《物理學(xué)的重大進展》設(shè)計 名師獲獎

《物理學(xué)的重大進展》教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)目標(biāo)知識與能力1.識記伽利略、牛頓、愛因斯坦、普朗克等物理學(xué)家對物理學(xué)發(fā)展所作出的重大成就。2.理解經(jīng)典力學(xué)在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。3.探究經(jīng)典力學(xué)體系的特點，比較相對論、量子論與牛頓力學(xué)的關(guān)系。過程與方法1.引導(dǎo)學(xué)生回憶初中物理知識來促進本課的學(xué)習(xí)2.通過學(xué)生預(yù)習(xí)（圍繞4個物理學(xué)家，自制小課件）課堂展示本課主要內(nèi)容，促進同學(xué)的互相學(xué)習(xí)。教師給予必要的補充。情感態(tài)度價值觀科學(xué)真理需要勇于探索、執(zhí)著追求的精神，科學(xué)理論在不斷完善、創(chuàng)新，人類對客觀規(guī)律的認(rèn)識不斷深入。二、教材分析與建議重點伽利略對物理學(xué)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；經(jīng)典力學(xué)的建立；相對論的提出；量子論的誕生。難點物理學(xué)各階段發(fā)展的原因；對科學(xué)發(fā)展創(chuàng)新性的理解。教學(xué)內(nèi)容分析與建議本課教材主要分三個目從四個方面向?qū)W生介紹物理學(xué)從16世紀(jì)末17世紀(jì)初到19世紀(jì)末20世紀(jì)初的重大成就：經(jīng)典力學(xué)的重要奠基者——伽利略、經(jīng)典力學(xué)的建立、從經(jīng)典力學(xué)到相對論、量子論的誕生與發(fā)展。這一時期物理學(xué)方面的文字、圖片、人物介紹等資料比較豐富，教師可以適當(dāng)補充一些資料，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。本課引言文字以比薩斜塔上發(fā)生的著名故事介紹了意大利物理學(xué)家伽利略通過實驗證實落體定律，這件事掀開了近代物理學(xué)的序幕。第一目“經(jīng)典力學(xué)”教材主要介紹了16世紀(jì)末到18世紀(jì)初物理學(xué)的發(fā)展情況。教材主要寫了兩方面內(nèi)容：（1）伽利略對經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的奠基作用由于伽利略和文藝復(fù)興時期近代科學(xué)的產(chǎn)生有著直接的聯(lián)系，建議教師在本目教學(xué)時首先讓學(xué)生回顧文藝復(fù)興時期近代科學(xué)產(chǎn)生的背景，把本目內(nèi)容放在這種背景下，有助于學(xué)生深入理解伽利略進行科學(xué)研究的手段和取得的成就。16世紀(jì)末17世紀(jì)初，隨著文藝復(fù)興運動的擴展和人的思想解放，意大利科學(xué)家伽利略認(rèn)為研究自然界必須進行系統(tǒng)的觀察和實驗。他將科學(xué)實驗與數(shù)學(xué)相結(jié)合，進行科學(xué)研究，并強調(diào)追究事物之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。希臘學(xué)者亞里士多德認(rèn)為地球上的物體運動有天然運動和受迫運動。他認(rèn)為物體的受迫運動是推動者加于被推動者的，推動者一旦停止推動，運動就會立即停止。1604年，意大利物理學(xué)家伽利略在實驗中發(fā)現(xiàn)：物體下落時的距離與所用時間的平方成正比，而物體下落的速度與物體的重量無關(guān)，這就是著名的落體定律。他還通過實驗證實了勻速運動定律和勻加速運動定律。伽利略的研究表明，外力并不是維持運動狀態(tài)的原因，而只是改變運動狀態(tài)的原因。這是對古希臘哲學(xué)家亞里士多德以來有關(guān)運動觀念的重大變革，為經(jīng)典力學(xué)的建立奠定基礎(chǔ)。他的發(fā)現(xiàn)以及他開始的科學(xué)研究方法，是人類思想史上偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。關(guān)于伽利略在天文學(xué)方面的貢獻(xiàn)及影響，建議教師在教學(xué)本目時利用教材中有關(guān)哥白尼“日心說”的【歷史縱橫】中的文字，讓學(xué)生進行閱讀。中世紀(jì)流行的天文學(xué)觀點是托勒密的“地球中心說”，它認(rèn)為地球是宇宙的中央，日月星辰都圍繞地球運行。文藝復(fù)興運動時期波蘭科學(xué)家哥白尼提出“太陽中心說”，并寫成《天體運行論》。他提出太陽是宇宙的中心，地球不過是圍繞太陽運行并能自轉(zhuǎn)的一顆普通行星而已。這就揭穿了所謂“上帝賦予地球特殊地位”的說法，摧毀了上帝創(chuàng)造世界的謬論。意大利科學(xué)家伽利略對哥白尼學(xué)說的傳播和天文學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。1569年他自創(chuàng)了用以觀察天體的第一架望遠(yuǎn)鏡，從望遠(yuǎn)鏡里他發(fā)現(xiàn)月球表面有高山深谷，并不是以前人們所說的月球表面是光滑的；木星有四顆衛(wèi)星，很相似于行星繞著太陽轉(zhuǎn)，他看到銀河是由無數(shù)恒星組成的，還觀察到哥白尼曾推論的金星有盈虧現(xiàn)象。1632年伽利略出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。他的這些發(fā)現(xiàn)和觀點，摧毀了教會的信條而證明了哥白尼學(xué)說的正確。（2）牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)17~18世紀(jì)，近代自然科學(xué)中突出發(fā)展起來的是經(jīng)典力學(xué)（又稱牛頓力學(xué)）。這除了由于工場手工業(yè)時期經(jīng)濟上的需要之外，也是因為力學(xué)研究的對象最簡單，它拋開物體的物理、化學(xué)性質(zhì)只把它作為一個質(zhì)量的實體來看待。在經(jīng)典力學(xué)領(lǐng)域中，最重要的成就是萬有引力定律和運動三定律的發(fā)現(xiàn)，這些成就構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)的基本內(nèi)容。在經(jīng)典力學(xué)的建立中，曾有許多科學(xué)家為之付出心血，牛頓則是其中的集大成者，故經(jīng)典力學(xué)又稱牛頓力學(xué)。牛頓是英國著名的物理學(xué)家。他在數(shù)學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域均有重大貢獻(xiàn)，最重要的是在力學(xué)方面。他在力學(xué)方面的貢獻(xiàn)之一是確立了萬有引力定律。這個定律說明，任何兩個物體之間都有引力存在。這個引力與彼此吸引的物體的質(zhì)量體積成正比，而與兩物體間距離的平方成反比。萬有引力定律總結(jié)了此前一個半世紀(jì)的科學(xué)發(fā)明并用精確的數(shù)學(xué)術(shù)語把它們聯(lián)結(jié)起來了。