试论物理与科学技术在历史上的互相影响与促进.docx
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试论物理与科学技术在历史上的互相影响与促进
毕业论文
题目试论物理与科学技术在历史上的互相影响与促进
目录
1引言1
2物理学的发展1
2.1物理学发展概述1
2.2物理学的发展阶段1
2.2.1古代物理学时期2
2.2.2经典物理学时期2
2.2.3现代物理学时期2
3物理学对科学技术的影响3
3.1物理学对世界三次大的技术革命的影响3
3.2物理学对20世纪科技进步的影响3
4科学技术对物理学的影响4
4.1激光技术4
4.1.1激光的原理4
4.1.2激光的特性4
4.1.3激光的应用4
4.2现代信息技术6
4.2.1通信的发展6
4.2.2现代信息技术的发展6
4.2.3现代信息技术的应用6
4.3核能技术7
4.3.1核能产生的原理7
4.3.2核能的利用7
5结束语8
参考文献9
摘要
物理学是一门古老的、基础的学科，它的发展经历了很长的一段历史，从古代物理学发展到经典物理学，再发展到现代物理学，它的每一个发现、每一次革命都对人类文明和科技进步起到了不可估量的作用。
本文详细介绍了物理学的发展历程，以及每个发展阶段取得的成就。
还介绍了伴随着物理学的发展而发展的科学技术，以及现代科技在各方面的应用，并具体的就几项高新科学技术激光技术、现代信息技术和核能技术的原理和应用作了详细阐述。
关键词：
物理学发展；科技进步；高新科技
1引言
物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。
物理学（physics）一词来源于希腊语φυσικη,原意是自然哲学、自然学,内容包括宇宙万物,涉及物理、化学、天文、地理、生物等。
近代以来,这一术语逐渐演进,成为指研究自然界物质结构及其运动规律的学科术语。
物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。
人对自然界的认识来自于实践，随着实践的扩展和深入，物理学的内容也在不断扩展和深入。
同人类的其他任何知识领域一样，物理学也是人类社会实践的产物，它是随着人类社会实践的发展而产生、形成和发展的。
2物理学的发展
2.1物理学发展概述
物理学的发展是一个继承与突破交互作用的辩证过程，既包含有进化式的量的积累，又包含有飞跃式的质的变革。
物理学的发展的历史表明，物理学的发展与物理学知识量的积累有关，每一个重大突破都是以积累和继承为前提的，同时又包含着对旧观念和旧理论的批判与扬弃。
物理学的发展中经常发生的以比较正确的理论代替比较初级的理论，都不是对旧理论的简单的否定，而是一种积极地扬弃过程。
它既要吸收和保留旧理论中合理的、正确的成分，又要突破旧概念的限制，把理论体系建立在新的观念基础上。
积累的量变不会单调的走向无穷发散；变革的质变也不会割断认识发展的链条。
这两种过程的辩证统一，使物理学形成一种波浪式的发展进程。
[1]
2.2物理学的发展阶段
物理学的发展，经历了古代物理学时期（经验物理学的萌芽时期，16世纪以前），近代物理学时期（经典物理学时期，16世纪到19世纪）和现代物理学时期（20世纪）的发展阶段，它的研究方法和基本观念都不断的发生着深刻的变化。
古代和近代以伽利略《新科学对话》（即《关于力学和位置运动的两门新科学对话》）出版的1638年为分界点。
近代和现代则以普朗克提出量子假说解释黑体辐射问题的1900年为分界点。
近代又可以再细分为三个发展阶段,即草创阶段（16世纪至17世纪），主要在天文学和力学领域中爆发了一场“科学革命”，经典力学（或叫做古典力学或牛顿力学）诞生；消化和渐进阶段（18世纪），建立了分析力学，光学、热学和静电学也取得较大的发展；鼎盛阶段（19世纪），相继建立了波动光学、热力学与分子运动论、电磁学，使经典物理学体系臻于完善。
