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而在人类科学史中，物理学无疑是最辉煌的那一篇章。
近代物理学作为物理学的重要组成部分，是每个想有作为的当代大学生都应了解的历史。
第一章发展中物理学
回顾一下十七世纪以来物理学的历史，令人感到，其中自始至终贯穿着一个根深蒂固的观点。
这就是这样一种认识世界的方法，首先要寻找这些要素，要阐明这些要素所服从的规则。
类似于这种想法，以下称之谓要素论。
当然，构成近代物理学基础的原子论无疑是最典型的要素论的自然观。
迄今几乎所有的物理学的理论体系都具有要素论的结构。
1.相对论
相对论是现代物理学的重要基石。
它的建立是20世纪自然科学最伟大的发现之一，对物理学、天文学乃至哲学思想都有深远的影响。
相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是电磁理论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各有关分支又一次综合的结果。
相对论经迈克耳逊、莫雷实验、洛伦兹及爱因斯坦等人发展而建立。
2.量子力学19世纪末的一系列重大发现，揭开了近代物理学的序幕。
1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量了概念，为量子理论奠定了基石。
随后爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子假说，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，为量子理论的发展打开了局面。
1913年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用了量子化概念，对氢光谱作出了满意的解释，使量子论取得了初步的胜利。
之后经过玻尔、索末菲海森堡、薛定谔、狄拉克等人开创性的工作，终于在1925年-1928年开成了完整的量子力学理论。
3.原子核及基本粒子
原子核物理学起源于放射性的研究，是19世纪末兴起的崭新课题。
1932年对于从原子核到基本粒子这一研究方向来讲，是具有特别重要意义的一年。
在1932年，由于安德森（C.D.Anderson，1905年）发现了正电子。
从那个时候起，又经历了1934年费米（E.Fermi，1901-1954年）β蜕变的理论、1935年汤川秀树（1907年）的介子理论，方才形成了以基本粒子的相互转变为中心问题的基本粒子理论。
而成为上述理论研究基础的量子场论是海森堡及泡利在1929年建立的。
原子核物理学是卢瑟福在1919年发现用放射性物质放出的α射线轰击氮原子核后获得氢原子核及氧原子核作为前兆而开始的。
但是，真正的发展应该讲是从有一系列重要发现的1932年开始的。
这一年，科克洛夫特（J.S.Cockcroft，1899-1976年）同沃尔顿（E.T.S.Walton，1903年）用70万伏的高电压加速质子撞击锂核，成功地实现了第一次人工的原子核转化。
还是在1932年，查德威克发现了中子，明确了原子核的构成要素，海森堡立即开展了由质子同中子组成的原子核模型的理论研究。
在前一年的1931年，劳伦斯（E.O.Lawrence，1901-1958年）发明了回旋加速器。
在1934年，约里奥.居里夫妇（Frederic，1900-1958年；
Irene，1897-1956年）发现了人工放射性。
作为刚开始的核反应研究的成果之一，是哈恩，迈特纳（L.Meitner，1878年）以及史脱拉斯曼（F.Strassmann，1902年）在1938年末所发现的铀核裂变。
当时的这一发现，由于受到第二次世界大战前夕那种紧张形势的影响，立即促使人们花了很大力量来从事开发原子能的研究。