此外，牛頓還確立了著名的運動三定律，即慣性定律、比例定律（即加速度與力成正比）作用和反作用相等定律。運動三定律是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。牛頓確立的萬有引力定律和運動三大定律成為經(jīng)典力學(xué)建立的標(biāo)志。1687年，他出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，在該書中他首先給力學(xué)的基本要領(lǐng)如質(zhì)量、動量、慣性、力及向心力下了定義，對大至宇宙天體，小至光的微粒的一切物體在真空中或在有阻力的介質(zhì)中的運動，全部應(yīng)用運動三定律和萬有引力定律給予了說明，把自然界中的一切力學(xué)現(xiàn)象都囊括在他的力學(xué)體系之中。《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書的出版標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)的成熟。牛頓力學(xué)在科學(xué)史上的意義表現(xiàn)在它把天上和地上的運動統(tǒng)一起來，把萬有引力定律和運動三定律視為宇宙間一切力學(xué)運動有普遍規(guī)律，從力學(xué)的角度證明了自然界的統(tǒng)一性，實現(xiàn)了人類自然界認(rèn)識的第一次綜合。經(jīng)典力學(xué)最顯著的特征之一就是注重實驗，實驗可以進一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，并由此得出重要的結(jié)論。另一個顯著特征是它的數(shù)學(xué)化，這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。自然的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是近代科學(xué)的先驅(qū)們深信不疑的真理。經(jīng)典力學(xué)誕生后，產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響，此后，光學(xué)、電磁學(xué)等與力學(xué)的進一步統(tǒng)一，大大推動了物理學(xué)的發(fā)展。經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。第二目“相對論的創(chuàng)立”本目教材介紹了19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)發(fā)展的新階段即物理學(xué)界出現(xiàn)了一種嶄新的革命性的理論——相對論。建議教師在教學(xué)中從三方面把握教材。（1）相對論提出的歷史背景19世紀(jì)末，物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了三個重大事件，這就是X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)。這三大發(fā)現(xiàn)以實驗事實使得原子不可分、不變化的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了動搖。物理學(xué)家們曾認(rèn)為的似乎已經(jīng)基本上完成了的經(jīng)典物理學(xué)體系，從根本上出現(xiàn)了動搖，這就是所謂的“物理學(xué)危機”。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是人們?nèi)粘Ｉ钪幸子诶斫獾暮暧^世界，三大發(fā)現(xiàn)所揭示的卻是人們沒有直接經(jīng)驗的微觀現(xiàn)象，這表明人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識已經(jīng)深入了一個層次。物理學(xué)的“危機”沒有嚇倒大多數(shù)物理學(xué)家，他們繼續(xù)向前探索，于是產(chǎn)生了以量子論和相對論的建立為標(biāo)志的物理學(xué)革命，物理學(xué)從此開辟了新的天地。（2）相對論的提出及主要內(nèi)容過去的物理學(xué)都以牛頓的理論為基礎(chǔ)，認(rèn)為時間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯(lián)系的。似乎宇宙間存在著一個永遠(yuǎn)走動著的大鐘，在任何情況下，它的速率永遠(yuǎn)都是相同的，世界上的一切運動在時間上都以它為度量標(biāo)準(zhǔn)。德國物理學(xué)家愛因斯坦經(jīng)過多年的研究，打破了傳統(tǒng)的絕對時空觀，于1905年提出了狹義相對論和光速不變原理。指出了時間、空間和物體的質(zhì)量不是絕對不變的，而是隨著物體的運動而發(fā)生變化。狹義相對論認(rèn)為：物體運動時，質(zhì)量會隨著物體運動速度的增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化，即還會發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。1916年，愛因斯坦完成了廣義相對論的最終形式。在廣義相對論中，引力是被考慮的主要問題。廣義相對論指出：空間和時間不可能離開物質(zhì)而獨立存在，空間結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布，使人類進一步深化了對時間、空間和引力現(xiàn)象的認(rèn)識。廣義相對論又被認(rèn)為是一種引力理論。（3）相對論提出的歷史意義相對論的提出是物理學(xué)思想的一次重大革命，它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗建立起來的時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性，即：揭示了時空的可變性、時空變化的聯(lián)系性，樹立了新的時空觀、運動觀、物質(zhì)觀。這一理論被后人譽為20世紀(jì)人類思想史上最偉大的成就之一。愛因斯坦的相對論也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。第三目“量子論的誕生與發(fā)展”本目教材主要介紹了19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的另一個重大成就——量子論的誕生與發(fā)展。建議教師在教學(xué)中從三方面把握教材。（1）量子論誕生的背景教師在教學(xué)過程中可結(jié)合第三目“相對論的創(chuàng)立”的背景及本目教材第一段內(nèi)容來分析量子論誕生的背景。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，使人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到了原子內(nèi)部。但大量的實驗表明，微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體的運動規(guī)律進行描述。量子論在這種背景下誕生。（2）量子論的誕生、發(fā)展和量子力學(xué)為量子論的誕生作出重大貢獻(xiàn)的是德國物理學(xué)家普朗克。