其分界年限分别为牛顿的《自然哲学的数学原理》问世的1687年和拉格朗日《解析力学》出版的1788年。
现代可以分作两个发展阶段。
自1900年经典量子论产生到1927年量子力学形成为第一阶段,在这一阶段中完成了物理学革命,形成了作为现代物理学基础的量子力学和相对论。
1927年以后为第二阶段,这是以量子力学和相对论为基础的新的物理学领域诞生、发展的阶段。
2.2.1古代物理学时期
大约在公元前7、8世纪之后，中国和希腊形成东、西方两个科学技术发展的中心。
当时科学已经以经验科学的形态从生产劳动中分化出来，但物理学还没有从哲学中分化出来，它只是自然哲学的一个组成部分。
物理知识一方面包含在哲学中，另一方面体现在各种技术中，如中国古代的科技。
同时还由于社会对科学的需要十分有限，科学的社会功能并不显著，所以物理学的发展比较缓慢。
在2000多年中，重大的发现极少，希腊时期的成就似乎成了不可逾越的顶峰。
其中发展得较完善的只有静力学和天体运动的理论，此外还有一些关于光的直线传播的知识和关于物质本原的思辨性理论。
这一时期的后期，西方处于黑暗的中世纪，以经院哲学为代表的宗教神学，扼杀了生气勃勃的希腊精神，科学的发展受到了很大的抑制；但是，手工业生产技术的发展，却为实验科学的产生准备了条件。
同一时期，中国的科学技术取得了辉煌的成就，走在了世界的最前面。
2.2.2经典物理学时期
15世纪末叶，资本主义生产关系的产生，促进了生产和技术的大发展。
席卷西欧的文艺复兴运动，解放了人们的思想，激发了人们的探索精神。
近代自然科学就在这种物质和思想的历史条件下诞生，系统的观察实验和严密的数学推导相结合的方法，被引进物理学中，导致了17世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。
[2]牛顿力学体系的建立，标志着近代物理学的诞生。
整个18世纪，物理学处在消化、积累、准备的渐进阶段，新的科学思想、方法和理论，得到了传播、完善和扩展。
牛顿力学完成了解析化工作，建立了分析力学。
光学、热学和静电学也完成了奠基性的工作，成为物理学的几门基础学科。
经过18世纪的准备，物理学在19世纪获得了迅速和重要的发展。
终于在19世纪相继建立了波动光学、热力学和分子运动论、经典电磁场理论等完整的、解析式的理论体系，使经典物理学的发展达到了它的顶峰。
2.2.3现代物理学时期
十九世纪末二十世纪初，经典物理学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：
认为物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。
然而，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。
首先是世纪之交物理学的三大发现：
电子、X射线和放射性现象的发现。
其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：
“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。
[3]这些实验结果与经典物理学的预言严重不符，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。
由此物理学又一次经历了深刻的革命，诞生了现代物理学。
现代物理学革命的最主要成果是由爱因斯坦的相对论和由普朗克、波尔奠基、德布罗意、薛定谔、海森堡、狄拉克等建立的量子力学，发现高速领域和微观领域内新的物质运动规律，揭示了物质和运动以及它们同时间，空间等物质存在形式的有机联系，揭示了微观世界中波动性和微粒性，连续性和间断性，必然性和偶然性之间的辩证关系。
