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我心中的近代物理
“呈天地之美，析万物之理”，这就是我心中的物理。她引导我怎样学，也引导我如何教。
    物理的教学要展现自然的奥秘，呈现天地的奇美。物理是在解读自然，而自然是千奇百怪——水有反常膨胀，月有阴晴圆缺，物快不过光速，质冷不致零开……自然有太多的奇妙，奇得令人震撼，妙得令人肃敬。四大定律表现的牛顿力学，将天上地下统一起来；正弦曲线的时间对称，光路可逆的空间对称，斜抛运动的时空对称，静电力和万有引力的形式对称，昭示了自然的神秘和幽邈；物质、能量、动量三大定律的存在恰是物理世界和谐共依的完美体现。物理学的美具有惊人的简单，神秘的对称，奇妙的和谐。
二十世纪初, 相对论和量子力学相继诞生, 标志着物理学的发展进仗了一个新的阶段, 即近代物理学阶段。从近代物理学诞生到现在的几十年来,向着三个方面深人发展；一是向微观世界的深处探索, 研究物质的微观结构、相互作用和相互转化运动的规律；二是向广裹无界的宇宙扩展, 与天文学结合, 研究大尺度天区的结构、运行和演化；三是向其他学科的广泛渗透, 研究更加复杂的物质结构和运动现象研究化学和生物过程的规律。
近代物理以相对论和量子力学为理论核心它们对经典物理学原理作了根本改造并且彼广泛地应用于物理学的所有领域；原子物理、原子核物理，基本粒子物理、凝聚态物理、等离子体物理等, 从而促进了对各类固体材料、半导体、激光、超导、超流、新能源的研究, 可以说, 我们这个二十世纪世界的现代生产技术一刻也离不开近代物理。不仅如此, 近代物理学的基本理论已经对其他自然科学产生了不可磨灭的影响。所以, 认为近代物理学是整个自然科学的现代技术的基础是很有道理的。近代物理学的蓬勃发展, 使人类对物质世界的认识深入到新的层次和领域为现代自然科学和技术科学提供了理论基础, 产生了一系列高新技术, 对社会的发展产生了巨大影响。
1.近代物理的理论基础
从1905年到2005 年, 100年的时间里近代物理学取得了举世瞩目的成就。1905年,爱因斯坦发表了5篇论文,掀起了一场影响百年的物理革命。至今,爱因斯坦的科学思想和科学成果仍改变着物理学和整个科学世界, 爱因斯坦的论文涉及了光量子假说, 分子运动论, 狭义相对论三个领域, 并为其奠定了理论基础。光电子理论, 将光看成是具有量子性质, 给出公式E=hv; 分子运动论, 从实验上证明了分子、原子的存在; 狭义相对论, 给出质能方程E=mc2。在理论上, 相对论与量子力学成为物理学乃至整个自然科学领域的支柱, 囊括了从宇宙系统到分子、原子、原子核、夸克5 个层次, 在深度上4 种基本相互作用正在逐渐走向统一, 物质世界的本质正被逐步揭开。
2.近代物理的研究内容
普通物理学的经典部分的逻辑结构是以运动形态来划分的。而近代物理学已不能用运动形态来划分, 合理的逻辑结构是以物质“层次”来划分, 可分为天体物理、凝聚态物理(含固体)、原子物理(含分子)、原子核物理、粒子物理(含粒子天体物理), 而相对论和量子理论贯穿其中。量子理论不仅研究微观层次, 在宏观领域中也有其身影。物理结构的各层次也不是截然分割的, 宏观的宇宙起源、恒星演化与微观粒子运动变化规律息息相关, 量子论与相对论在这里共同起作用,各种相互作用在这里又完美地统一。天体物理则作为相对论的应用, 因为相对论的许多可观测效应, 如引力红移、水星近日点进动、黑洞等都是天体物理问题。近代物理的现象及规律都很抽象, 不像经典物理那样直观易解, 无论是天体的演化、时空的弯曲、微观粒子的相互作用、电子云等等都可以借助计算机模拟, 许多近代物理实验由于条件所限无法开设, 也可通过计算机进行模拟实验。
3.近代物理对社会进步的影响
近代物理改造了人们的思想方法, 并对哲学思想产生深刻的影响, 它启发人们必须自觉地树立辩证唯物主义世界观和方法论。近代物理的发展所产生的高新技术在工业生产上的应用已经引起第三次技术革命, 并正在引起高新技术革命, 使人类社会进入信息时代。近代物理的发展所产生的高新技术应用在农业生产上, 可促使农业增产和发展,引起革命性变化。近代物理的理论、技术和方法已应用到医学和生命科学领域, 对推动医学和生命科学的研究起着重大作用。
4.近代物理的应用前景
近代物理学的最大特点是科学与技术的相互依存。近代物理学的发展产生了许多新技术, 而许多技术领域的突破, 也给近代物理学的发展创造了条件。从光纤通讯技术到生命科学、医学、材料科学, 几乎每一项重大突破都离不开物理提供的理论基础和技术手段。目前本世纪最具发展潜力的新技术大多是与近代物理相联系的, 例如: 激光、纳米技术、液晶、超导、等离子技术等等, 这些技术将可能引导下一世纪的科学、技术、工业的革命。
5.结语
在近代物理学的发展中,爱因斯坦所起的重要作用是无可比拟和不可替代的。爱因斯坦对光电效应的开创性研究和卓越见识,促进了量子力学和激光物理的发展;对原子的存在和对布郎运动的研究,促进了现代统计物理和固体物理的发展;相对论的发明彻底改变了人们习以为常的时空观,推动了微观领域和天体物理学的发展。这些巨大的成果至今还在影响着物理学的发展。一百年来,以相对论和量子力学为代表的近代物理学对人类文明与进步起到了前所未有的推动作用。
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