物理学的进步对社会发展的贡献

物理学的进步对社会发展的贡献

电子的发现者是英国科学家汤姆孙发现的,这是第一个被发现的基本粒子,由于电子的发现,汤姆孙被后人誉为”一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”.他因电子发现和对气体导电理论和实验的研究所作出的贡献获1906年诺贝尔物理学奖.

电子的发现打破了原子不可分的经典的物质观,向人们宣告原子不是构成物质的最小单元,它具有内部结构,是可分的.电子的发现是与微观物质组成有最直接的关系,它是组成原子的普适成分,它的质量比氢原子要小3个数量级.

电子的发现开辟了原子物理学的崭新研究领域.在这以后,电子的性质,在原子中电子的运动规律,电子通过晶体的衍射等都是物理学家感兴趣的研究内容.在这些领域的不少研究成果都获得了诺贝尔物理学奖. 电子的问世开辟了电子技术的新时代.从20世纪20年代开始,从电子管生产到半导体管的诞生及半导体技术的发展,再到集成电路的发明,使人类进入微电子科技时代.作为现代技术革命的重要标志的微电子技术不仅使人类的通讯技术进入高速,准确和可靠的领域,同时,也大大促进了电子计算机技术的发展,微电子技术和电子计算机技术正是现代现代信息技术的两个重要基础,使今天人类社会又步入了一个新的发展时期即信息社会。

从17世纪至18世纪，牛顿力学和热力学对机械工业，尤其是热机的发展起了巨大的推动作用；19世纪，不断发展的经典电磁理论，促进了工业电气化和无线电通信的发展；20世纪上半叶，随着相对论和量子力学的创立，人类的认识深入到原子和原子核内部，人类开始进入了核能时代和信息时代。此外物理学还有着丰富的精神价值：物理学的发展深深地影响着人类的思维方式和认识方式；物理学和哲学有着密切的关系，辩证唯物主义的产生和发展，从物理学中汲取了许多“营养”；物理学与数学在形成和发展过程中共同建立起来的“实验方法”、“逻辑方法”和“概念方法，，在科学研究中得到普遍的应用，成为科学方法论的三大支柱。因此，物理学对人类文明进步做出了积极的贡献，成为当代人类文化的一个重要组成部分。 物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；——这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。——反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族。

在我们的生活中，每时每刻都存在这屋里知识，比如说，坐车为什么要继安全带啊，这是物理学的惯性知识吧，，我们为什么可以看电视啊，电视机的制作与电磁学有关吧，其实许多的家用电器都是依据物理知识制造出来的。随着物理学的进步科学家制作出来的东西会更先进，无论是对社会还是人类都是有帮助的，像电话，电脑，哪一个不是用物理学作为基础。

近代科学技术自19世纪传入中国以来，经历了一段非同寻常的曲折过程。从19世纪中叶自强运动中开始的“师夷之长技”和“求强求富”，到20世纪初年的“科学救国”、“实业救国”思潮，从50年代的“向科学进军”，到20世纪末叶的“科教兴国”战略，中国人对科学技术给予了多少希望、梦想和憧憬！ 150年来，中国科学技术的进步是显著的，但在全人类共同创建的现代科学技术大厦中，中国人的贡献还相当有限，中国科学技术的现代化还没有完成。站在新世纪的门槛上，中国应该如何发展科学技术，追赶国际先进水平，实现“科教兴国”的历史重任？面对这样重大的问题，我们不仅要深入了解和借鉴科学技术发达国家的经验，还必须深入研究中国近现代科学技术发展的历程及其与社会文化的关系，力求准确地把握科学技术的特性及其发展机制，总结中国近现代科学技术发展的历史经验和教训。令人遗憾的是，我们在致力于解决眼前的科学和技术问题，追赶国际先进水平的时候，却很少系统地探讨和总结我们一二百年来科技发展的经验和教训。长期以来，我们对如何推进中国科学技术的进步、创造有利于科学技术发展的社会条件和文化氛围缺乏应有的认识。结果，我们不仅不易充分汲取历史的经验教训，反而可能重复旧的失当的政策和举措。因此，在面临重任和挑战的今天，系统的研究中国近现代科学技术发展史不但是学术研究的一项紧迫任务，也是现实赋予我们的重大课题。

