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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料一,19世纪末,物理学的研究19世纪末期物理学的三大发现及其意义19世纪末，以牛顿力学、热力学、麦克维斯电磁学理论和原子论为基础的经典物理学理论体系已相当完善。正当物理学界陶醉于成功的喜悦中时，一些有远见的科学家却与意识到，在物理学晴朗的天空中出现了乌云。1900年4月27日，一向以保守著称的英国皇家学会主席、著名物理学家达尔文发表长篇演说，指出：经典物理学本来十分晴朗的天空上出现了两朵“乌云”。一是“紫外灾难”热辐射在位于短波的紫外线部分的实验结果与经典统计力学、电磁学理论相背
2、；二是“以太危机”当时的实验结果表明：麦克维斯电磁学理论中光、电、磁传播所需要的介质“以太”可能根本就不存在。经典物理学正在发生危机，这预示着即将发生一场革命。其实从1895年开始，连续三年的三大发现，x射线，放射性和电子的发现已经成为揭开物理学革命序幕的三声春雷。1895年伦琴发现了X射线，1896年法国的贝克勒尔发现了铀盐的放射性，1897年英国的JJ汤姆逊发现了电子。这些新发现猛烈的冲击着经典物理学理论，打破了物理学界沉闷的空气，被誉为“世纪之交的三大发现”，是现代物理学发轫的标志。早在19世纪三四十年代，人们就发现，真空管内的金属电极在通电时其阴极会发出某种射线，这种射线受磁场影响，具
3、有能量，被称为阴极射线。而对阴极射线性质的深入研究导致了X射线的发现。1895年德国物理学家伦琴在赫兹和勒纳德发表了论阴极射线的穿透力的论文后，准备对这一问题做进一步研究。他重复了勒纳德的实验，发现阴极射线确实能穿透铝箔在空气中行进几厘米，使涂有铂氰化钡的荧光屏上产生荧光。在多次实验后，他意外地发现了一种新的射线，但因为不了解其本性，伦琴且称它为X射线，又被人们称之为“伦琴射线”。由于X射线可以穿透皮肉透视骨骼，所以在医疗上作用很大，如今我们到医院拍张X光片已是很平常的事情，然而在19世纪末X射线刚发现时，却被视为世界科技革命的一声号角。其后，随着研究的深入，X射线被广泛应用于晶体结构的分析以
4、及医学和工业等领域。对于促进20世纪的物理学以至整个科学技术的发展产生了巨大而深远的影响。而1896年法国物理学家贝克勒尔，受到伦琴发现X射线启发，着手研究X射线与荧光现象的关系。意外发现，只要有铀元素存在，就有这种贯穿辐射产生，它与采用哪种铀的化合物无关，与温度等外界因素无关，这是铀元素的特殊性质。这种射线跟X射线一样，能穿透一切物质，并使气体电离，人们把这一射线称之为“贝克勒尔射线”。贝克勒尔所做的开创性工作及其贡献使他成为放射学的先驱，并为后人所称誉。贝克勒尔发现放射性虽然没有像伦琴发现X射线那样轰动，然而意义却十分深远，这是人类第一次接触到核现象，它作为原子核物理学的起源和里程碑，开辟
5、了崭新的研究课题，并由此吸引了包括居里夫妇在内的一批杰出的科学家。共同探索原子的奥秘。接踵而来的一系列新发现大大丰富了放射学的研究成果，钋和镭的先后被发现；、射线的发现以及放射性衰变规律的发现等等是最具代表性的一批研究成果。1897年，英国物理学家汤姆逊用实验证实了，阴极射线在电场和磁场作用下均可发生偏转，其偏转方式与带电负离子相同，这就证明了阴极射线是一种带负电粒子流。1898年，他进一步发现电子，并指出电子比原子更小，是一切化学原子的共同组分。汤姆逊还注意到，既然原子内部存在带负电荷的电子，而原子又呈现中性，那么其内部可能还存在带有正电荷的不明粒子。这为后来科学家发现带正电荷的质子和中性的
