用物理學如何表示中國

A. 中最早使用「物理學」這個詞的是誰

明末清初方以智著《物理小識》，首先用「物理」一詞。

B. 我國古代的物理學成就有哪些

中國是世界文明發達最早的國家之一，物理學在中國有悠久的歷史。
一 中國古代物理學史概述
二 力學
1 杠桿原理
2 滑輪與轆轤
3 尖劈與斜面
4 重心與平衡
5 力
6 刻舟求劍
7 浮力與比重
8 陀螺與平衡環
9 彈性變形與彈性定律
10 橫梁的學問
11 大氣壓
12 空氣動力學及飛行幻想
三 聲學
四 光學
五 電與磁
六 熱
先秦時期的偉大哲學家墨翟(約公元前468-前376)及其墨家學派 (公元前4世紀-公元前3世紀)在他們的論著《墨經》中記述了大量的物理知識，這是春秋戰國時期物理學成就最大的學派，《墨經》的主要成就在力學與光學方面。它探討了力的定義，敘述了慣性運動，研究了杠桿、滑輪、輪軸、斜面等裝置省力的原因，以及浮力與平衡原理，指出了光的直線傳播及反射規律以及小孔、平面鏡、凹凸面鏡的成像情況；觀察了溫度與火色的關系。同時期的《考工記》是應用力學、聲學方面的書，記載了滾動摩擦、斜面運動、慣性現象、拋物軌道、水的浮力、材料強度以及鍾、鼓、磬的發音、頻率、音色、響度及樂器形狀的關系。這時期的《管子·地數篇》、《鬼穀子》、《呂氏春秋》等書中還記載了天然磁石的吸鐵現象以及最早的指南針「司南」。
漢代王充(27～約97)的《論衡》是中國中古時期的網路全書。在力學方面指出外力能改變物體的運動狀態，改變運動速度。而內力不能改變物體的運動，還討論了相對運動，在聲學方面研究了聲的發生、傳播與衰減，並用水波做比喻。在熱學方面研究了熱的平衡、傳導及物態變化。在光學方面闡述了光的強度、光的直線傳播及球面聚焦現象。在電磁學方面記錄了摩擦起電及磁指南器。
在唐代，《玄真子》中記敘了人造虹的簡單實驗：「背日噴水」。唐人將風力分為八個等級。了解到共鳴的道理並應用於音樂中，並指出了雷與電的關系。
宋代沈括(1031-1095)的《夢溪筆談》具有很高的科學價值，被稱為 「中國科學史上的坐標」，其主要成就是在聲學、光學、磁學方面。他研究了聲音的共振現象、針孔成像與凹凸鏡成像規律，形象地說明了焦點、焦距、正倒像等問題；研究了人工磁化方法，指出了把磁場的磁偏角，討論了指南針的裝置方法，為航海用指南針的製造奠定了基礎。他還研究了大氣中的光、電現象。
元代的趙友欽(1279-1368)在《革象新書》中研究了光的直進、針孔成像，利用模擬實驗研究月亮盈虧以及日、月蝕。他擅長用比喻解釋自然現象，使之生動、形象，易於被人們理解。
在明、清時代，朱載堉(1536-1610)在《樂律全書》中用精密方法首次闡明了音樂中的十二平均律。方以智(1611-1671)兼取古今中外知識精華，在《物理小識》中涉及力、光、磁、熱學，研究了比重、濃度、表面張力及杠桿原理，螺旋原理，研究了光的反射、折射、光學儀器，進行了分光實驗解釋虹，還研究了磁偏角隨地域的變化以及金屬導熱問題。《物理小識》是300年前的一部科學著作。

我國是對磁現象認識最早的國家之一，公元前4世紀左右成書的《管子》中就有「上有慈石者，其下有銅金」的記載，這是關於磁的最早記載。類似的記載，在其後的《呂氏春秋》中也可以找到：「慈石召鐵，或引之也」。東漢高誘在《呂氏春秋注》中談到：「石，鐵之母也。以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也」。在東漢以前的古籍中，一直將磁寫作慈。相映成趣的是磁石在許多國家的語言中都含有慈愛之意。

C. 我國何時開始使用「物理學」一詞

「物理學」 一詞是怎樣來的，我國的物理教學起源於何時？是怎樣發展起來的？這是很多學習物理的同學所共同關心的問題.
我們今天所說的「物理學」一詞，有兩個來源：一個是由西方經日本轉譯到中國的；另一個則是「土生」的，即出自中國的「物理」一詞.下面對此分別介紹.
「物理學」 最早屬於哲學的一部分.素有「古代西方最博學的人」之稱的古希臘哲學家亞里士多德（Aristotle，384BC—322BC）用希臘文寫作「φυσιкα」，指自然哲學.（早在1687年牛頓發表其運動定律時還是用自然哲學來命名的，他當時的書名為《自然哲學的數學原理》，用拉丁文所寫）亞里士多德的「自然哲學」（「φυσιкα」）後來被譯為拉丁文「physica」，再轉譯為英文「physics」；1851年日本人川本幸民將英文的「physics」譯為日本漢字「物理學」；1879年日本人鈑盛挺造出版「物理學」一書；1900年中國的王季烈和日本人藤田豐八將該書譯為漢譯本「物理學」，該名稱一直沿用至今.
「物理」一詞早在我國的晉代就出現了，泛指事物之理.這一說法起源於我國戰國時期莊子（BC369—BC286）的「析萬物之理」一句.1607年徐光啟和利馬竇翻（義大利人，Mateo Ricci，1552—1633）譯的歐幾里德（Euclid，330BC—275BC）的《幾何原本》前六卷時，徐光啟作的該書序言中也談到了「物理」 一詞.明末清初方以智著《物理小識》一書，內容很廣，包括歷法、醫葯、器用、金石等.但它跟由西方經日本傳入我國的「物理學」具有不同的內涵.
在西方發展起來的自然科學作為教學內容是於1845年出現於我國的某些私立學校的課堂的.當時設「格致」課（「格致」 一詞最早出自《大學》中「致知在格物」，即窮究事物的原理以獲得知識.魯迅在《吶喊自序》一文中還用該詞表示清末所開的物理、化學等內容）但該課最初的內容與前面所說的由「physics」轉譯過來的「物理學」的內容並不一樣.當時的「格致」課的內容除物理外，還有數學、化學、動物、植物和礦物等.1862年公立學堂同文館成立，數學從格致中分出；1899年在前京師大學堂，化學被分出.
1902年我國中學開的課就開始分設物理、化學與博物.這里的「物理」就已經是西方經日本傳入我國的「物理學」了.由此可見，「物理學」作為專門的獨立學科在我國講授也只有100年左右的歷史，作為物理教師，對這一點知識有所了解，我覺得還是有必要的.
隨著科學和技術的進步，物理學的內容也在不斷地豐富和發展.比如，有關原子核、核能、量子力學、相對論、場論等內容就遠不是當年由日本傳入我國的「物理學」所能包含的.
就拿力學來說吧，目前「非線性系統的復雜行為」、「混沌與分形」等概念也已經引入物理學的學科領域.作為物理教師，在理解物理學的詞源時，也必須看到學科的發展. 要用「與時俱進」的眼光看待「物理學」
主要參考文獻
1.漆安慎,杜嬋英<力學基礎>
2.郭奕鈴，沈慧君.《物理學史 》 清華大學出版社，2002.8
3.吳國盛.《科學的歷程》，北京：北京大學出版社，2002，10
4.河南師范大學 萬凌德教授