1900年，他提出了物質(zhì)的輻射能不是連續(xù)的，而是以最小的、不可再分的能量單位即能量量子的整數(shù)位跳躍式地變化的量子假說。這個假說宣告了量子論的誕生。在普朗克之后，英國的物理學(xué)家盧瑟福和丹麥物理學(xué)家玻爾把量子論用于原子結(jié)構(gòu)的研究，證實原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成。電子在不同軌道上圍繞著原子核運動，當(dāng)電子從外層軌道跳到內(nèi)層軌道時就放出相應(yīng)波長的電磁波。玻爾在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)的理論。愛因斯坦利用量子論成功地解釋了光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，進一步推動了量子論的發(fā)展。20世紀(jì)20年代，德國物理學(xué)家海森伯和奧地利物理學(xué)家薛定諤等創(chuàng)立了物理波理論，指出電子和一切物質(zhì)粒子都像光一樣，既具有連續(xù)的波動性質(zhì)，又具有不連續(xù)的粒子性質(zhì)。經(jīng)過這些科學(xué)家的共同努力，到1925年左右量子力學(xué)最終建立。量子力學(xué)是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學(xué)。（3）量子論和量子力學(xué)的影響在量子論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的量子力學(xué)，極大地促進了原子物理、固體物理和原子核物理等科學(xué)的發(fā)展。同時，也標(biāo)志著人類對客觀規(guī)律的認(rèn)識，開始從宏觀世界深入到了微觀世界。相對論和量子力學(xué)的確立是物理學(xué)革命的高潮，以物理學(xué)革命為先導(dǎo)，帶動了化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科的理論也都發(fā)生了革命性的突破。量子力學(xué)和狹義相對論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。三、教學(xué)設(shè)計與案例1.教學(xué)設(shè)計學(xué)習(xí)本課內(nèi)容時，教師可先讓學(xué)生閱讀本單元的引言文字，教師講解后，直接導(dǎo)入本課內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容比較多，在教學(xué)過程中要注意詳略得當(dāng)、突出階段成就。在學(xué)習(xí)物理學(xué)的重大成就時，要充分利用學(xué)生了解的知識，激發(fā)學(xué)生的興趣。對教材中科學(xué)家的重要成就，不要重點放在展開史實講過程，而應(yīng)把重點放在這些成就及其歷史地位和作用。關(guān)于“經(jīng)典力學(xué)”一目的教學(xué)。建議教師以本課引言文字為素材，通過提問方式引導(dǎo)學(xué)生閱讀理解這段文字。設(shè)問題一：試舉例說明以前學(xué)習(xí)過的有關(guān)伽利略的成就或貢獻(xiàn)？設(shè)問題二：你認(rèn)為伽利略能夠確定自由落體定律的關(guān)鍵是什么？對你有何啟示？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進入本目內(nèi)容的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)本目內(nèi)容時，可以利用教材中的兩幅插圖《伽利略望遠(yuǎn)鏡及伽利略觀察到的月亮》《伽利略面對教會的審判》。講完本目后可以讓學(xué)生討論回答下列問題來進行總結(jié)：伽利略在物理學(xué)、天文學(xué)方面突出的貢獻(xiàn)是什么？他為什么會取得這些貢獻(xiàn)？他的這些貢獻(xiàn)有什么意義？在接下來有牛頓確立經(jīng)典力學(xué)的教學(xué)。教師可以通過教材提供的有關(guān)牛頓的圖片資料設(shè)問：牛頓有哪些重要貢獻(xiàn)？其中最重要的是什么？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上進行學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)本目，注意讓學(xué)生總結(jié)歸納經(jīng)典力學(xué)的顯著特點：實驗與數(shù)學(xué)緊密結(jié)合。同時，結(jié)合【資料回放】，對學(xué)生進行情感與態(tài)度價值觀教育，使學(xué)生認(rèn)識科學(xué)家求實謙虛的品德。同時，結(jié)合【歷史縱橫】，使學(xué)生認(rèn)識科學(xué)知識對事物發(fā)展的預(yù)見性。關(guān)于“相對論的創(chuàng)立”一目的教學(xué)。教師可以通過設(shè)置問題導(dǎo)入本目，如：19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)發(fā)展的重大成果是什么？為什么會出現(xiàn)？在講述相對論的內(nèi)容和意義時，教師可以讓學(xué)生進行歸納，然后結(jié)合【學(xué)思之窗】提供的資料和插圖，理解相對論的實質(zhì)內(nèi)容。學(xué)完本目以后，教師可以讓學(xué)生思考討論：相對論和經(jīng)典力學(xué)有何區(qū)別與聯(lián)系？有何啟示？以此來培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力和理論創(chuàng)新的觀念。關(guān)于“量子論的誕生與發(fā)展”一目的教學(xué)。本目的重點應(yīng)放在量子論的誕生、發(fā)展以及量子力學(xué)的意義。在師生對這些內(nèi)容歸納的基礎(chǔ)上可以讓學(xué)生討論：量子論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)有何區(qū)別？在學(xué)完本節(jié)內(nèi)容之后，建議學(xué)生設(shè)計表格來歸納這一時期所涉及的物理學(xué)的重大成就。2.教學(xué)案例案例一在學(xué)習(xí)伽利略的天文學(xué)成就時，用實物投影或幻燈片介紹教材中的圖片《伽利略面對教會的審判》。伽利略在科學(xué)領(lǐng)域里的重大成就，激怒了羅馬教皇及其信徒們，當(dāng)伽利略寫了《關(guān)于兩種世界體系對話》這篇科學(xué)巨著后，教會終于露出了猙獰面目，把伽利略投入了監(jiān)獄。教皇烏爾班八世的御用工具——宗教裁判所在1633年6月21日宣布對伽利略的判決：“我們判決你在宗教法庭監(jiān)獄內(nèi)服刑，刑期由我們掌握，為了有益于補贖，命令你在今后3年內(nèi)，每周背誦7篇贖罪詩篇……”這一紙胡言，竟使伽利略蒙冤300多年，至死都沒有撤銷判決，甚至死后還被禁止舉行殯禮，不準(zhǔn)葬入圣太克羅斯墓地。案例二在學(xué)習(xí)經(jīng)典力學(xué)時，可讓學(xué)生們了解牛頓的生平。四、問題解答【學(xué)思之窗】資料略你認(rèn)為應(yīng)該怎樣評價牛頓和愛因斯坦的貢獻(xiàn)？解題關(guān)鍵：適應(yīng)時代的需要，推動科學(xué)的發(fā)展。