自从P居里测量了镭的热值时起，人们都普遍认识都原子核中蕴藏着极大的能量。
人们尽管害怕可能出现原子弹，却开始了制造原子弹发研究工作。
经过努力，在1942年12月研制了第一台原子炉，并在1945年7月制造成功了原子弹。
第二次世界大战以后，当然核物理学作为国家最重要的科学耗费了巨额的资金，并一举成了所谓的重大科研项目之一。
4.固体物理学
20世纪初，固体物理学就开始深入到微观领域，人们开始利用微观规律来计算实验观测量。
量子力学首先应用于简谐振子及简单的原子上，并显示了其正确性，其次又在化学键的问题上取得了效果。
海特勒（W.Heitler，1904年）同伦敦（F.London，1900-1954年）在1927年把量子力学应用于由两个氢原子所组成的系统，成功地说明了氢键的问题，并导入了“交换力”的概念，如此，在建立量子论的化学键理论基础的同时，在第二年的1928年，交换力的概念在铁磁性的理论上也获得了成功。
海森堡根据电子的相互交换作用，澄清了韦斯以来没有弄清楚的分子场产生的原因。
在1928年，布洛哈（F.Bloch，1905年）用量子力学论述了晶体晶格内电子的运动，奠定了能带理论的基础。
20世纪20年代后固体物理学作为一门学科在物理学领域中诞生了。
5.物理学与技术
从上述情况开始发展的固体物理学，成了第二次世界大战后各种技术革新的基础。
特别是在1948年发明的晶体管，它使电子的面貌焕然一新，这也纯粹是固体物理学研究的产物。
此外，诸如铁氧体、量子放大器、莱塞（激光）等对于当今电子学所不可缺少的要素也都是物质结构学发展的产物。
当然，如果没有以高分子科学为支柱的许多基础科学的成果，与电子学并驾齐驱、支撑着现代技术革新的合成化学工业也是不可能出现的。
但是，综合起来说，这些研究广义地讲应属于物质结构学的范围。
以上所讲的是物理学的发展为新技术提供了基础，当然，与此相反的关系也完全存在。
假如不采用电子技术的各式各样的机器，今天的物理学，甚至整个科学研究都可能连一天也存在不下去。
同时还应注意到，由于对技术进步的不断要求，作为这些技术基础的物理学的研究也正在日益加强。
因而，世界各国在物理学上有关教育以及对研究成果的奖励方面的费用支出也增加了。
可以说，没有上述各方面的条件，就不可能存在今天这种大规模、多方面的物理学研究。
6.物理学的未来
但是，在物理学历史上象这样普遍认为基本的定律都已被找到了，而研究要走向常规化的情况并非第一次碰到。
而实际上对基本粒子的研究是以寻找超出量子力学范围的新的规律性作为目标。
同时，对于宇宙的构成和天体的各种现象直至有关生命现象的物理学研究还只是刚刚开始。
期待今后会有真正的发展。
今后所期待出现的物理学的变革，或许会要征服指导立刻迄今物理学的基本观点的要素论本身。
现在，有关要素论的自然探讨已经涉及到生物的构造和功能。
也有不少物理学家预见，今后的物理学中最有兴趣的领域一定是生物物理学。
同时，在另一方面，分解生命体的所有成分，然后将这些成分组合起来形成一个整体，靠这种物理学的方法来求得要素这件事果真有可能吗或者是否有意义，医学界及生物学方面的一部分人对此提出了十分深刻的问题。
第二章近代物理学的序幕
19世纪末，物理学已经有了相当的发展。
物理学主要的分支：
力学、热学和分子运动论、电磁学以及光学都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得了巨大成果。
然而，正在这个时候，从实验上陆续发现了一系列重大的发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了近代物理学革命的序幕。
从伦琴发现X射线的1895年开始到1905年爱因斯坦发表三篇著名论文为止，就有十几项重大发现，这一系列的发现集中在世纪之交的年代里不是偶然的而是生产和技术发展的必然产物。
同时随着科研方法的改进，更是加速了物理学的发展。