“物理”一词，在2300年前我国的先秦时期就出现了。当时的思想家还认为自然界的规律和人文社会的规律是统一的，人文社会的法则也应该归结为天地、自然的法则。从这点来看，当时的物理学与哲学是混为一体的。

其实“物理”一词，在2300年前我国的先秦时期就出现了，但当时的含义比现在的“物理”要广泛得多。它泛指人类对自然界及人类自身的理性认识或世界万物的道理。中国古代的学者很注意对自然现象的观察和理解，他们认为对自然规律的认识，对于每个人的世界观、人生观以至于人格的形成至关重要。当时的思想家还认为自然界的规律和人文社会的规律是统一的，人文社会的法则也应该归结为自然的法则；后来有人把这个观点概括为“天人合一”。从这点来看，当时的物理学与哲学是混为一体的。 例如，孔子在《大学》中把人的教育过程描述为:一个人首先要尽力探求世界万物的道理，深入理解得到的各种知识，才会有崇高的理想和坚定的信念，才能修养好人高尚的品德；每个人有了好的品德，才能处理好家族、社会与国家的关系，达到天下太平。生活在公元前4世纪的屈原，在他著名的《天问》一诗中就曾一连向大自然提出了172个问题，表现了中国古代先贤追求真理的精神。中国古代学者对物理现象和规律的重视和探究不仅深刻地影响着人们的价值观，促进了中国社会经济和科学文化的发展，还导致一系列的技术发明。例如中国在很早的时期就建立了先进的天象综合观测技术，创建了一批珍贵的记录，包括用甲骨文记录的、世界最早的超新星爆发事件。通过长期的观测与实践，创造了与农业生产相结合的农历，促进了农业经济的发展，并延用至今在湖北随县曾侯乙墓出土的编钟又如声学上，在乐器制作、声音传播规律的掌握以及具备完美听觉的音乐殿堂的建造上都取得了突出的成就。1978年在湖北随县出土了公元前500年制造的曾侯乙编钟，共8组合计65件。现代中国物理工作者通过研究，发现它所包含的物理内容令人惊叹!由青铜铸成的编钟，钟形是扁瓦形的而不是圆的，每个钟具有双音性质，各自可以发频率相差大三度或小三度的两个音。整个编钟的音域共5个八度，中音区12个半音俱全，音高几乎与现代乐器的音高一致。编钟的延音短，能够演奏旋律快的音乐，钟上突起的钟枚起到滤波的作用，使音质更为优美，无论是中国民族音乐还是西方的交响乐曲都能演奏。 声学分析表明，编钟正着敲时钟体振动波谱的最大振幅正好在正中，而波节则在离正中侧敲点处；编钟侧敲时振动波谱的最大振幅正好在侧边，而波节则正好在正敲点处，因此两种声音互不干扰。扁形的钟体刚性比圆形的要高得多，振幅衰减得快，从而延音短能够演奏旋律快的乐曲。 2000年9月在巴黎中国文化周上演出的古代编钟乐舞，曾引起欧洲观众的广泛赞扬。编钟在法国巴黎舞台上演奏时，除了中国古代乐曲外，还演奏了一段第9交响曲。其他如力学方面我国在杠杆原理、静力平衡原理以及在能够演奏旋律快的音乐秤量工具和建筑结构等方面也很早就有很多建树；光学方面，在墨子的《墨经》中对几何光学的现象已有相当完整的表述，当时已发现小孔成像技术，发展了金属放大镜技术等。 历史上，中华民族以高度的智慧和能力通过各种各样的发明创造，为人类文明的发展作出了伟大的贡献。在16世纪之前的相当长的一个时期中，中国科技领先世界，其中对物理现象及其规律的研究和应用起了十分重要的作用。无庸讳言，中国的物理尽管在当时是先进的，但与近代的物理相比，却有着质的差距：还没有在系统实验的基础上，通过“由此及彼”、“由表及里”、“去粗取精”、“去伪存