在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，在不同的研究领域衍生出量子场论、原子核物理学、粒子物理学、非线性物理学、天体物理学、现代宇宙学、量子统计物理学，量子电动力学，相对论量子力学等理论，已经发展成为一个庞大的学科群，包括了难以数计的分支学科，达到了成熟的阶段，人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。
同时物理学还向其他学科领域推进，产生了一系列物理学的新部门和边缘学科，为现代科学技术的发展提供了新思路和新方法。
3物理学对科学技术的影响
3.1物理学对世界三次大的技术革命的影响
物理学的发展直接推动着科学技术的发展,物理学的每一次革命都会带来新技术的出现。
从历史上看，物理学对世界三次大的技术革命起到了非常关键的作用。
第一次技术革命始于18世纪60年代，其主要标志是蒸汽机的广泛应用，这是牛顿力学和热力学发展的必然结果。
第二次技术革命发生于19世纪70年代，主要标志是电力的广泛应用和无线电通信技术的实现，这是麦克斯韦电磁理论的建立导致的光辉成果。
第三次技术革命发生在20世纪初，由于X射线、放射性、原子结构、电子波粒二象性的发现，诞生了相对论和量子力学，奠定了近代物理学的基础，近代物理学所揭露的新概念和新现象，刷新了世界面貌，促进了原子能、计算机、航天、激光、红外线、超导、通信、纳米等高新科学技术的广泛应用。
3.2物理学对20世纪科技进步的影响
20世纪的科学进步，集中体现在关于物质、生命、思想的基本构成的科学成果。
原子与量子革命、基因与DNA革命、计算机与信息革命，构成了现代科学的三大支柱。
其中量子革命是最基础的一个，由它带动了其他两大革命。
1925年由量子理论引发的科学大潮，使我们理解了周围的物质。
它使我们能在实验室创造出某种物质之前就能精确的预测出其属性，随后能随心所欲的创造和操作新形式的物质。
1844年薛定谔在《什么是生命》一书中提出生命的秘密可以用量子理论解释，并大胆的猜测，这个秘密就是写在细胞内分子上的基因密码。
1953年詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现了DNA的双螺旋结构，解开了这个秘密。
人们应用分子生物技术就能像读书一样，阅读生命基因的密码，破译后就可以随心所欲的操纵生命。
1948年巴丁、布拉顿和肖克莱发明了晶体管，使现代计算机的制造成为可能。
1960年迈曼制成了激光。
以上应用量子力学的成果，构成了当代网络技术的基本组成因素，使人类获取、应用和交换信息的方式发生了质的变化。
未来的技术进步，深深根植于这三大革命中。
4科学技术对物理学的影响
4.1激光技术
4.1.1激光的原理
激光的原意为通过受激发射而实现光波放大。
受激发射的理论是爱因斯坦在1917年提出来的。
用光泵浦使激光工作物质处于粒子数反转状态，使其发生受激辐射，从而实现光放大，在光学谐振腔中进行选模，最后发射出激光。
[4]
4.1.2激光的特性
由于受激辐射，相位一致的光受到放大，因此，激光具有很好的相干性（振动方向、频率都相同，相位差恒定）。
因为仅在光轴方向往返的光才被放大，所以能够得到沿光轴方向直线传播的发散角很小的激光束，方向性好。
仅仅是由两个能级间能量差所决定的波长的光才被放大，所以，用激光器能得到波长非常单一的光。
由于激光的方向性好，发散角小，而且相干性号，所以亮度高，特别是脉冲激光器，能量在极短的时间内放出，功率可达1014W,故亮度特别高。
4.1.3激光的应用
1960年美国人迈曼制成了第一台红宝石脉冲激光器，由于其独特的性能，使激光器在发明几个月后便被应用到实践中。
现在的激光应用越来越广泛。
1、激光测距
这是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点，根据光束往返的时问可以测定目标的距离。
