物理门外的张祥前

                   ——什么是物理学（一）

刘文旺

张祥前自称是中国的牛顿、爱因斯坦。这是一件令人捧腹大笑的事。其实，他只是物理世界门外的一个看客。

从科学的发展历程上看，所有的自然科学基本上都起源于哲学。最初的科学知识纯粹就是一种对大自然的观测加上人类的思考。这一过程的积累使我们人类的生产力不断提高，自然科学逐渐从这些“哲学家”的思辨式的思考中分离出来，于是物理学诞生了。

物理学的发展经历了经典物理和近代物理和现代物理三个部分。从伽利略计算起也就是几百年的历史。这期间诞生了众多的理学家。主要的物理学家，物理学之父——伽利略、发现物体运动三定律和气万有引力定律的牛顿、麦克斯韦、库伦、法拉第、奥斯特、量子力学奠基人哥本哈根学派的掌门人玻尔、相对论的创建者爱因斯坦、物质波概念的提出者德布罗意、薛定谔方程的创建者薛定谔、相对论量子力学的建立者狄拉克等。我们会一边介绍物理学的发展过程，一边穿插着介绍这些人类科学发展的功臣。

无门知道，物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。物理学家力图寻找一切物理现象的基本规律，从而统一地理解一切物理现象。这种努力虽然逐步有所进展，但现在离实现这-目标还很遥远。看来人们对客观世界的探索、研究是无穷无尽的。

在物理学的发展过程中，物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。人对自然界的认识来自于实践，随着实践的扩展和深入，物理学的内容也在不断扩展和深入。随着物理学各分支学科的发展，人们发现物质的不同存在形式和不同运动形式之间存在着联系，于是各分支学科之间开始互相渗透。物理学也逐步发展成为各分支学科彼此密切联系的统一整体。

在经典物理学的发展过程中，力学是最先发展起来的。经典力学是研究宏观物体做低速机械运动的现象和规律的学科。宏观是相对于原子等微观粒子而言的;低速是相对于光速而言的。物体的空间位置随时间变化称为机械运动。人们日常生活直接接触到的并首先加以研究的都是宏观低速的机械运动。

在生产力底下的时代，由于农业生产需要确定季节，人们就进行天文观察。16世纪后期，人们对行星绕太阳的运动进行了详细、精密的观察。17世纪开普勒从这些观察结果中总结出了行星绕日运动的三条经验规律。差不多在同一时期，伽利略进行了落体和抛物体的实验研究，从而提出关于机械运动现象的初步理论。 牛顿深入研究了这些经验规律和初步的现象性理论，发现了宏观低速机械运动的基本规律，为经典力学奠定了基础。亚当斯根据对天王星的详细天文观察，并根据牛顿的理论，预言了海王星的存在，以后果然在天文观察中发现了海王星。于是牛顿所提出的力学定律和万有引力定律被普遍接受了。

我们知道，经典力学中的基本物理量是质点的空间坐标和动量:一个力学系统在某一时刻的状态，由它的某一个质点在这一时刻的空间坐标和动量表示。对于一个不受外界影响，也不影响外界，不包含其他运动形式(如热运动、电磁运动等)的力学系统来说，它的总机械能就是每一个质点的空间坐标和动量的函数，其状态随时间的变化由总能量决定。

在经典力学中，力学系统的总能量和总动量有特别重要的意义。物理学的发展表明，任何一个孤立的物理系统，无论怎样变化，其总能量和总动量数值是不变的。这种守恒性质的适用范围已经远远超出了经典力学的范围，现在还没有发现它们的局限性。

到了19世纪，经典力学就已经成为物理学中十分成熟的分支学科，它包含了丰富的内容。例如:质点力学、刚体力学、分析力学、弹性力学、塑性力学、流体力学等。经典力学的应用范围，涉及到能源、航空、航天、机械、建筑、水利、矿山建设直到安全防护等各个领域。当然，工程技术问题常常是综合性的问题，还需要许多学科进行综合研究，才能完全解决。

2019年8月1日星期四