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什么是物理學(xué) 為什么要學(xué)物理——物理學(xué)的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)

報(bào)告人:朱邦芬 中國(guó)科學(xué)院院士
簡(jiǎn) 介:對(duì)于普通人來(lái)說(shuō),物理是什么?是那門(mén)最難學(xué)的學(xué)科?是只有理性思維、拒絕主觀情感的學(xué)科?是枯燥的理論和難解的題目的綜合體?可是,在物理學(xué)者的眼里,物理卻是那樣的迷人。中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)物理系教授朱邦芬,圍繞什么是物理學(xué)、為什么要學(xué)物理學(xué)、物理學(xué)的未來(lái)三個(gè)方面,分享他對(duì)物理的看法,帶領(lǐng)你走進(jìn)別樣的物理世界。
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發(fā)布時(shí)間:2020-05-26 16:39
  • 物理學(xué)是最古老的學(xué)科之一。在過(guò)去2000多年的大部分時(shí)間里,物理學(xué)與化學(xué)、生物、還有一部分?jǐn)?shù)學(xué)一起構(gòu)成自然哲學(xué),直至17世紀(jì)科學(xué)革命開(kāi)始才被劃分為完全獨(dú)立的研究學(xué)術(shù)領(lǐng)域?,F(xiàn)今,物理學(xué)已逐漸發(fā)展成為一門(mén)當(dāng)今世界最精密的自然科學(xué)。報(bào)告中,朱邦芬院士為我們講解了物理學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史、物理學(xué)包含哪些核心內(nèi)容以及它反映的是一種什么精神。精彩內(nèi)容,敬請(qǐng)關(guān)注。

  • 物理不僅是科學(xué),還是一種文化,我們每個(gè)人都應(yīng)該學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、掌握科學(xué)方法,因?yàn)榭茖W(xué)的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造能為人類(lèi)帶來(lái)無(wú)比的精神愉悅感。物理現(xiàn)象無(wú)處不在,學(xué)好物理能讓我們從一種更聰穎、更理性、更富有邏輯的角度看待與思考世界,從而提升自身的基本素質(zhì)。

  • 隨著科技的進(jìn)步與人類(lèi)需求的不斷涌現(xiàn),未來(lái)物理學(xué)的發(fā)展將更多地向凝聚態(tài)物理、量子物理、冷原子物理、應(yīng)用物理、天體物理和宇宙學(xué)分支領(lǐng)域傾斜,更有針對(duì)性地推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步?,F(xiàn)今,高中與大學(xué)物理教育面臨著諸多問(wèn)題,其中“如何在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神”,是一個(gè)重要且迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

  • 彩虹是人們時(shí)??吹降囊环N自然界的光現(xiàn)象。每當(dāng)雨過(guò)天晴之后,五彩繽紛的彩虹當(dāng)空掛時(shí),人們都會(huì)情不自禁地爭(zhēng)相觀賞這種大自然美景。那么,彩虹是如何形成的?我們常見(jiàn)的“雙彩虹”是什么?它們產(chǎn)生的物理原理是什么?朱邦芬院士為您一一解答。

     

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    朱邦芬 中國(guó)科學(xué)院數(shù)理學(xué)部院士

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    今天我很榮幸有機(jī)會(huì)跟大家一起來(lái)談?wù)勎易约簩?duì)物理學(xué)的一些看法。最近社會(huì)上對(duì)學(xué)物理學(xué)有很多議論,很多人都覺(jué)得物理學(xué)是個(gè)很難學(xué)的科目,那么到底物理學(xué)該不該學(xué)?所以我就準(zhǔn)備了這個(gè)報(bào)告,談?wù)勈裁词俏锢韺W(xué)。

    我主要從下面三方面來(lái)談?wù)勎易约旱目捶?,不一定正確,我們可以討論。

    第一部分,我要講講物理是什么。物理學(xué)到底包含哪些核心內(nèi)容,它反映的是一種什么精神,它提倡的是一種什么方法。這是首先我想簡(jiǎn)單地介紹的——物理學(xué)的發(fā)展概貌。

    第二部分,我想著重講講為什么要學(xué)物理學(xué)。你如果和我一樣是專業(yè)學(xué)物理的,那當(dāng)然要學(xué);還有很多其他理工科專業(yè)的,比如機(jī)械、航空、力學(xué),那應(yīng)該學(xué)物理學(xué)。但是還有很多人是學(xué)文科的,那么這些人為什么要學(xué)物理學(xué)?我覺(jué)得,物理學(xué)實(shí)際上包含兩方面的內(nèi)容,物理學(xué)不光是知識(shí),它更重要的是一種文化,而這種文化是我們中國(guó)文化歷來(lái)比較缺乏的要素。所以,從提高全民素質(zhì)這個(gè)角度來(lái)講,即使不學(xué)物理、不學(xué)理工科的人,也應(yīng)該學(xué)點(diǎn)物理。另外,我還想強(qiáng)調(diào)一下,物理會(huì)影響一個(gè)人的基本素質(zhì)。我很欣賞的一位科學(xué)家說(shuō)過(guò),我們很多人將來(lái)不會(huì)當(dāng)作家,那你為什么要看小說(shuō),為什么要去欣賞莎士比亞的劇作?我將來(lái)不會(huì)當(dāng)音樂(lè)家,那為什么我要去聽(tīng)貝多芬,去理解各種音樂(lè)?實(shí)際上,學(xué)物理跟你將來(lái)當(dāng)不當(dāng)物理學(xué)家是沒(méi)關(guān)系的。物理實(shí)際上是反映了一種文化,反映了你對(duì)自然的理解和認(rèn)識(shí);反過(guò)來(lái),物理也可以使一個(gè)人的素質(zhì)全面得到提高。