D. 國際上以中國人名字命名的數學物理成果有什麼

以中國人姓名命名的數學成果 1.劉徽原理、劉徽割圓術：魏晉時期數學家劉徽提出了求多面體體積的理論，在數學史上被稱為「劉徽定理」；他發現了圓內接正多邊形的邊數無限增加，其周長無限逼近圓周長，創立了「劉徽割圓術」.
2.祖率：南北朝數學家祖沖之將π計算到小數點後第七位，比西方國家早了1000多年.被推崇為「祖率」.
3.祖暅原理：祖沖之之子祖暅提出了「兩個幾何體在等高處的截面積均相等，則兩體積相等」的定理，該成果領先於國外2000多年，被數學界命名為「祖暅原理」.
4.賈憲三角：北宋數學家賈憲提出「開方作法本源圖」是一個指數是正整數的二項式定理的系數表，比歐洲人所稱的「巴斯卡三角形」早六百多年，該表稱為「賈憲」三角.
5.秦九韶公式：南宋數學家秦九韶提出的「已知不等邊三角形田地三邊長，求其面積公式」，被稱為「秦九韶」公式.
6.楊輝三角：南宋數學家楊輝提出的「開方作法本源」，後又稱「乘方術廉圖」，被數學界命名為「楊輝三角.」
7.李善蘭恆等式：清代數學家李善蘭在有關高階差數方面的著作中，為解決三角自乘垛的求和問題提出的李善蘭恆等式，被國際數學界推崇為「李善蘭恆等式」.
8.華氏定理、華—王方法：1949年，我國著名數學家華羅庚證明了「體的半自同構必是自同構自同體或反同體」.1956年阿丁在專著《幾何的代數》中記敘了這個定理，並稱為「華氏定理」.此外，他還與數學家王元於1959年開拓了用代數論的方法研究多重積分近似計算的新領域，其研究成果被國際譽為「華—王方法.」
9.胡氏定理：我國數學家胡國定於1957年在前蘇聯進修期間，關於數學資訊理論他寫了三篇論文，其中的主要成就被第四屆國際概率論統計會議的文件匯編收錄，並被譽為「胡氏定理」.
10.柯氏定理：我國數學家柯召於20世紀50年代開始專攻「卡特蘭問題」，於1963年發表了《關於不定方程x2－1=y》一文，其中的結論被人們譽為「柯氏定理」,另外他與數學家孫琦在數論方面的研究成果被稱為「柯—孫猜測」.
11.王氏定理：西北大學教授王戍堂在點集拓撲研究方面成績卓著，其中《關於序數方程》等三篇論文，引起日、美等國科學家的重視，他的有關定理被稱為「王氏定理」.
12.陳氏定理：我國著名數學家陳景潤，於1973年發表論文，把200多年來人們一直未能解決的「哥德巴赫猜想」的證明推進了一大步，現在國際上把陳景潤的「1+2」稱為「陳氏定理」.
13.侯氏定理：我國數學家侯振挺於1974年發表論文，在概率論的研究中提出了有極高應用價值的「Q過程惟一性准則的一個最小非負數解法」，震驚了國際數學界，被稱為「侯氏定理」，他因此榮獲了國際概率論研究卓越成就獎——「戴維遜獎」.
14.楊—張定理：從1965年到1977年，數學家楊樂與張廣厚合作發表了有關函數論的重要論文近十篇，發現了「虧值」和「奇異方向」之間的聯系，並完全解決了50年的懸案——奇異方向的分布問題，被國際數學界稱為「楊—張定理」或「揚—張不等式」.還有"侯氏制鹼法"——在本世紀30年代,中國化學家侯德榜首創了聯合制鹼法。"吳公式"——1950年數學家吳文俊發現關於示性類公式,這是拓撲學中的基本公式。"黃方程"——中國固體物理學家黃昆,從1950年開始著重研究極性晶體的光學振動模型、綜合介質的電磁理論和晶體動力學的觀點,提出了一對唯象的方程。"吳氏通用理論"——中國著名工程熱物理學家吳仲華,50年代初在國際上首次提出了"葉輪機械三元流動理論".「錢 偉 長 法」 — 中 國 著 名 力 學 家 錢 偉 長， 在 力 學 研 究 中 成 功 地 用 系 統 攝 動 法 處 理 非 線 性 方 程「馮 氏 效 應」 — 中 國 生 物 學 家 馮 德 培， 在 肌 肉 產 生 熱 的 研 究 中， 發 現 牽 拉 能 使 肌 肉 放 熱。「夏 不 等 式」與「夏 道 行 函 數」 — 中 國 數 學 家 夏 道 行 在 泛 函 積 分 和 擬 不 變 測 度 論 方 面 取 得 研 究 成 果， 叫「夏 不 等 式」；在 解 析 函 數 方 面 的 研 究 成 果， 被 稱 為「夏 道 行 函 數」。

「陳 氏 定 理」 — 數 學 家 陳 景 潤 1972年 初 提 出 證 明 哥 德 巴 赫 問 題 的 論 文， 論 證 了 一 個 大 偶 數 可 表 示 為 一 個 素 數 及 一 個 不 超 過 二 個 素 數 的 乘 積 之 和 (簡 稱「1+2」)。

「王 氏 大 麥」 — 中 國 作 物 育 種 專 家、 生 物 統 計 學 家 王 綬 培 育 成 功 抗 凍、 抗 銹 力 強 的 大 麥 品 種。

「蔡 氏 核 區」 — 中 國 生 理 學 家 蔡 翹， 在 研 究 澳 洲 袋 鼠 的 腦 結 構 中， 發 現 並 詳 細 描 述 了 腦 內 頂 蓋 部 一 個 神 經 核 連 接 關 系， 被 稱 為「蔡 氏 核 區」。 「龔 氏 物 質」 — 中 國 科 學 家 龔 立 三， 1981年 在 美 國 從 事 遺 傳 工 程 研 究， 組 建 了 一 個 關 系 到 生 物 細 胞 對 外 抗 性 (如 抗 鹽、 抗 旱) 的 新 質 粒， 並 用 這 種 質 粒 創 造 了 具 有 固 氮 作 用 和 能 抗 高 鹽 的 新 生 物 體， 為 人 工 合 成 新 生 物 的 研 究 作 出 了 重 大 貢 獻， 這 兩 種 物 質 均 以 他 的 姓 氏 命 名。

「LO 克 隆 株」 — 中 國 上 海 醫 學 專 家 林 雲 璐 (女)， 在 英 國 進 修 期 間， 於 1982年 2月 選 擇 出 國 際 第 一 株 小 鼠 甲 型 流 感 病 毒 特 異 殺 傷 細 胞 克 隆。 她 的 研 究， 為 臨 床 制 備 疫 苗、 防 治 甲 型 流 感 提 供 了 可 靠 的 理 論 依 據。 她 的 導 師 特 用 林 雲 璐 姓 氏 的 第 一 個 字 母 命 名 為「LO 克 隆 株」。

「修 氏 理 論」 — 中 國 女 醫 學 家 修 瑞 娟， 1982年 在 美 國 進 修 時， 發 現 並 首 次 證 明 了 各 級 微 動 脈 自 律 性 運 動 是 以 波 浪 式 進 行 傳 播 的， 提 出 了 微 循 環 對 人 的 器 官 和 組 織 的 灌 注 的 新 理 論 — 海 濤 式 灌 注， 被 稱 為「修 氏 理 論」。

「毛 粒 子」 — 美 國 物 理 學 家、 諾 貝 爾 獎 金 獲 得 者 格 拉 肖 把 新 發 現 的 亞 誇 克 粒 子 命 名 為「毛 粒 子」， 他 說：「因 為 這 與 中 國 的 毛 澤 東 有 聯 系。 按 照 他 的 哲 學 思 想， 自 然 界 有 無 限 的 層 次， 在 這 些 層 次 內 一 個 比 一 個 更 小 的 東 西 無 窮 地 存 在 著。 因 此 我 想 取 用 他 的 名 字」。 早 在 1953年， 毛 澤 東 就 明 確 提 出 了「物 質 是 無 限 可 分 的， 基 本 粒 子 也 是 無 限 可 分」 的 科 學 論 斷。

E. 如何使用物理學解釋忠、孝、仁、愛

忠———慣性（保持原來運動狀態）
孝———重力（最終回到土地母親的懷抱）
仁———水的浮力（對物體的承載 厚德載物）
愛———電荷之間的吸引力 萬有引力（相互愛慕和吸引）