思路引領(lǐng)：牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)；愛因斯坦提出相對論。答案提示：牛頓確立了萬有引力定律和運動三定律，之后光學(xué)、電磁學(xué)等與力學(xué)進一步統(tǒng)一，大大推動了物理學(xué)的發(fā)展，牛頓力學(xué)研究的是宏觀世界。愛因斯坦打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，于1905年提出了狹義相對論和光速不變原理，1916年愛因斯坦完成了廣義相對論的最終形式。愛因斯坦的相對論發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度?！咎骄繉W(xué)習(xí)總結(jié)】一、本課測評相對論和量子論的出現(xiàn)有什么意義？解題關(guān)鍵：相對論和量子論。思路引領(lǐng)：相對論和量子論與經(jīng)典力學(xué)的不同處。答案提示：相對論和量子論發(fā)現(xiàn)人們?nèi)粘＝?jīng)驗之外的宏觀世界和微觀世界的物質(zhì)運動規(guī)律，不僅推動了物理學(xué)的進步，還大大開闊了人們視野，改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式。二、學(xué)習(xí)延伸20世紀(jì)初，愛因斯坦提出相對論后，核能研究得到迅速發(fā)展。請查找資料，了解20世紀(jì)核能研究發(fā)展的基本情況，談一談這一研究的發(fā)展對人類社會產(chǎn)生了哪些影響？解題關(guān)鍵：核能的發(fā)展。思路引領(lǐng)：通過上網(wǎng)或圖書館等途徑查閱相關(guān)資料。答案提示：略。（本題的核心是培養(yǎng)學(xué)生查閱資料和組織材料的能力，應(yīng)該鼓勵學(xué)生通過不同方式組織材料，鼓勵他們積極發(fā)表意見）五、資料與注釋1.原始資料關(guān)于科學(xué)的論述只要科學(xué)家擔(dān)負(fù)起交流的責(zé)任——對于自己干的那一行盡可能簡明并盡可能多地加以解釋，而非科學(xué)家也樂于洗耳恭聽，那么兩者之間的鴻溝便有可能消除。能更滿意地欣賞一門科學(xué)的進展，并不一定非得對科學(xué)有透徹的了解。歸根到底，沒有人認(rèn)為，要欣賞莎士比亞，自己就必須能寫出一部偉大的文學(xué)作品。要欣賞貝多芬的交響樂，也并不要求聽者能作出一部同等的交響樂。同樣地，要欣賞或享受科學(xué)的成就，也不一定非得躬身于創(chuàng)造性的科學(xué)活動?！獅美國}艾薩克·阿西莫夫，轉(zhuǎn)引自《科學(xué)大師佳作系列》中文版序言胡錦濤關(guān)于中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的論述載人航天工程是當(dāng)今世界高新技術(shù)發(fā)展水平的集中展示，是衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。我國載人航天工程取得的成就，是改革開放20多年來綜合國力不斷增強、科技水平不斷提高的重要體現(xiàn)。這再一次說明，只要我們堅定不移地堅持黨的基本理論、基本路線、基本綱領(lǐng)和基本經(jīng)驗，堅定不移地堅持以經(jīng)濟建設(shè)為中心，堅定不移地走改革開放的強國之路，堅定不移地推進經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展，我們就能不斷奪取社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的更大勝利。……第一，必須堅持以科技進步和創(chuàng)新為先導(dǎo)，努力實現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的跨越。載人航天是當(dāng)今世界高新科技中最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域之一，是難度高、規(guī)模大、系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性和安全性要求極強的工程。實施載人航天工程，同當(dāng)年搞“兩彈一星”并取得成功一樣，有力地推動了我國科技的跨越式發(fā)展，帶動了相關(guān)學(xué)科技術(shù)的整體躍升，形成了一批新興產(chǎn)業(yè)，對促進我國經(jīng)濟社會發(fā)展具有十分重大的意義。實踐告訴我們，高度重視和充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的重要作用，努力以科技發(fā)展的局部躍升帶動經(jīng)濟社會發(fā)展，是加快發(fā)展的一個重要途徑。當(dāng)今時代，人類正在經(jīng)歷一場全球性的科技革命，知識創(chuàng)新迅速發(fā)展，科技進步日新月異，科學(xué)技術(shù)越來越成為綜合國力競爭的核心，我們比以往任何時候都更需要加快科技進步和創(chuàng)新的步伐。我國是一個發(fā)展中國家，在經(jīng)濟社會發(fā)展的諸多方面特別是科技發(fā)展方面同發(fā)達(dá)國家還有較大差距。我們要趕超世界先進水平，就必須堅定不移地實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，抓住機遇，用好機遇，集聚尖端人才，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，選準(zhǔn)一些對推動經(jīng)濟社會發(fā)展、維護國家安全具有重大帶動作用的領(lǐng)域重點攻關(guān)，加速推進全社會的科技進步，實現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的跨越，帶動我國綜合國力的全面提升?！逗\濤在慶祝我國首次載人航天飛行圓滿成功大會上的講話》（2022年11月7日）2.課文注釋近代科學(xué)誕生的歷史背景近代自然科學(xué)革命發(fā)生的歷史背景主要包括：首先，新興的資產(chǎn)階級在經(jīng)濟上和政治上對自然科學(xué)的迫切需要。14世紀(jì)以后，手工工場發(fā)展迅速，生產(chǎn)中的技術(shù)改造與機器的逐步采用，向人們提出很多新的問題，需要自然科學(xué)予以解決，以促進生產(chǎn)力的更大發(fā)展。同時，新興資產(chǎn)階級要求掌握政治權(quán)力，他們需要把自然科學(xué)作為反對宗教統(tǒng)治爭取思想自由的理論武器。其次，自然科學(xué)自身發(fā)展的需要。經(jīng)過中世紀(jì)前期的漫長黑夜，自然科學(xué)逐漸復(fù)興。資本主義生產(chǎn)方式的產(chǎn)生和發(fā)展，不僅向自然科學(xué)提出大量的研究課題，還提供了豐富的經(jīng)驗材料以及新的科學(xué)實驗條件。最后，文藝復(fù)興、地理大發(fā)現(xiàn)和宗教改革的推動。文藝復(fù)興反對盲從和迷信，提倡獨立的學(xué)術(shù)研究，為資產(chǎn)階級在政治上取代封建統(tǒng)治作輿論準(zhǔn)備，它打破了教會的精神統(tǒng)治，動搖了封建制度的政治思想基礎(chǔ)，為把自然科學(xué)從神學(xué)中解放出來創(chuàng)造了必要的條件。近代自然科學(xué)革命就是在文藝復(fù)興運動的高潮中拉開序幕的，首先向宗教神學(xué)發(fā)起沖擊的是天文學(xué)。