真”的过程上升到系统的、科学的理性认识；还不能定量地表达客

观世界的普遍规律，进而精确预言客观物体未来的状态。

中国近代物理学的历程

中国近代物理学的发展不如西方，一方面因为长期的封建统治不利于“求真唯实”的近代科学的萌发，“闭关锁国”又阻止了西方近代科学的传入;另一方面也因为我国的传统文化比较讲究实用，缺乏科学探索和建立理性思维体系的动力。令人遗憾的是，近代科学并没有起源于先前经济科技发达的中国，中国近代物理学的起步比西方晚了200多年。其中深刻的原因十分复杂，需要历史学家从各个角度仔细研究才搞得清楚。一方面可能在长期封建统治下的伦理道德与文化观念，包括“君君、臣臣、父父、子子”，“唯君是从”，“唯古是尊”等等，不利于讲究“求真唯实”的近代科学的萌发；加上清代“闭关锁国”的政策又阻止了西方近代科学的传入。另一方面我国的传统文化比较讲究实用，缺乏科学探索和建立理性

思维体系的动力也可能是其中的原因之一。我们往往讲“学以致用”讲得很多，而对“学以致知”讲得不够。这样的文化可以有利于技术研究的开展，却不足以推动科学探索的发展。结果我国不乏优秀的技术发明，但往往止步于其应用上的成就而很少形成系统的科学理论。尽管科学研究与技术研究在形式和方法上并没有什么不同，但技术研究的动机全在于应用，而基础科学则代表着一种探索，其目标在于揭示和认识客观世界的基本规律；它的动机是求知、求真，对客观真理的追求。“落后就要挨打”，中国科技大幅度地落后，形成了前所未有的被动挨打的局面。1840年的鸦片战争和后来1894年中日甲午海战中国都以惨败告终。这些惨痛教训，激励国人“兴学救国”，开始以译书、建学、派遣留学生等方式向西方学习现代科学技术。我国正式用物理学作为Physic的学名也是于1900年从日文翻译的“物理学”出版开始的。然而那时的学习还只停留于“西学为用”的层面上，没有深入到学习先进的科学与人文精神与先进的文化观念中去。1919年的“五四”运动高举“科学、民主”的大旗，才真正开始发展中国的近代物理和近代科学，成为中国人民摒弃陈腐思想、制度，争取民族独立解放，建立新中国的重要组成部份。当时许多人在西方留学完成学业之后，立即返回苦难深重的祖国，发展教育，培养青年人才，并逐步开展中国物理学的研究。1919年我国首次在北京大学设立“物理学系”，开设完整的本科课程和实验。之后清华、南京、东南、中央等大学先后建立物理教育中心。1930年前后，全国有2百多所高等院校设物理系。其中北大、清华、浙大、中大、燕京等若干大学等已开展物理学研究。1928-1929年间，中央研究院物理研究所也先后于上海和北京成立。1930年左右，全国的物理学工作者发展到三百人左右。中国物理学界还积极地与西方物理学界建立了广泛联系。著名物理学家爱因斯坦在1922年底、1932年初两度来上海访问，朗之万、狄拉克、玻尔等著名科学家也先后来华访问。1931年保尔·朗之万在北京建议中国物理学工作者联合起来成立中国物理学会并参加国际纯粹与应用物理学会联合会IUPAP。正是在这样的背景下，在日军侵华前夕，中国物理学会于1932年8月23日在清华大学正式成立。中国物理学会成立之后，即为发展中国的物理学努力奋斗，学会坚持不渝地每年举行一次年会，坚持出版物理学报，论文用英、法、德三种文字发表，附以中文

