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生活的物理

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副標題 :

作者 : 何定樑

分類 : 物理學.

關鍵字 :

物理學(拉丁語:Physica,英語:Physics)是一門自然科學,注重於研究物質、能量、空間、時間,尤其是它們各自的性質與彼此之間的相互關係。物理學是關於大自然規律的知識;更廣義地說,物理學探索分析大自然所發生的現象,以了解其規則。
物理學是最古老的學術之一。在過去兩千年裏,物理學與化學、天文學都曾歸屬於自然哲學。直到十七世紀科學革命之後,物理學才成為一門獨立的自然科學。物理學與其它很多跨領域研究有相當的交集,如生物物理學、量子化學等等。物理學的疆界並不是固定不變的,物理學裏的創始突破時常可以用來解釋這些跨領域研究的基礎機制,有時還會開啟嶄新的跨領域研究。
物理學是自然科學中最基礎的學科之一。經過嚴謹思考論證,物理學者會提出表述大自然現象與規律的假說。倘若這假說能夠通過大量嚴格的實驗檢驗,則可以被歸類為物理定律。但正如很多其他自然科學理論一樣,這些定律不能被證明,其正確性只能靠?反覆的實驗來檢驗。
通過創立新理論與發展新科技,物理學對於人類文明有極為顯著的貢獻。例如,由於電磁學的快速進展,電燈、電動機、家用電器等新產品紛紛湧現,人類社會的生活水平也得到大幅提升。由於核子物理學日趨成熟,核能發電不再是藍圖構想,但引致的安全問題也使人們意識到地球的嬌弱。類似的,量子力學也對於現代計算機的硬件有?卓越的貢獻,而且基於量子力學疊加態原理的量子計算機如今已經初步的得到使用,其在處理某些計算的時候擁有遠強於普通計算機的計算能力。
「物理」一詞在英文裏是「physics」,最先出自於古希臘文,原意是自然。在中文、日文裏,這詞源自明末清初科學家方以智的百科全書式著作《物理小識》。用「物理學」這個名稱指稱這門現代科學,始於1900年日本物理學家飯盛挺造編著的《物理學》一書。這本書的翻譯者為日本東洋史學家藤田豐八。清末民初物理學著作翻譯家王季烈又將這本書潤詞重編。1900年,江南製造局出版發行,是第一本具有大學水平,並且取名為「物理學」的中文物理學教科書。
1824年,在倫敦發行的《機械雜誌》內的一副刻畫。阿基米德說:「給我一個支點,我就可以撬起整個地球。」
從古代開始,人們就嘗試?了解大自然的奧妙:為什麼物體會往地面掉落,為什麼不同的物質會具有不同的性質?如此等等。其中有一個意義非凡的謎題,即宇宙的性質,比如地球、太陽及月亮這些星體究竟是遵循?什麼規律在運動,而又是什麼力量決定?這些規律?人們提出了各種理論,試圖解釋宇宙的規律,然而其中大多數理論都不正確。以現代準則來看,早期的物理理論更像是一些哲學理論:現代的理論都需要經過系統的實驗檢驗,而那些早期的理論並沒有經過嚴格證實。像托勒密和亞里士多德提出的理論中,有些就與日常所觀察到的事實相悖。
儘管如此,仍有許多古學者貢獻出相當正確的理論。古希臘哲學家泰勒斯(約前624年-約前546年)曾經遠渡地中海,在埃及學習天文學與幾何,還加以推廣延伸,發揚光大。他預測到公元前585年發生的日蝕,並且能夠估算船隻離岸邊的距離,又從金字塔的陰影計算出其高度。泰勒斯拒絕倚賴玄異或超自然因素來解釋自然現象。公元前5世紀古希臘哲學家留基伯率先提出原子論,認為所有物質皆是由不會毀壞、不可分割的原子所構成。希臘的思想家阿基米德在作用力方面推導出許多正確的定量結論,如對於槓桿原理的解釋。
中世紀時期,印度及波斯的學者也對物理學做出諸多貢獻。印度天文學家阿耶波多(Aryabhata)構建了描述太陽系的地心說模型;在這模型裏,太陽和月亮分別搭載於本輪(epicycle),繞?地球轉動。穆斯林科學家海什木對於光學研究貢獻良多。波斯科學家納西爾·艾德丁·圖西(Nasir al-Din al-Tusi)指出了托勒密體系的重大缺陷。