F. 物理學的進步對社會的貢獻

物理學的發展和人類科技的進步 世界從蒙昧到明麗，科學關照的光輝幾乎從沒有終止過任何瞬間，一切模糊而不可能的場景和一切超乎尋常的想像，都極可能在科學的輕輕點綴之下變得順從、有序、飄逸而穩定。風送來精確和愉悅的氣息，一個與智慧和靈感際遇的成果很可能轉眼之間就以質感的方式來到人間。它在現實中矗立，標明今天對於昨天的勝利；或者標志人們昨天的生活方式已經一去不復返；或者標志一個科學偉人已徐徐來到人間……在人類的黎明，或我們的知識所能知道的過去的那些日子，我們確實可以看到科學在廣博而漫長的區域里經歷了艱難與失敗，但它更以改變一切舉足輕重的力量推動著歷史滾滾前行，卓然無匹地建立了一座座一望無際的光輝豐碑。信心、激情、熱望與無限的快樂就是這些豐碑中任何一座豐碑所暗示給我們的生活指向，使我們篤信勤奮、刻苦鑽研、熱愛生活、深思高舉……與此同時，我們也更加看到了科學本身深深的魅力，人文的或自然的，科學家的或某個具體事物的，都如一面垂天可鑒的鏡子矗立在我們面前，我們因為要前進和向上就無可迴避地站在它的面前梳理自己的理性和情感，並在它映照燦爛光輝中汲取智慧和力量，從而使我們的創造性更加有所依託，更加因為積累的豐厚顯得更加強勁可靠。
在人類發展的每一個階段，物理學始終站在解放生產力的前沿，而在物理學發展中的每一次小小的進步，都伴隨著極大的艱難與曲折，都是在傳統與現實之間的長期碰撞中才得以獲得發展和進步，其間既閃耀著拓荒者們智慧的靈光，同時也有讓無數科學先輩們在追求科學真理的道路上進行不曲不撓的斗爭中揮灑的血光與淚光。作為新時期的青少年，非常有必要踏尋這條荊棘之路，我們並不期望大家每一次在這條路上都能采擷到爛漫的鮮花，哪怕每一次只要能在這條路上聞到沁人心脾的花香，也算是對無數科學先輩們英魂的告慰。這就是我們開展本次科普知識系列講座的初衷。 （一）物理學的啟蒙與發展階段 物理學的發展經歷了十分漫長的啟蒙階段。在中世紀以前，物理學一直沒有被確認為一門獨立的科學，它在相當長的時間內被劃分到哲學這一范疇。在這一漫長的時期內，人們都是根據當時生產力的需求或者統治者的意志去開發和利用物理學知識（從無意識到潛意識），是以我根據人類發展進程中生產力的發展水平以及應用物理學知識的程度，把這個時期物理學的啟蒙階段作以下劃分：
1、火器時代：
人類的祖先首先進行了手和腳的分工，用自由之手製造工具，提高了勞動效率。這一時期人類最早製造的工具就是石器，石器的製造宣告了勞動的開始，同時也宣告了簡單物理學的啟蒙。
隨著石器的發展，出現了較為復雜的工具―――弓箭，從而產生了「狩獵」這個最早的生產部門。人類祖先憑自己的智慧和經驗製造了石斧、石刀和弓箭，我們在這里可以用物理學的原理說明其優越性：壓強和壓力成正比，和受力面積成反比。石斧的石刀的鋒刃做得很薄就是為了通過減小受力面積來增大壓強，使它們在不大的壓力作用下就能夠進入到物體里去；弓箭的使用不僅用到了物理學中的壓強知識，還用到了牛頓第三定律――當箭給弓弦一個作用力時，弓弦同時也給箭一個反作用力，這樣才能把箭射出。當時這種微妙的思想也被祖先們挖掘出來，足見祖先思想的進步。
我們知道，「鑽木取火」在人類發展史上有著巨大的意義。可以毫不誇張地講這是人類科技史上的第一次偉大的革命。隨著人工取火的實現，標志著人類已經「在實踐上發明機械運動可以轉化為熱」，「第一次使人類支配了一種自然力，從而最終把人同動物分開」。
有了隨時可以製造火的技術，才能使火進入到人類生產和生活的各個領域。在生產上，人們首先發明了用火燒制陶器―――制陶技術的出現，標志著人類對材料的加工第一次改變了材料的性質，從而創造了一種人工材料，並在加工過程中第一次使用了自然能源。後來人類又學會了煉銅和煉鐵的技術。世界上最早的生鐵冶煉技術，出現在我國春秋時代，到戰國時代，鐵器已被廣泛應用。至東漢時期，已有高五、六米、容積三四十立方米的大型冶鐵高爐。在鐵的基礎上，中國還最早發明了煉鋼技術，與煉鋼工藝同時還發展了淬火技術。這樣，大約到漢末，中國古代的冶鐵、鑄鍛、煉鋼和淬火技術已經形成了一個比較完整的體系，各種工藝方法已大致齊備，在當時世界上處於絕對領先地位。從而奠定了整個封建時代最基本的材料的加工技術基礎。
在取火和用火的技術條件下，人類實現了從石器向銅器和鐵器時代的轉換在人類歷史上引起了生產工具的革命，大大地推動了農業和手工業的發展，從而使生產力有了前所未有的進步。而且鐵器文明不只是技術的發展，還推動了科學的誕生。2、領先世界的中世紀中國物理學
在中國幾千年的封建社會里，在戰亂不斷的歷史縫隙里，中國的科學技術並沒有放慢前進的步伐，中國古代的科學技術系統逐漸得以提高和充實。並涌現出如王充、張衡、劉徵、祖充之、賈思勰、畢升、沈括等著名的科學家。其中張衡曾製造了世界上最早的利用水力轉動的渾象，即渾天儀，以及一種能測定地震震中方向的儀器，定名為「候風地動儀」，這是世界上第一台地震儀，其靈敏度很高，比歐洲地動儀早1700多年；在度量衡這個領域里，不論是我國在遠古時期發明的在天文上通過立圭表測影進行觀象授時，還是後來人們在實踐中發明的利用靜水壓強來量度時間的儀器―――漏刻，在沒有鍾表的古代是一項非常了不起的發明，在遠距離計量長度時，那時候還發明了計量里程的鼓車，當車前進時，利用車輪的轉動，可直接或間接地把車行駛的距離表示出來，這在當時世界上都堪稱是首屈一指的；到宋元時期，由於生產的發展，經濟的繁榮，實行扶植科技的政策及民族之間、中外之間的科學技術交流，宋元時期的科學和技術在隋唐的基礎上，達到了整個古代科學技術發展的高峰。這一時期，冶金技術、名窯瓷器、建築技術、紡織技術、水利建設、造船和航海技術都有巨大的發展，特別值得一提的是作為中國古代四大發明之一的指南針在不斷的改進中已被廣泛應用到航海，作為四大發明之一的火葯在火器和兵器的改進技術上大顯神威，史書上記載的「飛空擊賊震天雷炮」和「神火飛鴉」，至今仍作為現代火箭與火箭炮的雛形，作為四大發明之一的膠泥活版印刷術對世界文明的發展與進步起到巨大的推動作用……
總之，中世紀中國科學技術發展的成績是喜人的，但隨著時間的發展，中國科技在以後的歲月里進入緩慢發展時期，而歐洲科技在度過科學的「黑暗時期」之後，正一日千里地興起，並很快地趕超了中國。 3、後來崛起的輝煌燦爛的西方物理學
在這里值得一提的是西方在這個時期的文明。在封建社會以前，古希臘的科學和文化在歐洲處於領先地位：當時最著名的學者就是後來被西方史學家稱為「科學之父」的泰勒斯，他提出了影子與實物長度成正比關系的原理，並利用這一原理准確地測量計算了埃及金字塔的高度；同一時期還出現了另一位為後世稱頌不已的古希臘的學者―――畢達哥拉斯，他提出了數學是宇宙萬物之本的學說，並以提出畢達哥拉斯定理（即勾股弦定理）而聞名，他還發現了無理數，引起了第一次「數學危機」；還有當時很有影響的科學權威―――留基伯，他和他的繼承人德謨克利特提出了原子論，要知道原子論是現代科學的基石；在古希臘學者中，對後世影響最大的人物是集雅典學派之大成的亞里斯多德，他對天文學、物理學、生物學、醫學等方面都有深入研究，在當時的自然科學的發展中作出很大的貢獻；古希臘學者中還有一位聲名顯赫的科學家―――阿基米德，他發現了浮力定律、杠桿原理等，並利用杠桿原理，巧妙地發明了滑輪、螺旋器，以阿基米德命名的阿基米德螺線，在現代機械中應用極為廣泛，他是一位非常重視實驗的發明家，曾創造了許多儀器和機械，特別在軍事上發明甚多，此外他在天文學、幾何學、數學、圓周率等方面均有特別的貢獻。所以科學史上稱阿基米德是「站在整個希臘、羅馬古代科學家的最高峰而為亞歷山達里亞時期增添了光彩」，「是理論天才與實踐天才集於一身的理論化身，與近代的偉大人物相匹比，在很多領域都有巨大的獨創和真正的發現」……