激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距和连续波相位式激光测距。
脉冲式激光测距原理与雷达测距相似，测距仪向目标发射激光信号，碰到目标就要被反射回来，由于光的传播速度是已知的，所以只要记录下光信号的往返时间，用光速（30万千米/秒）乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离。
在平均为40万km的距离上，测量误差只有几厘米，这是以往其它方法无法实现的。
我国研制的对卫星测距的高精度测距仪，测量精度可达到几厘米。
连续波相位式激光测距是用连续调制的激光波束照射被测目标，从测量光束往返中造成的相位变化，可换算出被测目标的距离。
为了确保测量精度，一般要在被测目标上安装激光反射器。
它测量的相对误差为百万分之一。
激光测距与光学经纬仪、红外及电视跟踪系统相结合，组成光电跟踪测量系统，既可作为靶场试验的测量设备，又常用作武器的光电火力控制系统。
这种激光测距仪已广泛用于地面火炮、坦克炮的火控系统，大大提高了命中率。
2、激光通讯
随着社会的进步，人们需要传递的信息量越来越大，对通信的质量要求越来越高。
随着科学技术的发展，近几十年来出现了一种新的通信方式——激光通信。
激光通信与无线电通信类似，即先将声音和图像信号调制到激光束上，然后把载有声音和图像信号的激光发送出去，最后用接收装置把声音和图像信号检出来。
如果地面气候条件好，可以在直线距离为几十千米以至上百千米的两点之间直接进行激光通信。
但是大气中的云、雨、雾、烟尘等因素，会使通信距离和通信质量受到限制。
为了克服上述缺陷，科学家们研究和发展了激光的光纤通信，并取得了很大的成功，光纤是一种非常细的玻璃丝，比人的头发丝还要细，直径只有十分之几膏米，光纤由内芯和包层两部分组成，内芯由光速较小的物质做成，包层由光速较大的物质做成。
光在内芯中传播时，不断被包层反射回来，曲折前进，这样，带有信号的激光就沿着光纤向前传播，不受外界条件的干扰，使激光通信能传播很远，并且能提高通信质量。
激光光波比无线电波的频率高，因此传递的信息量远远大于无线电波。
而且激光又具有方向性和单色性好的特点，因此是光通讯的理想光源。
目前光纤通讯传输的最远距离已达100km，可同时传输100万路电话，1万路电视。
理论上可传输100亿路电话，1000万路电视，这是无线电通讯无法比拟的。
3、激光核聚变
核聚变是指由轻原子核融合成为质量较大的重原子核的核反应过程。
核聚变能释放出巨大的能量，因此实现受控核聚变反应，是利用能源的一个重要途径。
[5]但引发核聚变需极高的温度。
自从激光出现后，人们就研究利用激光高度集中的能量来实现受控核聚变，我国已在实验室中实现了激光核聚变。
实验室中用两路各为10KW的激光脉冲，直接或间接的均匀照射微型聚变靶丸，由靶面物质烧灼喷溅产生的反冲力，使靶内的聚变燃料（氘氚）受到约束和压缩，迅速达到高密度（为液态氘氚密度的1000倍左右）和高温（1亿度左右），从而产生微型核爆炸，释放出能量。
4、激光在医学上的应用
激光由于具有方向性强、亮度高、单色性和相干性好等特点，在激光器被发明的第二年，便被应用到医学上，目前在医疗诊断和治疗方面得到广泛应用。
早在70年代就能用紫外激光照射诊断肝癌，利用激光进行眼科手术，可精确地“切割”角膜，修正其曲率，使非正常眼成为正常眼。
利用激光的生物特性，选择小功率激光刺激机体，可以增强人体的防御免疫能力使白细胞吞噬功能加强，免疫球蛋白增加，提高肾上腺皮质功能和血管的再生。
因此，用激光来对抗炎可以促进伤口愈合，治疗扁挑腺炎、耳廓软骨膜炎、口腔溃疡等等。
激光照射可击碎结石，使其排出体外，激光用于手术治疗具有非接触、无菌、出血少以及准确、价廉等优点。