摘要，做了大量的工作。

1937年7月7日日寇在卢沟桥发起侵华战争。八年抗战中，各地区的教育和研究机构被迫西迁到四川、云南、广西、贵州、陕西等地区，在极端艰难困苦的条件下，坚持物理教学和研究，从未停息。在海外从事前沿研究的爱国学者也不断回国工作，竭尽全力使中国物理教育达到先进水平。周培源关于湍流模式理论的奠基性工作、王淦昌提出的中微子探测方法、吴大猷的《多原子分子结构和振动光谱》专著、王竹溪和汤佩松关于植物细胞水势的研究等，都是当时具有国际影响的成果。西南联大等校还培养出以杨振宁、李政道、黄昆等为杰出代表的一批优秀学者。抗战期间中国物理学会坚持开了六次年会，出版了六期学报。1942年还开报告会纪念牛顿诞生300周年。一些努力为近代物理学在中国的发展培养了人才，奠定了基础，先辈们艰苦创业的精神令人钦佩。新中国成立之后，我国物理学家在党和政府的领导下，建立起完整的物理学教育和研究体系，在数十所大学设立物理系，物理学教育的规模和质量空前提高，各大学物理系每年招生的数目，远远超过解放前各大学物理系所有在校学生的总和；还建立了几十个与物理有关的专业研究院所，从事物理学基础和应用研究。当时在国外的一大批中国物理学者，周培源、赵忠尧、钱三强、何泽慧、王大珩、胡宁、黄昆、朱光亚等相继归来，他们和留在国内的老一辈物理学家相结合，大大增强了中国物理学队伍的实力。五十年代后期，许多优秀的物理工作者，坚决服从国家需要，放弃自己熟悉的专业，投入到“两弹一星”的研制工作中去。他们和其他方面的专家、干部、工人及解放军指战员一起，在当时国家经济困难、技术基础薄弱和工作环境十分艰苦的条件下，依靠自主创新，用较少的投入和较短的时间，突破了原子弹、氢弹和人造地球卫星等尖端技术，取得了举世瞩目的成就。1999年9月18日中央决定表彰为研究“两弹一星”做出突出贡献的23名科技专家并授予“两弹一星功勋奖章”，其中物理学家有王淦昌、邓稼先、钱三强、郭永怀、于敏、王大珩、朱光亚、吴自良、陈能宽、周光召、钱学森、程开甲、彭桓武等13人。他们是中国优秀物理学工作者的代表，也是中国物理学工作者的楷模。我们要学习他们爱国奉献的精神和高贵品格！另一方面，从他们的贡献中我们既看到了物理学的发展对加强国防建设和提高综合国力竞争的重大意义，也看到了物理探索与需求牵引相结合对发展科学技术和国防安全的重要作用。 例如，为了制造原子弹，我们从教科书上就知道，必须使裂变材料达到临界体积，发生链式反应才

能爆炸。但用什么方式来达到？怎么来提高爆炸的威力？这些都是高度机密的问题，谁都不会让你知道。这里涉及裂变物理、中子物理、爆轰物理、高压物理、流体物理等一系列复杂的物理问题。我们只能在没有任何设计资料和关键数据的条件下，靠自己的智慧，通过物理分析，来进行物理设计和研制。那时候，在彭桓武先生的领导下，周光召等理论物理学家，为了确定设计中的一个疑点，就用理想条件下炸药爆炸的最大功从头进行计算，经过反复9次仔细计算最后终于实现并确认了总体设计。1964年10月16日中国原子弹爆炸成功了。这是自主创新取得的一次重大胜利！1960年，前苏联毁约撤走专家时，曾有专家断言中国人20年搞不出原子弹来，结果我们短短四年就成功了。爆炸成功后，美国人通过尘埃测试不得不承认中国采用了先进的内爆型设计技术。我们依靠自主创新在物理上解决了热核点火和自持燃烧的关键。在原子弹爆炸两年零两个月之后又成功地突破了氢弹的研制，创造了核武器发展的最快速度。我们之所以能这么快和好的掌握核武器，除了有党中央的英明决策之外，最重要的是有像邓稼先、郭永怀等一心献身祖