6、中子，发现原子的蜕变现象打下了基础。世纪之交，X射线以及随之而来的放射性与电子的发现，打破了人们的传统观念，冲击了原子不可分割的经典理论，为人们打开了一个新奇的微观世界，在科学界乃至哲学界都产生了重大的影响。实验上的新发现，促进了理论上的大发展。相对论和量子力学的诞生，使物理学发展到了一个新的高峰，列宁曾对当时的情况作了精辟的分析，他指出：“自然界中的一切界限，都是有条件的相对的，可变动的，它表示我们的智慧接近于认识物质：“现代物理是在临产中，它正在生产辩证唯物主义。”世纪之交的这一时期是物理学发生大转折的时期，也是物理学史中非常重要的一个时期。19世纪物理学概念的发展读书笔记潘来富20世纪物
7、理学概念发生了深刻的变化。人们通过从“经典”或“牛顿”物理学跨入“近代”物理学阶段，从而促进了物理学的发展。如此说来，19世纪的物理学似乎是一个在“经典”和“近代”的“夹缝中求生存”的阶段。19世纪的物理学究竟发展到了什么程度？它与“近代”物理学的产生和发展究竟有什么样的、多大的联系呢？19世纪物理学概念的发展能量，力和物质是剑桥科学史系列丛书中的一本。作者哈恩教授简洁地为我们说明了19世纪物理学的理论框架，着重讲述了当时的物理学家在机械论基础上千方百计地建立他们的理论的过程。虽然就我目前的物理学知识而言，对整本书的理解只能是一个大而化之的粗浅印象，可是，我觉得，当我们对两大物理学“支柱”虔诚
8、地膜拜，耗尽心力的学习和研究其理论知识，钻研于其中的大量习题的同时，常识性地了解19世纪物理学这一完善和孕育着两大物理学支柱的关键时期的知识，不仅必要，而且必须。至少对我而言，感觉收益非浅。整本书可以说是19世纪物理学的编年史。全书的阐述是从19世纪上半叶物理学的范围如何进一步拓展入手，重点构架了19世纪的几个重大的概念问题能量物理学和热力学的出现，发光以太和电磁以太的理论，场论的概念，分子物理学和统计热力学以及力学解释纲领的主导地位。全书多的是较为平直枯燥的理论解释，很多涉及到了我们还未接触过的物理知识。比如以太，分子物理学等等，可是总有一种意念使我坚持看完了此书。因为真正吸引我的已经不止是
9、这些理论、公式，更重要的是这些物理学家们在这个物理学从“经典”走向“近代”的过渡时期的思考的痕迹,我渴望了解：19世纪物理学概念究竟发展到了一个什么样的高度，贯穿与19世纪物理学的核心问题又到底是什么呢？19世纪的物理物理与数学的完美结合起初在读这本书的时候，我常常惊奇地发现，为什么在这本物理学读物中，出现了这么多的耳熟能详的数学家的名字这些名字是我们正在学习的高等数学书中的常客拉普拉斯、傅里叶、拉格朗日?他们演算的一系列数学公式我们都要花上好长的时间才能消化领会其中的凤毛麟角，没想到他们还到物理学领域“插一脚”。随着内容的深入，我的认识才逐渐丰满起来：19世纪，“物理学”这个术语的含义发生了
10、新的重大变化。尽管这个术语从传统意义上有时仍被用来泛指自然科学，但在19世纪的早期，“物理学”已以近代的更加专门的意义，用来表示采用数学方法和实验方法来研究力学、电学和光学的科学。而当时的物理研究方法，也主要是采用定量描述，以寻求数学规律为普遍目标，以建立能量守恒定律为统一原理，以力学解释纲领作为物理理论的支柱。ii在19世纪的物理理论中，力学现象就是在数学基础上加以分析研究的。可以说物理现象的数学处理在力学研究中达到了登峰造极的地步。主要体现在下述四方面的进展。它们为建立统一的物理学奠定了可靠的基础：德.拉普拉斯(Laplace)及其追随者，建立了一种既适用于力学又适用于热学和光学现象的关于
11、粒子之间的力的普遍的数学理论。尽管在1815-1825年的10年间，随着热学和光学的最新进展，这一理论已经被抛弃了，但是拉普拉斯的数学化和公式化对统一的物理世界观，乃至对以后物理学理论的发展都产生了深刻的影响。年的约瑟夫.傅里叶关于热的数学理论的发表1，把原先只适用于力学问题的数学分析方法，应用到热学的研究之中。在磨合这种概念上的传统差别及强调数学表述和物理表述的差别时，傅里叶的工作对建立统一的物理学产生了深远和广泛的影响。正是在这种影响下，19世纪40年代，威廉.汤姆孙受到了其热理论和静电学理论两者数学类似的启发，一方面，研究出了热学定律和电学定律两者间的数学类似性和物理类似性，另一方面又探
