淺析現(xiàn)代物理與現(xiàn)代科技

陸琴

【摘 要】 物理學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，物理學(xué)的每一個(gè)發(fā)現(xiàn)、每一次革命都對(duì)人類文明和科技進(jìn)步起到了不可估量的作用。本文主要介紹了20世紀(jì)以來物理學(xué)的發(fā)展，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在我們生活中的應(yīng)用，最后重點(diǎn)說明物理學(xué)前沿知識(shí)——超弦理論。

【關(guān)鍵詞】 現(xiàn)代物理；現(xiàn)代科技；超弦理論

一、物理學(xué)的簡(jiǎn)介和發(fā)展

物理學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然基礎(chǔ)學(xué)科。它主要研究宇宙間物質(zhì)存在的基本形式、性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面，從而認(rèn)識(shí)這些結(jié)構(gòu)的組成元素及其相互作用、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律。物理學(xué)發(fā)展的歷史表明，物理學(xué)的發(fā)展與物理學(xué)知識(shí)量的積累有關(guān)，每一個(gè)重大突破都是以積累和繼承為前提的，同時(shí)又包含著對(duì)舊觀念和舊理論的批判與揚(yáng)棄。積累的量變不會(huì)單調(diào)地走向無窮發(fā)散，變革的質(zhì)變也不會(huì)割斷認(rèn)識(shí)發(fā)展的鏈條。這兩種過程的辯證統(tǒng)一，使物理學(xué)形成一種波浪式的發(fā)展進(jìn)程。

二、現(xiàn)代物理

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了一個(gè)完善、成熟的階段，人們對(duì)物理世界的解釋也已經(jīng)到達(dá)了終點(diǎn)。然而，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)又發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)知識(shí)所無法解釋的現(xiàn)象。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)；其次經(jīng)典物理學(xué)的萬里晴空中又出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的理論嚴(yán)重不符，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，由此物理學(xué)又一次經(jīng)歷了深刻的革命，因此誕生了現(xiàn)代物理學(xué)。

現(xiàn)代物理學(xué)革命的最主要成果是由愛因斯坦的相對(duì)論和普朗克、等人建立起的量子力學(xué)，在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過七十多年的發(fā)展，在不同的研究領(lǐng)域衍生出量子場(chǎng)論、原子核物理學(xué)、粒子物理學(xué)、非線性物理學(xué)、天體物理學(xué)、現(xiàn)代宇宙學(xué)、量子統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、量子電動(dòng)力學(xué)、相對(duì)論量子力學(xué)等理論，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)龐大的學(xué)科群，人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象。同時(shí)物理學(xué)還向其他學(xué)科領(lǐng)域推進(jìn)，產(chǎn)生了一系列物理學(xué)的新部門和邊緣學(xué)科，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了新思路和新方法。

三、物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代科技的影響

物理學(xué)的發(fā)展直接推動(dòng)著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物理學(xué)的每一次革命都會(huì)帶來新技術(shù)的出現(xiàn)。從歷史上看，物理學(xué)對(duì)世界三次大的技術(shù)革命起到了非常關(guān)鍵的作用。第一次技術(shù)革命始于18世紀(jì)60年代，其主要標(biāo)志是蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用，這是牛頓力學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。第二次技術(shù)革命發(fā)生于19世紀(jì)70年代，主要標(biāo)志是電力的廣泛應(yīng)用和無線電通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，這是麥克斯韋電磁理論的建立導(dǎo)致的光輝成果。第三次技術(shù)革命發(fā)生在20世紀(jì)初，由于X射線、放射性、原子結(jié)構(gòu)、電子波粒二象性的發(fā)現(xiàn)，誕生了相對(duì)論和量子力學(xué)，奠定了近代物理學(xué)的基礎(chǔ)，近代物理學(xué)所揭露的新概念和新現(xiàn)象，刷新了世界面貌，促進(jìn)了原子能、計(jì)算機(jī)、航天、激光、紅外線、超導(dǎo)、通信、納米等高新科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