在中世紀，歐洲在天文物理學方面發展迅猛，成效卓然。其中的代表人物是哥白尼、布魯諾、第谷和刻卜勒。哥白尼的偉大之處是實現了太陽中心說和前人已有的數學方法的結合，使太陽中心說牢固樹立在實際觀測與科學運算之上，使科學進入了新紀元。他在1543年出版的《天體運行論》中指出：⑴、地球不是宇宙的中心，而僅僅是引力月球軌道的中心；⑵、所有天體都繞太陽運轉，所以太陽在宇宙處於中心位置；⑶、地球到太陽的距離遠遠小於地球到恆星的距離，所以恆星看起來是不動的；⑷、地球像其他行星一樣繞太陽運轉，太陽的視運動起因於地球的運動；⑸、行星的表現逆動不是它本身運動引起的，而來自於地球的運動。哥白尼還大體上描繪了太陽系結構的真實圖景―――人們看到的日月星辰東升西落，乃是地球自身轉動的結果；火星、木星等行星在天空中有時順行，有時逆行，並非天皇教會所說的「動作奇特，行蹤詭秘」，而是由於它的繞日運行的軌道和速度不同所造成的綜合表現。哥白尼作為一名天主教徒，十分了解他的學說的「危險性」，所以他遲遲沒有發表。經過他的朋友再三敦促，在他去逝的那一年（1543年）才把《天體運行論》手稿復印發表。
義大利天文學家布魯諾是哥白尼學說的積極宣傳者和捍衛者，1584年他發表了《論無限性、宇宙與世界》一書，發展了哥白尼的學說，成著名的天文學家。不幸的是，由於他極力反對地心說，擁護哥白尼的日心說，主張宇宙是無限的，被教會打成異教徒，並於1600年3月17日在羅馬的鮮花廣場上被活活燒死。
1600年後，刻卜勒當了第谷的助手，開始與第谷合作，這是科學史上科學合作的美妙範例。1601年第谷去世時把他一生中收集的極其珍貴的全部天文資料都留給了刻卜勒，刻卜勒經過認真總結和研究，於1609年出版了他的著作，公布了關於行星運動的兩個定律―――「軌道定律」和「面積定律」，又經過9年的研究和無數次運算後，他發現了第三定律―――「周期定律」（關於三大定律，這里不作一一贅述）。刻卜勒行星三大定律的偉大貢獻，在於把哥白尼的理論向前推進了一步，為專業天文學家和數學家提供了支持日心說的強有力的論據，被後人稱譽他為「天文立法者」。
這里要說的另一位科學家伽利略大家可能比較熟悉（擺的等時性原理和著名的比薩斜塔落體實驗），他在近代科學史上，是一位劃時代的代表人物，他在天文學、力學、物理學、數學等許多方面都有重大貢獻，被公認為近代實驗科學的創始人，為後來經典物理學的建立作出不可磨滅的貢獻，是當之無愧的「近代物理學之父」。（二）物理學發展的第一個黃金階段―――經典力學體系的建立
伽利略的出現，開辟了實驗物理學的先河，為後來經典物理學的建立提供了大量的論據，但是他的許多發現都是對亞里斯多德學說的否定，因此也受到羅馬教廷的警告。他於1632年發表了《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，更加激怒了教會甚至教皇本人。1633年伽利略被宗教裁判所傳喚，並被判處終身監禁。在監禁中他克服重重困難，寫出了科學巨著《關於兩種新科學的對話》。伽利略設法將此著作秘密送到荷蘭，於1638年出版，為近代科學的發展作出了巨大的貢獻。他在新對話中關於力學知識一系列基本概念和基本定律的總結，成為後來牛頓提出力學三大宣言的基礎，不僅如此，他還創立了實驗和數學相結合的現代科學研究方法。所以說他是近代物理學的奠基人，是科學的鬥士，是打開近代科學大門的人，是不足為過的。
1642年，伽利略逝世了，但另一位未來的科學誕生了，他就是未來的英國物理學家、數學家、天文學家、經典物理學的創始人牛頓。
1661年，18歲的牛頓進入劍橋大學，有機會學到歐幾里德的《幾何原本》。後來他按照歐幾里德的《幾何原本》，撰寫出他的輝煌之作《自然哲學的數學原理》。1664年，牛頓成為他老師巴羅的助手，1665年倫敦流行瘟疫，牛頓不得不回到家鄉。表面上看來，牛頓隱居於窮鄉僻壤的田舍山村之中，但是在他的頭腦中卻掀起科學革命的巨浪。在家鄉的一年半時間里，是牛頓一生中創造性得到充分發揮的時期，也是近代科學史上數學、光學、力學的「黃金時代」。他發明了微積分，提出了著名的「萬有引力」，他還通過三棱鏡把光分解成7種顏色的單色光，從而奠定了現代光學的理論基礎。
1666年，牛頓製成了能夠放大40多倍的反射望遠鏡。1671年，他向皇家學會正式提交關於反射望遠鏡問題的論文；第二年，他又向皇家學會提交《光與色的新理論》。這些光學論文是牛頓顯示自己科學才能並把它們公諸於世的第一批科學成果。牛頓在物理學方面，除了取得力學、熱學、光學等多方面的成就外，更主要的是他還是經典物理學的開創者。他在伽利略等人工作的基礎上，進行了深入的研究，總結出了三大定律，創立了經典力學體系：
牛頓第一定律：
任何物體在受到外力作用而被迫改變自己的狀態之前，將保持靜止或勻速直線運動狀態。
（這就我們今天學習的慣性定律的最初表達）
牛頓第二定律：
動量的改變與所加的力成正比，其方向沿著該作用力的作用方向
（該定律我們將在高中一年級學到牛頓第二定律「力是使物體產生加速度的原因」的最初表達）
牛頓第三定律：
作用力與反作用力大小相等、方向相反。換句話說，兩個物體間的相互作用力大小相等、方向相反。
（該定律我們目前初中階段已經學過，只是沒有以定律形式呈現）
牛頓關於物體運動的這三條定律是我們認識一切力學現象的依據，也是整個經典力學的基礎。
關於牛頓發現萬有引力定律，廣泛流傳著「蘋果落地」的故事，其實這不過是故事而已。即使此事確實發生過，也不應過分誇大這件事本身的意義，只是我們要從這個故事中有所啟發，要留心觀察自己身邊發生的每一個現象。如果說牛頓由於看到蘋果落地就發現了萬有引力定律，那就歷史過於簡單化（不過西方一直流傳著這個說法，並且有「上帝說：讓牛頓去做吧」的普遍說法，足見牛頓當時在科學界的威望）。站在歷史的高度客觀評價，在對萬有引力定律的發現中做出貢獻的科學巨人之中，要首推刻卜勒和伽利略。牛頓不過是集大成者，並解決了別人未能解決的問題，走完了最後、最高的一步罷了。德國著名的哲學家黑格爾說過：「被德國人餓死的刻卜勒是現代天體力學的真正奠基者；而牛頓的萬有引力定律已經包含在刻卜勒的所有三個定律之中，在第三定律中甚至明顯表示出來了。」難怪他在談到他在自然科學領域的成就時說過這樣的謙遜的言辭「就象一個在沙灘上玩耍的小孩拾到幾個貝殼而高興不已」、「我的一切成就都是因為站在巨人肩膀上的緣故」。總之，萬有引力定律的誕生，對當時的天體力學乃至於當代天體力學的研究，都提供了最重要的理論保障。
在經典力學創立和不斷完善的過程中，人們開始意識到科學方法的重要性，特別是實驗方法的重要性。歷史上第一個探索新方法的是英國著名的哲學家培根，他在《新工具》一書中主張把經驗和理性的職能統一起來，要獲得科學知識，首先要進行實驗，最後在實踐中得出結論，另一位提出實驗的科學家是伽利略，他認為真正的科學就是宇宙、自然界，人們必須通過實驗去閱讀這部「自然之書」。可以說，正是培根和伽利略站在實踐和理論上的工作給科學指明了方向，使自然科學脫離了哲學而成為一門獨立的學科。要知道雄辯術―――優雅的語言和爭論的技巧，在自然科學領域中，是沒有用處的，自然科學必須要通過實驗事實來說話。事實也無不說明了這一點：後來的托里拆利、帕斯卡、波義爾、牛頓、托馬斯.揚、梅曼等科學家的研究成果，都是建立在實驗基礎之上的。
到了18世紀，牛頓力學向著深度和廣度兩方面進軍。一方面，通過人的努力，近代數學方法廣泛用於力學，形成了「分析力學」，它甚至被看做是新的數學分支；另一方面，牛頓力學又與具體物性相結合，形成了「固體力學」、「彈性力學」、「流體力學」等許多力學分支，使力學達到了相當完美的地步。
可以說在伽利略和牛頓時代，力學已形成了嚴密、完整、系統的科學體系，成為物理學發展史上第一個「黃金時代」。正是由於力學的帶動，物理學科已初具規模，並且在另一批科學家的努力下向著更深更廣的領域進軍。

