浅谈物理学思想发展与文化关系(2)
2013-11-13 01:04
导读：物理学主要的兴趣是探索物质世界的基础结构和相互作用关系。物理学是一门量化的学问，从事物理量的研究和它们之间的时空基础关系。不能量化的东西
物理学主要的兴趣是探索物质世界的基础结构和相互作用关系。物理学是一门量化的学问，从事物理量的研究和它们之间的时空基础关系。不能量化的东西便不是物理量。萌芽时代：物理学的起源是来自古希腊时代(650—330Bc，雅典)的几个重要思想。
(1)自然现象是根据“固定的自然定律”而发生(赛勒斯Thales，俗称为科学之父)——定律概念和演绎逻辑。(2)要描述所有自然现象，数字是扮演中心角色(毕达哥拉斯Pythag0ras)——数量描述。(3)要改变自然状态，必需有起因(柏拉图Plato)——牛顿第二运动定律的广泛含意。(4)物质的原子(德谟克利特Democritus)和元素(亚里斯多德Aristotle)的概念——物体结构的基本成份概念。古希腊文化是强调个人自由和思想系统的探索，奠定了基本的科学精神、态度、构思、概念、逻辑、原则和言语。希腊化时代(338—31B．C．亚历山大港)：主要的兴趣在解决实用问题，知识分类及技术成就。重要思想发展有：(1)几何学定理的公理化(欧几里得Euclid)——演绎逻辑。(2)以地球为中心输送圆的均速运动为主，运转圆的均速运动为微扰，可以准确解释包括太阳在内的各行星在天上的运动。(3)物体“比重”物性的发现(亚基米德Archimedes)，后来进一步发展到“密度”物性。
黑暗时代(30B．C．一1300A．D．)：这是物理学发展a冬眠时代。(1)罗马帝国(3OB．C．一476A．D．)：罗马人是实用民族，他们强势在军事，行政和工程，而不在学术和科学。大量收集和发展希腊
哲学思想，而很少有原始的创作。为了要准确解释以地球为中心的行星运动，增加了偏心圆的微扰(托勒密ptolemy)。(2)中世纪(476—1200)：中世纪的欧洲是一个宗教和封建的封闭保守时代。研究希腊哲学和科学的中心便转移到阿拉伯和波斯。(3)十字军东征(1096—1270)：二百年十字军东征运动，动摇了欧洲的封建制度和教会权力。伊斯兰的优秀文化开始对欧洲人开放。
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复兴时代(1300—1600)：大乱之后必有大治。经历过十字军东征的浩劫之后，欧洲从一个保守封闭的教条社会转入一个改革开放，实事求是和解放思想的文艺复兴时代，由神本回归到人本。文艺复兴使欧洲恢复对人，人的成就和人的世界的兴趣。文艺复兴把欧洲从一个较为落后的社会在五百年内，先后超过伊斯兰和中国社会。
1．机动力学(Mechan0dynamics)
从希腊时代到黑暗时代这一千六百多年，物理学发展的主要兴趣上行星运动。发展以数学的欧几里得几何学为基础，均速圆周运动为核心。到了复兴时代，以既定的数学基础来了解观测的事实，改变为从事实去寻找事实背后的数学原理。由实是求事改变为实事求是，由以数学为基础改变为以物理为基础。
(1)天上行星的日心椭圆运动的发现(开普勒Kepler，1571—1630)和地上物体的重力加速度及抛物线运动的了解(伽利略Galileo，1564—1642)。椭圆和抛物线非均速运动的发现是一个非常重要的突破，是欧几里得几何不能解释的现象。除了物理现象的突破外，更促使后来十七世纪解析几何的发展(笛卡尔Descartes和费马Permat)。
(2)机动力学的诞生：为了解决重力问题，牛顿(1642—1724)认为，天上月球围绕地球的运动与地上物体的抛物线运动是同一根源，及推出它们之间与地球中心距离的关系。他成功发现三个物体的运动定律：惯性定律，动力定律和反作用定律。更由第二和第三个定律推出物体之间的重力定律。为了完成三个运动定律，牛顿创造了两个重要的物理量：惯性质量=密度×体积和惯性动量=质量×速度。同时他更创造了一条微积分的数学工具，来取代欧氏几何学的不足。牛顿运动定律的力只是与物体的变速度有关，与物体的速度无关。
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(3)牛顿动力定律理论的普遍化，以位能和动能取代外力和加速度：拉格朗日(Lagran—ge，1736—1813)和哈密顿Hamilton，1805—1865)。从物理定律推理到物理理论是符合从几何公理推理到几何定理的——演绎逻辑。
(4)牛顿动力学对随机过程的应用：麦克斯韦(Maxwell，1831—1879)，玻耳兹曼(Boltzmann，184 1906)。19世纪未，机动力学已发展成为宏观物质世界一个完美的理论：完整，合理和前后一致。
2．电动力学(Electrodynamics)电磁现象虽然是人类很早便发现的自然现象，但到了十六世纪才开始从实验中取得量化的结果。
(1)电磁相互作用的关系：库仑(Coulomb)电荷与电荷和磁极与磁极的相互作用，奥斯特(Oersted)磁极与电流的相互作用，安培(Ampere)电流与电流的相互作用，法拉第(Faraday)电荷与运动磁极的相互作用。
(2)法拉第提倡电磁的“本地作用”来代替“超距作用”，导致“电磁场”物理量的诞生。
