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物理學所屬現代詞,指的是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自然科學,簡稱物理。

1 物理學 -簡要概述

物理學一本不錯的物理書

物理學(Physics),英語"physics"出自希臘文φυσικ,原意是指自然。在歐洲,科學發展的早期,物理學、化學以及數學和生物學的某些分支共同構成了「自然哲學」,直到十九世紀,物理學才從哲學中較為完整的分離出來,成為一門實證科學。漢語、日語中「物理」一詞起自於明末清初科學家方以智的百科全書式著作《物理小識》。物理學研究的內容包括:1. 對我們所在世界(宏觀和微觀)的基本要素:物質(實物和場)的時空特性及其相互作用的描述;2. 支配物質運動及相互作用的背後原因、規律。現代意義上的物理學是自然科學的基礎學科之一,其理論通常以數學的形式表達出來。經過大量嚴格的實驗驗證的物理學規律被稱為物理學定律。然而如同其他很多自然科學理論一樣,這些定律中有些不能直接證明,其正確性只能經過反覆的實驗來檢驗。

物理學與其他許多自然科學息息相關,如數學、化學、生物、天文和地質等。特別是數學和化學。化學與某些物理學領域的關係深遠,如量子力學、熱力學和電磁學,而數學是物理研究所使用的最基本工具。

2 物理學 -發展簡史

物理學(PHYSICS)是研究物質世界固有性質及其運動規律的科學。是人類認識自然,適應自然的過程中較早出現的學科。古代把用來了解自然現象的手段都包括在自然哲學之內,故物理也屬哲學,後來,物理髮展成自然科學。最後才成為現代物理的概念。因此,物理是一門很古老的學科。物理髮展的簡史大約可分為四個階段:

自然哲學:源於古希臘的古代期。蘇格拉底前哲學家如台利斯拒絕對自然現象作超自然,宗教或神秘解析。認為自然的現象都有它的原因,他提議,用理由和觀察以及經實驗證明的假設來解析現象。

自然科學:約4-10世紀,由中國和印度等開始發展。物理學家和天文學家比較普遍定量地描述現象。如,阿基米德的數學,統計力學和流體動力學等。中世紀穆斯林物理學家如比魯尼和海桑等人提倡實驗物理。

經典物理:早期現代歐洲人用實驗和定量方法去發現今稱為物理定律的方法。工業革命時,由於能量的需求增加,研究導致在熱力學,化學和電磁學等方面發現新定律。

現代物理:以相對論和量子力學的誕生為標誌。

3 物理學 -定義範疇

1.物理學研究的對象—— 物理研究對象的範圍很廣:包括從基本粒子到星系的超星系團等所包含的物質及其表現出的現象。

2.物理學研究的目的——物理學研究從自然界發生的各種現象中抽象出概念,從而更深刻的理解所觀察到的現象及其根本原因。例如,古中國觀察到一些岩石被看不見的力彼此吸在一起,從中抽象出「磁」的概念,17世紀才真正研究它。比中國稍早的古希臘知道另一種物質叫琥珀,它和毛皮摩檫時會引起看不見的相互吸引力,從中抽象出「電」的概念,也是17世紀開始研究。物理學用電和磁的概念解釋一切與電磁相關的現象。19世紀時人們發現,電和磁是同一事物的二個方面。今天,更進一步認識到,電磁相互作用與弱相互作用也是可以統一的。隨著所提出物理學問題的不斷深入,最終將回溯到哲學的層面,:為什麼自然是它現在這樣?

3.物理學研究所用的方法——物理學用現代的科學方發去研究事物和現象。科學方法包括下列六個主要內容;
(1)提出一個有意義,要弄清楚的科學問題。
(2)用觀察,其它手段或實驗收集與問題有關的數據和材料;也可從圖書資料獲得他人已有的相關資料及數據。
(3)分析縱合所有的材料和數據,對要弄清的科學問題提出解析或推理,也稱提出假設。
(4)對提出的假設進行科學實驗撿驗,看它們是否符合實驗的結果。
(5)如果假設和實驗的結果相符,則所提的假設是對的。如果和實驗的結果不符,則要拋棄或修改。
(6)根據實驗的結果,對所提的科學問題做出科學結論或得出科學理論。

4 物理學 -核心理論

物理學涉及面廣,一些理論為所有物理學家所使用。每一種理論都經實驗多次證實。是自然的一種近似;是正確的。例如,力學的經典理論準確地描述了物體的運動。物體比原子大許多,而速度比光速低得多。這些理論還在繼續研究。20世紀發現的混沌(chaos)理論是經典力學的顯著例子。這些中心理論是研究特別問題的重要工具,任何物理學家,不論其研究對象如何,都應知道下列物理理論:包括:經典力學,量子力學,熱力學,統計力學,電磁學和狹義相對論。