隨后的宗教改革摧毀了天主教會的精神獨裁，對科學(xué)革命也產(chǎn)生了巨大的影響。在此期間，地理大發(fā)現(xiàn)也有重要意義，它以實踐證實了地圓學(xué)說，為建立新的天文學(xué)和地理學(xué)奠定了基礎(chǔ)，對近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有不可估量的意義。更重要的是它所引起的思想觀念的革命，它用實踐突破了所謂經(jīng)典知識界限，使人的思維方式從權(quán)威的盲目崇拜中解放出來。伽利略伽利略（1564—1642），意大利知識淵博的科學(xué)家、近代實驗科學(xué)的奠基者之一，出生于比薩一個沒落貴族家庭。17歲進比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，但他對物理和數(shù)學(xué)很有興趣。他做了大量的實驗和研究工作，首次用自制的天文望遠(yuǎn)鏡細(xì)心地觀察了天體，得出了和哥白尼學(xué)說完全相符的結(jié)論。伽利略把他在望遠(yuǎn)鏡中所觀察到的壯麗景象，到處宣傳，并用觀察到的事實和力學(xué)原理作了嚴(yán)密的論證，進一步維護和發(fā)展了哥白尼的體系。教會向伽利略發(fā)出多次警告，但是他無視這一警告，發(fā)表了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》的巨著，從實踐和理論的高度批駁了地球中心說。伽利略的“異端”活動引起了教會的恐慌，羅馬教皇向宗教裁判所帶頭提出控訴，于是這位體弱抱病的科學(xué)家被送進了監(jiān)牢，遭到審訊，以至被終身軟禁。軟禁期間，他繼續(xù)研究物理學(xué)，寫出《關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》。伽利略對科學(xué)研究方法的貢獻(xiàn)近代科學(xué)雖然從古希臘科學(xué)發(fā)展而來，但在研究方法上與古希臘科學(xué)卻有很大的不同。古希臘偏重在直觀基礎(chǔ)上的思辨、演繹而輕視經(jīng)驗，近代卻注重實驗和歸納，同時也不排斥數(shù)學(xué)和演繹的作用，因而近代科學(xué)又被稱為實驗科學(xué)。實驗科學(xué)的倡導(dǎo)者是中世紀(jì)后期的羅吉爾·培根，他已充分認(rèn)識到只有實驗方法才能給科學(xué)以確定性。文藝復(fù)興時期的意大利科學(xué)家和藝術(shù)家達(dá)·芬奇也領(lǐng)會到觀察和實驗是科學(xué)認(rèn)識的重要方法。近代科學(xué)方法的真正形成是在17～18世紀(jì)，伽利略創(chuàng)立的實驗和數(shù)學(xué)相結(jié)合的科學(xué)研究方法是近代自然科學(xué)研究問題的一般程序和經(jīng)典方法。這種方法是在觀察實驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過邏輯推理和數(shù)學(xué)計算，對未知的自然現(xiàn)象提出假定性的說明和定量的描寫，然后再用實驗加以檢驗的方法。伽利略雖然強調(diào)實驗、經(jīng)驗和歸納，但又反對狹隘經(jīng)驗論，強調(diào)理智的作用，強調(diào)數(shù)學(xué)和演繹方法的重要性，主張運用理智把自然過程加以純化和簡化，并且把尋找自然界的數(shù)學(xué)關(guān)系作為研究的重要目標(biāo)。正是從數(shù)學(xué)演繹的觀點出發(fā)，伽利略非常重視對觀察、實驗的結(jié)果進行定量的計算和分析，這比起古希臘和中世紀(jì)的學(xué)者只注重定性研究是一大進步。伽利略的實驗—數(shù)學(xué)方法開創(chuàng)了近代自然科學(xué)研究中經(jīng)驗和理性相結(jié)合、定性和定量相結(jié)合的傳統(tǒng)，這對物理學(xué)乃至整個近代自然科學(xué)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，在科學(xué)方法的發(fā)展史上更具有重要的意義。落體定律對亞里士多德運動觀念的重大變革亞里士多德有一個著名的“落體運動法則”：落體的速度與重量成正比。據(jù)此理論，一個重10千克的物體，其下落速度一定是重1千克物體的10倍。這種看法在經(jīng)驗中確實可以找到證據(jù)，比如一根羽毛就比一塊石頭后落到地面，但是也不難找到反證，比如一個同樣大小的鐵球和木球從等高處下落，幾乎無法區(qū)分哪一個先到達(dá)地面。伽利略決定用實驗來反駁亞里士多德的理論。有人記載伽利略曾在意大利比薩斜塔上做過自由落體的實驗。結(jié)果兩個重量相差10倍的球同時落地，證明了亞里士多德的觀點是錯誤的。不過經(jīng)后世史學(xué)家考證，伽利略并沒有在比薩斜塔上做過落體實驗。盡管如此，伽利略還是根據(jù)小球沿斜面滾動的實驗證實了自己的猜想。他發(fā)現(xiàn)小球滾動的加速度與小球的重量無關(guān)，只與斜面的傾斜度有關(guān)。斜面的傾角達(dá)到90度時，物體就成了自由落體。從1602年開始，伽利略著手研究相關(guān)的運動問題。1604年，伽利略設(shè)計了斜面實驗，經(jīng)過多次努力，終于探清了在斜面上滾動的小球的運動情況，他所面臨的困難主要是沒有準(zhǔn)確的計時裝置，他先后用過脈搏、音樂節(jié)拍和水鐘。他先發(fā)現(xiàn)球滾過全程四分之一所花的時間，正是滾過全程所花時間的一半，最后更為精確地知道，在斜面上下落物體的下落距離同所用時間的平方成正比，這就是著名的落體定律。因此他的實驗明確的表明自由落體運動的速度與重量無關(guān)。這是對古希臘哲學(xué)家亞里士多德的運動觀念的重大變革。勻速運動與勻加速運動伽利略在研究自由落體運動時，首先遇到了概念上的困難，因當(dāng)時還沒有人對速度進行過定量和定義。伽利略雖然發(fā)現(xiàn)了落體定律，但卻錯誤地認(rèn)為速度與距離成正比，后來才認(rèn)識到速度與時間成正比。因此，對于伽利略來說，重要的是先對勻速運動和勻加速運動進行定量和定義。在《兩門新科學(xué)》中，這樣的概念終于以公理的形式被創(chuàng)造出來。勻速運動是指運動質(zhì)點在任何相等的時間間隔里經(jīng)過的距離皆相等，勻加速運動是指運動質(zhì)點在相等的時間間隔里獲得相等的速率增量。有了這兩個新概念，人們就能從斜面實驗中獲得更多的教益。小球從斜面上滾下后繼續(xù)沿著桌面滾動，此時斜度為零，重力的作用為零，不再有加速度，因此，球就會永遠(yuǎn)保持勻速運動。這意味著，外力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而只是改變物體運動狀態(tài)的原因，這是對亞里士多德運動觀念的重大變革。后來牛頓將之概括為運動第一、第二定律。地心說與日心說（1）地心說。中世紀(jì)時，基督教會宣揚的宇宙觀是宇宙是一個封閉的大盒子或大帳篷，天是盒（篷）蓋，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰懸掛在蓋上，此即所謂的“宇宙帳篷說”。后來，亞里士多德和托勒密所提出的希臘宇宙體系逐漸深入人心，托馬斯·阿奎那將亞里士多德理論融入基督教神學(xué)之后，地心理論即獲得了正統(tǒng)地位。地球居宇宙中心的思想被賦予了宗教意義，人類及其居住的地球被置于上帝的懷抱之中，沐浴著上帝的光輝，并被圣恩所籠罩。上帝位處宇宙的最外層，推動著宇宙的運行，注視著人類的一舉一動。