物理学史结课论文

物理学史结课论文物理在现代科技中的应用班级:学号：姓名:摘要： 从物理在人们生活周边，到学科应用、能源开发，乃至军事 战争等几个方面论述了物理在现代科技中的广泛应用，并且物理今后 在现代科技中的应用将会越来越广泛，作用也将越来越大。关键词：生活 学科能源正文：当今物理学已经发展成为研究宇宙间物质的基本组元及其基本 相互作用和基本运动规律的学科。物理学的学科性质决定了它是整个 自然科学的基础。物理学的基本概念、基本理论、基本实验手段和研 究、测试方法，已经成为并将继续成为自然科学的各个学科（诸如宇 宙学、天文学、地学、化学、生物学、医学等）的重要概念、理论的 基础和实验、研究方法，从而推动各个学科深入而迅速地发展。物理 学向自然科学各个学科的广泛渗透和移植，促使一系列交叉学科、边 缘学科不断涌现。而正是这些交叉学科、边缘学科，有可能成为未来 学科中最有希望、取得成果最多的领域。宇宙学就是在物理学一系列研究成果的基础上而获得了迅速发 展。作为宇宙学理论基础的热大爆炸理论，就是依赖于广义相对论以 及粒子物理学的飞速发展和射电望远镜等天文观察手段的提高而诞 生的。热大爆炸宇宙论被称为2 0世纪后半叶自然科学的四大成就之 一。然而，该理论还存在着很多不完备性和局限性，尤其关于宇宙的 起源问题仍然没有得到最终的回答。对此朱洪元教授曾指出：“高能 物理的研究成果将对甚早期宇宙的演化的理解起推进作用”。可以相 信，随着物理学尤其是高能物理研究的不断深入发展，宇宙的起源和 演化过程将逐步被认识、理解，宇宙学将被推进到一个崭新的阶段。物理学对地球科学的影响是深远的。地球物理学就是地学受物理 学的影响而产生的一门交叉学科，正是由于对电磁波传播机制的研究 而发现了大气电离层，对宇宙线的研究而发现了地球内辐射带并从而 导致太阳风的发现；而对洋底岩石磁性的研究，则是确定板块构造学 说这一地球科学的革命性进展的关键因素。地球科学所需要 的实验测量技术也在很大程度上依赖于现代物理学。近年来，电子自 旋共振、质子激发荧光分析技术和氡测量技术等核分析技术的研究对 地质学正在产生越来越重要的影响。高压物理研究则对解决深部地质 问题具有重要意义。随着地质学研究范围的扩大和核探测技术的不断 提高，地质学的发展与核物理学的关系将日益密切。地质科学的前沿 与尖端技术融为一体，它们所开辟的科研领域和所达到的知识深度已 超过了以往任何时代。现代地质学将沿纵向和横向交叉的方向发展， 核物理与地质学的衔接日益紧密，它们的交叉点将可能成为学科或新 方向的生长点。物理学与化学之间的关系也愈来愈密切。物理学发展中出现的理 论工具和实验方法，使化学科学得以如虎添翼般的飞速发展。传统的 物理化学就是着重应用物理理论和实验方法去处理化学问题而形成 的一门化学分支学科，并已成为化学科学的理论核心之一。化学物理 是由物理学与化学之间的密切结合而产生的一门正在蓬勃发展中的 交叉学科，它以化学和物理学的新成就及近代实验方法来研究原子、 分子及其聚集态的结构、性质和变化规律。物理分析方法（如光谱、 色谱和快速流动等）的发展，使得对化学反应过程的跟踪成为可能， 从而使化学动力学发展到基元反应研究的重要阶段。基元反应研究的 进一步深入，产生了非平衡化学反应过程的新领域，并进而使化学动 力学深入到态态反应的程度。而态态反应的研究，无论在理论上 和实验方法上，都使化学动力学与物理学中的碰撞动力学融为一体。 表面科学包含在一些最重要和令人迷惑的化学过程之中，多相催化包 含着表面和发生在其上的化学反应之间的深奥的相互作用。