20世紀(jì)的科學(xué)進(jìn)步，集中體現(xiàn)在關(guān)于物質(zhì)、生命、思想的基本構(gòu)成的科學(xué)成果。原子與量子革命、基因與DNA革命、計(jì)算機(jī)與信息革命，構(gòu)成了現(xiàn)代科學(xué)的三大支柱。其中量子革命是最基礎(chǔ)的一個(gè)，由它帶動(dòng)了其他兩大革命。1925年由量子理論引發(fā)的科學(xué)大潮，使我們理解了周圍的物質(zhì)。它使我們能在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造出某種物質(zhì)之前就能精確地預(yù)測(cè)出其屬性，隨后能隨心所欲地創(chuàng)造和操作新形式的物質(zhì)。1844年薛定諤在《什么是生命》一書中提出生命的秘密可以用量子理論解釋，并大膽地猜測(cè)，這個(gè)秘密就是寫在細(xì)胞內(nèi)分子上的基因密碼。1953年詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，解開了這個(gè)秘密。人們應(yīng)用分子生物技術(shù)就能像讀書一樣，閱讀生命基因的密碼，破譯后就可以隨心所欲的操縱生命。1948年巴丁、布拉頓和肖克萊發(fā)明了晶體管，使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的制造成為可能。1960年邁曼制成了激光。以上應(yīng)用量子力學(xué)的成果，構(gòu)成了當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本組成因素，使人類獲取、應(yīng)用和交換信息的方式發(fā)生了質(zhì)的變化。未來的技術(shù)進(jìn)步，深深根植于這三大革命中。

四、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)

科學(xué)史告訴我們，科學(xué)理論的每一進(jìn)展和突破都伴隨著人類知識(shí)的綜合，促進(jìn)科學(xué)整體化的發(fā)展。20世紀(jì)40年代以來出現(xiàn)的許多新興技術(shù)，如激光技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、基因重組技術(shù)等，都是現(xiàn)代科學(xué)的直接產(chǎn)物。越是新技術(shù)，包含的科學(xué)知識(shí)越多，高技術(shù)就是科學(xué)知識(shí)密集型的技術(shù)。超弦理論就是20世紀(jì)最偉大的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。超弦理論也稱弦理論，它認(rèn)為不存在粒子，只有弦在空間運(yùn)動(dòng)，各種不同的粒子只不過是弦的不同振動(dòng)模式而已。依照弦理論，每種基本粒子所表現(xiàn)的性質(zhì)都源自它內(nèi)部弦的不同的振動(dòng)模式。每個(gè)基本粒子都由一根弦組成，而所有的弦都是絕對(duì)相同的。不同的基本粒子實(shí)際上是在相同的弦上彈奏著不同的“音調(diào)”。由無數(shù)這樣振動(dòng)著的弦組成的宇宙，就像一支偉大的交響曲。超弦生萬象，史蒂芬·霍金在談到超弦理論時(shí)曾激動(dòng)地說：“這是一門本屬于21世紀(jì)的科學(xué)，卻意外地在20世紀(jì)被提前發(fā)現(xiàn)了，我堅(jiān)信它能實(shí)現(xiàn)科學(xué)理論的大一統(tǒng)的最終目標(biāo)?！弊匀豢茖W(xué)作為人類對(duì)自然界事物的理性認(rèn)識(shí)。已經(jīng)廣泛滲透到技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，成為現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，使技術(shù)真正成了科學(xué)的技術(shù)。是科學(xué)技術(shù)真正引領(lǐng)了我們新的生活。

總之，在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過八十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，現(xiàn)代物理學(xué)大廈已經(jīng)建成。盡管超弦理論將引領(lǐng)21世紀(jì)理論物理學(xué)的發(fā)展，歷史仍將銘記眾多物理學(xué)老前輩們?cè)诂F(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展過程中作出的重大貢獻(xiàn)?？茖W(xué)永無止境，物理學(xué)與現(xiàn)代科技引領(lǐng)著我們的生活，推動(dòng)著人類文明的車輪滾滾向前！