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19世纪中叶之前,物理学曾是完完全全的实验科学。力学中的理论问题被认为是数学家的事。19世纪末,在当时处于世界物理学中心的德国的大学里,开始设置理论物理学教授的席位,此后,随着人类的认识能力逐步深入,逐步深入到不能靠直觉把握的微观、高速宇观现象,

20世纪初建立了狭义和广义相对论,以及量子力学这些深刻的物理理论。到了20世纪中叶,物理学已经成为实验和理论紧密结合的科学。20世纪后半叶由于电子计算机的发展,既改变了理论物理的工作方式,也扩大了实验的涵义。

目前物理学已经成为实验物理、理论物理、计算物理三足鼎立鼎力的科学。实验提供的条件比自然界出现的更富变化和更灵活可控,而物理理论则给出了对自然界的数学描述。计算物理学是重要的新分支,有自己独特的研究方法。计算机实验可以提供比通常的实验更为变化丰富和灵活控制的条件,不过通常需要用到超级计算机。

物理学中最重要的基本理论下面有5个:

牛顿力学或经典力学(Mei)研究物体的机械运动

热力学(Tedyi)研究温度、热、能量守恒以及熵原理等等

电磁学()研究电、磁及电磁辐射等等

相对论()研究高速运动、引力、时间和空间等等

量子力学(Qt ei)研究微观世界

后两个理论主要是在20世纪发展起来的,通常认为是现代物理学的核心,以上理论中没有一个被完全推翻过,也没有一个永远正确的。例如,牛顿力学在高速情形下,应该用狭义相对论代替;而对于强引力,它偏离于广义相对论,但在它的适用范围内仍然是精确的。科学的理论总是要发展的,需要根据新发现的事实进行修正。在教科书中只介绍一种版本的做法很可能导致“理论是唯一的”这样的观念,事实上,理论决不是唯一的,科学理论往往在美学上令人赏心悦目,在数学上优雅而普适,但是仅仅有这些是绝不可能流传下来的。理论和思想必须经受实验的检验和验证。物理学的理论和实验在相互促进和丰富中得到发展。

一个没有思想的实验工作者可以发现无穷无尽的事实,不过毫无用处,理论家如果不受实验检验这一约束也可能产生出极其丰富的思想,不过与大自然毫无关系而已。

通常科学研究的方法是:

通过观测、实验、计算机模拟得到事实和数据;

用已知的可用原理分析这些事实和数据;

形成假说和理论以解释事实;

预言新的事实和结论;

用新的事例修改和更新理论

一个物理理论通常由以下几个部分组成

概念,通常是抽象的、不能直接感知的

关于这些概念的数学表示(物理量)的假定

一个或一组方程,表示物理量之间的关系

物理概念的数学表示决不是天然存在的,比如用矢量表示速度,用标量表示温度

基本的物理量是通过测量来定义的,称此为操作性定义。

通过基本概念、基本物理量而得到的物理量称作导出物理量。大多数物理量是导出物理量。单位或标准的数目也具有一定任意性。

国际计量大会(Geerl Cferee Weigt d Mere)选择了少数几个量作为基本量。

长度

质量

千克

时间

电流

安【培】

热力学温度

开【尔文】

物质的量

摩【尔】

发光强度

坎【德拉】

长度标准起初是标准米,它是国际计量局(te Bre f Weigt d Mere)保存的一个铂铱(-iridi lly)原器上两个刻度间的距离。1960年第11届国际计量大会决定采用原子标准,规定:1米为氪(Krypt)同位素(86Kr)发射特定的红橙光(5d5-2p10)波长的1650763.73倍,1983年第17届国际计量大会采用了真空光速

=299792458/

这一常量来定出长度单位,规定:米是光在真空(1/299792458)时间间隔内所经路程的长度。

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