物理学的发展,物理学是成熟的科学

物理学是成熟的科学

物理学从牛顿时代就开始成熟起来，而且一直是不断拓展新的领域、不断向其他知识体系延伸的学科。物理学走到今天，不但自身由众多学科和复杂的知识体系构成，也与很多其他学科建立起非常密切的联系。

物理学引领和推动着广义的物理科学、生命科学、信息科学、材料科学、地球科学、思维科学等学科的发展，也对哲学和数学有许多启示和促进，正处在酝酿新的发展的时期，也可以说正处在又一次文明进步的重要关口。物理学是自然科学的核心，古代欧洲物理学就是自然科学，中国古代的物理学也是自然科学。

400多年前，明末有一个物理学家叫方以智，在他的一本名叫《物理小识》的书中有一句名言：“寓通几（哲学）于质测（自然科学）”，意思是要把哲学融汇到物理学里。中国那时的物理很简单，就是依据事实讲道理——物体和事物的道理。这符合辩证唯物论的认识。

几十年前，考研究生的时候要考哲学，当时的哲学家就说了四句经典：“世界是物质的，物质是运动的，运动是有规律的，规律是可以认识的。”物理学恰恰就是连接物质的运动规律的认识，当然还包括物质的结构性质。研究物质运动规律是物理学的核心，所以物理学本身不仅仅是自然科学的核心，也是人类知识体系包括数学、哲学、社会科学与人文学科等的核心之一。

16世纪以来，三次重大的科学技术革命——蒸汽动力革命、电力动力革命、以信息加工与传播为主的科学技术革命，主要的理论基础都是物理学创新进步的成果。

近代物理学发展的这100年，物理学发生了重大变革。从历史上来看，物理学创新思维和发展进步的变革大致可以分为五次（阶段）。第一次理论创新发展是牛顿力学，第二次是能量守恒与转化，第三次是电子理论，第四次是爱因斯坦相对论，第五次是量子论到量子力学。前三次主要在自牛顿始近300年内完成，后面的两次则是在最近100年内完成的。

相对论和量子力学已经成为20世纪科学技术发展的基础，比如，宇宙大爆炸模型、全球大地构造的板块模型、人类遗传基因DNA模型、计算机技术、核能技术、宇宙航行实践等模型或技术，其理论基础都是相对论、量子力学。可以说，20世纪新创建的技术基础全部是狭义相对论和量子力学，而对DNA双螺旋结构的认识更是把物理学交叉理论引进去的。

物理学能够缩短公众与科学家、工程技术专家的距离，把物理知识和思维习惯与人的创造力结合，使人人都能够成为发明家。物理学的新发现会出人意料地改变技术创新活动的方向，伴随着物理学基础研究的进展，新的技术领域不断展现出来，新技术的发展呈现出台阶式的跳跃特征，不再是18世纪以前渐进式的缓慢发展。19世纪技术的每一次突变，常常源自于一种新的物理学发现，19世纪30年代电磁感应现象的发现使人类由蒸汽时代步入电气时代，20世纪50年代以来，核科学的进展使人类开始以新的方式获取使用能源。物理学常用的假想实验研究能够告诉人类未来出现的重大问题，避免重大损失。

物理是技术创新的科学基础，从18世纪到现在的300年间，人类发明活动出现了重大转折，主流技术的创新开始建立在新的物理学发现基础上。基于对自然规律的深刻理解和把握，科学与技术开始联姻，发明家渐渐走出经验或常识的困境，导致一系列重大发明的出现，这对人类文明进程产生了深远影响。

蒸汽机的发明使人类生产活动摆脱了对自身体能的依赖，开始利用矿物化石燃料获得强大的动力，人类开始从农业社会进入工业社会。飞机的发明使人类可以方便快捷地到达地球的任何地方，提高了人类活动的效率。电子计算机的发明导致人类社会生活和生产方式的重大变革。

人们常常说瓦特发明了蒸汽机、莱特兄弟（1867～1912，1871～1948）发明了飞机、冯·诺依曼（1903～1957）和图灵（1912～1954）是电子计算机之父。在这儿要特别指出，这些说法都不准确。事实上，飞机的发明源于瑞士物理学家发现的流体压强与速度间的相互关系和风洞实验的结果，物理学成就使航空由冒险的死亡游戏成为理性的科学活动。现代计算机之所以如此具有魅力，是由于物理学提供了最重要的核心技术——以超大规模集成电路为标志的微电子器件设计和生产技术，早期的电子管电路已成为历史，现在的电子器件能以机械装置无法比拟的速度转换电子线路的工作状态。计算机的构想早在17世纪帕斯卡时代就已具雏形，在这300年间没有大的变化，只是图灵和冯·诺依曼提出了计算机可以制造逻辑规则，最终由于电子器件的出现使得这种构想有了实际意义，后续的软件发展才有可能。