1.电子的发现
电子的发现起源于对阴极射线的研究。
1858年德国物理学家普吕克尔在观察放电管中的放电现象时发现正对阴极管壁发出绿色的荧光。
1876年，另一位德国物理学家哥尔茨坦认为这是从阴极发出的某种射线，并命名为阴极射线。
英国物理学家克鲁克斯以及舒斯特根据各自的实验及解释都认为阴极射线是由粒子组成的。
从1890年起，英国剑桥大学卡文迪许实验室主任J.J.汤姆生就带领自己的学生研究阴极射线，他将定性研究和定量研究相结合，认为阴极射线是带电微粒子。
⒈定性研究。
J.J.汤姆生将佩兰实验作了一些改进。
他把联到静电计的电磁接受器（法拉第圆桶）安装在真空管的一侧（可参见＜物理学史＞p184），平时没有电荷进入接受器，用磁场使射线偏折。
当磁场达到某一值时，接受器接受到的电荷猛增，说明电荷确实来自阴极射线。
同时J.J.汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转实验，他进一步提高了真空度，并且减小极间电压，以防止气体电离，终于获得了稳定的静电偏转。
⒉定量研究。
J.J.汤姆生用不同方法测出阴极射线的荷质比。
一种方法是用静电场偏转管在管子两侧各加一通电线圈以产生垂直于电场方向的磁场，然后根据电场和磁场分别造成的偏转，计算出阴极射线的荷质比e/m，另一种方法是测量阴极的温升。
因为阴极射线撞击到阳极，会引起阳极的温度升高。
J.J.汤姆生把热电偶接到阳极，测量它的温度变化，根据温升和阳极的热容量可以计算粒子的动能，再从阴极射线在磁场中偏转的曲率半径，推算出阴极射线的荷质比与速度，两种不同的方法得到的结果相近，荷质比都是e/m=10库仑/千克。
⒊普遍性证明。
J.J.汤姆生还用不同的材料作为阴极和不同气体做实验，结果荷质比也都是同一数量级。
证明各种条件下得到的都是同样的带电粒子流，与电极材料无关，与气体成分也无关。
1897年4月30日，J.J.汤姆生以《论阴极射线》为题发表论文。
1899年，J.J.汤姆生采用了斯坦尼于1891年时提出“电子”一词来表示他的“载荷子”电子的发现，打破了“原子是物质结构的最小单元”的观念，揭示了电的本质，汤姆生也因此被誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的科学家”。
2.X射线的研究
19世纪末，阴极射线研究是物理学的热门课题。
在德国的维尔茨堡大学，伦琴教授也对这个问题感兴趣。
1895年11月8日，他在一次偶然实验中，突然发现在不超过一米远的小桌上有一块亚铂钡做成的荧光屏发出闪光。
他很奇怪就移远荧光屏继续试验。
只见荧光屏的闪光，仍随放电过程的节拍断续出现。
他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。
有的挡不偏偏住，有的起阻挡作用。
显然从放电管发出了一种穿透能力很强的射线。
为了确证这一新射线的存在，伦琴用了6个星期深入研究这一现象。
1895年底，他以通信的方式将这一以现公之于众。
由于这一射线有强大的穿透力，能够透过人体显示骨骼和薄属中的缺陷，在医疗和金属检测上有重大的应用价值，因此引起了人们极大的兴趣。
伦琴在他的论文中把这一新射线称为X射线。
3.放射性的发现
对阴极射线研究引起了放射性物质的发现。
法国物理学家亨利·
贝克勒尔开始考虑荧光与X射线是否同时产生，产生的机制是否相同。
贝克勒尔在实验上排除了由于太阳光线的热从磷光物质会发射一种辐射，能贯穿对光不透明的纸面使银盐还原。
贝克勒尔这一发现，说明原来以为荧光（和磷光）与X射线属于同一机理的设想不符合实际并继续进行各种实验，他还发现纯金属比铀化合物强好多倍，铀盐的这种辐射不仅能使底片感光，还能使气体电离变成导体，只要有铀这种元素存在，就会自发产生贯穿辐射。
1896年5月18日，贝克勒尔与在法国科学院的例会上再次做了报告，以后将这种辐射称为贝壳勒尔射线。
