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子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。” ——《论语》
物理学史结课论文
-——物理在现代科技中的应用
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乐民之乐者，民亦乐其乐；忧民之忧者，民亦忧其忧。——《孟子》
摘要: 从物理在人们生活周边，到学科应用、能源开发，乃至军事战
争等几个方面论述了物理在现代科技中的广泛应用,并且物理今后在
现代科技中的应用将会越来越广泛，作用也将越来越大。
关键词：生活 学科 能源
正文：
当今物理学已经发展成为研究宇宙间物质的基本组元及其基本
相互作用和基本运动规律的学科。 物理学的学科性质决定了它是整个
自然科学的基础。物理学的基本概念、基本理论、基本实验手段和研
究、测试方法， 已经成为并将继续成为自然科学的各个学科（诸如宇
宙学、天文学、地学、化学、生物学、医学等）的重要概念、理论的
基础和实验、研究方法，从而推动各个学科深入而迅速地发展。物理
学向自然科学各个学科的广泛渗透和移植， 促使一系列交叉学科、边
缘学科不断涌现。而正是这些交叉学科、边缘学科，有可能成为未来
学科中最有希望、取得成果最多的领域。
宇宙学就是在物理学一系列研究成果的基础上而获得了迅速发
展。作为宇宙学理论基础的热大爆炸理论，就是依赖于广义相对论以
及粒子物理学的飞速发展和射电望远镜等天文观察手段的提高而诞
一。然而，该理论还存在着很多不完备性和局限性，尤其关于宇宙的
起源问题仍然没有得到最终的回答。对此朱洪元教授曾指出： “高能
物理的研究成果将对甚早期宇宙的演化的理解起推进作用” 。可以相 : .
海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。——林则徐
信,随着物理学尤其是高能物理研究的不断深入发展，宇宙的起源和
演化过程将逐步被认识、理解，宇宙学将被推进到一个崭新的阶段。
学的影响而产生的一门交叉学科， 正是由于对电磁波传播机制的研究
而发现了大气电离层,对宇宙线的研究而发现了地球内辐射带并从而
导致太阳风的发现； 而对洋底岩石磁性的研究， 则是确定板块构造学
说——这一地球科学的革命性进展— -的关键因素 .地球科学所需要的
实验测量技术也在很大程度上依赖于现代物理学。近年来，电子自旋
共振、质子激发荧光分析技术和氡测量技术等核分析技术的研究对地
质学正在产生越来越重要的影响。高压物理研究则对解决深部地质问
题具有重要意义 .随着地质学研究范围的扩大和核探测技术的不断提
高,地质学的发展与核物理学的关系将日益密切。地质科学的前沿与
尖端技术融为一体， 它们所开辟的科研领域和所达到的知识深度已超
过了以往任何时代。 现代地质学将沿纵向和横向交叉的方向发展， 核
物理与地质学的衔接日益紧密， 它们的交叉点将可能成为学科或新方
向的生长点 .
物理学与化学之间的关系也愈来愈密切 .物理学发展中出现的理
论工具和实验方法 ,使化学科学得以如虎添翼般的飞速发展。传统的
物理化学就是着重应用物理理论和实验方法去处理化学问题而形成
的一门化学分支学科， 并已成为化学科学的理论核心之一。 化学物理
是由物理学与化学之间的密切结合而产生的一门正在蓬勃发展中的
交叉学科,它以化学和物理学的新成就及近代实验方法来研究原子、 : .
乐民之乐者，民亦乐其乐；忧民之忧者，民亦忧其忧。——《孟子》
分子及其聚集态的结构、性质和变化规律。物理分析方法(如光谱、
色谱和快速流动等)的发展，使得对化学反应过程的跟踪成为可能，
从而使化学动力学发展到基元反应研究的重要阶段。 基元反应研究的
进一步深入，产生了非平衡化学反应过程的新领域， 并进而使化学动
力学深入到态—态反应的程度。 而态—态反应的研究，无论在理论上
和实验方法上，都使化学动力学与物理学中的碰撞动力学融为一体。
表面科学包含在一些最重要和令人迷惑的化学过程之中,多相催化包
含着表面和发生在其上的化学反应之间的深奥的相互作用。 为此人们
调动了几乎所有的现代物理学的理论方案和实验手段来进行研究， 诸
如表面电子能谱、扫描电镜、原子力电镜、Ｘ射线衍射、同步辐射、
傅里叶变换光谱和分子束 -—表面散射等最现代化的实验装置、仪器
和技术 .１９８５至１９９４年的１０项诺贝尔化学奖 ,其中就有４项
与物理学密切交叉。可以相信，与物理学的进一步密切结合，将会更
加促进化学的迅速发展。
物理学对生物学、生命科学发展的影响更是重大而深远的。２０
世纪５０年代以来， 随着物理学的发展及取得的辉煌成就， 使生物学
的研究从现象的描述进入了现代生命科学的新阶段 ,物理学参与和渗
入生命科学的研究已成大势所趋。 物理学对生命科学的巨大贡献， 首
先是为生命科学提供了现代化的实验手段。 例如， 正是利用Ｘ射线衍
射技术而促成了人们对ＤＮＡ双螺旋结构主体模型的认识， 开创了分
子生物学的新时代。其次， 物理学为生命科学提供了概念、理论和方
法。物理学和信息科学处理宏观体系的理论（如热力学、统计力学、 : .
