《物理学的进步对社会发展的贡献》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理学的进步对社会发展的贡献（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、物理学的进步对社会发展的贡献早在 1000 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。一、日心说的建立科学战胜神学古希腊曾创造过灿烂的科学文化。从公元5 世纪起，西方进入了黑暗的中世纪。此后，“科学只是教会恭顺的婢女”。地心说的思想博大精深并计算精确，基督教将它与神学融为一体，形成了封建神权的思想基础。由于神学的桎梏，在此后1000 多年的历史长河中西方科学停滞不前。中世纪末，先进的思想家们发起
2、了文艺复兴运动，同时宗教界也兴起了改革。这二者的结合，为科学和文艺的复兴鸣锣开道。科学，从此开始了艰难的革命。1543 年，哥白尼提出了日心说。日心说与地心说比较，最大的区别就是把宇宙的中心由地球换成了太阳。也将宇宙的中心放在一个“象征性的太阳”上在计算精度方面，哥白尼的星表“并不远比那些被它们所代替的表好”。另外，日心说还存在两个无法解答的问题：如果地球在运动，第一，为什么看不到恒星的视差?第二，竖直上抛的物体为什么会落回原处所以直到临终前，哥白尼才出版了天体运行论。但日心说在客观上产生了向宗教神学挑战的效果。对地心说进行脱胎换骨的改造的是开普勒。他从弟谷布拉赫大量的精确有天文观测资料中，总
3、结出了行星运动三定律。其第一定律指出：行星绕太阳运动的轨道是一个椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，从而确立了太阳在宇宙中真正的中心地位这样一来，开普勒引起了教会的极度不满。他虽然被任命为“皇家数学家”，但长期领不到薪俸，只能靠为皇室贵族算命维持生计。开普勒说：“如果占星术女儿不争来两份面包，那么天文学母亲就准会饿死。”1630 年 11 月，开普勒因贫病交加而死。伽利略为捍卫、发展和传播哥白尼学说作出了特殊的贡献。首先，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。 1610 年，他发行了星界信使，公开了自己的观测成果。1632 年，他又出版了关于托勒密和哥白尼两
4、大世界体系的对话，对亚里士多德进行了批判，在书中，他为日心说的两大困难做了辩护：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作出了解释。由于该书是用意大利语写成，又是以对话的形式出现，通俗易懂，使哥白尼学说广为传播。在 1615 年，伽利略受到过教会的警告。对话发表后的第二年，教会传讯了他并对他刑讯逼供最后伽利略被判为监禁终身，对话也列为禁书。相传伽利略被迫公开认错之后，还自语道：“可是，地球是在运动。”在监禁之中，他又完成了两门新科学的对话这是近代自然科学诞生的标志性著作。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。于是，传统的地上与天上世界的分隔自然与超自然的划分都被抛弃或者动摇了。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。牛顿的原理被分认为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
6、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、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。”无怪乎后来的一两百年中，不仅仅是自然科学界，连心理学、经济学和社会学工作者都企图用力学或准力学的方式来解决他们所研究的问题。二、力学热学与第一次工业革命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。第一是采矿； 随着采矿量的急剧上升，矿井越挖越深，排水、空气供给和
7、矿物的提升阻挠了采矿业的进一步发展。第二是武器的研制；资本主义的特点是虐夺，虐夺就要打仗；要想打胜仗就得提高枪炮的射击精度和打击力量。第三是航海；要对外扩张，就得远航；航海首先是对船只定位，其次是提高船速，另外还要增加船的强度。于是英国皇家学会、国王和贵族们号召人们研究“有用的东西”。当时，物理学家都涌跃地参与了相关的发明创造，有效地解决上述难题，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汽推动活塞工作的抽水机。这是蒸汽机发
8、展史上的转折点。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。 1781 年，瓦特设计了把活塞的直线运动转变成旋转运动的多种方法。1782 年，他又将单向作用汽缸变为双向作用，并设置飞轮，使其转动更平稳。蒸汽机成熟了。物理学( 力学和热学 ) 是第一次工业革命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
9、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。”第一次工业革命延伸了人的肢体功能。从此，人类进入机械化时代。首先，它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 9”吨，时速提高到24 公里。总之，蒸汽机在100 年使所创造的生产力，比过去一切世代创造的全部生产力还要多，还要大。其次，第一次工业革命
10、深刻地改变了社会形态。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。”第三，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
11、索自然规律，于是产生了科学。 这种关系我们可以概括成：生产技术科学。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因此完成了形成)发展 ) 成熟的全过程。 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
12、二定律。对统计物理作出重大贡献的有麦克斯韦、吉布斯和玻尔兹曼等。三、电磁理论与电气化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，介绍了自己的研究成果，其结论是：电和磁是两种不同的东西。此后100 多年，电磁研究进展甚微。到了18 世纪，工业革命进入高潮时，电磁研究复苏了。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，
13、提出了电流间相互作用的安培定律，为电动力学的创立作了开创性的工作。 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”进行数学比，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，实现了物理学的第三次大综合，即电、磁
14、、光的综合( 第二次大综合是能量的转化和守恒定律) 。电磁学理论使人的肢体功能再次延伸，又一次推动了社会的进步。第一，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评价： “这一发明使工业几乎彻底摆脱地方条件所规定的一切界限，并且使极遥远的水力的利用成为可能，如果最初它只对城市有利，那么到最后它终将成为消除城乡对立的最强有力的杠杆。”1879 年，爱迪生发明
15、了电灯，使夜晚变成白昼，延长了人们的生产生活时间。1895 年，电影问世； 1898 年，发明了磁带录音和放音机。这些发明丰富了人们的精神生活。同时，电能清洁卫生无污染，大大改善了人们的生活质量。第二，这场革命把生产、技术和科学三者间的关系倒置过来。电磁学的最初研究并没有为生产服务的目的，而是出于科学家探索自然规律的兴趣和事业心，更有甚者是为宫庭中达官贵人们消遣。比如莱顿瓶发明后，法国的诺特莱就为路易十五作过用莱顿瓶放电让700 名修道士同时被电击的表演。又如法拉第发现电流磁效应后，到宫庭里去演示他的实验。演示完毕，一位贵夫人问法拉第：“先生，你的表演有什么用 ?”法拉第回答：”请问夫人，婴儿
16、有什么用?”法拉第的反问石破天惊。不久，在电磁理论的基础上各种电器、电机相继发明，有力地促进了技术的进步，从而极大地提高了劳动生产率。科学、技术和生产的关系的倒置是人类社会的一大进步。发生这种变化是因为电磁现象已不再像力、热、光那样可被人的感觉器官直接感受到，只能靠科学家通过科学实验来感觉它、认识它、掌握它，最终让它为人类服务。此前，物理学家自身的结构主要是：物理学家+数学家 +哲学家；电气化时代，出现了物理学家+工程师 +企业家这类新型科学家。其中最著名的有爱迪生、贝尔和西门子。这是科学领先技术和生产的必然结果。第三，电磁理论扩展了人类认识自然的范围。我们知道， 牛顿发现了万有引力定律，后来库仑又发现了静电作用的平方反比定律。那物体与物体之间，电荷与电荷之间到底是怎样发生作用的呢?自牛顿以来，科学界存在一种超距作用的观点，认为这种作用的传递既不需要物质也不需要花时间。法拉第提出了力线即“场”概念，指出静电作用和磁作用是通过场来传递的；麦克斯韦由法拉第的思想计算出光的传播速度，也就是电磁作用