贝克勒尔发现放射性为后来居里夫妇、卢瑟福等对放射性研究发展开辟了道路。
第三章
相对论的建立
相对论的研究起源于“以太漂移”的探索以及光行差的观测。
在古希腊时代，亚里士多德认为天体间一定充满有某种媒质。
笛卡儿1644年发表的《哲学原理》中就引用了以太的观念。
他认为“虚空”是不可能存在的，整个宇宙充满着一种特殊的易动的物体——以太。
由于太阳周围以太出现旋涡，才造成行星围绕太阳的运动。
1678年惠更斯把光振动类比于声振动，看成是以太中的弹性脉冲，光是一种以态波。
但是后来牛顿就认为不需要以太，他主张超距作用，于是光的微粒说占了上风，以太理论受到压抑。
1800年以后，由于波动说成功地解释了干涉、衍射和偏振等现象，以太学说重新抬头。
在波动说的支持者看来，光既然是一种波，就一定要有一种载体，这就是以太。
他们把以太看成是无所不在，绝对静止，极其稀薄的刚性“物质”。
1725——1728年，英国天文学家布拉德雷在对恒星研究的基础上，发现了光行差的现象。
19世纪初法国著名物理学家阿拉果从牛顿力学速度叠加原理出发，认为如果发光体和观测者的运动速度不同，光速应有差别，即经典的速度叠加原理不适用于光的传播。
利用光的粒子理论，很容易解释光行差现象。
光行差现象恰好如同雨滴垂直落下时，以速度V行进的汽车上的观察者所看到雨滴倾斜情形一样。
利用光的波动理论，若假定以太完全不被地球所拖曳，也同样可以解释光行差现象。
若以太完全被运动的地球所拖曳，以太相对地球为静止，也就不出现光行差，望远镜自然不必倾斜。
狭义相对论建立之后，爱因斯坦并没有止步，从1907年到1916年的九年时间，爱因斯坦先后发表了好几篇论文，使广义相对论逐步完备。
1916年，爱因斯坦发表了《广义相对论的基础》，对广义相对论的研究作了全面的总结。
在论文中，爱因斯坦证明了牛顿理论可以作为相对论引力理论的第一级近似，并且组给出了谱线红移、光线弯曲、行星轨道近日点进动的理论预言。
第四章量子力学的发展
1.黑体辐射的研究
热辐射是19世纪发展起来的一门新学科，它的研究得到了热力学和光谱学的支持，同时用到了电磁学和光学的新兴技术，而对热辐射的研究导致了量子论的诞生。
1859年，基尔霍夫证明物体热辐射的发射本领e（,T）和吸收本领a（,T）的比值都相等，并提出了黑体辐射的概念。
根据基尔霍夫理论，只要知道黑体的辐出度以及物体的吸收比，就能了解一般物体的热辐射性质，因此，以实验和理论上确定黑体的单色辐出度就是研究热辐射问题的中心任务。
1879年，斯特潘根据实验总结出黑体辐射总能量与黑体温度四次方成正比的关系：
。
1884年这一关系得到斯特潘的学生波尔兹曼从电磁理论和热力学理论的证明。
1893年，维恩也根据实验提出辐射能量分布定律?
这就是维恩分布定律，其中?
表示能量随波长分布的函数，也叫能量密度，T表示绝对温度，a,b为两个任意常数，并由此可以得到经验式子，b为某一常数，这一结果称为维恩的位移定律。
这些定律都反映出热辐射能量随着温度的升高而迅速增加，而且热辐射的最大波长，还随着温度的增加而向短波方向移动。
1900年12月4日普朗克德国物理学会宣读了一篇题为《关于正常光谱的能量分布定律》的论文，该日就视为量力论的诞生日。
量子化提出具有重大的意义。
量子概念是为克服经典物理学在对黑体辐射解释上等困难而提出来的，是人类认识自然的又一重大飞跃。
3.玻尔理论
电子的发现证明存在着比原子更小的粒子。
在发生放射性蜕变时放射性物质发射出电子，阴极射线是由阴极发射出来的电子，光电效应中也会放出电子，因此电子是构成原子的一部分，原子应当是由电子和某种带正电荷的东西所组成。
因此原子的模型如何成为20世纪初研究的热点。
1912年玻尔在曼彻斯特大学卢瑟福的实验室里工作，其时正值卢瑟福发表有核原子理论并组织大家对这一理论进行检验。