G. 我國物理學家楊振寧有多偉大，有怎樣的貢獻

楊振寧先生身上有太多標簽，但很多普通人認識他卻是在2004年，也就是他82歲時和28歲的翁帆正式成為夫妻關系時。而這段忘年戀並沒有得到太多人的祝福，盡管他們這么些年並沒有追求世俗眼中的豪華生活，但一夫一妻、明媒正娶依然沒能讓兩位有自由選擇權利的自然人躲過一些噴子的口誅筆伐。毫不誇張的說，老夫少妻成為了楊振寧先生繼“國籍變更”這件事之後引發的最大爭議，那麼，楊振寧先生到底對中國有什麼貢獻？而科學本身又是否有國界之別？

事實上，不管是科學家，還是科學本身，其實都有國界之別，正如楊振寧先生會放棄美籍再次成為一個真正的中國公民。一個國家變得越來越強，科學發展是根本，尤其是地球環境變差、不少現有資源日趨稀缺之後，畢竟尋找第二個地球有可能還要至少上百年、甚至更久的時間，盡管生活在當代的人們可以正常工作生活，但人類要長此以往的繁衍生息下去，卻並不是力所能及的保護地球就可以。簡單點說，人類想要不像其他在地球上滅絕的動物一樣走向滅亡，唯一的辦法只有自己有技術創造一個棲息基地，或者在地球之外的世界找到另一個適合生命居住的星球。正因為這是一項充滿困難的挑戰，所以才需要歷代科學家們共同努力。試想一想，任何一項科研成果，最先可以享受到的人無一不是其所在國度的人們，為什麼國家要花重金培養科研人才，其實就是“計深遠”的真實體現。

H. 物理學的初步形成到現在的近代物理經過什麼發展，各個時期的代表人物是誰

物理學概況及發展史
研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律及所使用的實驗手段和思維方法的一門學科。實驗手段和思維方法是物理學中不可或缺和極其重要的內容，後者如相對性原理、隔離體(包括系統)法、理想模型法、微擾法、量綱分析法等，在古典和現代物理學中都有重要應用。物理學一詞，源自希臘文physikos，很長時期內，它和自然哲學(naturalphilosophy)同義，探究物質世界最基本的變化規律。隨著生產的發展。社會的進步和文化知識的擴展、深化，物理學以純思辨的哲學演變到以實驗為基礎的科學。研究內容從較簡單的機械運動擴及到較復雜的光、熱、電磁等的變化，從宏觀的現象剖析深入到微觀的本質探討，從低速的較穩定的物體運動進展到高速的迅變的粒子運動。新的研究領域不斷開辟，而發展成熟的分支又往往分離出去，成為工程技術或應用物理學的一個分支，因此物理學的研究領域並非是一成不變的，研究方法不論是邏輯推理、數學分析和實驗手段，也因不斷精密化而有所創新，也難以用一個固定模式來概括。在19世紀發行的《不列顛網路全書》中，早已陸續地把力學、光學、熱學理論和電學、磁學，列為專條，而物理學這一條卻要到1971～1973年發行的第十四版上才首次出現。為了全面、系統地理解物理學整體，與其從定義來推敲，不如循歷史源流，從物理學的發生和發展的過程來探索。

發展史西方的先哲一般都認為宇宙萬物由幾個簡單的基本元素構成；千姿百態的各種運動也只是這些元素的量和質的變化。這些先進思想和他們的嚴謹的思辨方式，為後世的自然科學所繼承和發揚。但由於他們的觀察比較粗糙，又缺乏嚴格的數學論證，不免帶有不少的空想和臆測的成分。例如亞里士多德在所著的《物理學》中就認為大地或月下區域內的物體是由土、水、氣、火四元素構成，它們在宇宙中的「天然位置」是土位於最底層（即地球或宇宙中心），其上順次為水、氣、火，任一物體的運動取決於該物體中占最大數量的元素，在該元素的天然位置的上下作直線運動；月球以上的天體則由截然不同的第五元素即由純凈的以太（ether，希臘文的原意是燃燒或發光）構成的，它們的天然運動是圓周運動。前一運動是有生有滅、永遠變化的，後一運動則是無始無終、永遠不變的。這樣，天、地及其運動之間就存在不可逾越的鴻溝，這觀點對後來的科學發展起了負面作用。在中國，以物理為書名的，見之於三國、西晉時代會稽郡(今紹興)處士楊泉的《物理論》，他認為氣是「自然之體」，天是迴旋運轉的「元氣」，萬物是陰陽二氣的「陶化、播流、氣積」而成。不少中國的先哲認為氣或元氣是構成萬物的原始物質，陰陽二氣的消長是事物運動變化的原因。也有將「道」視為宇宙的本原及其普遍規律。這些和西方的觀點頗多相似之處。也都認為天、地遵循不同的運動規律，如《淮南子·天文訓》就說：「道始於虛霩，虛霩生宇宙，宇宙生氣，氣有涯垠，清陽者薄靡而為天，重濁者凝滯而為地。」清者上浮，濁者下沉，形成天地之別。

經典物理學的發展古希臘時代的阿基米德已經在流體靜力學和固體的平衡方面取得輝煌成就，但當時將這些歸入應用數學，並沒有將他的成果特別是他的精確實驗和嚴格的數學論證方法汲入物理學中。從希臘、羅馬到漫長的中世紀，自然哲學始終是亞里士多德的一統天下。到了文藝復興時期，哥白尼、布魯諾、開普勒和伽利略不顧宗教的迫害，向舊傳統挑戰，其中伽利略把物理理論和定律建立在嚴格的實驗和科學的論證上，因此被尊稱為物理學或科學之父。