托勒密的宇宙體系還被賦予一種人間的等級結(jié)構(gòu)，即天上高貴，地下卑賤，越往高處越進入神圣美妙的境地。但丁的《神曲》對這一等級宇宙體系作了詩意的描述，在《天堂篇》中，但丁在少女貝亞德的引領(lǐng)下依次上升到了月球天、水星天、金星天、太陽天、火星天、木星天、土星天、恒星天、水晶天（原動天），并在原動天那里窺見了上帝的景象，沉浸在至高無上的幸福之中。（2）日心說。隨著天文觀測技術(shù)的發(fā)展，地心說體系已是破綻百出。文藝復(fù)興時期已有許多進步思想家和天文學(xué)家對它表示懷疑。但真正打破該體系的是16世紀(jì)波蘭偉大的天文學(xué)家哥白尼。哥白尼發(fā)現(xiàn)托勒密的理論雖然可以給出同觀測資料相符合的數(shù)據(jù)，但他描述的天空圖景顯得復(fù)雜凌亂，毫無統(tǒng)一性和規(guī)律性。經(jīng)過多年悉心研究，哥白尼得出了地球不是宇宙中心的結(jié)論。他在1510年指出：太陽是宇宙的中心，地球和行星都圍繞著太陽運動，只有月亮才真正圍繞地球旋轉(zhuǎn)。以后哥白尼又根據(jù)親自獲得的20多項新的觀測事實和大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算結(jié)果，對上述結(jié)論作了許多修改和補充。1530年，終于圓滿地完成了日心說的建立工作。在1543年出版的《天體運動論》中，哥白尼向人們描述了他的宇宙圖景：太陽位于宇宙的中心，有五顆當(dāng)時已知的行星和地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)?！短祗w運行論》發(fā)表后，遭到了馬丁·路德的反對和責(zé)難，他把哥白尼叫做“想要把天文學(xué)這門學(xué)科弄顛倒”的蠢人。但并未引起羅馬教廷的注意。70年后的1616年被羅馬教廷列為禁書，300年后才解除禁令。牛頓牛頓（1642—1727）是著名的英國科學(xué)家，在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)等許多方面作出了卓越的貢獻(xiàn)。牛頓出生于英國的林肯郡，1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。三年后又獲得文學(xué)碩士學(xué)位。1669年，開始擔(dān)任三一學(xué)院的教授。牛頓最突出的貢獻(xiàn)是在力學(xué)方面，他在前人的研究基礎(chǔ)上，總結(jié)出了機械運動的三個基本定律，還發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，把地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一到一個基本的力學(xué)體系之中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系。這一力學(xué)體系正確地反映了宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，實現(xiàn)了自然科學(xué)的一次大綜合，是人類認(rèn)識自然界的一次大飛躍。在光學(xué)方面，牛頓也作出了巨大貢獻(xiàn)。他在1666年用三棱鏡分析日光時，發(fā)現(xiàn)了日光是由不同的顏色即不同波長的光構(gòu)成的，奠定了光譜分析的基礎(chǔ)，制作了牛頓色盤。他在1704年出版了《光學(xué)》一書，創(chuàng)立了光的“微粒說”。同時，他在熱學(xué)方面也有研究成果，確定了冷卻定律，這一定律表明：當(dāng)物體表面與周圍存在溫度差時，單位時間內(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫度差成正比。在數(shù)學(xué)方面，他與萊布尼茲幾乎同時創(chuàng)立了微積分學(xué)，同時，他還在前人研究基礎(chǔ)上，建立了二項式定理。在天文學(xué)領(lǐng)域，他在1671年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，初步考察了行星的運動規(guī)律；他還解釋了潮汐現(xiàn)象，并預(yù)言地球不是正球體，并由此說明了歲差現(xiàn)象。1687年，他發(fā)表了著名的《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》一書，用數(shù)學(xué)方式解釋了哥白尼的學(xué)說和天體運動的現(xiàn)象，闡明了機械運動三定律和萬有引力定律等。在哲學(xué)思想上，牛頓認(rèn)為時間、空間是客觀存在的，但同時也認(rèn)為時間和空間同運動的物質(zhì)是脫離的，相互之間沒有必然的聯(lián)系，進而提出了所謂的絕對時間和絕對空間的概念。牛頓曾經(jīng)長期擔(dān)任英國皇家學(xué)會會長，他還擔(dān)任過英國議會議員，被授予爵士稱號。1727年病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，這是一種極高的榮譽?！蹲匀徽軐W(xué)的數(shù)學(xué)原理》牛頓的主要研究成果集中在其不朽的名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中。這里所謂的“自然哲學(xué)”實際上就是指物理學(xué)。在古代，自然科學(xué)是以自然哲學(xué)的形式出現(xiàn)的。《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》全書分為兩大部分。第一部分包括：“定義和注釋”和“運動的基本定理或定律”。這部分雖然篇幅不大，卻極為重要。第二部分是這些基本定律的作用，包括三篇：第一篇是研究萬有引力的；第二篇討論介質(zhì)對物體運動的影響；第三篇是“論宇宙系統(tǒng)”。在該書的第一部分中，牛頓首先給力學(xué)的基本概念如質(zhì)量、動量、慣性、力及向心力下了定義，說明了絕對時間和絕對空間的含義。接著陳述了他總結(jié)和創(chuàng)立的運動三定律和矢量合成原理。牛頓對運動三定律的表述如下：運動第一定律（又稱慣性定律）：任何物體將保持它的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，直到外力作用迫使它改變這種狀態(tài)為止。運動第二定律：運動的變化與所施的力成正比，并沿力的作用方向發(fā)生。運動第三定律：每一個作用總是有一個相等的反作用和它對抗；或者說，兩物體彼此之間的相互作用永遠(yuǎn)相等，并且各自指向?qū)Ψ?。《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》以牛頓三大運動定律和萬有引力定律為基礎(chǔ)，建立了完美的力學(xué)理論體系，說明了當(dāng)時人們所能理解的一切力學(xué)現(xiàn)象，解決了行星運動、落體運動、微粒運動、聲音和波、潮汐以及地球的扁圓形狀等各種各樣的問題。在此后二百多年中，再也沒有人補充任何本質(zhì)上的東西。直到20世紀(jì)量子力學(xué)和相對論問世，才使力學(xué)擴大了范圍。天王星和海王星的發(fā)現(xiàn)18世紀(jì)以前，人們都以為土星就是太陽系的邊界。隨著觀測技術(shù)的進步，人類對太陽系的認(rèn)識有了突破。