過去100年的物理學(xué)

經(jīng)典物理學(xué)取得了非凡的成就，遂使得部分科學(xué)家產(chǎn)生錯(cuò)覺，認(rèn)為巨大發(fā)現(xiàn)的時(shí)代已成歷史。這種觀點(diǎn)在19世紀(jì)末、20世紀(jì)初相當(dāng)流行，據(jù)稱，邁克耳孫（1852～1931）說過：“當(dāng)然無法決然肯定物理科學(xué)不再會(huì)有像過去那么驚人的奇跡，但非?？赡艿氖谴蟛糠趾陚サ幕驹順I(yè)已確立，而今后的進(jìn)展僅在于將這些原理嚴(yán)格地應(yīng)用于我們所關(guān)注的現(xiàn)象上。在這里測(cè)量科學(xué)的重要性就顯示出來了——定量的結(jié)果比定性的結(jié)果更為可貴。一位卓越的物理學(xué)家曾經(jīng)說過，物理科學(xué)未來的真理將在小數(shù)點(diǎn)六位數(shù)字上求索。”

這類論點(diǎn)在20世紀(jì)末、21世紀(jì)初亦有所聞。美國(guó)資深科學(xué)記者霍根訪問過許多知名學(xué)者之后，寫出了《科學(xué)的終結(jié)》，在斷章取義地引述若干科學(xué)家的談話之后，竟然認(rèn)為不僅是物理學(xué)走向了窮途末路，一切自然科學(xué)也都走到了散場(chǎng)的地步。

英國(guó)物理學(xué)家開爾文（1824～1907）在1900年的一次演說中提到：“在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云?！边@兩朵烏云指的是：實(shí)驗(yàn)察覺不到物體和以太的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；氣體多原子分子的低溫比熱不符合能量均分定理（麥克斯韋—波爾茲曼能量均分學(xué)說）。正是這兩朵烏云，迅速導(dǎo)致了傾盆大雨，即導(dǎo)致了相對(duì)論和量子論這兩場(chǎng)物理學(xué)革命。

19世紀(jì)的科學(xué)家不滿足于用麥克斯韋方程組來解釋電磁現(xiàn)象，熱衷采用機(jī)械模型來說明問題，即使物理學(xué)大師——麥克斯韋本人也不例外。以太被引入作為真空中傳播電磁波的媒質(zhì)，邁克耳孫與莫雷（1838～1923）設(shè)計(jì)了精巧的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證物體和以太的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，取得了負(fù)的結(jié)果。愛因斯坦提出了狹義相對(duì)論（1905），其物理洞見在于摒棄了不必要的以太假設(shè)，進(jìn)而肯定電磁學(xué)的規(guī)律對(duì)于一切慣性參考系都是成立的，而且具有相同的形式，真空的光速不變，不同慣性系之間的變換關(guān)系為洛倫茲變換。

牛頓力學(xué)也是對(duì)于慣性參考系才成立，而不同慣性系之間的變換關(guān)系為伽利略變換，經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電磁學(xué)之間就出現(xiàn)了矛盾。愛因斯坦肯定了經(jīng)典電磁學(xué)，而對(duì)經(jīng)典力學(xué)做出了相應(yīng)的修正。他摒棄了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，認(rèn)為空間、時(shí)間與運(yùn)動(dòng)有關(guān)，并首創(chuàng)性地提出質(zhì)量與能量的對(duì)等關(guān)系，將牛頓力學(xué)修正后成功地應(yīng)用于高速運(yùn)動(dòng)的情形。

牛頓力學(xué)的另一局限性表現(xiàn)在它不能圓滿地解釋強(qiáng)引力場(chǎng)中物體的運(yùn)動(dòng)，即無法定量地解釋天體運(yùn)動(dòng)的一些特殊現(xiàn)象（例如水星軌道近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)問題）。另一帶根本性的問題是它對(duì)萬有引力的存在沒有任何理論解釋。這些缺陷有待發(fā)展進(jìn)一步的理論來彌補(bǔ)。1916年，愛因斯坦的廣義相對(duì)論公布，其出發(fā)點(diǎn)在于肯定慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量等同的等效原理（已為實(shí)驗(yàn)證實(shí)），將非慣性參考系中觀測(cè)到的慣性力與局域的引力等同起來，進(jìn)而提出一切參考系。

過去100年，愛因斯坦相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，不僅僅是對(duì)以往科學(xué)大廈的沖擊，相當(dāng)程度上也是對(duì)人類精神家園的沖擊。100多年前，科學(xué)就是牛頓所謂的科學(xué)大廈，所有的東西都設(shè)計(jì)好了，是真理的大廈，這種東西對(duì)當(dāng)時(shí)19世紀(jì)末的哲學(xué)影響非常大：客觀真理，只要認(rèn)識(shí)它、應(yīng)用它，問題都可以解決。這種觀點(diǎn)一直到現(xiàn)在都在影響著我們的思維和認(rèn)識(shí)。帶有革命性變化的相對(duì)論和量子力學(xué)出現(xiàn)以后，科學(xué)在科學(xué)界、在學(xué)者的心目中變了一個(gè)樣子。

物理學(xué)是一門非常重要也非常古老的學(xué)科，但是科學(xué)本身在不斷發(fā)展，在幾十年前甚至上百年前人們認(rèn)識(shí)的物理學(xué)實(shí)際上也會(huì)不斷地變化發(fā)展。

舉例來說，物理學(xué)是自然科學(xué)的一個(gè)核心，是研究自然規(guī)律的科學(xué)，但它最早也研究物質(zhì)，各種能量的轉(zhuǎn)化也是物理學(xué)所研究的內(nèi)容。

人類要關(guān)注自然界，原來人們認(rèn)識(shí)的都是物質(zhì)，所看到的都是實(shí)實(shí)在在的東西。近100年來，人們看到更多的是能源。

自然界由三部分組成：物質(zhì)、能源、信息?，F(xiàn)在出現(xiàn)程度很高的一個(gè)字眼是“信息科學(xué)”，但是人們重視的其實(shí)是信息科學(xué)中有形的部分，即信息的傳遞和處理、計(jì)算機(jī)硬件和軟件等，而對(duì)信息本身的研究重視不夠。從1946年信息論出現(xiàn)到現(xiàn)在（2009）的60多年，信息科學(xué)在理論上沒有很大進(jìn)展。物理學(xué)研究要開拓創(chuàng)新，要進(jìn)入到新的領(lǐng)域，認(rèn)識(shí)真理，有待進(jìn)一步發(fā)展。

20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展非常輝煌，是因?yàn)闀r(shí)間觀念、空間觀念、應(yīng)用觀念、物質(zhì)觀念、能源觀念、力量觀念都有了革命性的變化，才導(dǎo)致有今天的物理學(xué)。

20世紀(jì)的物理學(xué)很偉大，偉大在于沒有停留在原有發(fā)現(xiàn)上，突破了原有的假設(shè)和理論。過去認(rèn)為能量是連續(xù)的，被量子理論否定了；過去認(rèn)為時(shí)空分離，被愛因斯坦的相對(duì)論否定了；過去認(rèn)為原子繞著原子核走，玻爾對(duì)此說“不”……

在不斷摒棄原有理論的局限和錯(cuò)誤的過程中，物理學(xué)在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新。