为此人们 调动了几乎所有的现代物理学的理论方案和实验手段来进行研究，诸 如表面电子能谱、扫描电镜、原子力电镜、X射线衍射、同步辐射、 傅里叶变换光谱和分子束表面散射等最现代化的实验装置、仪器 和技术。1 9 8 5至1 9 9 4年的10项诺贝尔化学奖，其中就有4 项与物理学密切交叉。可以相信，与物理学的进一步密切结合，将会 更加促进化学的迅速发展。物理学对生物学、生命科学发展的影响更是重大而深远的。20 世纪50年代以来，随着物理学的发展及取得的辉煌成就，使生物学 的研究从现象的描述进入了现代生命科学的新阶段，物理学参与和渗 入生命科学的研究已成大势所趋。物理学对生命科学的巨大贡献，首 先是为生命科学提供了现代化的实验手段。例如，正是利用X射线衍 射技术而促成了人们对DNA双螺旋结构主体模型的认识，开创了分 子生物学的新时代。其次，物理学为生命科学提供了概念、理论和方 法。物理学和信息科学处理宏观体系的理论（如热力学、统计力学、 耗散结构理论、信息论、控制论等），使人们可以从系统的宏观角度 研究生物体系的物质、能量和信息转换的关系；物理学的微观理论（如 分子和原子物理、量子力学、粒子物理等）及有关结构分析技术，使 人们可以从微观角度研究生物大分子和分子聚集体（膜、细胞、组织 等）的结构、运动与功能。非线性理论、混沌理论则为脑科学的研究 提供了理论指导，并预示了新的更伟大的科学革命智能革命的到 来。而生物物理学的创立，则是人类用物理学知识去揭示生命之谜的 一个极其重要的里程碑，它为生命科学，为生物工程展现出一个无限 美好的前景。一些有远见的科学家预言，2 1世纪将是生命科学的世 纪。物理学家将与生物学家等携手并进、一起共同开创和迎接新的生 命科学的世纪。科技发展史表明，物理学与技术的关系变得愈来愈密切。如果说发生于18世纪60年代的以蒸汽机的应用为主要标志的第一次技术革 命，开始了物理学（主要是力学、热学）与技术的互相影响的话，那 么，开始于19世纪7 0年代的以电力技术的广泛应用为重要标志的 第二次技术革命，则是以物理学的发展（主要是电磁理论）为重要基 础的。而发生于2 0世纪5 0年代的第三次技术革命（或称第三次浪 潮），则是以20世纪初的物理学革命为先导，物理学开始全方位渗 透到技术领域，成为推动技术进步的主导力量、主要源泉。物理学的 研究成果直接导致了一系列新技术的产生，物理学的研究方法和手段 也越来越普遍地转变为技术的方法和手段，而且转变的时间间隔愈来 愈短。物理学革命导致现代科学的分化和综合的同时，也引起了技术 领域的分化和综合，从而形成了目前正蓬勃发展的新高技术群：材料 技术、信息技术、能源技术、生物技术、空间技术和海洋技术等。新 高技术群是科学理论与技术的高度密集和综合应用，在其今后的发展 中，物理学的先导和基础作用将更加显著和重要。未来技术的进步， 将更极大地依赖于物理学以及与物理学有关的边缘学科和交叉学科 的进展。材料、能源和信息技术是人类社会现代文明的三大支柱。科技发 展史表明，每一项重大的技术新发明、新发现，往往都有赖于新材料 的发展。因此，新材料被称为“发明之母”和“产品粮食”。而被称 为近代材料科学技术的三大支柱的电子显微学、电子理论和晶体缺陷 理论，对了解材料的微观结构及变化规律发挥了重要作用，为一系列 新材料的研制提供了启示和指导。而电子显微学的发展正是建立在物 理学的理论基础之上的。电子理论和晶体缺陷理论，实际就是凝聚态 物理学的一部分。