近代時期,歐洲出現了很多物理大師;其中最具影響力的當屬伽利略·伽利萊、約翰內斯·開普勒和艾薩克·牛頓。開普勒發表的開普勒定律正確地解釋了行星繞?太陽公轉的機制。大約同時,伽利略用抽象數學定律解釋物體運動。牛頓提出的牛頓運動定律和萬有引力定律為經典力學奠定了穩固的基礎。由於這些近代的物理學者堅持使用實驗方法與定量方法來研究與發現物理定律,經典物理學成為一門獨立學科。
二十世紀初期,物理學家發現經典物理學有很嚴重的瑕疵。邁克生-莫立實驗所測量得到的零結果否定了乙太存在。經典統計力學的能量均分定理引起了紫外災變(在頻率趨向於無窮大時,黑體輻射的理論結果和實驗數據無法吻合)。在原子層次,經典理論無法解釋能級的機制。這些瑕疵給學術界帶來了一場前所未有的考驗,徹底地動搖了舊理論體系的基石,導致了二十世紀物理學兩大理論體系相對論和量子力學的出現,進而開啟了現代物理學的紀元。
範疇與目標
物理學涵蓋廣泛的自然現象,從微乎其微的基本粒子(像夸克,微中子,電子)到龐大無比的超星系團都是研究對象。很多千變萬化、無奇不有的現象,都可基於更基礎的現象來做合理的描述與解釋。物理學是一門基礎科學。物理學者致力於追根究底,發掘這些現象的根本原因,並試圖尋覓這些原因之間的任何連結關係。這些經過物理學者近百年努力所得到的結果,可以大致歸納為一些明確的基礎定律。其它許多學術領域,像化學、生物學、地質學、工程學等等,所涉及的物質系統都遵守這些基礎定律。但是,這些基礎定律仍不完全。物理學對於自然現象所給出的描述與解釋,只是最好的近似事實,而不是完全的絕對事實。
舉例而言,古希臘人知道像琥珀一類的物質,當與毛皮磨擦時,會出現吸引力,使得這兩種磨擦物互相吸引。這性質後來稱為電性。在十七世紀,學者開始慎密地研查這性質。另外,在亞洲大陸的那一端,古中國人觀測到某些石頭(磁石),會通過某種看不見的作用力互相吸引。這性質後來稱為磁性。也是在十七世紀,學者開始嚴格地窮究其起因。經過燃膏繼晷、廢寢忘食的努力,物理學者終於明白了這兩種自然現象的基本成因--電和磁。但是,在二十世紀,經過更深入的研究,物理學者發現這兩種作用力是電磁力的兩種不同表現。今天,這統一各種各樣作用力的程序仍舊方興未艾,物理學者認為電磁力和弱核力是電弱相互作用的兩種不同表現。物理學者的終極目標是找到一個完美的萬有理論,能夠解釋大自然的一切本質
科學方法
科學方法指的是查核自然現象、獲取新知識、修正或整合先前的知識時,所使用的一整套技術。為了合乎科學精神,這方法必須建立於收集與總結可觀察、可實驗、可量度的證據,並且合乎明確的推理原則。梅里亞姆-韋伯斯特辭典如此定義。

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生活的物理

ACNO C004660
索書號 330 2122
複本總數 1
館藏位置 Library
借閱分類 BOOK
ISBN 962-290-466-1
出版商 香港教育
出版年份 1999
版本 4
警告 No Alert Message
小說 N
語言 中文
科目 物理學.
購買日期 2000-05-11
價格 68
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