物理——百科之源

【摘要】物理學(xué)廣探宇宙秘密，細(xì)索微粒奧妙，縱貫千年史，橫牽諸學(xué)科。物理學(xué)的建樹(shù)之高、植根之深、應(yīng)用之廣、覆蓋之遠(yuǎn)，已為世人共識(shí)。它既是人類知識(shí)的結(jié)晶，又是新技術(shù)的重要母體。

【關(guān)鍵詞】物理化學(xué) 生物物理學(xué) 物理醫(yī)學(xué) 天體物理 經(jīng)濟(jì)物理學(xué) 軍事科學(xué)

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）03-0172-01

物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及所使用的實(shí)驗(yàn)手段和思維方法的自然科學(xué)，簡(jiǎn)稱物理。它既是一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)也是一門(mén)帶頭科學(xué)，它在現(xiàn)代尖端科學(xué)技術(shù)的研究中占有特殊的地位，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到強(qiáng)大的推動(dòng)作用，涉及八個(gè)重要領(lǐng)域——農(nóng)業(yè)、能源、材料、電子計(jì)算機(jī)、激光、空間、高能物理、遺傳工程。

一、物理學(xué)與數(shù)學(xué)

物理與數(shù)學(xué)如同一對(duì)孿生兄弟，兩者密不可分。如：物理中的許多問(wèn)題需要用數(shù)學(xué)模型、數(shù)學(xué)方法去處理；同時(shí)，物理原理也為某些數(shù)學(xué)問(wèn)題的研究提供了新的思想和方向，從而推動(dòng)了數(shù)學(xué)的發(fā)展。

1.豐富多彩的物理世界為數(shù)學(xué)打開(kāi)了新天地，促使數(shù)學(xué)不斷向前發(fā)展。如：向量理論的建立，最先使用向量運(yùn)算的是用來(lái)研究力，牛頓的研究加深了對(duì)向量的認(rèn)識(shí)。量子力學(xué)和量子場(chǎng)論的產(chǎn)生，使數(shù)學(xué)物理添加了非常豐富的內(nèi)容，也為物理提供了研究的對(duì)象，在對(duì)現(xiàn)象的研究探索中形成了理論。科學(xué)發(fā)展表明：物理給數(shù)學(xué)提供了豐富的內(nèi)容，而數(shù)學(xué)物理的內(nèi)容越豐富，解決物理問(wèn)題的能力也越強(qiáng)。當(dāng)今物理的數(shù)學(xué)研究對(duì)數(shù)學(xué)有很大的促進(jìn)作用，它是產(chǎn)生數(shù)學(xué)的新思想、新對(duì)象、新問(wèn)題以及新方法的一個(gè)源泉。

2.物理學(xué)家同時(shí)也是數(shù)學(xué)家。牛頓就是其中一個(gè)，也是最有成就的一個(gè)。且不說(shuō)由他建立的經(jīng)典力學(xué)至今仍是物理的入門(mén)學(xué)科，他在數(shù)學(xué)方面的貢獻(xiàn)也堪稱經(jīng)典，他的二項(xiàng)式定理、無(wú)窮級(jí)數(shù)、微積分歷經(jīng)三百多年仍是現(xiàn)代數(shù)學(xué)必修的內(nèi)容。物理學(xué)家高斯早先也是從事數(shù)學(xué)研究，甚至被譽(yù)為“數(shù)學(xué)王子”。

二、物理學(xué)與化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)

1.從最本質(zhì)出發(fā)，物體的分子結(jié)構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)）決定了他們的化學(xué)性質(zhì)。而物體的分子結(jié)構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)）恰恰是物理的范疇。元素周期表的規(guī)律性（金屬性，非金屬性）就是用物理原理解釋的，還有八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)等，在本質(zhì)上的聯(lián)系必然導(dǎo)致深層次的關(guān)聯(lián)，所以產(chǎn)生了物理化學(xué)這門(mén)專業(yè)。衍生出的應(yīng)用學(xué)科有：材料科學(xué)技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理及化學(xué)基礎(chǔ)。

2.物理學(xué)與生物學(xué)。 生物物理學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)的概念和方法研究生物各層次結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，如：利用放射性核素對(duì)植物種子、幼苗、植株等進(jìn)行輻照，使其基因變異以獲得優(yōu)良的品種。

3.物理學(xué)與醫(yī)學(xué)。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)物理學(xué)的依賴程度越來(lái)越高。狹義的物理醫(yī)學(xué)就是理療學(xué)，即把物理因子作用于患者，對(duì)疾病有輔助治療或緩解的功效。常用的物理因子有聲、光、電、磁、熱等。還有用來(lái)進(jìn)行活體觀察的聲學(xué)顯微鏡，就是利用聲波來(lái)獲得微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)圖像技術(shù)，它是集聲學(xué)、壓電、光學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等成果于一體的高科技儀器；物理醫(yī)學(xué)最有代表的協(xié)會(huì)有中華醫(yī)學(xué)會(huì)物理醫(yī)學(xué)分會(huì)和中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)。

