物理学与人类文明 课程论文要求

物理学与人类文明作业物理思想对创新的作用与影响论文作者：张子烨 摘 要：人类文明至今取得辉煌璀璨的成果离不开物理学的贡献，对于世界万物的客观规律的洞察与深入分析。然而对于科技革新背后隐藏的物理思想，却是我们后人继续发展创新所需要了解学习的必要知识。通过对人类文明发展史上一些物理实验以及物理学家的举例，了解物理思想对于新事物的产生与创新有着巨大的推动作用。关键词：创新； 物理思想； 研究方法；学习方法引言伴随着日月的交替轮回，世界在不停的发展变迁，与之一同进步的还有人类对于世界客观物体的观察与总结的方法，人们对于事物的发展从感性认知逐渐过渡到理性、科学、客观的学习了解。虽然所选专业与物理学并没有任何关系，但是这门物理学与人类文明被列为核心通识课程的原因，是物理学史背后蕴藏着的物理学思想对于未来学习职业的创新是有积极作用的。一、大胆联想影响创新的开端一个创新的开始，可以是循规蹈矩对于客观事物成千上万次的观察研究开始，但是事情的并不总是有它的绝对性的属性，许多伟大的成就也是可以完全来自于看似荒诞的奇思妙想。德国闻名思想家马克思的马克思主义的诞生，其自然科学基础来自于三大自然科学领域的发现之一能量守恒和转化定律。这一定律的诞生可以说出自于它的创立者的一次奇思妙想。一位名为迈尔的随船医生在出海行驶到热带附近的时候观察到船员的静脉血液要比在欧洲时显现的更加鲜红一些，谁曾能料想到他竟然由此联想到了能量，并且诞生了人类历史上最为重要、影响人类命运发展的物理定律之一。然而，并不是谁都对新事物的发现有着明锐的嗅觉。1935年诺贝尔物理学奖颁发给了发现中子的查德威克，他的理论依据主要来源于约里奥夫妇的铍撞击石蜡所产生的放射线实验，但约里奥夫妇当时只是坚持于放射线一定是高能量的光子，拘泥于前人的理论，虽然他们二人在上个世纪30年代初获得了诺贝尔化学奖，依然取得了斐然的科学成就，但是他们无论怎样也还是与中子这一伟大的发现失之交臂。无独有偶，普朗克作为“量子”这一名词的提出者，却在很晚才承认量子的现代概念。比起居里夫人的大女儿和女婿，普朗克在某种程度上来说更为顽固。他只是在推导黑体辐射公式的时候把能量分割成一份份不连续的形式，仅仅作为一个数学运算形式而没有实际的物理含义，他本人却对于后辈阿尔伯特在量子颠覆人们固有观念的性质上十分抵触。普朗克无望地奋争着想要“回避量子理论，要（看一看）自己能不能至少把量子理论的影响尽可能降的最低”。1物理思想对于创新的作用首要就是打破常规，不拘泥于前人的束缚，大胆的放飞思想，让思维开阔至极限。二、理性研究影响创新的发展想要进行创新，除了大胆猜想，还要有对猜想的理论依据和科学验证。医生迈尔纵然作为一名有记载的第一个提出能量守恒和转化定律的人，但是由于他的思想超前，并不被当时的人所接受，以至于后来备受世人奚落迈尔还企图跳楼自尽、住进了精神病医院，遭受了长达八年的非人折磨。把能量守恒和转化定律真正让业内人士认可乃至走进大众视野的贡献者，还是焦耳、汤姆孙、克劳修斯等一大批有志之士为此定律做出的精确表述，并且建立了热力学理论体系。在高中的物理书中有关热力学定律的介绍中，详细的为我们介绍了朗福德的炮筒实验，但是因为他的实验无法用数学语言做定量描述，最后还是由焦耳进行了一锤定音。但是为什么现代体系中数学演算是进行物理研究必不可少的一门项目，逻辑推理被称为人类科学认识发展的一大进步？这些都来自于牛顿、伽利略等人在推翻亚里士多德世界观中的无数个错误结论运用的科学方法。“物体下落的快慢由重力决定。”在伽利略站出来之前，这句话似乎毋庸置疑的。因为根据日常生活经验，好像的确如此。在亚里士多德物理学观下生活了一千多年的欧洲人找不出反驳的例子，他们的也盲目的采取了类似于“太阳明天会从东方升起的”这种直观经验主义。