“物理”一詞尋根
中文“物理”一詞,最早出現於戰國時期。戰國時有一楚人隱居深山以鶡羽為冠,自號鶡冠子,著有《鶡冠子》,《漢書·藝文誌》錄有其文。內雲:“龐子雲:‘願聞其人情物理’。”西漢淮南王劉安等著《淮南子》亦見“物理”一詞:“耳目之察,不足以分物理。”這裏出現的“物理”一詞是泛指一切事物的常理,而非近代意義的物理學。
明清之際的著名學者方以智(1611—1671年)曾著《物理小識》一書,這時的“物理”一詞,實際上包括了自然科學的各門學科,甚至還包括人文科學的某些分支。
晚清,物理學包括在所謂“格物學”之中。“格物”二字是我國古代哲學術語“格物致知”的簡稱。當時的格物學是指除了數學、天文學、醫學和農學以外的所有自然科學。
明末清初,西方物理學知識開始傳到中國。最初曾按西文Physics把物理學音譯為“費西伽”。1900年,日本人藤田平八把飯盛挺造編著的《物理學》譯成中文,我國學者王季烈對該書進行了文字潤色和重編,並由江南製造局刊行。這是我國第一本具有現代物理學內容和係統被稱為物理學的書。
現在“物理”一詞含義有二,一是泛指事物的道理,二是“物理學”的簡稱。
物理學概覽
物理學是研究宇宙間物質存在的基本形式、性質、運動和轉化、內部結構等方麵,從而認識這些結構的組成元素及其相互作用、運動和轉化的基本規律的科學。物理學的各分支學科是按物質的不同存在形式和不同運動形式劃分的。人對自然界的認識來自於實踐,隨著實踐的擴展和深入,物理學的內容也在不斷擴展和深入。隨著物理學各分支學科的發展,人們發現物質的不同存在形式和不同運動形式之間存在著聯係,於是各分支學科之間開始互相滲透。物理學也逐步發展成為各分支學科彼此密切聯係的統一整體。物理學家力圖尋找一切物理現象的基本規律,從而統一地理解一切物理現象。這種努力雖然逐步有所進展,但現在離實現這一目標還很遙遠。
彎曲的時空——廣義相對論
狹義相對論給牛頓萬有引力定律帶來了新問題。牛頓提出的萬有引力被認為是一種超距作用,它的傳遞不需要時間,產生和到達是同時的。這同狹義相對論提出的光速是傳播速度的極限相矛盾。因此,必須對牛頓的萬有引力定律也要加以改造。
實驗證明,慣性質量和引力質量相等,因此不論行星的質量多大多小,隻要在某一時刻它們的空間坐標和速度都相同,那麼它們的運行軌道都將永遠相同。這個結論啟發了愛因斯坦設想:萬有引力效應是空間、時間彎曲的一種表現,從而提出了廣義相對論。
根據廣義相對論,空間、時間的彎曲結構決定於物質的能量密度、動量密度在空間、時間中的分布;而空間、時間的彎曲結構又反過來決定物體的運行軌道。在引力不強,空間、時間彎曲度很小的情況下,廣義相對論的結論同牛頓萬有引力定律和牛頓運動定律的結論趨於一致;當引力較強,空間、時間彎曲較大的情況下,就有區別。不過這種區別常常很小,難以在實驗中觀察到。從廣義相對論提出到現在,就隻有四種實驗能檢驗出這種區別。
廣義相對論不僅對於天體的結構和演化的研究有重要意義,對於研究宇宙的結構和演化也有重要意義。
時空新觀念——狹義相對論
在經典力學取得很大成功以後,人們習慣於將一切現象都歸結為由機械運動所引起的。在電磁場概念提出以後,人們假設存在一種名叫“以太”的媒質,它彌漫於整個宇宙,滲透到所有的物體中,絕對靜止不動,沒有質量,對物體的運動不產生任何阻力,也不受萬有引力的影響。可以將以太作為一個絕對靜止的參照係,因此相對於“以太”作勻速運動的參照係都是慣性參照係。