伽利略的成就是多方面的，僅就力學而言，他以物體從光滑斜面下滑將在另一斜面上升到同一高度，推論出如另一斜面的傾角極小，為達到同一高度，物體將以勻速運動趨於無限遠，從而得出如無外力作用，物體將運動不息的結論。他精確地測定不同重量的物體以同一加速度沿光滑斜面下滑，並推論出物體自由下落時的加速度及其運動方程，駁倒了亞里士多德重物下落比輕物快的結論，並綜合水平方向的勻速運動和垂直地面方向的勻加速運動得出拋物線軌跡和45°的最大射程角，伽利略還分析「地常動移而人不知」，提出著名的「伽利略相對性原理」（中國的成書於1800年前的《尚書考靈曜》有類似結論）。但他對力和運動變化關系的分析仍是錯誤的。全面、正確地概括力和運動關系的是牛頓的三條運動定律，牛頓還把地面上的重力外推到月球和整個太陽系，建立了萬有引力定律。牛頓以上述的四條定律並運用他創造的「流數法」(即今微積分初步)，解決了太陽系中的二體問題，推導出開普勒三定律，從理論上解決了地球上的潮汐問題。史稱牛頓是第一個綜合天上和地上的機械運動並取得偉大成就的物理學家。與此同時，幾何光學也有很大發展，在16世紀末或17世紀初，先後發明了顯微鏡和望遠鏡，開普勒、伽利略和牛頓都對望遠鏡作很大的改進。

法國在大革命的前後，人才輩出，以P.S.M.拉普拉斯為首的法國科學家(史稱拉普拉斯學派)將牛頓的力學理論發揚光大，把偏微分方程運用於天體力學，求出了太陽系內三體和多體問題的近似解，初步探討並解決了太陽系的起源和穩定性問題，使天體力學達到相當完善的境界。在牛頓和拉普拉斯的太陽系內，主宰天體運動的已經不是造物主，而是萬有引力，難怪拿破崙在聽完拉普拉斯的太陽系介紹後就問：你把上帝放在什麼地位？無神論者拉普拉斯則直率地回答：我不需要這個假設。

拉普拉斯學派還將力學規律廣泛用於剛體、流體和固體，加上W.R.哈密頓、G.G.斯托克斯等的共同努力，完善了分析力學，把經典力學推進到更高階段。該學派還將各種物理現象如熱、光、電、磁甚至化學作用都歸於粒子間的吸引和排斥，例如用光子受物質的排斥解釋反射，光微粒受物質的吸引解釋折射和衍射，用光子具有不同的外形以解釋偏振，以及用熱質粒子相互排斥來解釋熱膨脹、蒸發等等，都一度取得成功，從而使機械的唯物世界觀統治了數十年。正當這學派聲勢煊赫、如日中天時，受到英國物理學家T.楊和這個學派的後院法蘭西科學院及科學界的挑戰，J.B.V.傅里葉從熱傳導方面，T.楊、D.F.J.阿拉戈、A.-J.菲涅耳從光學方面，特別是光的波動說和粒子說（見光的二象性）的論爭在物理史上是一個重大的事件。為了駁倒微粒說，年輕的土木工程師菲涅耳在阿拉戈的支持下，製成了多種後以他的姓命名的干涉和衍射設備，並將光波的干涉性引入惠更斯的波陣面在介質中傳播的理論，形成惠更斯-菲涅耳原理，還大膽地提出光是橫波的假設，並用以研究各種光的偏振及偏振光的干涉，他創造了「菲涅耳波帶」法，完滿地說明了球面波的衍射，並假設光是以太的機械橫波解決了光在不同介質界面上反射、折射的強度和偏振問題，從而完成了經典的波動光學理論。菲涅耳還提出地球自轉使表面上的部分以太漂移的假設並給出曳引系數。也在阿拉戈的支持下，J.B.L.傅科和A.H.L.菲佐測定光速在水中確比空氣中為小，從而確定了波動說的勝利，史稱這個實驗為光的判決性實驗。此後，光的波動說及以太論統治了19世紀的後半世紀，著名物理學家如法拉第、麥克斯韋、開爾文等都對以太論堅信不疑。另一方面，利用干涉儀內干涉條紋的移動，可以精確地測定長度、速度、曲率的極微細的變化；利用棱鏡和衍射光柵產生的光譜，可以確定地上和天上的物質的成分及原子內部的變化。因此這些光學儀器已成為物理學、分析化學、物理化學和天體物理學中的重要實驗手段。

蒸汽機的發明推動了熱學的發展，18世紀60年代在J.瓦特改進蒸汽機的同時，他的摯友J.布萊克區分了溫度和熱量，建立了比熱容和潛熱概念，發展了量溫學和量熱學，所形成的熱質說和熱質守恆概念統治了80多年。在此期間，盡管發現了氣體定律，度量了不同物質的比熱容和各類潛熱，但對蒸汽機的改進幫助不大，蒸汽機始終以很低的效率運行。1755年法國科學院堅定地否決了永動機。1807年T.楊以「能」代替萊布尼茲的「活力」，1826年J.V.彭賽列創造了「功」這個詞。1798年和1799年，朗福德和H.戴維分析了摩擦生熱，向熱質說挑戰；J.P.焦耳從19世紀40年代起到1878年，花了近40年時間，用電熱和機械功等各種方法精確地測定了熱功當量；生理學家J.R.邁爾和H.von亥姆霍茲，更從機械能、電能、化學能、生物能和熱的轉換，全面地說明能量既不能產生也不會消失，確立了熱力學第一定律即能量守恆定律。在此前後，1824年，S.卡諾根據他對蒸汽機效率的調查，據熱質說推導出理想熱機效率由熱源和冷卻源的溫度確定的定律。文章發表後並未引起注意。後經R.克勞修斯和開爾文分別提出兩種表述後，才確認為熱力學第二定律。克勞修斯還引入新的態函數熵；以後，焓、亥姆霍茲函數、吉布斯函數等態函數相繼引入，開創了物理化學中的重要分支——熱化學。熱力學指明了發明新熱機、提高熱機效率等的方向，開創了熱工學；而且在物理學、化學、機械工程、化學工程、冶金學等方面也有廣泛的指向和推動作用。這些使物理化學開創人之一W.[[奧斯特瓦爾德]]曾一度否認原子和分子的存在，而宣揚「唯能論」，視能量為世界的最終存在。但另一方面，J.C.麥克斯韋的分子速度分布率（見麥克斯韋分布）和L.玻耳茲曼的[[能量均分定理]]把熱學和力學綜合起來，並將概率規律引入物理學，用以研究大量分子的運動，創建了氣體分子動力論（現稱氣體動理論），確立了氣體的壓強、內能、比熱容等的統計性質，得到了與熱力學協調一致的結論。玻耳茲曼還進一步認為熱力學第二定律是統計規律，把熵同狀態的概率聯系起來，建立了統計熱力學。任何實際物理現象都不可避免地涉及能量的轉換和熱量的傳遞，熱力學定律就成為綜合一切物理現象的基本規律。經過20世紀的物理學革命，這些定律仍然成立。而且平衡和不平衡、可逆和不可逆、有序和無序乃至漲落和混沌等概念，已經從有關的自然科學分支中移植到社會科學中。

在19世紀20年代以前，電和磁始終認為是兩種不同的物質，因此，盡管1600年W.吉伯發表《論磁性》，對磁和地磁現象有較深入的分析，1747年B.富蘭克林提出電的單流質理論，闡明了正電和負電，但電學和磁學的發展是緩慢的，1800年A.伏打發明伏打電堆，人類才有能長期供電的電源，電開始用於通信；但要使用一個電弧燈，就需聯接2千個伏打電池，所以電的應用並不普及。1920年H.C.奧斯特的電流磁效應實驗，開始了電和磁的綜合，電磁學就迅猛發展，幾個月內，通過實驗A.-M.安培建立平行電流間的安培定律，並提出磁分子學說，J.-B.畢奧和F.薩伐爾建立載流導線對磁極的作用力（後稱畢-薩-拉定律），阿拉戈發明電磁鐵並發現磁阻尼效應，這些成就奠定了電磁學的基礎。1831年M.法拉第發現電磁感應現象，磁的變化在閉合迴路中產生了電流，完成了電和磁的綜合，並使人類獲得新的電源。1867年W.von西門子發明自激發電機，又用變壓器完成長距離輸電，這些基於電磁感應的設備，改變了世界面貌，創建了新的學科——電工學和電機工程。法拉第還把場的概念引入電磁學；1864年麥克斯韋進一步把場的概念數學化，提出位移電流和有旋電場等假設，建立了麥克斯韋方程組，完善了電磁理論，並預言了存在以光速傳播的電磁波。但他的成就並沒有即時被理解，直到H.R.赫茲完成這組方程的微分形式，並用實驗證明麥克斯韋預言的電磁波，具有光波的傳播速度和反射、折射干涉、衍射、偏振等一切性質，從而完成了電磁學和光學的綜合，並使人類掌握了最快速的傳遞各種信息的工具，開創了電子學這門新學科。

