许不太有名,但它可以说是一个(请允许我这么说)很牛逼的人,关于他的介绍请自己搜索(后文如果提到了你不熟悉的人,我也没详细介绍的,就请自己搜索~),他进一步发展了法拉第的场的思想,形成了我们今天的电磁学,他还解释了光是一种电磁波,还用原子理论解释了气体的行为。同在这个时代,克劳修斯(Rudolf Clausius)提出了熵(即无序度,请自行搜索,“热力学第二定律”,不过看过霍金的书的人应该都知道)的概念。
1880年到1905年,约瑟夫·汤姆逊( Thomson,Joseph John)通过实验计算出了阴极射线粒子(电子)的质量-电荷比例,于是电子作为人类发现的第一个亚原子粒子和打开原子世界的大门被汤姆孙发现了。同时发现的还有X射线(伦琴)等,这段时间比较重要的是德国物理学家马克斯·普朗克( Max KarlErnst Ludwig Planck)我不会告诉你他的名字全译过来是 马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克这么长的~>_<~)发现了描述辐射的热性质的正确公式,还提出了量子假说(介是量子力学的基础)
1905年,喜闻乐见的老爱同志登场了~这一年,26岁的阿尔伯特•爱因斯坦弄出了四篇论文,其中最有名的是《论动体的电动力学》这也就是狭义相对论的雏形
同年,爱因斯坦发现了光的波粒二象性,还根据布朗运动的现象证明了分子的存在性。1926年左右,爱因斯坦又提出了广义相对论,它**性地宣称空间的几何不是固定的,而是不断演化的,这理论改变了人们一直以来的绝对时空观,使人们对时空有了更深一步的了解。
也是在这个时代(二十世纪上半叶),与相对论并称为现代物理学两大支柱的量子力学在众多伟大的物理学家的努力下发展地十分迅速,这使人们对微观世界有了更深的了解(关于量子力学后面再介绍)。
1930年,美国天文学家爱德温·哈勃(Edwin P. Hubble)发现了我们的宇宙包含着大量像银河系一样的星系(那之前人们认为宇宙只有银河系那么大),而且它们在相互远离,我们生活在一个膨胀的宇宙中。
二十世纪中期,人们试图去融合量子力学与狭义相对论,结果取得了很大的成就(戴森,Freeman Dyson;费曼,Richard Feynman)。我们还发现了中子、中微子和各种各样的粒子。我们还认识到千变万化的大自然由四种力主宰:电磁力、引力、强核力、弱核力。
二十世纪下半叶,1980年左右,我们构造了标准模型__只用12种粒子和四种力就能描述所有基本粒子和力的实验结果的理论。同时宇宙学也有了很大的发展,大爆炸理论从提出时充满争议到被人们普遍接受,人们还发现了很多稀奇古怪的天体:中子星、类星体、超新星、黑洞等。同在1980年,英国物理学家史蒂芬•霍金( Stephen William Hawking)预言了黑洞辐射。天文学家们也预言了暗物质的存在接着1981年,宇宙学家古斯(Alan Guth)提出了暴涨理论。
在这时代不得不提的就是弦论,不过我不是很了解,所以在这就不做详细介绍了。
物理学发展到此就没有什么太大的进展了,虽然近几年物理学家们一直在努力,也提出了各种各样的理论,但是至今还没有一个成功的,这不得不令人郁闷...
好在我们离那一步还很远,即使你理论物理专业的大学毕业,也不一定能遇到如此头疼的问题__因为现有的理论已经够你学的了......
好吧,物理学家找不到合适的理论是他们的事,让他们自己蛋疼去吧,跟着他们一起蛋疼不是一个明智的选择。

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