12、索了质点力学同流体力学及弹性力学之间的数学相似性。汤姆孙通过这种物理比较方法，亦通过同一数学形式所反映不同现象之间的概念联系方法，加深了人们对物理现象的统一性的认识。菲涅耳()关于光的波动说，假定光是依靠力学以太的振动实现传播的，因而光学又纳入到力学自然观的范畴之中了。大约19世纪30年代，光的波动说已被普遍接受，物理学家试图寻找一种合乎逻辑的光学机械论，为此探索了多种多样的物理理论和数学理论。光学以太的机械论又为力学解释提供了一个典型的普遍性事例。世纪40年代，能量守恒定律的建立又加强了物理学的统一性，使热、光、电、磁的现象都归并到力学原理框架之中。赫尔曼.冯.亥姆霍兹(Hermannvon
13、Helmholtz)在1847年发表的一篇极有创意的论文中2，把这些现象表示为能量的不同形式，从而说明了力学、热学、光学、电学和磁学之间的关系。他还强调指出，能量的概念是力学自然观的另一种表述方式，他所建立的能量守恒定律也是数学和力学的一个定理。尽管有不少物理学家曾采取了各种尝试，试图从数学上解决一些问题并没有取得成功，可是，总的来说，19世纪物理发展是物理学和数学完美结合。正是数学和物理学双管齐下的完美结合，才使的“物理学”的学科范围以及学科内容的协调性都极为美妙，物理学作为一门完整的学科，不仅外延和内涵有了进一步的补充和完善，而且已经达到了概念准确、逻辑统一的新阶段。19世纪的物理学力学世
14、界观的衰落回顾19世纪的物理学，在1850年左右，当时物理学的最重大的根基已经明确了：物理现象都可以用一种统一的框架来解释，即以力学解释为原理的出发点，通过数学描述对物理现象作模拟并导出描述现象的数学方程式，再冠之以普遍的定律能量守恒定律。有了经典力学的支持，加之能量守恒定律的建立，人们对力和能量的认识已经达到了一个较高的高度。可是，当物理学家们试图完善这种以力学为主体的物理体系，并期望依赖这种体系解释自然规律的时候，困难和矛盾出人意料的发生了。一切的一切就好比W.汤姆孙在1900年的一次题为漂浮在热和光学的动力学上空的19世纪乌云的演讲中所指出的：力学自然观面临着两大难题，一是不能解释地球穿
15、过以太的运动机制；二是能量均分概念提不出分子模型的构造。汤姆孙强调指出，正是这两朵乌云妨碍他对物理现象提出力学模型。但是由于这两大难题所涉及的范围比较广泛，留给物理学家围绕力学自然观的概念基础所能现象的空间也比较大。其实我觉得传统的力学解释纲领在19世纪80年代和90年代就已引起了物理学家的多种多样的反响。可是在解释过程中又不可避免的捉襟见肘或困难重重。这似乎成了当时物理研究的瓶颈。比如汤姆孙的以太模型3和波尔兹曼关于场论的演讲，都是尽量把物理现象的模型精雕细琢，千方百计的维护力学纲领。波尔兹曼尽心尽力地对他的电磁场的力学模型的结构和运动做出了及其细致的描述；而汤姆孙指出，现象的力学模型结构如
16、何是关系到对该现象易于理解的重要判据；但是与力学模型相关的概念困难已被深刻理解4。赫兹也相信力学解释纲领，强调他的以太概念是建立在以太各局部之间由机械结构相连的模型之上的，但由于他把电磁学的形式同由力学模型小心的区别开来，这就促使他产生了电磁场不具有力学性质的观点。在他的关于电子论的首次描述中，他把电磁场想像为动力学系统，可他最后还是放弃了与解析动力学相关的形式，朝着非力学原理范畴建立电子和电磁以太本体论的反方向前进，而他的电磁以太理论不是建立在力学纲领的基础上。洛伦兹从自己的电磁学自然观出发，解释了地球通过以太的运动，这也是回避弹性以太的力学理论所面临的困难的一种表述方式。围绕场论机制的争论于围绕热力学的争论如出一辙。波尔兹曼竭尽全力要维护力学自然观地位不可动摇，用
