物理學的含義,物理學的含義是什麼?包括什麼知識?

2021-09-07 06:45:07 字數 5835 閱讀 6487

1樓:匿名使用者

物理學是研究自然界基本規律的科學.它的英文詞physics**於希臘文,原義是自然,而中文的含義是“物”(物質的結構、性質)和“理”(物質的運動、變化規律).中文含義與現代觀點頗為吻合.

現代觀點認為物理學主要研究:物質和運動,或物質世界及其各部分之間的相互作用,或物質的基本組成及它們的相互作用.

物質可以小至微觀粒子——分子、原子以至“基本”粒子(elementaryparticles).所謂基本粒子,顧名思義是物質的基本組成成分,本身沒有結構.然而基本與否與人們的認識水平以及科學技術水平有關,因此對“基本”的理解有階段性.

有鑑於此,物理學家簡單地稱之為“粒子”.有時為了表達認識的層次,我們仍然可以說:“現階段的基本粒子為……”.

當前我們認為基本粒子有輕於(lepton)、夸克(quark)、光子(photon)和膠子(gluon)等等.科學家們正在努力尋找自由夸克.此外,分數電荷、磁單極也在尋找之列.

我們周圍的物體是物質的聚集狀態.人們可以用自己的感官感知大多數聚集狀態的物質,並稱它們為巨集觀(macroscopic)物質以區別前面所說的微觀(microscopic)粒子.居間的尺度是介觀(mesoscopic),而更大的尺度是宇觀(cosmological).

場(field)傳遞相互作用,電磁場和引力場就是例子.

在物理學的範圍內,物質的運動是指機械運動、熱運動、微觀粒子的運動、原子核和粒子間的反應等等.運動總是發生在一定的時間和空間.時間和空間首先是作為物質運動的舞臺,但最後也成了物理學研究的物件.

現在知道物質之間的相互作用有四種,即萬有引力、弱相互作用、電磁相互作用和強相互作用.

愛因斯坦(a.einstein,1879—1955)生前曾致力於統一場論的工作,試圖用統一的理論來描述各種相互作用.在60年代,走向統一有了突破性的進展.

格拉肖(s.l.glashow)、溫伯格(s.

weinberg)和薩拉姆(a.salam)等人發現弱相互作用和電磁相互作用可以統一,用弱電相互作用(electroweak)來描述.魯比亞(1983[1],c.

rubbia)等提供了實驗支援.大統一理論(grand unification theory,gut)試圖將強相互作用也統一進去,而超對稱理論更企圖將引力也納入其中.還有人在尋求其他的相互作用.

對此,在physics teacher期刊上曾有一篇文章題為“存在第五種基本力嗎?”專門討論這一命題[6].在高階的理論中,相互作用只不過是交換物質,如電磁作用交換光子、強作用交換膠子.

物理學的一個永恆主題是尋找各種序(orders)、對稱性(symmetry)和對稱破缺(symmetry-breaking)[10]、守恆律(conservation laws)或不變性(invariance).物質的有序狀態比我們想象的要廣泛得多.除了排列整齊的位置序以外,還可以有指向序.

超導態也是一種有序狀態.對稱性通常指靜止的空間幾何對稱,如太極圖、八卦、晶體中的平移和旋轉對稱.實際上,對稱性還可以是動態的,可以是時間反演對稱、物質—反物質對稱以及更為抽象的規範對稱等等.

就物理學和其他科學的關係而言,我們可以說:

·物理學是最基本的科學.

·物理學是最古老、發展最快的科學.

·物理學提供最多、最基本的科學研究手段.

最基本的體現是在天文學、地學、化學、生命科學中都包含著物理過程或現象.在這些學科中用到不少物理學概念和術語是很自然的.最基本還意味著任何理論都不能和物理學的定律相牴觸.

例如,如果某種理論破壞能量守恆定律,那麼這一理論就很成問題.當然,某些物理理論本身或一些階段性的工作本身也是在不斷地完善.

19世紀中葉之前,物理學曾是完完全全的實驗科學.力學中的理論問題被認為是數學家的事.19世紀末,在當時處於世界物理學中心的德國的大學裡,開始設定理論物理學教授的席位.

此後,隨著人類的認識能力逐步深入,逐步深入到不能靠直覺把握的微觀、高速、宇觀現象,20世紀初建立了狹義和廣義相對論,以及量子力學這些深刻的物理理論.到了20世紀中葉,物理學已經成為實驗和理論緊密結合的科學.20世紀後半葉由於電子計算機的發展,既改變了理論物理的工作方式,也擴大了實驗的涵義.