凝聚态物理的主要任务就是研究凝聚态物质的宏观 性质和微观结构以及宏、微观间的联系，从而为按指定性能创制新材 料的“分子设计”或“分子工程”提供科学途径和理论指导。例如， 对无损耗输电、大型强磁体、高速计算机和高灵敏度、高精度测电压、 磁场的高Tc超导材料的研究，以及对被誉为“21世纪最有前途的 材料”纳米固体材料的研究和对可能带来一场电子工业革命的微结 构器件的研究等，都是当前凝聚态物理学中最活跃的前沿课题。因此 材料科学技术将随着物理学的发展而获得迅速发展，从而为未来21 世纪的科学技术的发展乃至整个人类社会文明进步奠定基础。能源是人类社会活动的物质基础。当前，在人们正在开发的各种 能源中，最理想、最有前途的新能源当属裂变核能和聚变核能。尤其 是聚变能，是一种取之不尽，用之不竭（燃料从海水中提取）的最干 净、最完整、最经济的理想能源，它没有如裂变堆那样产生大量放射 性废物，故其发展远景很好，预计在2 1世纪中叶可得到广泛应用。 而原子核物理和高能物理、等离子体物理，为核能的开发、利用提供 了最直接、最基本的理论基础和方法。21世纪被称为信息时代，人类社会已开始进入信息社会。信息 资源已成为现代社会最主要的战略资源。第三次技术革命就是以信息 技术为核心内容的。现代信息技术是以微电子学、光电子学为基础， 以计算机、通信、控制技术为核心的综合化技术。微电子学、光电子 学都是当代物理学中最活跃的前沿分支学科。兴起于本世纪9 0年代 的纳米电子学和纳米科学技术，是光电子学的重要组成部分。纳米电 子学将立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的概念 来构造电子系统；将超越传统的极限，实现信息采集和处理能力的革 命性突破；将进一步开发物质内潜在的信息和结构潜力，使单位体积 物质储存和处理信息的能力提高百万倍以上。作为纳米科技重要组成 部分的分子组装技术，单原子、分子测控科学与技术，就是面向21 世纪高科技发展的技术基础之一，将是21世纪信息科学发展的关键 技术。空间技术是探索、开发和利用太空以及地球以外天体的高度综合 性的现代科学技术。它以基础科学和技术科学为基础，集中应用了力 学、热学、材料学、医学、电子技术、自动控制、喷气推进、计算机、 真空技术、制造工艺等多项现代科学技术新成就。而力学、热学、电 子技术等就是物理学的分支学科，自动控制、计算机、喷气推进，真 空技术等也都与物理学直接密切相关。海洋开发技术是以大海及其资源为开发、利用对象的综合性现代 科学技术群。在对海洋资源的开发、利用中所形成的诸如海水淡化技 术、海水提取稀有化学元素技术、海洋能发电技术、深海底锰结核开 采技术等，也都与物理学的知识如力学、热学、电学、声学、电子技 术等密切相关。例如，海洋中的底质、地层、地貌、测探、定位、目 标探测、识别、通信、导航、遥控、内波、寻找油气、开发矿产、海 洋内部及海底的遥感等一系列问题，都广泛地应用到声学技术。另外，战争对人类社会的影响极大。海湾战争的事实表明，现代 战场已经成为高科技武器的竞技场。展望未来，将会有更多的高科技 武器投入战场。除核武器外，目前世界各国正在研制、试验并进展较 快、有希望投入实用的高科技未来武器有激光武器、微波波束武器、 粒子束武器、电磁炮和次声武器等，还有军用隐形技术、夜视技术等 等。这些都是以基本的物理学理论为依托的。所以物理学对未来战争 将产生极其重要的影响。总之，物理学是当今高新技术的水之源、木之本。物理学在未来 高新技术发展中将继续发挥基础、主导作用，并对整个人类社会产生 重要影响。