三、物理學(xué)與天文地理、能源乃至社會(huì)經(jīng)濟(jì)、軍事科學(xué)

1.物理學(xué)與天文地理。天體物理學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的天文學(xué)分支學(xué)科，是利用理論物理方法研究天體的物理性質(zhì)和過(guò)程的一門(mén)學(xué)科。偉大的天體物理學(xué)家——霍金，研究黑洞和宇宙起源大爆炸原理，與彭羅斯一道證明了著名的奇性定理，他還證明了黑洞的面積定理。物理學(xué)和天文學(xué)之間一直存在著根本性的聯(lián)系，它促使兩位當(dāng)今世界頂尖的天體物理學(xué)家合作，從物理學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，來(lái)闡述天文學(xué)的前沿問(wèn)題。目前我國(guó)正在建設(shè)的壓水堆核電站，就是核物理的應(yīng)用。

2.物理學(xué)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)。物理學(xué)的發(fā)展給人類帶來(lái)了很多的生活必需品和工作必須品，在方便了人類生活和工作的同時(shí)，也為人類社會(huì)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。物理學(xué)發(fā)展越快，科學(xué)技術(shù)程度越高，為社會(huì)創(chuàng)造的財(cái)富越多，產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益就越大。有人把經(jīng)濟(jì)學(xué)比喻為“社會(huì)科學(xué)中的物理學(xué)”，把物理學(xué)比喻為“自然科學(xué)中的經(jīng)濟(jì)學(xué)”，經(jīng)濟(jì)學(xué)家也喜歡自比為物理學(xué)家。1995年，經(jīng)濟(jì)物理學(xué)這一交叉學(xué)科已正式命名成立了。

3.物理學(xué)與軍事科學(xué)技術(shù)。回顧人類戰(zhàn)爭(zhēng)史，從部落時(shí)代的石斧青銅到封建皇朝的長(zhǎng)矛弩弓，從熱兵器時(shí)代的炮火紛飛到高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中的光電聲磁，無(wú)一不展現(xiàn)著物理學(xué)對(duì)軍事的巨大魅力。戰(zhàn)爭(zhēng)中的開(kāi)路先鋒導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)， 軍事火炮、 戰(zhàn)艦、 微波電子炸彈、 夜視裝置、美國(guó)正研制的“合成視覺(jué)”等，哪項(xiàng)軍事武器的發(fā)明不是物理學(xué)在其中占主導(dǎo)甚至起決定性作用？

四、物理學(xué)與文學(xué)

1.物理學(xué)作為一門(mén)自然科學(xué)，是探究聲、光、電、熱、力等自然現(xiàn)象最基本的內(nèi)在規(guī)律，而文學(xué)大多又恰恰以描繪自然現(xiàn)象，尤其是古典詩(shī)詞，它往往無(wú)意識(shí)的借助物理知識(shí)來(lái)描摹物態(tài)、闡明事理。如王安石的《梅花》：“墻角數(shù)枝梅，凌寒獨(dú)自開(kāi)。遙知不是雪，為有暗香來(lái)。”為什么會(huì)有“暗香來(lái)”，如果運(yùn)用分子動(dòng)理論來(lái)解釋，可謂淺顯易懂。張若虛的《春江花月夜》：“春江潮水連海平，海上明月共潮生。滟滟隨波千萬(wàn)里，何處春江無(wú)月明。”如果運(yùn)用光的反射、力的作用效果對(duì)詩(shī)句進(jìn)行分析欣賞，則欣賞水平會(huì)得到更好的深化，如果沒(méi)有這些物理知識(shí)，就不會(huì)對(duì)詩(shī)中意境有深刻的領(lǐng)悟。

2.古詩(shī)詞與理論物理的思維方式是相通的，都隱含了人生哲理與語(yǔ)言藝術(shù)。原中科大博導(dǎo)范洪義說(shuō)：“物理學(xué)家是描繪自然規(guī)律的畫(huà)家，是注意聆聽(tīng)自然韻律的音樂(lè)家。”他常告誡自己的研究生，學(xué)習(xí)物理的同時(shí)勿忘學(xué)習(xí)博大精深、魅力無(wú)窮的中國(guó)文化，尤其是古典詩(shī)詞，他說(shuō)：“它們與理論物理有異曲同工之妙。”

大量事實(shí)表明，物理思想與方法不僅對(duì)物理學(xué)本身有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)，乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有著重要的貢獻(xiàn)。有人統(tǒng)計(jì)過(guò)，自20世紀(jì)中葉以來(lái)，在諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、生物及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧校幸话胍陨系娜司哂形锢韺W(xué)的背景。難怪國(guó)外有專家十分尖銳地指出：沒(méi)有物理修養(yǎng)的民族是愚蠢的民族！

參考文獻(xiàn)：

[1]陳心中等 2004-10-1 清華大學(xué)出版社《物理與軍事 》

[2]范洪義《從量子力學(xué)到量子光學(xué)——數(shù)理進(jìn)展》上海交通大學(xué)出版社 2005年（國(guó)家十五計(jì)劃重點(diǎn)圖書(shū)）