目前物理學已經成為實驗物理、理論物理、計算物理三足鼎立的科學.實驗提供的條件比自然界出現的更富變化和更靈活可控,而物理理論則給出了對自然界的數學描述.計算物理學是重要的新分支,有自己獨特的研究方法.

計算機實驗可以提供比通常的實驗更為變化豐富和靈活控制的條件.不過通常需要用到超級計算機.

物理學中最重大的基本理論有下面5個:

·牛頓力學或經典力學(mechanics)研究物體的機械運動;

·熱力學(thermodynamics)研究溫度、熱、能量守恆以及熵原理等等;

·電磁學(electromagnetism)研究電、磁以及電磁輻射等等;

·相對論(relativity)研究高速運動、引力、時間和空間等等;

·量子力學(quantum mechanics)研究微觀世界.

後兩個理論主要是在20世紀發展起來的,通常認為是現代物理學的核心.以上理論中沒有一個被完全推翻過,也沒有一個是永遠正確的.例如,牛頓力學在高速情形下,應該用狹義相對論來代替;而對於強引力,它又偏離於廣義相對論,但在它的適用範圍內仍然是精確的.

科學的理論總是要發展的,需要根據新發現的事實進行修正.在教科書中只介紹一種版本的做法很可能導致“理論是唯一的”這樣的觀念.事實上,理論決不是唯一的.

科學理論往往在美學上令人賞心悅目,在數學上優雅而普適,但是僅僅有這些是決不可能流傳下來的.理論和思想必須經受實驗的檢驗和驗證.物理學中的理論和實驗在相互促進和豐富中得到發展.

一個沒有思想的實驗工作者可以發現無窮無盡的事實,不過毫無用處.理論家如果不受實驗檢驗這一約束也可能產生出極其豐富的思想,不過與大自然毫無關係而已.

通常的科學研究方法是:

·通過觀測、實驗、計算機模擬得到事實和資料;

·用已知的可用的原理分析這些事實和資料;

·形成假說和理論以解釋事實;

·預言新的事實和結果;

·用新的事例修改和更新理論.

上述的後3步都是關於理論的.以上所說的科學研究的步驟是常規的.有時候,有的人可能並不遵循這樣的過程.

常常直覺(intuition)或者預感(premonition)會起相當的作用.有時候,機遇(運氣或偶然)對於成功也會起作用,使你獲得一則重要的資訊或發現一個特別簡單的解.要學會在恰當的時機提出恰當的問題,並找到問題的答案.

有時還必須忽略一些“事實”,原因是這些並不是真正的事實或者它們無關緊要、自相矛盾;或者是由於它們掩蓋了更重要的事實或考慮它們使問題過於複雜化.據說,有一次有人問愛因斯坦:如果邁克耳孫-莫雷(michelson-morley)實驗並不導致光速不變你怎麼辦?

他說:他將忽略那些實驗結果,他已經得到了結論,光速必須被認為是不變的.關於愛因斯坦2023年提出狹義相對論時是否知道邁克耳孫-莫雷實驗,曾發生過長時間的爭論.

有人認為愛因斯坦在他的著作中沒有留下他知道邁克耳孫-莫雷實驗的絲毫痕跡,他可能純粹通過理論推理和他們(邁克耳孫與莫雷)得出了相同的結論.愛因斯坦的首席傳記作家培斯(abraham pais)篩選了許多歷史記載,得出結論說,愛因斯坦確實知道這一實驗.新近有一篇愛因斯坦在2023年的演說的英文翻譯稿刊登在physics today上[8].

此文是根據原來的德語演講的日文記錄整理、翻譯的[見第九章參考文獻(13)].譯者讓愛因斯坦“本人”表示,他知道這一實驗.

在大學物理的學習中,除了學習事實、定律、方程和解題技巧外,還必須努力從整體上掌握物理學.要了解各分支間的相互聯絡.現代觀點認為,應該從整體上邏輯地、協調地來把握物理學.

學習中,對於基本物理定律的優美、簡潔、和諧以及輝煌應該有所體會,要學會鑑賞其普適程度,瞭解其適用範圍.還要學會區別理論和應用,物理思想和數學工具,一般規律和特殊事實,主要和次要效應,傳統的和現代的推理方式等等

2樓:匿名使用者

上面的答案太長了,相信你也沒有心情看,我告訴你一個國際通用的標準答案:

物理學就是研究自然界的物質結構、物體間的相互作用和物體運動最一般規律的自然科學

3樓:匿名使用者

物理就是講述事物的道理 對人類自然的影響 就是你問"為什麼?"的時候

物理學的含義是什麼?包括什麼知識?

