| 词条 | 物理学革命 |
| 释义 | § 正文 酝酿过程 由G.伽利略和I.牛顿奠定基础的古典物理学理论，到了19世纪40年代以后，由于海王星和能量守恒原理的发现、M.法拉第、J.C.麦克斯韦电磁理论的辉煌成就以及分子运动论的建立，而包罗了大至日月星辰，小至原子、分子的物理世界。这一理论在科学的各个领域中所向披靡,使当时不少物理学家认为,物理理论已接近最后完成,今后只需在细节上作些补充和发展,在小数点第六位上做文章。可是，正当古典物理学发展到了顶峰的时候，它本身却开始出现了危机和革命。危机开始于19世纪80年代的“以太漂移”实验的“零结果”，到19世纪末出人意料地发现了X射线和放射性,接着又发现了电子和镭等等。这就使一向被看作天经地义的原子的不可分割性和不变性、物质不灭性和能量守恒性、空间和时间的绝对性、运动的连续性等等，都产生了动摇，物理学领域中许多基本原理和基本概念都受到怀疑和重新审查。法国数学家J.H.彭加勒于1905年指出，物理学处于危机之中，并酝酿着一场革命。 发生过程 物理学革命发韧于量子论和相对论的诞生。M.K.E.L.普朗克于1900年为解决黑体辐射实验结果同古典理论的矛盾，提出了量子假说，认为在辐射的发射或吸收过程中，能量不是无限可分的，而是有一个最小的单元即量子。这是一个大胆的假说，它直接违背了G.W.莱布尼茨的“自然界无飞跃”的论断。因而在1911年以前，老一辈物理学家几乎全部拒绝接受它，就连普朗克自己也惴惴不安，曾于1911年和1914年两度提出以古典概念取代量子假说的新理论。第一个认真对待并努力发展量子概念的是年轻的爱因斯坦。他从认识论的角度意识到，量子概念带来的将是整个物理学理论框架的根本变革，物理学家需要做的工作是建立新的理论基础，而不是局部地修补。他于1905年把量子概念扩充到辐射的传播过程，提出光量子假说，认为光既具有波动性又具有粒子性，即波－粒二象性，这是人类第一次认识到的微观客体的最基本的特征。随后，他又把量子概念推广到辐射领域以外，用来研究低温固体比热和光化学现象，开创了固体量子论和光化学理论。 直接向牛顿力学理论体系挑战的是爱因斯坦于1905年创立的狭义相对论（见相对论）。狭义相对论否定了作为牛顿力学理论基础的绝对空间和绝对时间概念，否定了作为一切电磁现象和光学现象载体的“以太”的存在，驱散了由“以太漂移”实验所带来的困恼。狭义相对论把古典力学定律全部加以改造，使之适合于低速运动的极限情况。作为狭义相对论的推论，运动的尺要缩短,运动的钟要变慢,任何物体运动速度都不可能超过光速。这些显然都为常识所不容。狭义相对论揭示了作为物质存在形式的空间和时间的统一性，揭示了物质和运动统一性的最本质的形式──质量和能量的相当性。这不仅发展了物质和运动不可分离的原理，而且为原子能时代的到来开辟了道路。爱因斯坦经过多年的艰苦努力，于1915年进一步建立了广义相对论。广义相对论揭示了空间、时间同物质的统一关系，指出空间、时间不是离开物质独立存在的，时空的结构取决于物质的分布；物理空间不是平坦的，而是弯曲的，空间曲率表现为引力。1917年,爱因斯坦根据广义相对论考察整个宇宙空间,开创了现代宇宙学。他提出的有限无界的宇宙模型，后来发展成为宇宙膨胀理论和大爆炸理论(见大爆炸宇宙学)。这是继N.哥白尼之后对天文学宇宙观的又一次革命。 量子论在光量子论以后又经历了两次大发展。一次以N.H.D.玻尔建立的原子结构理论为标志。玻尔于1913年把量子论同E.卢瑟福的有核的原子模型结合起来，并把原来只用于能量的量子概念推广到其他物理量。这一理论成功地解释了关于化学元素光谱线的各个经验定律，也为化学元素周期律的理论解释奠定了基础。另一次以量子力学的建立为标志。量子力学是用两种不同的形式建立起来的,一种是L.-V.de布罗意的物质波理论和E.薛定谔的波动力学，另一种是W.K.海森伯的矩阵力学。布罗意于1923年把爱因斯坦关于光的波粒二象性扩展到一切物质粒子,揭示了电子也具有波动性,为玻尔的量子化条件提供了理论根据。薛定谔发展了布罗意的理论，于1926年建立了波动力学，提出微观物理学的基本运动定律，即薛定谔方程。受玻尔影响的海森伯，于1925年效法爱因斯坦建立狭义相对论时否定不可观察的绝对时间概念，抛弃象玻尔的电子轨道这类不可观察的古典运动学的量，专门研究可观察量之间的关系。他在玻恩等人的合作下建立了矩阵力学，亦称量子力学。在这个力学方案中，动量与坐标相乘是不可对易的。同年，P.狄拉克用更有力的数学工具把古典力学基本方程改为量子力学方程，为量子力学提供了更为宽广的数学基础。随后，薛定谔于1926年发现波动力学和矩阵力学在数学上是完全等价的，两者实质上是同一个物理理论。根据量子力学,海森伯于1927年发现“测不准原理”,揭示了一个粒子的位置和动量（或能量和时间）不能同时准确地加以测量。狄拉克根据量子力学和相对论，于1929年预言有正电子及其他“反粒子”即“反物质”的存在，并揭示了真空不空。这些都深刻地改变了人们的自然观。量子力学对古典物理学的冲击比相对论更为猛烈。因为，相对论提供了新的时空观，并为科学理论清除先验因素提供了范例；量子力学则提供了一种考察和描述自然的新方法，它的一系列基本概念，如波粒二象性、共轭物理量的不可对易性、测不准关系等，都同传统的概念框架格格不入，在哲学思想领域中引起了巨大的震动。 意义 物理学革命的历程使人们认识到，任何科学理论都不可能一成不变，随着科学实验的发展，理论必须不断发展，甚至要彻底更新。这场革命也带动了其他各门科学的革命，使整个20世纪成为科学技术革命的世纪。物理学革命也带来了自然观的革命，使几个世纪以来在整个自然科学领域中占统治地位的机械唯物主义自然观终于让位给辩证唯物主义自然观。 § 配图 § 相关连接 |
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