5 物理學 -基礎物理

物理學原子(含電子,質子,中子)-內部結構模型圖

物理的目標是發現宇宙的定律,它的理論也有明確的應用性。粗略地說,經典力學精確地描述了尺寸比原子大得多的,而速度比光速低的系統。超過此範圍,觀察和前提不符。愛因斯坦貢獻了特殊相對論;他用空間時間代替絕對空間和時間,描述運動速度接近光速的系統。量子力學是顆粒運動的或然率,可以準確地描述原子,次原子大小粒子的運動。量子場論可描述大尺寸的宇宙結構和彎曲的空間,時間。廣義相對論尚未得其它基本描述所證實。量子力學等一些未來的理論現尚在發展中。

6 物理學 -研究領域

物理學研究的領域可分為下列四大方面:
1.凝聚態物理——研究物質宏觀性質,這些物相內包含極大數目的組元,且組員間相互作用極強。最熟悉的凝聚態相是固體和液體,它們由原子間的鍵和電磁力所形成。更多的凝聚態相包括超流和波色-愛因斯坦凝聚態(在十分低低溫時,某些原子系統內發現);某些材料中導電電子呈現的超導相;原子點陣中出現的鐵磁和反鐵磁相。凝聚態物理一直是最大的的研究領域。歷史上,它由固體物理生長出來。1967年由菲立普·安德森最早提出,採用此名。

2.原子,分子和光學物理——研究原子尺寸或幾個原子結構範圍內,物質-物質和光-物質的相互作用。這三個領域是密切相關的。因為它們使用類似的方法和有關的能量標度。它們都包括經典和量子的處理方法;從微觀的角度處理問題。原子物理處理原子的殼層,現在集中在原子和離子的量子控制;冷卻和誘捕;低溫碰撞動力學;準確測量基本常數;電子在結構動力學方面的集體效應。原子物理受核的影晌。但如核分裂,核合成等核內部現象則屬高能物理。 分子物理集中在多原子結構以及它們,內外部和物質及光的相互作用,這裡的光學物理只研究光學的基本性質及光與物質在在微觀領域的相互作用。

3.高能/粒子物理——粒子物理研究物質和能量的基本組元及它們間的相互作用;也可稱為高能物理。因為許多基本粒子在自然界不存在,只在粒子加速器中與其它粒子高能碰撞下才出現。據現在基本粒子的相互作用標準模型描述,有12種已知物質的基本粒子模型(夸克和輕粒子)。它們通過強,弱和電磁基本力相互作用。標準模型還預言一種希格斯-波色粒子存在。現正尋找中。

4.天體物理——天體物理和天文學是物理的理論和方法用到研究星體的結構和演變,太陽系的起源,以及宇宙的相關問題。因為天體物理的範圍寬。它用了物理的許多原理。包括力學,電磁學,統計力學,熱力學和量子力學。1931年卡爾發現了天體發出的無線電訊號。開始了無線電天文學。最近天文學的前沿已被空間探索所擴展。地球大氣的干擾使觀察空間需用紅外,超紫外,伽瑪射線和x-射線。物理宇宙論研究在宇宙的大範圍內宇宙的形成和演變。愛因斯坦的相對論在現代宇宙理論中起了中心的作用。20世紀早期哈勃從圖中發現了宇宙在膨脹,促進了宇宙的穩定狀態論和大爆炸之間的討論。1964年宇宙微波背景的發現,證明了大爆炸理論可能是正確的。大爆炸模型建立在二個理論框架上:愛因斯坦的廣義相對論和宇宙論原理。宇宙論已建立了ACDM宇宙演變模型;它包括宇宙的膨脹,黑能量和黑物質。 從費米伽瑪-射線望運鏡的新數據和現有宇宙模型的改進,可期待出現許多可能性和發現。尤其是今後數年內,圍繞黑物質方面可能有許多發現。

7 物理學 -物理變化

1.物理變化:物質隨時間而發生變化的變化; 

 化學變化:舊化學鍵破裂,新化學鍵形成。  

2.物理變化現象:很廣的,只要物質在時間上發生變化都是;化學變化:發光,發熱,生成沉澱,生成氣體是中學階段常規的現象,但有些反應是肉眼看不到的,如二氧化碳和水反應。  

3.物理變化包括化學變化:化學變化就看有沒有新舊化學鍵的破裂與形成。  

 物理性質是物質化學鍵沒有被破壞和形成而表現出來的性質:化學性質是通過破壞物質化學鍵而表現出來的性質(就是物質要通過化學反應才說他有這個化學性質)。

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