4樓:狗尾草

物理學是研究物質運動最一般規律和物質基本結構的學科。主要研究領域包括:聲,光,電,熱,力,磁等。

作為自然科學的帶頭學科,物理學研究大至宇宙,小至基本粒子等一切物質最基本的運動形式和規律,因此成為其他各自然科學學科的研究基礎。它的理論結構充分地運用數學作為自己的工作語言,以實驗作為檢驗理論正確性的唯一標準,它是當今最精密的一門自然科學學科。

物理學研究的領域可分為下列四大方面:

1.凝聚態物理——研究物質巨集觀性質,這些物相內包含極大數目的組元,且組員間相互作用極強。最熟悉的凝聚態相是固體和液體,它們由原子間的鍵和電磁力所形成。

更多的凝聚態相包括超流和波色-愛因斯坦凝聚態(在十分低溫時,某些原子系統內發現);某些材料中導電電子呈現的超導相;原子點陣中出現的鐵磁和反鐵磁相。凝聚態物理一直是最大的的研究領域。歷史上,它由固體物理生長出來。

2023年由菲立普·安德森最早提出,採用此名。

2.原子,分子和光學物理——研究原子尺寸或幾個原子結構範圍內,物質-物質和光-物質的相互作用。這三個領域是密切相關的。

因為它們使用類似的方法和有關的能量標度。它們都包括經典和量子的處理方法;從微觀的角度處理問題。原子物理處理原子的殼層,集中在原子和離子的量子控制;冷卻和誘捕;低溫碰撞動力學;準確測量基本常數;電子在結構動力學方面的集體效應。

原子物理受核的影晌。但如核**,核合成等核內部現象則屬高能物理。 分子物理集中在多原子結構以及它們,內外部和物質及光的相互作用,這裡的光學物理只研究光的基本特性及光與物質在微觀領域的相互作用。

3.高能/粒子物理——粒子物理研究物質和能量的基本組元及它們間的相互作用;也可稱為高能物理。因為許多基本粒子在自然界不存在,只在粒子加速器中與其它粒子高能碰撞下才出現。

據基本粒子的相互作用標準模型描述,有12種已知物質的基本粒子模型(夸克和輕粒子)。它們通過強,弱和電磁基本力相互作用。標準模型還預言一種希格斯-波色粒子存在。

現正尋找中。

4.天體物理——天體物理和天文學是物理的理論和方法用到研究星體的結構和演變,太陽系的起源,以及宇宙的相關問題。因為天體物理的範圍寬。

它用了物理的許多原理。包括力學,電磁學,統計力學,熱力學和量子力學。2023年卡爾發現了天體發出的無線電訊號。

開始了無線電天文學。天文學的前沿已被空間探索所擴充套件。地球大氣的干擾使觀察空間需用紅外,超紫外,伽瑪射線和x-射線。

物理宇宙論研究在宇宙的大範圍內宇宙的形成和演變。愛因斯坦的相對論在現代宇宙理論中起了中心的作用。20世紀早期哈勃從圖中發現了宇宙在膨脹,促進了宇宙的穩定狀態論和大**之間的討論。

2023年宇宙微波背景的發現,證明了大**理論可能是正確的。大**模型建立在二個理論框架上:愛因斯坦的廣義相對論和宇宙論原理。

宇宙論已建立了acdm宇宙演變模型;它包括宇宙的膨脹,黑能量和黑物質。 從費米伽瑪-射線望運鏡的新資料和現有宇宙模型的改進,可期待出現許多可能性和發現。尤其是今後數年內,圍繞黑物質方面可能有許多發現。

物理學包括了

●牛頓力學(mechanics)與理論力學(rational mechanics)研究物體機械運動的基本規律及關於時空相對性的規律

●電磁學(electromagnetism)與電動力學(electrodynamics)研究電磁現象,物質的電磁運動規律及電磁輻射等規律

●熱力學(thermodynamics)與統計力學(statistical mechanics)研究物質熱運動的統計規律及其巨集觀表現

●相對論(relativity)研究物體的高速運動效應以及相關的動力學規律

●量子力學(quantum mechanics)研究微觀物質運動現象以及基本運動規律

此外,還有:

粒子物理學、原子核物理學、原子與分子物理學、固體物理學、凝聚態物理學、鐳射物理學、等離子體物理學、地球物理學、生物物理學、天體物理學等等。

物理學中,性質力的含義是什麼,物理學的含義是什麼?包括什麼知識?

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