陸琴

【摘 要】 物理學是一門以觀察和實驗為基礎的自然學科，物理學的每一個發(fā)現(xiàn)、每一次革命都對人類文明和科技進步起到了不可估量的作用。本文主要介紹了20世紀以來物理學的發(fā)展，以及現(xiàn)代科學技術在我們生活中的應用，最后重點說明物理學前沿知識——超弦理論。

【關鍵詞】 現(xiàn)代物理；現(xiàn)代科技；超弦理論

一、物理學的簡介和發(fā)展

物理學是一門以觀察和實驗為基礎的自然基礎學科。它主要研究宇宙間物質存在的基本形式、性質、運動和轉化、內部結構等方面，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(guī)律。物理學發(fā)展的歷史表明，物理學的發(fā)展與物理學知識量的積累有關，每一個重大突破都是以積累和繼承為前提的，同時又包含著對舊觀念和舊理論的批判與揚棄。積累的量變不會單調地走向無窮發(fā)散，變革的質變也不會割斷認識發(fā)展的鏈條。這兩種過程的辯證統(tǒng)一，使物理學形成一種波浪式的發(fā)展進程。

二、現(xiàn)代物理

十九世紀末二十世紀初，經(jīng)典物理學的各個分支學科均發(fā)展到了一個完善、成熟的階段，人們對物理世界的解釋也已經(jīng)到達了終點。然而，正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際，科學實驗又發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學知識所無法解釋的現(xiàn)象。首先是世紀之交物理學的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)；其次經(jīng)典物理學的萬里晴空中又出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結果”和黑體輻射的“紫外災難”。這些實驗結果與經(jīng)典物理學的理論嚴重不符，經(jīng)典物理學的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，由此物理學又一次經(jīng)歷了深刻的革命，因此誕生了現(xiàn)代物理學。

現(xiàn)代物理學革命的最主要成果是由愛因斯坦的相對論和普朗克、等人建立起的量子力學，在相對論和量子力學建立起來以后，現(xiàn)代物理學經(jīng)過七十多年的發(fā)展，在不同的研究領域衍生出量子場論、原子核物理學、粒子物理學、非線性物理學、天體物理學、現(xiàn)代宇宙學、量子統(tǒng)計物理學、量子電動力學、相對論量子力學等理論，已經(jīng)發(fā)展成為一個龐大的學科群，人類對物質世界規(guī)律的認識達到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象。同時物理學還向其他學科領域推進，產(chǎn)生了一系列物理學的新部門和邊緣學科，為現(xiàn)代科學技術的發(fā)展提供了新思路和新方法。

三、物理學對現(xiàn)代科技的影響

物理學的發(fā)展直接推動著科學技術的發(fā)展，物理學的每一次革命都會帶來新技術的出現(xiàn)。從歷史上看，物理學對世界三次大的技術革命起到了非常關鍵的作用。第一次技術革命始于18世紀60年代，其主要標志是蒸汽機的廣泛應用，這是牛頓力學和熱力學發(fā)展的必然結果。第二次技術革命發(fā)生于19世紀70年代，主要標志是電力的廣泛應用和無線電通信技術的實現(xiàn)，這是麥克斯韋電磁理論的建立導致的光輝成果。第三次技術革命發(fā)生在20世紀初，由于X射線、放射性、原子結構、電子波粒二象性的發(fā)現(xiàn)，誕生了相對論和量子力學，奠定了近代物理學的基礎，近代物理學所揭露的新概念和新現(xiàn)象，刷新了世界面貌，促進了原子能、計算機、航天、激光、紅外線、超導、通信、納米等高新科學技術的廣泛應用。

20世紀的科學進步，集中體現(xiàn)在關于物質、生命、思想的基本構成的科學成果。原子與量子革命、基因與DNA革命、計算機與信息革命，構成了現(xiàn)代科學的三大支柱。其中量子革命是最基礎的一個，由它帶動了其他兩大革命。1925年由量子理論引發(fā)的科學大潮，使我們理解了周圍的物質。它使我們能在實驗室創(chuàng)造出某種物質之前就能精確地預測出其屬性，隨后能隨心所欲地創(chuàng)造和操作新形式的物質。1844年薛定諤在《什么是生命》一書中提出生命的秘密可以用量子理論解釋，并大膽地猜測，這個秘密就是寫在細胞內分子上的基因密碼。1953年詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結構，解開了這個秘密。人們應用分子生物技術就能像讀書一樣，閱讀生命基因的密碼，破譯后就可以隨心所欲的操縱生命。1948年巴丁、布拉頓和肖克萊發(fā)明了晶體管，使現(xiàn)代計算機的制造成為可能。1960年邁曼制成了激光。以上應用量子力學的成果，構成了當代網(wǎng)絡技術的基本組成因素，使人類獲取、應用和交換信息的方式發(fā)生了質的變化。未來的技術進步，深深根植于這三大革命中。

四、現(xiàn)代科學技術

科學史告訴我們，科學理論的每一進展和突破都伴隨著人類知識的綜合，促進科學整體化的發(fā)展。20世紀40年代以來出現(xiàn)的許多新興技術，如激光技術、超導技術、基因重組技術等，都是現(xiàn)代科學的直接產(chǎn)物。越是新技術，包含的科學知識越多，高技術就是科學知識密集型的技術。超弦理論就是20世紀最偉大的一項發(fā)現(xiàn)。超弦理論也稱弦理論，它認為不存在粒子，只有弦在空間運動，各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。依照弦理論，每種基本粒子所表現(xiàn)的性質都源自它內部弦的不同的振動模式。每個基本粒子都由一根弦組成，而所有的弦都是絕對相同的。不同的基本粒子實際上是在相同的弦上彈奏著不同的“音調”。由無數(shù)這樣振動著的弦組成的宇宙，就像一支偉大的交響曲。超弦生萬象，史蒂芬·霍金在談到超弦理論時曾激動地說：“這是一門本屬于21世紀的科學，卻意外地在20世紀被提前發(fā)現(xiàn)了，我堅信它能實現(xiàn)科學理論的大一統(tǒng)的最終目標。”自然科學作為人類對自然界事物的理性認識。已經(jīng)廣泛滲透到技術的各個領域，成為現(xiàn)代技術發(fā)展的關鍵，使技術真正成了科學的技術。是科學技術真正引領了我們新的生活。

總之，在相對論和量子力學建立起來以后，現(xiàn)代物理學經(jīng)過八十多年的發(fā)展，已經(jīng)達到了成熟的階段。人類對物質世界規(guī)律的認識達到了空前的高度，現(xiàn)代物理學大廈已經(jīng)建成。盡管超弦理論將引領21世紀理論物理學的發(fā)展，歷史仍將銘記眾多物理學老前輩們在現(xiàn)代物理學發(fā)展過程中作出的重大貢獻?？茖W永無止境，物理學與現(xiàn)代科技引領著我們的生活，推動著人類文明的車輪滾滾向前！