物理学类专业英语基础课程.docx

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物理学类专业英语基础课程

Introduction

Physicsisanaturalsciencethatinvolvesthestudyofmatteranditsmotionthroughspacetime（时空）,aswellasallapplicableconcepts,suchasenergyandforce.Morebroadly,itisthegeneralanalysisofnature,conductedinordertounderstandhowtheworldanduniversebehave.

Physicsisoneoftheoldestacademicdisciplines（学科）,perhapstheoldestthroughitsinclusionofastronomy.Overthelasttwomillennia（一千年）,physicshadbeenconsideredsynonymouswithphilosophy,chemistry,andcertainbranchesofmathematicsandbiology,butduringtheScientificRevolutioninthe16thcentury,itemerged（显现）tobecomeauniquemodernscienceinitsownright.However,insomesubjectareassuchasinmathematicalphysicsandquantumchemistry,theboundariesofphysicsremaindifficulttodistinguish.

Physicsisbothsignificantandinfluential,inpartbecauseadvancesinitsunderstandinghaveoftentranslatedintonewtechnologies,butalsobecausenewideasinphysicsoftenresonate（共鸣）withothersciences,mathematics,andphilosophy.Forexample,advancesintheunderstandingofelectromagnetism（电磁学）ornuclearphysicsleddirectlytothedevelopmentofnewproductswhichhavedramaticallytransformedmodern-daysociety（e.g.,television,computers,domesticappliances,andnuclearweapons）;advancesinthermodynamics（热力学）ledtothedevelopmentofmotorizedtransport;andadvancesinmechanics（力学）inspiredthedevelopmentofcalculus.

Scopeandaims

Physicscoversawiderangeofphenomena,fromthesmallestsub-atomicparticles（suchasquarks,neutrinos（中微子）andelectrons）,tothelargestgalaxies.Includedinthesephenomenaarethemostbasicobjectsfromwhichallotherthingsarecomposed,andthereforephysicsissometimescalledthe"fundamentalscience".

Physicsaimstodescribethevariousphenomenathatoccurinnatureintermsofsimplerphenomena.Thus,physicsaimstobothconnectthethingsobservabletohumanstorootcauses,andthentotrytoconnectthesecausestogetherinthehopeoffindinganultimatereasonforwhynatureisasitis.Forexample,theancientChineseobservedthatcertainrocks（lodestone）wereattractedtooneanotherbysomeinvisibleforce.Thiseffectwaslatercalledmagnetism,andwasfirstrigorouslystudiedinthe17thcentury.

AlittleearlierthantheChinese,theancientGreeksknewofotherobjectssuchasamber,thatwhenrubbedwithfurwouldcauseasimilarinvisibleattractionbetweenthetwo.Thiswasalsofirststudiedrigorouslyinthe17thcentury,andcametobecalledelectricity.Thus,physicshadcometounderstandtwoobservationsofnatureintermsofsomerootcause（electricityandmagnetism）.However,furtherworkinthe19thcenturyrevealedthatthesetwoforceswerejusttwodifferentaspectsofoneforce–electromagnetism.Thisprocessof"unifying"forcescontinuestoday.

Thescientificmethod

Physicistsusethescientificmethodtotestthevalidity（认可）ofaphysicaltheory,usingamethodicalapproachtocomparetheimplicationsofthetheoryinquestionwiththeassociatedconclusionsdrawnfromexperimentsandobservationsconductedtotestit.Experimentsandobservationsaretobecollectedandmatchedwith（与…一致）thepredictionsandhypotheses（假定）madebyatheory,thusaidinginthedeterminationorthevalidity/invalidityofthetheory.

Theorieswhichareverywellsupportedbydataandhaveneverfailedanycompetentempirical（以实验为依据的）testareoftencalledscientificlaws,ornaturallaws.Ofcourse,alltheories,includingthosecalledscientificlaws,canalwaysbereplacedbymoreaccurate,generalizedstatementsifadisagreementoftheorywithobserveddataiseverfound.

Theoryandexperiment

Thecultureofphysicshasahigherdegreeofseparationbetweentheoryandexperimentthanmanyothersciences.Sincethetwentiethcentury,mostindividualphysicistshavespecializedineithertheoreticalphysicsorexperimentalphysics.Incontrast,almostallthesuccessfultheoristsinbiologyandchemistry（e.g.AmericanquantumchemistandbiochemistLinusPauling）havealsobeenexperimentalists,althoughthisischangingasoflate.