国的科学家。

改革开放以来，科教兴国的战略为物理学在中国的发展提供了新的机遇，注入了新的活力。首先是国家大幅度增加了对科技和教育的投入，包括建立国家自然科学基金资助自由探索，启动“863”计划、攀登计划和“973”计划，结合国家需求推动前沿物理研究。实施“科教兴国”的战略以来，年均科研投入的增长在22%以上。为了加强青年人才的培养，国家在发展高等教育规模的基础上，建立学位制度，强化了高层次人才的教育，还通过设立“国家杰出青年基金”、资助创新团队等其他举措，培育高素质科技创新人才。1993年来，物理学科上已有4500余人获得博士学位，150余人获国家杰出青年基金，资助总额1亿元，还有7个物理学的研究团队获“创新群体”资助。与此同时，国家还以较大的经费力度先后建造了一批物理学的重大科学工程（如正负电子对撞机，同步辐射装置、重离子加速器，用于核聚变研究的托卡马克装置等）和一批国家重点实验室。这些重大举措为加快中国物理学赶上世界先进水平的步伐奠定了坚实的基础。 国家“科教兴国”战略的实施和中国物理学会各方面的努力，为中国物理学的大发展创造了极为有利的环境和条件，在物理学的各个领域都出现了空前良好的发展势头。在国际重要期刊上发表文章的数量迅速攀升。国家大型科学工程上做出了诸如t-轻子质量精密测定、新的放射性核素，包括超重核素的合成、利用同步辐射光分析确定SARS病毒的结构等一系列为我国在世界同行中占有一席之地的工作。物理的各个领域包括理论物理、激光物理、微结构物理、高温超导、晶体生长、X-光结构分析以及碳纳米管等，都有一批高水平的工作。如上海光机所徐至展等发展了基于OPCPA的太瓦激光装置，他们还用超短超强激光与大尺度原子和分子团簇作用产生了高能离子（如1.3MeV氮）。更加令人欣喜的是，近年来，我们有一批中青年科学家，在前沿领域，做出了不少在国际上有较大影响的工作。如在量子信息方面，中国科大潘建伟小组，创造了在13公里内自由通讯的纪录；中科院物理所薛其坤等在纳米超导体方面发现

了量子尺效应导致的金属薄膜材料的奇异超导性质——超导转变温度随薄膜厚度的振荡现象等等. 物理学是人类对物质世界基本认识的结晶，是人类探究物质世界实践经验的概括和总结物理学的基本使命是认识物质世界，并以概念、规律、方法、理论等形态，客观反映物质世界，以正确地揭示物质世界现象和过程的本质。物理学作为一门探索物质结构和物质运动基本规律的科学，是公认具有基础性和应用性的重要学科。物理学作为一门成熟的科学有着巨大的物质价值，物理知识可以被转化为技术和产品，对人类的物质生活产生深刻的影响。众所周知，从17世纪至18世纪，牛顿力学和热力学对机械工业，尤其是热机的发展起了巨大的推动作用；19世纪，不断发展的经典电磁理论，促进了工业电气化和无线电通信的发展；20世纪上半叶，随着相对论和量子力学的创立，人类的认识深入到原子和原子核内部，人类开始进入了核能时代和信息时代。此外物理学还有着丰富的精神价值：物理学的发展深深地影响着人类的思维方式和认识方式；物理学和哲学有着密切的关系，辩证唯物主义的产生和发展，从物理学中汲取了许多“营养”；物理学与数学在形成和发展过程中共同建立起来的“实验方法”、“逻辑方法”和“概念方法，，在科学研究中得到普遍的应用，成为科学方法论的三大支柱。因此，物理学对人类文明进步做出了积极的

贡献，成为当代人类文化的一个重要组成部分。

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