直到19世紀後半葉，電荷的本質是什麼，仍沒有搞清楚，盛極一時的以太論，認為電荷不過是以太海洋中的渦元。H.A.洛倫茲首先把光的電磁理論與物質的分子論結合起來，認為分子是帶電的諧振子，1892年起，他陸續發表「電子論」的文章，認為1859年J.普呂克爾發現的陰極射線就是電子束；1895年提出洛倫茲力公式，它和麥克斯韋方程相結合，構成了經典電動力學的基礎；並用電子論解釋了正常色散、反常色散（見光的色散）和塞曼效應。1897年J.J.湯姆孫對不同稀薄氣體、不同材料電極製成的陰極射線管施加電場和磁場，精確測定構成陰極射線的粒子有同一的荷質比，為電子論提供了確切的實驗根據。電子就成了最先發現的亞原子粒子。1895年W.K.倫琴發現X射線，延伸了電磁波譜，它對物質的強穿透力，使它很快就成為診斷疾病和發現金屬內部缺陷的工具。1896年A.-H.貝可勒爾發現鈾的放射性，1898年居里夫婦發現了放射性更強的新元素——釙和鐳，但這些發現一時尚未引起物理學界的廣泛注意。

20世紀的物理學到19世紀末期，經典物理學已經發展到很完滿的階段，許多物理學家認為物理學已接近盡頭，以後的工作只是增加有效數字的位數。開爾文在19世紀最後一個除夕夜的新年祝詞中說：「物理大廈已經落成，……動力理論確定了熱和光是運動的兩種方式，現在它的美麗而晴朗的天空出現兩朵烏雲，一朵出現在光的波動理論，另一朵出現在麥克斯韋和玻耳茲曼的能量均分理論。」前者指的是以太漂移和邁克耳孫-莫雷測量地球對（絕對靜止的）以太速度的實驗，後者指用能量均分原理不能解釋黑體輻射譜和低溫下固體的比熱。恰恰是這兩個基本問題和開爾文所忽略的放射性，孕育了20世紀的物理學革命。

1905年A.愛因斯坦為了解決電動力學應用於動體的不對稱(後稱為電動力學與伽利略相對性原理的不協調)，創建了狹義相對論，即適用於一切慣性參考系的相對論。他從真空光速不變性出發，即在一切慣性系中，運動光源所射出的光的速度都是同一值，推出了同時的相對性和動系中尺縮、鍾慢的結論，完滿地解釋了洛倫茲為說明邁克耳孫-莫雷實驗提出的洛倫茲變換公式，從而完成了力學和電動力學的綜合。另一方面，狹義相對論還否定了絕對的空間和時間，把時間和空間結合起來，提出統一的相對的時空觀構成了四度時空；並徹底否定以太的存在，從根本上動搖了經典力學和經典電磁學的哲學基礎，而把伽利略的相對性原理提高到新的階段，適用於一切動體的力學和電磁學現象。但在動體或動系的速度遠小於光速時，相對論力學就和經典力學相一致了。經典力學中的質量、能量和動量在相對論中也有新的定義，所導出的質能關系為核能的釋放和利用提供了理論准備。1915年，愛因斯坦又創建廣義相對論，把相對論推廣到非慣性系，認為引力場同具有相當加速度的非慣性系在物理上是完全等價的，而且在引力場中時空是彎曲的，其曲率取決於引力場的強度，革新了宇宙空間都是平直的歐幾里得空間的舊概念。但對於范圍和強度都不很大的引力場如地球引力場，可以完全不考慮空間的曲率，而對引力場較強的空間如太陽等恆星的周圍和范圍很大的空間如整個可觀測的宇宙空間，就必須考慮空間曲率。因此廣義相對論解釋了用牛頓引力理論不能解釋的一些天文現象，如水星近日點反常進動、光線的引力偏析等。以廣義相對論為基礎的宇宙學已成為天文學的發展最快的一個分支。

另一方面，1900年M.普朗克提出了符合全波長范圍的黑體輻射公式，並用能量量子化假設從理論上導出，首次提出物理量的不連續性。1905年愛因斯坦發表光量子假設，以光的波粒二象性，解釋了光電效應；1906年又發表固體熱容的量子理論；1913年N.玻爾（見玻爾父子）發表玻爾氫原子理論，用量子概念准確地地計算出氫原子光譜的巴耳末公式，並預言氫原子存在其他線光譜，後獲證實。1918年玻爾又提出對應原理，建立了經典理論通向量子理論的橋梁；1924年L.V.德布羅意提出微觀粒子具有波粒二象性的假設，預言電子束的衍射作用；1925年W.泡利發表泡利不相容原理，W.K.海森伯在M.玻恩和數學家E.P.約旦的幫助下創立矩陣力學，P.A.M.狄拉克提出非對易代數理論；1926年E.薛定諤根據波粒二象性發表波動力學的一系列論文，建立了波函數，並證明波動力學和矩陣力學是等價的，遂即統稱為量子力學。同年6月玻恩提出了波函數的統計解釋，表明單個粒子所遵循的是統計性規律而非經典的確定性規律；1927年海森伯發表不確定性關系；1928年發表相對論電子波動方程，奠定了相對論性量子理論的基礎。由於一切微觀粒子的運動都遵循量子力學規律，因此它成了研究粒子物理學、原子核物理學、原子物理學、分子物理學和固體物理學的理論基礎，也是研究分子結構的重要手段，從而發展了量子化學這個化學新分支。

差不多同時，研究由大量粒子組成的粒子系統的量子統計法也發展起來了，包括1924年建立的玻色-愛因斯坦分布和1926年建立的費米-狄拉克分布，它們分別適應於自旋為整數和半整數的粒子系統。稍後，量子場論也逐漸發展起來了。1927年，狄拉克首先提出將電磁場作為一個具有無窮維自由度的系統進行量子化的方案，以處理原子中光的自發輻射和吸收問題。1929年海森伯和泡利建立了量子場論的普遍形式，奠定了量子電動力學的基礎。通過重正化解決了發散困難，並計算各階的輻射修正，所得的電子磁矩數值與實驗值只相差2.5×10-10，其准確度在物理學中是空前的。量子場論還正向統一場論的方向發展，即把電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用和引力相互作用統一在一個規范理論中，已取得若干成就的有電弱統一理論、量子色動力學和大統一理論等。

物理學實驗與理論相互推進，並廣泛應用於各部門，成為技術革命的重要動力，也是20世紀物理學的一個顯著特徵。其中開展得最迅速的領域則是原子核物理學和粒子物理學。1905年E.盧瑟福等發表元素的嬗變理論說明放射性元素因放射a和β粒子轉變為另一元素，打破元素萬古不變的舊觀念；1911年盧瑟福又利用a粒子的大角度散射，確立了原子核的概念；1919年，盧瑟福用a粒子實現人工核反應。鑒於天然核反應不受外界條件的控制，當時人工核反應所消耗的能量又遠大於所獲得的核能，因此盧瑟福曾斷言核能的利用是不可能的。1932年2月，J.查德威克在約里奧·居里夫婦（1932年1月）和W.博特的實驗基礎上發現了中子，既解決構成原子核的一個基本粒子（和質子並稱為核子），又因它對原子核只有引力而無庫侖斥力，中子特別是慢中子成為誘發核反應、產生人工放射性核素的重要工具。1938年發現核裂變反應，1942年建成第一座裂變反應堆，完成裂變鏈式反應，1945年爆炸了第一顆原子彈，1954年建成了第一個原子能發電站，至今核裂變能已成為重要的能源。物理學家還從核聚變方向探索新能源：1938年H.A.貝特提出碳氮循環假說以氫聚變解釋太陽的能源，成為分析太陽內部結構和恆星演化的重要理論依據；1952年爆炸了第一顆氫彈。許多國家都在慣性約束聚變和磁約束聚變等不同方面，探索自控核聚變反應，以解決日趨匱乏的能源問題。