1781年，英國天文學(xué)家赫舍爾在用望遠(yuǎn)鏡觀察天空時，發(fā)現(xiàn)在土星之外的金牛座群星中有一顆既不像恒星又不是彗星的星星，后來英國天文學(xué)家麥斯克雷弄清楚了它是一顆前所未知的行星，新行星以希臘神話中的薩都恩神（土星以此命名）的父親、天神烏蘭納斯來命名新行星，中文譯為天王星。其后人們按照當(dāng)時的觀測編制了天王星的運行表。但到了1830年，人們發(fā)現(xiàn)它的實際運行情況與運行表所推算的數(shù)值存在著明顯的差別，根據(jù)萬有引力理論，這種“越軌”現(xiàn)象使天文學(xué)家們考慮到在它的附近可能有一顆未知的行星干擾著它的運動，根據(jù)萬有引力定律，人們可以從天王星的行為中推算出這顆未知行星的位置。1845年10月，英國劍橋大學(xué)學(xué)生亞當(dāng)斯首先得出了計算結(jié)果，但未被引起重視。1846年8月，法國天文學(xué)家勒維烈經(jīng)過自己的計算，公布了這顆未知行星的軌道參數(shù)。三個多星期后，德國天文學(xué)家加勒根據(jù)勒維烈計算的數(shù)據(jù)果真找到了這顆行星，這就是海王星。海王星的發(fā)現(xiàn)是牛頓力學(xué)在天文學(xué)運用上的偉大勝利，它標(biāo)志著天體力學(xué)已趨于成熟。經(jīng)典力學(xué)的歷史地位經(jīng)典力學(xué)作為近代力學(xué)革命的最終成果，它的建立在近代科學(xué)發(fā)展史上具有劃時代的意義。第一，為力學(xué)學(xué)科確定了基本概念和基本定律，使力學(xué)形成系統(tǒng)化和理論化的知識體系而達(dá)到成熟和完善，并帶動了其他學(xué)科的發(fā)展。第二，把天上和地上的運動統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了人類對自然界認(rèn)識的第一次大綜合。自古以來，天上和地上被看作各自遵從不同的力學(xué)運動規(guī)律的兩個世界，經(jīng)典力學(xué)打破了二者之間的界限，把萬有引力定律和牛頓運動三定律視為宇宙間一切機械運動的普遍規(guī)律，從力學(xué)上證明了自然界的統(tǒng)一性，從而把人類對整個自然界的認(rèn)識推進到一個新階段。第三，把人們對機械運動的認(rèn)識從運動學(xué)的水平提高到動力學(xué)的水平。經(jīng)典力學(xué)不僅描述了物體運動的圖景，而且揭示了運動的原因，使人們既了解物體怎樣運動，又能夠說明為什么這樣運動，這標(biāo)志著人類對自然界的認(rèn)識更深化了一步。第四，把對物體運動狀態(tài)的描述從變化的結(jié)果提高到對變化過程的認(rèn)識。經(jīng)典力學(xué)的困境在經(jīng)典力學(xué)體系中，時間和空間的量度是絕對不變的。正如牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中寫的：“絕對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關(guān)而且永遠(yuǎn)是相同的和不動的?！彪S著生產(chǎn)實踐，特別是科學(xué)實驗的發(fā)展，卻出現(xiàn)了一些由“絕對時空觀”解釋不了的實驗事實。比如，電磁波、光的傳播和快速的電子運動，等等，都不遵循牛頓的力學(xué)定律。為了檢驗以太存在的假說，1887年，美國物理學(xué)家邁克耳遜和莫雷，利用光的干涉效應(yīng)，觀察干涉條紋的移動，試圖探測地球相對于以太運動的速度，尋找以太絕對靜止坐標(biāo)系。雖然實驗本身達(dá)到了很高的精確度，但是并未觀察到干涉條紋的移動。這個實驗被許多人所重復(fù)，結(jié)果都相同。實驗的“零”結(jié)果否定了以太風(fēng)的存在，這就是以太的飄移實驗。很顯然，新的發(fā)現(xiàn)與古典理論發(fā)生了矛盾，迫使人們重新考慮、大膽懷疑絕對時空觀的正確性。新的實驗表明，牛頓力學(xué)的致命弱點，就是把時空和物質(zhì)運動割裂開來，忽視了它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，因而當(dāng)物體運動接近光速時，牛頓理論的終極真理性被否定了。這種狀況表明，一種新的更為普遍性的理論的產(chǎn)生已不可避免了。愛因斯坦艾伯特·愛因斯坦（1879—1955），美籍德國物理學(xué)家。1879年3月14日誕生在德國烏爾姆的一個猶太人家中。1894年舉家遷居意大利米蘭。1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世工業(yè)大學(xué)。1901年入瑞士國籍。1902年6月至1909年10月，在瑞士專利局任技術(shù)員。1909年10月，任蘇黎世大學(xué)理論物理學(xué)副教授；1911年3月，在布拉格任德意志大學(xué)理論物理學(xué)教授；1912年10月，任蘇黎世工業(yè)大學(xué)理論物理學(xué)教授；1914年4月，在柏林任德國威廉皇帝物理研究所所長兼柏林大學(xué)教授。1933年，因受納粹迫害，移居美國。1940年入美國國籍。1955年4月18日逝世。愛因斯坦被認(rèn)為是最富于創(chuàng)造力的科學(xué)家，他不但創(chuàng)立了相對論，還提出了光量子的概念，得出了光電效應(yīng)的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本質(zhì)，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。為此榮獲1921年度的諾貝爾物理學(xué)獎。同時，他還證明了熱的分子運動論，提出了測定分子大小的新方法。狹義相對論1905年6月，愛因斯坦完成題為《論運動媒質(zhì)的電動力學(xué)》的論文，提出了狹義相對論。此后，愛因斯坦又連續(xù)發(fā)表幾篇論文，建立起狹義相對論的全部框架。愛因斯坦的狹義相對論是建立在兩個基本假設(shè)基礎(chǔ)之上的。第一個假設(shè)是相對性原理，即物體運動狀態(tài)的改變與選擇任何一個參照系無關(guān)；第二個假設(shè)是光速不變原理，即對任何一個參照系而言，光速都是相同的。從兩個基本假設(shè)出發(fā)，愛因斯坦得出如下新的結(jié)論：（1）運動物體在運動方向上長度縮短。（2）運動著的時鐘要變慢。（3）任何物體的運動速度都不可能超過光速。（4）同時性是相對的，在一個慣性系中同時發(fā)生的事情，在另一個運動著的慣性系中測量便不是同時發(fā)生的。（5）如果物質(zhì)速度比光速小得多，相對論力學(xué)就變?yōu)榕ｎD力學(xué)，比起牛頓力學(xué)來，相對論力學(xué)具有更普遍的意義。（6）物體的能量等于物體的慣性質(zhì)量乘以光速的平方。愛因斯坦的狹義相對論，在我們的日常生活中是很難理解的，因為我們?nèi)粘＝佑|的都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速的運動，根本無法察覺到愛因斯坦相對論所描述的相對論效應(yīng)：長度變短、時鐘變慢。但如果接近光速的運動能變成現(xiàn)實的話，一個以這樣速度運動的人，在另一個靜止的觀察者看來就可能只是一條線。另外還會出現(xiàn)這樣的景象：一個人坐上光子火箭，以接近光速的高速度去作星際航行。一年后他回來了，發(fā)現(xiàn)兒子已經(jīng)是白發(fā)蒼蒼的老人，而自己還是那樣年輕。中國古代傳說中的“天上方一日，人間已一年”就可用相對論得到解釋。廣義相對論1915年，愛因斯坦完成了創(chuàng)立廣義相對論的工作，并于1916年寫成總結(jié)性論文《廣義相對論的基礎(chǔ)》。