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物理学古希腊语:Φύσις,自然)是研究物质能量的本质与性质的自然科学。由于物质与能量是所有科学研究的必须涉及的基本要素,所以物理学是自然科学中最基础的学科之一[1]

物理”一词在英文里是“physics”,最先出自于古希腊文“φύσις”,原意是“自然”。在中文里,“物理”最早可在战国时期佚书《鹖冠子》·王。三国时期,杨泉著有《物理论》,是最早的书名含有“物理”一词的著作。“物理”的含义已演化为学术之理,包括自然科学的各门领域与人文学的部分领域。在物理学里,时常会利用观察、模拟、实验、推论、演绎等方法来获得知识。

物理学是一种实验科学,物理学者从观测与分析大自然的各种基于物质与能量的现象来找出其中的模式。这些模式称为“物理理论”。

物理学是自然科学中最基础的学科之一。化学生物学考古学等等科学学术领域的理论都是建构于这些物理定律

核心理论

物理学的研究范围虽然十分广泛,物理学者时常会使用到某些物理学的核心理论。这些核心理论大致包括于经典力学量子力学、热力学、统计力学电磁学狭义相对论等等基础物理学领域,是进阶研究专门论题的重要工具[2]

经典物理学:包括那些在二十世纪初已成熟的传统学术分支领域经典力学、声学光学、热力学、电磁学等等。

现代物理学:研究大致分类为天文物理学、原子分子与光物理学、粒子物理学凝聚态物理学应用物理学等等。

大多数物理学者整个职业生涯只专精于一个领域,像阿尔伯特·爱因斯坦(1879~1955)和列夫·朗道(1908~1968)这样的全才大师现在寥若晨星。

应用

物理学与其它很多跨领域研究有相当的交集,如量子化学生物物理学等等。物理学的疆界并不是固定不变的,物理学里的创始突破时常可以用来解释这些跨领域研究的基础机制,有时还会开启崭新的跨领域研究。

通过创建新理论与发展新科技,物理学对于人类文明有极为显著的贡献。例如,由于电磁学的快速发展,电灯电动机家用电器等新产品纷纷涌现,人类社会的生活水平也得到大幅提升[3]

由于核子物理学日趋成熟,核能发电等。但其所引致的安全问题也使人们意识到地球环境、生态与人类的关系。

世界十大物理学家

现代物理学之父:爱因斯坦

爱因斯坦1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭(父母均为犹太人),1900年毕业于苏黎世联邦理工学院,入瑞士国籍。1905年,获苏黎世大学[[哲学]]博士学位,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖,1905年创立狭义相对论。1915年创立广义相对论。

英国着名的物理学家 艾萨克·牛顿

英国著名的物理学家艾萨克·牛顿,是科学界最伟大的物理学家之一,百科全书式的“全才”,其多项研究都有科学分支,物理学方面,奠定了经典力学的基础,指出地球不是宇宙的中心,是世界十大杰出物理学家之一。

德国着名物理学家 马克斯·普朗克

马克斯·普朗克德国著名物理学家,被称为量子理论之父,是二十世纪最重要的物理学家之一,发现普朗克辐射定律,在论证过程中提出普朗克常数,成为此后微观物理学中最重要的方程常数之一,是世界十大杰出物理学家之一。

世界十大杰出物理学家 迈克尔·法拉第

法拉第英国著名的科学家化学家和物理学家,发现了磁场电磁感应,被称为“电学之父”和“交流电之父”,奠定了电磁学的基础,是世界十大杰出物理学家之一。他是英国物理学家、化学家,也是着名的自学成才的科学家,出生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭,仅上过小学。1831年,他作出了关于电力场的关键性突破,永远改变了人类文明。

物理学家 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

麦克斯韦主要从事电磁理论分子物理学、统计物理学、光学力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论,将电学磁学、光学统一起来,是19世纪物理学发展的最光辉的成果,是科学史上最伟大的综合之一[4]

美籍犹太裔物理学家 理查德·费曼

理查德·费曼是美籍犹太裔物理学家,加州理工学院物理学教授,1965年诺贝尔物理奖得主,其在粒子物理学量子电动力学领域,做出重大贡献,首位提出纳米概念的人,是世界十大杰出物理学家之一[5]

奥地利着名物理学家 埃尔温·薛定谔

埃尔温·薛定谔奥地利著名物理学家,是量子力学奠基人之一,建立的薛定谔方程,描述微观粒子运动状态的基本定律,还提出薛定谔猫思想实验,是所有科学领域中最精细的思想实验之一,是世界十大杰出物理学家之一。

英国着名的理论物理学家 保罗·狄拉克

保罗·狄拉克是英国著名的理论物理学家,他提出了狄拉克方程,用来描述费米子的物理行为,还与薛定谔一起获得诺贝尔物理学奖,预测了反物质的存在,是世界十大杰出物理学家之一。

原子核物理学之父 欧内斯特·卢瑟福

欧内斯特·卢瑟福是二十世纪最伟大的实验物理学家,在放射性和原子结构等方面做出了重大的贡献。卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念,证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为α射线与β射线,并且证实前者就是氦离子

量子力学的主要创始人 沃纳·海森堡

沃纳·海森堡德国著名物理学家,量子力学的主要创始人,提出不确定性原理,奠定了量子力学,还提出矩阵理论,其在核物理学的显着贡献,为量子场论和粒子物理学的出现奠定基础,是世界十大杰出物理学家之一。

视频

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第1课 物理学起源

参考文献