百学须先立志。——朱熹
耗散结构理论、信息论、控制论等），使人们可以从系统的宏观角度
研究生物体系的物质、 能量和信息转换的关系；物理学的微观理论（如
分子和原子物理、量子力学、粒子物理等）及有关结构分析技术，使
人们可以从微观角度研究生物大分子和分子聚集体(膜、细胞、组织
等）的结构、运动与功能。非线性理论、混沌理论则为脑科学的研究
提供了理论指导，并预示了新的更伟大的科学革命—-智能革命的到
来。而生物物理学的创立， 则是人类用物理学知识去揭示生命之谜的
一个极其重要的里程碑，它为生命科学,为生物工程展现出一个无限
美好的前景。一些有远见的科学家预言 ,２１世纪将是生命科学的世
纪。物理学家将与生物学家等携手并进、一起共同开创和迎接新的生
命科学的世纪。
科技发展史表明，物理学与技术的关系变得愈来愈密切。如果说发生
于１８世纪６０年代的以蒸汽机的应用为主要标志的第一次技术革
命，开始了物理学（主要是力学、热学）与技术的互相影响的话，那
么， 开始于１９世纪７０年代的以电力技术的广泛应用为重要标志的
第二次技术革命，则是以物理学的发展（主要是电磁理论 )为重要基
础的 .而发生于２０世纪５０年代的第三次技术革命（或称第三次浪
潮），则是以２０世纪初的物理学革命为先导，物理学开始全方位渗
透到技术领域，成为推动技术进步的主导力量、主要源泉。物理学的
研究成果直接导致了一系列新技术的产生 ,物理学的研究方法和手段
也越来越普遍地转变为技术的方法和手段， 而且转变的时间间隔愈来
愈短。物理学革命导致现代科学的分化和综合的同时 ,也引起了技术 : .
百川东到海，何时复西归?少壮不努力，老大徒伤悲。——汉乐府
领域的分化和综合， 从而形成了目前正蓬勃发展的新高技术群： 材料
技术、信息技术、能源技术、生物技术、空间技术和海洋技术等。新
高技术群是科学理论与技术的高度密集和综合应用,在其今后的发展
中，物理学的先导和基础作用将更加显著和重要。未来技术的进步，
将更极大地依赖于物理学以及与物理学有关的边缘学科和交叉学科
的进展。
材料、能源和信息技术是人类社会现代文明的三大支柱。科技发
展史表明，每一项重大的技术新发明、新发现，往往都有赖于新材料
的发展。因此，新材料被称为“发明之母”和“产品粮食。而被称
为近代材料科学技术的三大支柱的电子显微学、 电子理论和晶体缺陷
理论，对了解材料的微观结构及变化规律发挥了重要作用，为一系列
新材料的研制提供了启示和指导 .而电子显微学的发展正是建立在物
理学的理论基础之上的。电子理论和晶体缺陷理论， 实际就是凝聚态
物理学的一部分。凝聚态物理的主要任务就是研究凝聚态物质的宏观
性质和微观结构以及宏、微观间的联系 ,从而为按指定性能创制新材
料的“分子设计”或“分子工程 提供科学途径和理论指导。例如，
对无损耗输电、 大型强磁体、 高速计算机和高灵敏度、 高精度测电压、
磁场的高Ｔｃ超导材料的研究， 以及对被誉为 “２１世纪最有前途的
材料”—纳米固体材料的研究和对可能带来一场电子工业革命的微结
构器件的研究等， 都是当前凝聚态物理学中最活跃的前沿课题。 因此
材料科学技术将随着物理学的发展而获得迅速发展， 从而为未来２１
世纪的科学技术的发展乃至整个人类社会文明进步奠定基础。 : .
古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。——苏轼
能源是人类社会活动的物质基础 .当前，在人们正在开发的各种能
源中，最理想、 最有前途的新能源当属裂变核能和聚变核能。尤其是
聚变能，是一种取之不尽，用之不竭 (燃料从海水中提取 )的最干净、
最完整、最经济的理想能源， 它没有如裂变堆那样产生大量放射性废