最后伽利略的思想实验轻巧推翻这个“常识”：质量小的物体和质量的大物体捆在一起，作为一个重物他们的下落速度应该是最快的；质量小的物体下落速度慢，从而使得他们的整体的自由落体运动速度比轻的物体快，而比单个质量大的物理速度慢。他采取了观察客观事物现象，大胆提出假想，缜密进行逻辑推断，小心用设计实验进行验证。这一套完整科学的实验方法是我认为人类文明史的上最重要的成就之一，尽管站在我们当今时代的角度看来理所应当，可是它却驱散了物理学研究道路上的浓雾，引导人类积极探索黑暗迷蒙的前方。这套逻辑归纳法足以让伽利略成为人类历史长河中星光璀璨的不朽传奇。关于数学演算对于物理创新的帮助，其重要性我想应该无需赘述。牛顿运用微积分这一强力的数学工具，从数学上论证了万有引力定律的普适性，并且为经典力学建立了一座恢弘伟岸的参天大厦。理性研究的创新除了研究方法的革故鼎新，还有抛却主观情感对客观事物观察的前提。太阳黑子的现象，是我们在观测太阳时有时会看见太阳中间有一些小黑点，它们可能会成堆出现，也可能只有一两个。古代中国很早就对太阳进行了观察和记录，早在汉书五行志中就有对太阳黑子的描述，可是西方世界受到其宗教神话文化的影响，在他们的观念里太阳是至高无上的完美存在，因此直到伽利略用望远镜观测到太阳黑子的存在，才打破了天文学的束缚，为日后的日心说建立重要的依据。我认为古代欧洲人不可能观测不到太阳黑子，只是由于他们内心的主观判断使得他们视而不见、避而不谈，这也是他们的历法天体运算远落后于古中国的主要因素之一。推动现代科学不断创新的还有对自然进行数字化描述。古希腊亚里士多德的物理学中仅仅把数学用于描述物体的数量，甚至尽量规避对数学的应用，亚里士多德明确拒绝在物理学上使用数学，然而现代科学恰好相反。自从大约四百年前现代科学诞生以来，形容世界性质的数字化和机械化已然成为大势（但是机械化某种程度上来说阻碍了量子力学的诞生）。数字化意味着现代科学更能精准的表达出物体的一般性质，这给物理规律在一定范围内的普适性提供了不可动摇的基础，从伽利略到牛顿把物理转变为一门高度数学化的科学学科，意味着对亚里士多德的物理学观造成了巨大的颠覆，人类研究开始走向了经典力学时代。在当代，数字化也是使科学转化为生产力的一个必要条件。物理思想中数字化表述也是当今科学不可忽视的一个特征。三、学习方法影响创新作为现代物理的两大基石之一的量子力学，它的发扬光大主要来自于玻尔创建的哥本哈根学派。玻尔在哥本哈根建立了一个理论物理研究所，吸引力了全世界诸多才华横溢的物理学家。相对于爱因斯坦的单打独斗，它所蕴涵的“哥本哈根精神”是一种集体合作的典范。在自由的学术氛围中，学者们能够以一种紧张激烈和民主的方式进行自由探讨。这种集体合作成果的优越性也在诺贝尔奖得主的合作情况能够窥探一二。激烈的辩论与思想上的碰撞也能盛开出伟大的物理思想花朵。爱因斯坦和玻尔在索尔韦会议上的论战向来为人们津津乐道，观点的对立与固执也激励鞭策他们更加完善自己的思想理论漏洞。这几次会议在世人看来确立了哥本哈根解释的正确性，并且无论爱因斯坦承认与否，哥本哈根学派的量子理论解释被众人认可，开始了蓬勃发展的旅程。结束语纵观世界物理学史，我们可以发现在教科书上那些生冷的公式运算背后物理学家们的思想情感，他们也曾是在这世上的一个有血有肉的活人，越过书中的直白公式我们深入了解发现创作者多年的奋斗历程。了解物理思想，便能够理解今天科技上日新月异的创新变革速度，了解现代科学建立理性科学实验的成熟体系。物理学家在追求真理过程中展现出来的优秀品质，对于我们而言，也应当是无论何种学科进行学术研究应该具备的卓越品格。参考文献1Manjit Kumar.量子理论:爱因斯坦与波尔关于世界本质的伟大论战M.包新周，伍义生，余瑾，译.重庆:重庆出版社,2012:322.