第一章 物理史话

寻求一切物质的基本结构及其运动的统一规律是物理学最最根本的目的，经历了数千年，自从物理学问世以来就孜孜不倦地追循着这一目的而从未改变。

关于基本粒子的学说可以追述到古希腊德漠克里特斯（公元前460~公元前370年）。大约在公元前四百年，德漠克里特斯就提出了原子论。他认为大千世界由虚空和原子构成，原子不生不灭是物质能够分割的最小单位，这种观点持续了两千多年。

公元前340年，古希腊哲学家亚里士多德（公元前384~前322年），在他的《论天》一书中，就对地球不是平板而是一个圆球这一论点提出过很好的论据。从亚里士多德——托勒密（100~170年）的地心说到哥白尼——伽利略的日心说的演化过程就用了2000年的时间。

1514年波兰天文学家哥白尼（1473~1543年）提出了“日心说”的正确观点：太阳静止地位于中心，而地球和其它行星绕着太阳作圆周运动。日心说与圣经不符，这一观点对当时占统治地位的教会势力来说是大逆不道的，当时他们一贯宣扬的是唯心主义的“地心说”，唯恐哥白尼的“日心说”冲击他们的统治地位，他们对哥白尼进行了迫害。哥白尼所创立的“日心说”使自然科学从宗教神学的桎梏中解放了出来，开创了天文学的新纪元，是人类在天体认识史上的一个里程碑。他所阐述“日心说”的不朽著作《天体运行论》在刚开始出版时就被列为**，遭到残酷迫害。继哥白尼之后，布鲁诺，伽里略等人为了捍卫宣传哥白尼“日心说”而壮烈地献出了自己的生命，写就了科学史上的两大惨案：天文学家布鲁诺（1548~1600年）因为拥护哥白尼，竟然敢说地球不是宇宙的中心，被教会活活烧死。伽里略用自制望远镜首次观察了天体，宣告了一个和哥白尼学说完全符合的世界，并对“日心说”作了严密的论证，他的论著《对话》也被列为**，自身被终生软禁，最后双目失明死在狱中。经过100多年长期艰难曲折的历程，“日心说”使科学大步向前发展。

值得再用重笔一描的是伽里略（1564~1642年）可能比任何其它人更有资格称为近代科学的奠基人。他最早做出论断：“人类有望理解世界是怎样运行的，而且我们还能通过观察现实世界来做到这一点。”为此与天主教会发生了名闻遐迩的冲突。他举证公开支持了哥白尼的“日心说”遭到教会的镇压。他在教会的严密监视审查下获准出版的《关于两个主要世界体系的对话》，也是被世人欢呼为文学和哲学的杰作，1642年他第二本专著《两种新科学》一书，甚至比哥白尼更进一步成为现代物理学的起源。他在比萨斜塔作的自由落体试验被牛顿在1687年出版的《数学原理》中首次叙述出来，并被称为牛顿第一定律。

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伊萨克.牛顿（1642~1727年）这位被人们形象描述为由苹果掉到脑袋上而发现了万有引力的科学巨匠，可称之为人类历史上具有划时代意义的最伟大的科学家。曾任过英国剑桥大学的卢卡逊数学教授。在富有学术传统的剑桥大学，这是一个崇高的教授职位。他被任命为皇家学会主席并成为第一个被授予爵士的科学家。1687年牛顿爵士出版了他的《数学的自然哲学原理》，这是一本物理学有史以来最有影响的书。也是物理学中一块最重要的里程碑。很快他就成为名重一时的人物。牛顿三大定律，成为今后千百年照亮整个物理学光辉前程的指路明灯。牛顿从经典物理学的研究成果中提出了“绝对时空观”。牛顿和德国哲学家高特夫瑞德.莱布尼兹各自独立地发展了微积分的数学分支。它是大部分近代物理学的基础。现在大家已知牛顿发现微积分要比莱布尼兹还要早若干年，可惜他很晚才出版他的著作，以至于落后于莱布尼兹出书之后；为此两人之间发生过激烈的长期的争吵。

1609年德国天文学家开普勒（1571~1630年）曾对哥白尼理论进行过修正，认为行星不是沿圆周而是沿椭圆运动。从而使预言最终和观察相互一致。1687年牛顿在他的著作中进一步指出，根据他的定律，引力使月亮沿着椭圆轨道绕着地球运行，而地球和其它行星沿着椭圆轨道绕着太阳公转。

可以说从牛顿时代起物理学掀开了新的一页篇章，由牛顿创建的经典力学，开始几近完美地揭示了物理的奥秘，而整个物理世界也总是那么循规蹈矩地沿着经典力学所刻划出来的规律近乎一丝不苟地演变。而以后的几百年时间里，整个物理学的工作也就是为这经典力学再增加些的内容，为这牛顿所构筑的经典物理大厦添砖加瓦，使其更加完美，除此之外整个物理界好象也就没有什么其它实质性的工作，也没有什么新的发展。几百年中物理学好象也没遇到过什么解决不了的问题，就是偶而出现了什么新东西，用经典物理的理论敷衍一下也就没有什么解释不了的了。

早在19世纪初，英国化学家道尔顿（1766~1844年）发表了著名的原子学说，他认为自然界存在着不可分割的原子，不同元素的原子具有不同的质量。原子各自以简单整数比结合成化合物。原子学说合理解释了当时已知的化学现象和有关的化学反应重量关系定律，所以迅速为当时的化学界所承认；对化学的发展做出了重大贡献。但它还有些不正确的地方：认为单质是同类原子的堆积而忽略了单质分子的存在。这一错误论断也给以后化学发展带去了巨大的困惑。另外，它采用了原子这一名称和公元前400年时德漠克里特斯的关于基本粒子的原子论混淆了。以至于在原子核、质子、中子、电子、夸克、轻子被发现时给德漠克里特斯的原子论带去了不应有的抵毁；关于这点其实在1899年汤姆逊发现电子时人们开始知道原子内部还有更小的粒子在运动。

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