Theoristsseektodevelopmathematicalmodelsthatbothagreewithexistingexperimentsandsuccessfullypredictfutureresults,whileexperimentalistsdeviseandperformexperimentstotesttheoreticalpredictionsandexplorenewphenomena.Althoughtheoryandexperimentaredevelopedseparately,theyarestronglydependentuponeachother.Progressinphysicsfrequentlycomesaboutwhenexperimentalistsmakeadiscoverythatexistingtheoriescannotexplain,orwhennewtheoriesgenerateexperimentallytestablepredictions,whichinspirenewexperiments.

Itisalsoworthnotingtherearesomephysicistswhoworkattheinterplay（相互作用）oftheoryandexperimentwhoarecalledphenomenologists.Phenomenologistslookatthecomplexphenomenaobservedinexperimentandworktorelatethemtofundamentaltheory.

Theoreticalphysicshashistoricallytakeninspirationfromphilosophy;electromagnetismwasunifiedthisway.Beyondtheknownuniverse,thefieldoftheoreticalphysicsalsodealswithhypotheticalissues,suchasparalleluniverses（平行宇宙）,amultiverse（多元宇宙）,andhigherdimensions（多维时空）.Theoristsinvoketheseideasinhopesofsolvingparticularproblemswithexistingtheories.Theythenexploretheconsequencesoftheseideasandworktowardmakingtestablepredictions.

Experimentalphysicsinforms,andisinformedby,engineeringandtechnology.Experimentalphysicistsinvolvedinbasicresearchdesignandperformexperimentswithequipmentsuchasparticle（粒子）acceleratorsandlasers（激光）,whereasthoseinvolvedinapplied（应用的）researchoftenworkinindustry,developingtechnologiessuchasmagneticresonanceimaging（MRI）andtransistors.Feynmanhasnotedthatexperimentalistsmayseekareaswhicharenotwellexploredbytheorists.

Relationtomathematicsandtheothersciences

IntheAssayer（1622）,GalileonotedthatmathematicsisthelanguageinwhichNatureexpressesitslaws.Mostexperimentalresultsinphysicsarenumericalmeasurements,andtheoriesinphysicsusemathematicstogivenumericalresultstomatchthesemeasurements.

Physicsreliesuponmathematicstoprovidethelogicalframework（结构）inwhichphysicallawsmaybepreciselyformulatedandpredictionsquantified.Wheneveranalyticsolutionsofequationsarenotfeasible,numericalanalysisandsimulationsmaybeutilized.Thus,scientificcomputationisanintegralpartofphysics,andthefieldofcomputationalphysicsisanactiveareaofresearch.

Akeydifferencebetweenphysicsandmathematicsisthatsincephysicsisultimatelyconcernedwithdescriptionsofthematerialworld,ittestsitstheoriesbycomparingthepredictionsofitstheorieswithdataprocuredfromobservationsandexperimentation,whereasmathematicsisconcernedwithabstractpatterns,notlimitedbythoseobservedintherealworld.Thedistinction,however,isnotalwaysclear-cut.Thereisalargeareaofresearchintermediate（中间的）betweenphysicsandmathematics,knownasmathematicalphysics.

Physicsisalsointimatelyrelatedtomanyothersciences,aswellasappliedfieldslikeengineeringandmedicine.Theprinciplesofphysicsfindapplicationsthroughouttheothernaturalsciencesassomephenomenastudiedinphysics,suchastheconservationofenergy,arecommontoallmaterialsystems.Otherphenomena,suchassuperconductivity（超导电性）,stemfromtheselaws,butarenotlawsthemselvesbecausetheyonlyappearinsomesystems.

Physicsisoftensaidtobethe"fundamentalscience"（chemistryissometimesincluded）,becauseeachoftheotherdisciplines（biology,chemistry,geology,materialscience,engineering,medicineetc.）dealswithparticulartypesofmaterialsystemsthatobeythelawsofphysics.Forexample,chemistryisthescienceofcollectionsofmatter（suchasgasesandliquidsformedofatomsandmolecules）andtheprocessesknownaschemicalreactionsthatresultinthechangeofchemicalsubstances.

