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談?wù)勎易约旱目捶ǎ灰欢ㄕ_，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)文化歷來比較缺乏的要素。所以，從提高全民素質(zhì)這個(gè)角度來講，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)家說過，我們很多人將來不會(huì)當(dāng)作家，那你為什么要看小說，為什么要去欣賞莎士比亞的劇作？我將來不會(huì)當(dāng)音樂家，那為什么我要去聽貝多芬，去理解各種音樂？實(shí)際上，學(xué)物理跟你將來當(dāng)不當(dāng)物理學(xué)家是沒關(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)；反過來，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。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，物理學(xué)的希望、物理學(xué)的未來在青年、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）我自己理解的物理學(xué)

首先，我來談?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，是汽車碰撞，撞壞了。這種碰撞我們把它叫做非彈性碰撞，也就是說它最后形變了，跟原來的形狀完全不一樣了，這也是一個(gè)物理過程。汽車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，周圍有個(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，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)。世界上的萬物都是在運(yùn)動(dòng)的，沒有絕對(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，理解我們周圍的世界是怎么樣的。理解了以后，我們就利用物理規(guī)律來改造我們的生活，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。