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近代物理学产生的背景
在学习了力学、热力学、电磁学和光学等经典物理学的内容后,有必要回过头来重新回顾一下经典物理学的知识体系。在此基础上,用历史的眼光审视近代物理学产生的背景。
十九世纪科学的概貌
近代自然科学产生于文艺复兴后期(十五世纪),是伴随资本主义产生而产生的,并成为它的有力支柱。十六、十七世纪是近代科学建立时期,无论在科学知识、科学思想还是在科学方法上都开创了一个新纪元。特别是物理学和天文学在十七世纪都达到一个高峰。另外随着微积分的创立、血液循环的发现、显微镜的发明及化学元素概念的建立,数学、生物学、化学也都取得了重大进展。
在十八世纪,科学发展缓慢。但十八世纪是以英国工业革命(第一次技术革命)和法国民主革命载入史册的。这两次伟大革命,显示了科学对社会的巨大影响,也为科学的进一步发展提供了强大的物质基础和有力的社会保证。《共产党宣言》说:“资产阶级在它不到一百年的阶级统治中所创造的生产力,比过去一切时代所创造的全部生产力还要多、还要大。”法国大革命起源于启蒙运动,启蒙运动是人类历史上最彻底的反对封建专制的思想解放运动,它的中心内容就是科学、民主。
经过十八世纪各方面的准备,十九世纪成为科学技术全面发展的时期。在文化史上,十九世纪被称为“科学世纪”,主要表现在:开始出现了科学对生产的指导作用,引起了第二次技术革命;许多科学部门开始从经验的描述上升为理论的概括,逐渐形成自己的统一整体,新学科纷纷成立,各门科学之间的间隙也逐渐得到填补,科学精神、科学思想和科学方法深入人心。
近代科学进入十九世纪下半叶,出现生物进化论(1859年)和电磁理论(1864年)两座高峰。它们各自显示了生命现象和物理现象的内在统一性,显示了科学理论的巨大综合能力。这些成就使不少科学家以为科学的发展基本上已经大功告成,特别是在理论比较成熟的物理学领域中,普遍出现了这种情绪。
在物理学发展史上,曾有过物理学理论的三次大综合。第一次是英国物理学家牛顿在伽利略、开普勒、笛卡尔等人工作的基础上,把物体的运动规律归结为三条基本运动定律和一条万有引力定律,由此建立起一个完整的力学理论体系。这样,他将过去认为是截然无关的地球上的物体(世俗的)运动和天体(“天堂的”)运动规律概括在一个严密的统一理论中。这是物理科学,也可以说是人类认识自然的历史中第一次理论的大综合。这一伟大成就,使机械唯物论的自然观取得统治地位,它统治整个自然科学领域达二百多年之久。牛顿力学到了十九世纪中叶,显示出无比强大的威力。1846年海天星的发现,完全证实了根据牛顿理论所作的预言。四十年代能量守恒定律的发现,揭示了各种物质运动形式不仅可以相互转化,而且在量上还有确定的关系。这样,力学、热学、化学甚至生物学就都贯通在一起,使牛顿力学成为各门物理科学的理论基础,这是物理学第二次伟大的综合。分子动理论就是这次大综合的产物,分子动理论是用牛顿理论研究大量的分子运动,这是人类第一次进入微观领域进行定量描述。由此,大至日月星辰,小至分子原子,无不为牛顿理论体系所包罗。法拉第、麦克斯韦电磁理论的建立,又把电学、磁学和光学合成一体,完成了物理学第三次伟大的综合,并为现代人类文明开辟了道路。虽然法拉第的一些思想已经越出了牛顿的框架,但本质上仍属于经典理论体系。
物理学的巨大成功,使当时不少物理学家认为,物理理论