這篇論文的發(fā)表宣告了廣義相對論的誕生。廣義相對論實際上是關(guān)于空間、時間與萬有引力關(guān)系的理論，它指出空間、時間不可能離開物質(zhì)而獨立存在，空間的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布。狹義相對論已指出時間、空間是一個整體，即四維時空。廣義相對論進一步指出，物質(zhì)的存在會使四維時空發(fā)生彎曲，萬有引力并不是真正的力，而是時空彎曲的表現(xiàn)。如果物質(zhì)消失，時空就回到平直狀態(tài)。廣義相對論認(rèn)為，質(zhì)點在萬有引力作用下的運動，如地球上的自由落體、行星圍繞太陽的運動等，是彎曲時空中的自由運動——慣性運動。它們在時空中描出的曲線，雖然不是直線，卻是直線在彎曲時空中的推廣——短程線，即兩點之間的最短線。當(dāng)時空恢復(fù)平直時，短程線就成為通常的直線。可以打這樣一個比方來說明時空彎曲。假如四個人各拉緊床單的一個角，床單這個二維空間就是平的。放一個小玻璃球在上面，如果不去推它，它就會保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)不變（假設(shè)床單是足夠光滑的，微小的摩擦力忽略不計）。如果在床單中央放一個鉛球，床單就會凹下去，這個二維空間就彎曲了。這時，如果再放置一個小玻璃球，它就會滾向中央的大球。按照牛頓的觀點，這是由于大球用“萬有引力”吸引小球。按照愛因斯坦的觀點，則是由于大球的存在使空間彎曲了，并不存在什么“引力”，小球落向大球乃是彎曲空間中的自由（慣性）運動。當(dāng)然，上面這個比喻，說的只是“空間”彎曲，而廣義相對論說的則是四維“時空”的彎曲。太陽的存在使四維時空彎曲了。行星繞日運動，就是在彎曲時空中的慣性運動，行星軌道是四維時空中的短程線，根本就不存在什么萬有引力。廣義相對論指出，在引力場的區(qū)域，空間的性質(zhì)不再服從歐幾里德幾何，而是遵循非歐幾何，并得出結(jié)論：現(xiàn)實的物質(zhì)空間不是平直的歐幾里德空間，而是彎曲的黎曼空間（即三角形三個內(nèi)角之和大于180度、曲率為正的空間），它的彎曲度取決于物質(zhì)在空間的分布情況。物質(zhì)密度大的地方，引力場的強度也大，空間彎得也厲害，時間也要相應(yīng)地變慢。愛因斯坦為了證明廣義相對論思想的正確性，他作出了三個預(yù)言：第一，水星近日點的運動。自1859年發(fā)現(xiàn)水星近日點的運動以來，有每百年43秒的變動是用牛頓力學(xué)無法解釋的。曾有人懷疑這是由一顆未發(fā)現(xiàn)的星引起的，但天文觀測一直沒有發(fā)現(xiàn)這顆星。愛因斯坦廣義相對論，通過理論計算說明，太陽引力使空間彎曲，水星近日點的進動每百年就應(yīng)有43秒的剩余值。第二，光譜線的引力紅移，即在強引力場中，光譜應(yīng)向紅端移動。這一結(jié)論后來被天文觀測所證實。第三，引力場使光線偏轉(zhuǎn)。愛因斯坦預(yù)言，光線經(jīng)過太陽表面，將會發(fā)生秒的偏轉(zhuǎn)。1919年5月29日發(fā)生日全食，在英國天文學(xué)家愛丁頓的建議下，英國皇家學(xué)會組織了兩路觀測人馬，分赴巴西北部的索布拉爾和西非的普林西比島，拍攝了日全食時在太陽周圍看到的恒星照片。愛丁頓把這些照片和半年后的夜晚拍攝的天空同一位置的照片進行細(xì)致的對照，最終結(jié)論是，星光在太陽附近的確發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，并且數(shù)值與愛因斯坦的預(yù)言極為接近。這結(jié)果一公布，立即轟動了世界。人們開始把愛因斯坦與牛頓相提并論。普朗克和量子論的發(fā)展普朗克（1858—1947）是近代偉大的德國物理學(xué)家、量子論的奠基人。1858年4月23日生于基爾。1879年普朗克在慕尼黑大學(xué)獲得博士學(xué)位后，先后在慕尼黑大學(xué)和基爾大學(xué)任教。1900年，他在黑體輻射研究中引入能量量子。12月14日，在德國物理學(xué)會的例會上，普朗克作了《論正常光譜中的能量分布》的報告。在這個報告中，他激動地闡述了自己最驚人的發(fā)現(xiàn)。他說，為了從理論上得出正確的輻射公式，必須假定物質(zhì)輻射（或吸收）的能量不是連續(xù)地而是一份一份地進行的，只能取某個最小數(shù)值的整數(shù)倍。這個最小數(shù)值就叫能量子，輻射頻率是ν的能量的最小數(shù)值ε=hν。其中h，普朗克當(dāng)時把它叫做基本作用量子，現(xiàn)在叫做普朗克常數(shù)。由此，量子論創(chuàng)立。由于這一發(fā)現(xiàn)，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎。他一生發(fā)表了215篇研究論文和7部著作。在普朗克誕辰80周年的慶祝會上，人們“贈給”他一個小行星，并命名為“普朗克行星”。量子論不僅給光學(xué)，也給整個物理學(xué)提供了新的概念，故通常把它的誕生視為近代物理學(xué)的起點。第一個意識到量子概念的普遍意義并將其運用到其他問題上的科學(xué)家是愛因斯坦，他建立了光量子理論解釋光電效應(yīng)中出現(xiàn)的新現(xiàn)象。此外，玻爾、德布羅意等許多科學(xué)家也對量子論的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。量子論的發(fā)展經(jīng)歷了三個主要階段：古典量子論（普朗克、愛因斯坦、玻爾、索未菲、康普頓），量子力學(xué)（德布羅意、薛定諤、海森伯、約爾丹、玻恩）以及最新的相對論量子力學(xué)或量子場論。但是，否定量子論或?qū)λ幸蓡柕目茖W(xué)家也不少，即使是贊同量子論的科學(xué)家之間也有很大的爭論，如愛因斯坦和玻爾。盡管人們對量子理論的爭論一直沒有消除，但它在實踐中獲得的成就卻是令人吃驚的。用量子理論來研究金屬和寶石這些晶體，可以解釋很多現(xiàn)象，例如，為什么銀是電和熱的良導(dǎo)體卻不透光，金剛石不是電和熱的良導(dǎo)體卻透光？實際上，更為重要的是量子理論很好地解釋了處于導(dǎo)體和絕緣體之間的半導(dǎo)體的原理，為晶體管的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。而且量子論在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分美好?？茖W(xué)家認(rèn)為，量子力學(xué)理論將對電子工業(yè)產(chǎn)生重大影響，是物理學(xué)一個尚未開發(fā)而又具有廣闊前景的新領(lǐng)域。相對論—量子力學(xué)革命相對論—量子力學(xué)革命發(fā)生于19世紀(jì)末20世紀(jì)上半期，是在物理學(xué)許多新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上爆發(fā)的一場現(xiàn)代物理學(xué)革命。1905～1916年，愛因斯坦創(chuàng)立了相對論。1905年他發(fā)表了具有劃時代意義的論文《論動體的電動力學(xué)》，提出了不同于傳統(tǒng)觀念的時間、空間理論。他稱該理論為“相對性理論”，簡稱“相對論”，后來他又稱它為“狹義相對論”，并把它的發(fā)展形式叫做“廣義相對論”。狹義相對論的核心是空間和時間的統(tǒng)一性。相對論不僅引起了時空觀的革命，也帶來了整個