    第三部分我想談?wù)勎锢韺W(xué)的未來(lái)。我簡(jiǎn)單地講講我自己認(rèn)為的物理學(xué)最有發(fā)展前景的幾個(gè)分支領(lǐng)域。另外,我想對(duì)青少年學(xué)生說(shuō),物理學(xué)的希望、物理學(xué)的未來(lái)在青年、在少年。所以我特別想強(qiáng)調(diào)一下高中物理教育、大學(xué)物理教育怎么來(lái)改革,更好地適應(yīng)我們這個(gè)時(shí)代的要求。

    一、什么是物理學(xué)

    (一)我自己理解物理學(xué)

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    首先,我來(lái)談?wù)勎易约豪斫獾奈锢韺W(xué)是什么。上面幾張圖片都是一些自然現(xiàn)象,這些自然現(xiàn)象實(shí)際上也都是物理現(xiàn)象,比如第一張是彩虹。我們很多人都有生活經(jīng)驗(yàn),下過(guò)雨后,在適當(dāng)?shù)臈l件下,特別是在傍晚的時(shí)候,天空會(huì)出現(xiàn)彩虹。第二張是激光,激光有功率大的、有功率小的,激光也有很多指標(biāo),我們平時(shí)在很多情況下都會(huì)碰到激光。這里是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里的激光裝置。潘建偉做量子通信,用的就是激光作為載體,利用量子比特來(lái)傳輸信息。第三張是熱氣球,我們給空氣加熱以后,熱氣球會(huì)上升,這里面實(shí)際上是個(gè)物理道理。熱氣球下面這張是個(gè)陀螺,為什么這個(gè)陀螺會(huì)一直轉(zhuǎn)而不倒,這也是一種物理現(xiàn)象。陀螺下面這張圖大家一看就明白,是汽車(chē)碰撞,撞壞了。這種碰撞我們把它叫做非彈性碰撞,也就是說(shuō)它最后形變了,跟原來(lái)的形狀完全不一樣了,這也是一個(gè)物理過(guò)程。汽車(chē)碰撞左邊這張圖是一個(gè)氫原子的外面,氫原子中間有一個(gè)質(zhì)子,周?chē)袀€(gè)電子,電子是繞著質(zhì)子在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。根據(jù)量子力學(xué),電子云的分布取決于電子能量是多少,處在哪個(gè)能級(jí)。這也是個(gè)物理問(wèn)題。最后一排最左邊這張圖大家一看就知道,是原子彈、氫彈爆炸,這是個(gè)核反應(yīng)過(guò)程,這也是個(gè)物理現(xiàn)象。第二排第一張圖是閃電,這是個(gè)放電過(guò)程。中心這張圖現(xiàn)在城市里不容易看到了,我記得我小時(shí)候夏天晚上乘涼,一抬頭看天空就有很多星星?,F(xiàn)在大城市里不太容易看到星空,要看星空的話可能要到比較偏遠(yuǎn)的地方,到那去看可能就會(huì)看得比較清楚。這些都是些物理現(xiàn)象。

    也就是說(shuō),物理是什么呢?物理就是關(guān)于自然的知識(shí),物理學(xué)是一門(mén)研究大自然的的學(xué)科。它主要研究物質(zhì)和它的運(yùn)動(dòng)。世界上的萬(wàn)物都是在運(yùn)動(dòng)的,沒(méi)有絕對(duì)靜止的東西。比如鼠標(biāo)是靜止的,但是鼠標(biāo)的材料是由很多原子構(gòu)成的,這些原子和它的電子時(shí)時(shí)刻刻都在運(yùn)動(dòng)。所以物理學(xué)研究什么呢?就是研究物質(zhì)。物質(zhì)有大有小,大的就像銀河系,小的比如分子、原子、原子核、質(zhì)子、電子、夸克等,目前為止我們知道最小的粒子就是夸克。當(dāng)然,講起運(yùn)動(dòng),那就離不開(kāi)空間和時(shí)間。所謂運(yùn)動(dòng),就是在不同的時(shí)間物體的位置改變了。運(yùn)動(dòng)是在空間的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)不能離開(kāi)空間與時(shí)間。所以,物理學(xué)是研究物質(zhì)和它在空間與時(shí)間里面的運(yùn)動(dòng)。這里面又涉及物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,要受到各種作用力,以及物質(zhì)都是有能量的(嚴(yán)格來(lái)講,能量也是一種物質(zhì))。所以,物理學(xué)歸根到底是研究物質(zhì)和它的運(yùn)動(dòng)方式,這里面涉及到能量和作用力,這是物理學(xué)關(guān)心的問(wèn)題。所以,物理學(xué)的一個(gè)基本任務(wù)是什么?就是理解我們的宇宙,理解我們周?chē)氖澜缡窃趺礃拥?。理解了以后,我們就利用物理?guī)律來(lái)改造我們的生活,改進(jìn)我們的環(huán)境,保衛(wèi)我們的國(guó)家,這是物理學(xué)的基本作用。

     

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