對基本粒子的研究，最初是和研究原子和原子核結構在一起的，先後發現了電子、質子和中子。1931年泡利為了解釋β衰變的能量守恆，提出中微子假設，於1956年證實。1932年C.D.安德森發現第一個反粒子即正電子，證實了狄拉克於1928年作出的一切粒子都存在反粒子的預言。在研究核內部結構時，發現核子間普遍存在強相互作用，以克服質子間的電磁相互作用，還了解核內存在數值比電磁作用小的弱相互作用，它是引起β衰變的主要作用。1934年湯川秀樹用介子交換的假設解釋強相互作用，但當時所用的粒子加速器的能量不足以產生介子，因此要在宇宙射線中尋找。1937年C.D.安德森在宇宙線內果然找到了一種質量介乎電子和質子間的粒子(後稱μ子)，一度被認為介子，但以後發現它並無強作用。1947年C.F.鮑威爾在高山頂上利用核乳膠發現π介子。從50年代起，各國都把高頻、微波和自動控制技術引入加速器，製成大型高能加速器及對撞機等，成為粒子物理學的主要實驗手段，發現了幾百種粒子：將參與電磁、強、弱相互作用的粒子稱為強子，如核子、介子和質量超過核子的重子；只參與電磁和弱相互作用的粒子如電子、μ子、τ子稱輕子，並開始按對稱性分類。1955年發現當時稱為θ介子和τ介子的兩種粒子，它們的質量、壽命相同應屬一種粒子，但在弱相互作用下卻有兩種不同衰變方式，一種衰變成偶宇稱，一種為奇宇稱，究竟是一種或兩種粒子，被稱為θ-τ之謎。李政道和楊振寧仔細檢查了以往的弱作用實驗，確認這些實驗並未證實弱作用中宇稱守恆，從而以弱作用中宇稱不守恆，確定θ和τ是一種粒子，合稱K粒子。這是首次發現的對稱性破缺。對粒子間相互作用的研究還促進了量子電動力學的發展。60年代中期起，進一步研究強子結構，提出帶色的誇克假設，並用對稱性及其破缺來分析誇克和粒子的各種性質及各種相互作用；建立了電弱統一理論和量子色動力學，並正在探索將電磁、弱、強三種相互作用統一起來的大統一理論。

此外，基於19世紀末熱電子發射現象，1906年發明了具有放大作用的三極電子管，各種電子管紛紛出現，並和基於陰極射線的攝像管相結合，使電子工業，電子技術和電子學都迅速發展。1912年M.von勞厄發現X射線通過晶體時的衍射現象，後布拉格父子發展了研究固體的X射線衍射技術，在發現電子和離子的衍射現象後，鑒於它們的波長可以較X射線更短，發展了各種電子顯微鏡，其中掃描透射電鏡的分辨本領達到3，可以觀察到輕元素支持膜上的重原子，這些都成為研究固體結構及其表面狀態的重要實驗工具。在引入量子理論後固體物理學及所屬的表面物理學迅速開展起來了。在固體的能帶理論指導下，對半導體的研究取得很大成功，1947年製成了具有放大作用的晶體三極體，以後又發明其他類型晶體管和集成電路等半導體器件，使電子設備小型化，促進了電子計算機的發展，並開創了半導體物理學新學科。此外，以愛因斯坦的受激輻射理論為基礎，發展了激光技術，由於激光的高定向性、高單色性、高相乾性和高亮度，得到了廣泛的應用；在低溫物理學方面，H.卡默林-昂內斯於1906和1908年相繼液化了氫氣和氦氣，1911年發現金屬在溫度4K左右時的超導電性，以後超導物質有所增加，超導溫度也漸提高。現已證實，超導轉變溫度可提高到100餘開，並已開始應用於超導加速器等。

學科特點物理學是實驗科學，「實踐是真理的唯一標准」，物理學也同樣遵循這一標准。一切假說都必須以實驗為基礎，必須經受住實驗的驗證。但物理學也是思辨性很強的科學，從誕生之日起就和哲學建立了不解之緣。無論是伽利略的相對性原理、牛頓運動定律、動量和能量守恆定律、麥克斯韋方程乃至相對論、量子力學，無不帶有強烈的、科學的思辨性。有些科學家例如在19世紀中主編《物理學與化學》雜志的J.C.波根多夫曾經想把思辨性逐出物理學，先後兩次以具有思辨性內容為由，拒絕刊登邁爾和亥姆霍茲的論能量守恆的文章，終為後世所詬病。要發現隱藏在實驗事實後面的規律，需要深刻的洞察力和豐富的想像力。多少物理學家關注θ-τ之謎，唯有華裔美國物理學家李政道和楊振寧，經過縝密的思辨，檢查大量文獻，發現謎後隱藏著未經實驗鑒定的弱相互作用的宇稱守恆的假設。而從物理學發展史來看，每一次大綜合都促使物理學本身和有關學科的很大發展，而每一次綜合既以建立在大量精確的觀察、實驗事實為基礎，也有深刻的思辨內容。因此一般的物理工作者和物理教師，為了更好地應用和傳授物理知識，也應從物理學的整個體系出發，理解其中的重要概念和規律。

應用物理學是廣泛應用於生產各部門的一門科學，有人曾經說過，優秀的工程師應是一位好物理學家。物理學某些方面的發展，確實是由生產和生活的需要推動的。在前幾個世紀中，卡諾因提高蒸汽機的效率而發現熱力學第二定律，阿貝為了改進顯微鏡而建立光學系統理論，開爾文為了更有效地使用大西洋電纜發明了許多靈敏電學儀器；在20世紀內，核物理學、電子學和半導體物理、等離子體物理乃至超聲學、水聲學、建築聲學、雜訊研究等的迅速發展，顯然和生產、生活的需要有關。因此，大力開展應用物理學的研究是十分必要的。另一方面，許多推動社會進步，大大促進生產的物理學成就卻肇始於基本理論的探求，例如：法拉第從電的磁效應得到啟發而研究磁的電效應，促進電的時代的誕生；麥克斯韋為了完善電磁場理論，預言了電磁波，帶來了電子學世紀；X射線、放射性乃至電子、中子的發現，都來自對物質的基本結構的研究。從重視知識、重視人才考慮，尤應注重基礎理論的研究。因此為使科學技術達到世界前列，基礎理論研究是絕不能忽視的。

展望21世紀的前夕，科學家將從本學科出發考慮百年前景。物理學是否將如前兩三個世紀那樣，處於領先地位，會有一番爭議，但不會再有一位科學家像開爾文那樣，斷言物理學已接近發展的終端了。能源和礦藏的日漸匱乏，環境的日漸惡化，向物理學提出解決新能源、新的材料加工、新的測試手段的物理原理和技術。對粒子的深層次探索，解決物質的最基本的結構和相互作用，將為人類提供新的認識和改造世界的手段，這需要有新的粒子加速原理，更高能量的加速器和更靈敏、更可靠的探測器。實現受控熱核聚變，需要綜合等離子體物理、激光物理、超導物理、表面物理、中子物理等方面知識，以解決有關的一系列理論技術問題。總之，隨著新的技術革命的深入發展，物理學也將無限延伸。

I. 我國古代物理學家作出的物理貢獻

墨子，他是物理學家，畢竟中國古代沒有分門別類的科學系統和實驗體系，但墨家靠觀察發現小孔成像原理，這是非常進步了。