Thestructure,reactivity,andpropertiesofachemicalcompound（化合物）aredeterminedbythepropertiesoftheunderlyingmolecules,whichmaybewell-describedbyareasofphysicssuchasquantummechanics,orquantumchemistry,thermodynamics,andelectromagnetism

参考译文：

导论

物理学是研究物质（包括由分子原子组成的实物、各种各样的场等）及其在四维时空中运动的一门自然科学,其研究领域包括能量、力等所有的概念和应用。

更广义的说：

物理学是对自然的一种广义分析和了解的学科，其最终目的是理解世界和宇宙的一切现象。

物理学是最古老的研究学科之一，也许最早的研究领域是宇宙学。

在过去的两千年中，物理学和哲学、化学以及数学和生物学的一些分支具有相近的研究领域。

但是，经过十六世纪自然科学的飞速发展，物理学迅速发展成为了具有鲜明特征的一门现代自然科学分支。

但是，在一些特殊的研究领域，如数学物理和量子化学等，物理学和其它学科的界限还是很难区分的。

这些领域通常称之为交叉学科。

物理学研究意义重大，影响深远。

一方面是因为物理学的发展经常导致新技术的涌现，另一方面是因为物理学的新思想往往和其它自然学科产生共鸣，比如数学和哲学。

举一个例子：

为了更好的电磁学和核物理的发展，直接导致改变现代生活的许多新产品和新技术的出现，如电视、计算机和其它家用电器、原子武器等。

热力学的发展直接导致了机动车辆的出现；力学的研究催生了微积分的出现。

物理学的研究范围和研究目的

物理学的研究范围相当广泛，从比原子小的微观粒子（如夸克，中微子和电子），到巨大的宇宙天体。

这些研究对象的所有现象都是物理学的研究范畴，所以物理学有时被称为基础科学。

物理学的研究目的是用最简单的语言解释自然界发生的所有现象。

从这个意义上说，物理学的目的不仅要要找出能够观测的现象发生的根本原因，还要综合这些起因，去探索发现自然界为什么是现在这个样子。

例如，古代的中国人发现了一些天然磁石相互吸引的现象，这些现象后来被称为磁性，并在17世纪得到了广泛的研究，找出了其中的物理学原理。

比中国人更早些的古希腊人发现了诸如琥珀之类的物体，被毛皮摩擦后能够相互吸引。

这个现象在17世纪得到了广泛的研究也得到了广泛的研究，得到了电学的基本规律。

从此，电学和磁学使人们理解了电和磁的有关现象。

然而，19世纪更加深入的研究发现，电力和磁力只不过是电磁力的两个方面，人们现在正在寻找更大范围的力场统一理论。

科学方法

科学家利用科学方法检验物理理论的正确性，用系统的方法去比对理论和相应的实验观测，再用更多的实验观测去检验假说和理论的正确性，最终确定理论是否成立。

如果理论和实验数据符合的非常好，并且能够解释到目前为止的所有观测事实的话，这种理论通常被称为科学定理或者自然定理。

当然，如果有新的观测数据和现有理论不符的话，所有理论，包括所谓的科学定理，都会被更精确、更广义的理论所取代。

理论和实验

在物理学界，试验和理论的界限比任何学科都分明。

从20世纪以后，每一个物理学家都局限在一个特殊的理论或者实验领域。

相反的，几乎所有成功的生物学和化学领域的理论工作者，同时又是成功的实验工作者。

例如美国的量子化学和生物学家LinusPauling。

这种情况将来也许会发生变化，但至少目前是这种情况。

理论物理学家致力于发展数学模型，使其及与现存的实验事实相符合，又能成功预测一些其它结果。

同时，实验物理学家致力于设计实验，验证这些理论预言并探索新的现象。

虽然理论和实验都独立的各自发展，但是它们又具有很强的相互依赖性。

当实验物理学家发现了一些现行理论不能解释的实验事实时，或者新的理论预言了一些可以检验的新实验时，物理学就会在理论和实验的相互推动下不断向前发展。

同时需要关注的是：

有一些物理学家工作在理论和实验相互影响的领域，他们关注的是复杂的实验现象，以及这些现象和物理学基本原理的联系。

理论物理在其发展历史中一直从哲学吸取灵