玻尔坚信有核原子模型是符合客观事实的。
认为要解决原子的稳定性问题，唯有靠原子假说，必须对经典概念进行一番彻底改造。
1914年，也就是玻尔的原子理论发表的第二年，虽然量子论的观念还在争论当中，夫兰克和G．赫兹以能量分立的指导思想，进行电子与原子的碰撞实验。
他们利用慢电子与稀薄水银蒸气碰撞方法，来确定银原子的激发电位或电离电位。
从而证实原子只能处在一定的分立能量状态当中。
由此在实验上突破了“自然无飞跃”能量连续性的经典物理观点。
这个实验成为玻尔原子理论的一个重要证据之一，极大地推动了原子物理学的发展。
玻尔的理论不仅能成功地说明氢原子的光谱，对类氢离子的光谱也能很好地说明，从而建立了能基本用于原子现象的定态跃迁原子模型。
4.量子力学的建立
玻尔的量子理论尽量取得了不少令人惊奇的成果，但也遇到严重困难，需要重新认识电子的行为，建立新的概念，对玻尔理论作进一步改造。
1924年泡利（W.Pauli）提出不相容原理。
这个原理促使乌伦贝克（G.E.Uhlenbeck）和高斯密特（S.A.Goudsmit）在1925年提出电子自旋的设想，从而使长期得不到解释的光谱精细结构、反常塞曼效应和斯特恩—盖拉赫实验等难题迎刃而解。
正好在这个时候，海森伯创立了阵矩力学，使量子理论登上了一个新的台阶。
1923年德布罗意提出物质波假设，导致了薛定谔在1926年以波动方程的形式建立了新的量子理论。
不久薛定谔证明，这两种量子理论是完全等价的，只不过形式不同罢了。
1928年狄拉克提出电子的相对论性运动方程——狄拉克方程，奠定了相对论性量子力学的基础。
他把量子论和相对论结合在一起，很自然地解释了电子自旋和电子磁矩的存在，并预言了正负电子对的湮没与产生。
1933年狄拉克还提出量子力学的第三种表达方式，这就是后来由费因曼发展的路径积分量子化形式。
费因曼用这种量子理论研究电子和光子的相互作用，为量子电动学的发展打开了了新局面。
量子论和相对论是现代物理学的两大基石。
如果说相对论给我们提供了新的时空观，就可以说量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。
量子力学揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。
第五章中国物理学者对近代物理学的研究
在中国，系统得物理学从19世纪末20世纪初开始。
明末至清季近代物理学知识在中国的传播，中国的封建教育体系逐步走向近代教育体系，物理学研究机构和学术团体也相继建立。
这三方面的因素为近代物理学在中国的肇始与发展打下了初步基础。
1.出国留学
中国学者出国留学可追溯到，在19世纪中叶，清朝赴欧留学得就达一百多人。
清朝洋务活动的“求强”、“求富”过程中，为训练新式陆海军和创办近代军事工业和民安企业，曾陆续派出许多学生到各国求学。
但主要是学习语言、驾驶、架线、电工、炮术、造船、铸造、采矿、机织等实用技术和军事技术，当时不可能也没有眼光派学生去学习数理化基础学科。
2.物理学教育的发展
在1895年和1897年分别创办了天津西学堂和上海南洋公学。
包括在此之前创办的京师文馆、福建船政学堂、上海机器学堂在内，它们都是中国近代教育机关的肇始。
戊戌变法运动之后，清政府被迫实施新政、兴办学堂，科学知识才正式列为课程。
1903年，清政府规定在小学设理化课，高等学堂分政艺两科，艺科中有力学、物性、声学、热学、光学、电学和磁学等物理内容。
辛亥革命后，，北京、南京、武昌、广州等高等师范学堂先后设立数理化部。
1920年前后，南京高等师范学校和北京大学首先建起物理实验室。
从此改变了学习物理学只读课本不作实验的教学状态。
1898年创办的京师在大学堂，于1902年在格致科下设天文、地质、高等算学、化学、物理学、动植物学六目。
1912年，私立金陵大学设物理系。
1918年北京大学改物理门为物理系，这些是中国大学设立物理系的肇始。
随后，1919年私立大同大学。
1924年北京师范大学，1925年清华大学、燕京大学，1926年四川大学，1927年中山大学，1928年浙江大学、武汉大学，1930年及以后山东大学、安徽大学等等先后设立数理系或理化系或物理系
30年代中，清华大学物理系开设的物理学理论和实验课程有37门，还建立了普通物理、热学、光学、电学和近代物理5个实验室。
不仅如此，物理学工作者逐渐根据自己教学积累的经验。
用中文编写了物理学教材，改变了长期来使用外文教科书的局面。
如叶企孙编写的《初等物理实验》，萨本栋编著的《普通物理学》和《普通物理实验》，严济慈与李晓方合编《理论力学》等等。
抗日战争期间，战区学校辗转内迁，虽十分艰苦，仪器设备与图书均大量散失，但仍努力坚持教学。
如北京大学、清华大学和南开大学迁到昆明组成西南联合大学。
师生们在极度困难条件下坚持教学、开展学术活动，此期间培育出的学生中，如西南联大的杨振宇、李政道、黄昆、朱光亚、林家翘等，后来都成为优秀物理学家。
3.研究机构的建立
我国20年代后期开始逐渐地建立起专门的物理学研究机构。
1928年3月在上海成立国立理化实业研究所，同年6月中央研究院创立，同年11月理化实业研究所之一部分改名为物理学研究所，隶属中央研究院，由丁燮林任所长。
该所在丁燮林领导下，先后还是建立了南京紫金山地磁台、物性、x射线、光谱、无线电、标准检验、磁学等实验室及金木工场。
1929年9月在北平建立了北平研究院，副院长李书华创办了该院物理研究所，由严济慈任所长，开展了光谱、感光材料、水晶压电现象、水晶侵蚀图像、重力加速度、经纬度测量与物理探矿等研究工作。
尤以应用光学、应用地球物理方面成绩卓著。
20世纪20年代末，国家批准有条件大学设立研究部，在教学同时开展科学研究。
清华大学于1929年成立研究院，招收研究生，开展科学研究，试办物理研究所。
1935年该物理所扩展为理科研究所，所下按学科设研究部，物理学部由物理系负责。
在短期内建立了x射线、无线电、光学、磁学等研究室。
以后陆续设立研究部的学校有燕京大学、北京大学、中央大学、武汉大学、北京大学、南开大学、金陵大学等学校。
抗日战争期间，由北京大学、清华大学和南开大学组成的西南联合大学继续开辟科研工作。
1939年，清华大学在原有的金属研究室、无线电研究室的基础上，还新办了5个特种研究所，由叶企孙任特种研究所委员会主任委员。
其中有无线电研究所（所长任之恭），金属研究所（所长吴有训）。
据教育部调查统计，直至1935年初，我国主要研究机构有142个，属自然科学的34个。
4.国外物理学家对我国近代物理学发展的作用
（1）国外物理学家对我国物理学者得培养与帮助。
我国许多物理学家都得到了国外著名物理学者的培养，特别是我国中期的物理学者。
如第一位物理学博士李复几1907年师从德国光谱学家凯瑟尔的指导；
浙江籍物理学家何育杰，1903年，在曼彻斯特师从舒斯特，后又得到卢瑟福的指导。
赵忠尧师从密立根等等。
从他们那里，我国物理学者不仅学到了最新知识，而且学到了科研方法，促进了我国物理学的发展。
（2）国外物理学家来华讲学极大地促进了我国物理学的发展。
1921年蔡元培和夏元瑮访问爱因斯坦，并邀请他来中国讲学，爱因斯坦很乐意。
1922年11月爱因斯坦经上海去日本向学讲学，原计划在北大讲学两周，但因种种原因未能成行。
尽管如此，在国内还是掀起了相对论的狂潮。
1937年5月31日至6月4日，玻尔来华进行了讲学。
在北平作了三次讲演：
《原子核Ⅰ》（北京大学二院大讲堂）；
《原子核Ⅱ》（清华大学科学馆）；
《物理中的因果律》（北京大学二院大讲堂）。
在浙江大学也进行了讲学。
5.我国物理学者在近代物理学中的主要贡献
吴有训在美国研究Compton效应著称
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