4.2现代信息技术
4.2.1通信的发展
通信是信息交换的主要方法，在人类历史上经历了五个发展阶段：
第一阶段，在人类的远古时期，用语言表达思维。
第二个阶段始于公元前5000年，人类将创造发明用文字记录下来传于后世。
第三阶段发明了印刷术，出现了报纸、图书，语言通过文字，扩大了信息交换的范围。
第四阶段是19世纪中叶发明了通信的新方式，包括电报、电话、无线电、传真和电视等一系列的现代技术，信息交换冲破了时间和地域的限制。
第五阶段是20世纪中叶发明了电子计算机、人造卫星、光纤通信技术等现代信息技术，特别是计算机与通信的密切结合使通信技术数字化，信息交换发生了深刻的变化。
[6]
4.2.2现代信息技术的发展
现代信息技术包括微电子技术、计算机技术、现代通信技术和人工智能技术。
现代信息技术的硬件技术核心是微电子技术。
微电子技术是半导体技术的主要分支。
1958年，美得克萨斯仪器公司和仙童公司研制出半导体集成电路，微电子技术时代从此开始了。
计算机技术作为现代信息技术的核心，在五十年的时间里迅猛发展。
1946年，第一台计算机ENIAC诞生在美国宾夕法尼亚大学。
其后一般认为经历了五代，即电子管时代、晶体管时代、集成电路、大规模集成电路以及突破冯·诺依曼原理的智能计算机。
现代通信技术则利用现代的电子元器件和计算机提高通信速度及质量，并提供更有效，更方便的信息传递方式。
人工智能技术利用人工装置模拟实现人脑功能，是为克服常规计算机技术的不足而发展起来的，其途径主要为软件方式和硬件方式。
软件方式主要从模式识别，专家系统与知识工程进行，硬件方式则从硬件途径模拟人脑，研制与人脑神经网络相似的新型智能机。
4.2.3现代信息技术的应用
信息技术极大地扩展了人类活动空问，促使了社会的信息化，其应用几乎涉及人类活动的所有领域。
1、商贸金融方面
通过互联网可进行商品展示和开展贸易，从事电子商务活动，电子商务网站使得消费者在家中购物、股票交易等一些活动得以实现,电子商务的兴起把人类带入一个崭新的世界,它极大地提高了交易频率,降低了成本,刺激了消费和生产。
还能利用网络技术对金融机构，金融业务实现统一化，对金融动向监控实现实时化，并为人们提供方便快捷的金融商贸服务。
2、国防工事
国防建设处处应用着现代信息技术，现代化武器更是信息技术进步的结晶，现代战争很大程度上是在高级信息系统辅助指挥下高新电子技术，高技术武器的较量。
总之，信息技术的发展和应用。
对整个社会的经济、科技、军事、人类生活的各个方面产生了巨大而深远的影响，使人类社会迈入了一个崭新的时代－信息时代。
4.3核能技术
4.3.1核能产生的原理
发现原子后，科学家们又发现原子核能够发生分裂，而且在分裂后还能产生很大的能量。
这个能量就是原子核裂变能，也称核能，或原子能。
稍后，哈恩、约里奥·居里及其同事哈尔班等人又发现了更重要的一点，也是最引人注目的一点，就是：
在铀核裂变释放出巨大能量的同时，还放出两、三个中子来。
一个中子打碎一个铀核，产生能量，放出两个中子来；这两个中子又打中另外两个铀核，产生两倍的能量，再放出四个中子来，这四个中子又打中邻近的四个铀核，产生四倍的能量，再放出八个中子来……以此类推，这样的链式反应，也就是一环扣一环的反应，又称连锁反应，持续下去，将有能力释放沉睡在大自然界中几十亿年的物质巨人。
爱因斯坦早在1905年发表狭义相对论的原始论文，作为相对论的一个推论，他又提出了质能关系E＝mc2的公式来表示，即：
能量等于质量乘以光速的平方。
爱因斯坦的这个质能关系正确地解释了原子能的来源，奠定了原子能理论的基础。
4.3.2核能的利用
1、军事方面
1945年美国最先安装了核爆炸装置，制造和爆炸了原子弹；1949年苏联也成功研制了原子弹，打破了美国的核垄断；英国于1952年、法国于1960年、中国于1964年相继研制了自己的原子弹。
2、能源方面
现在核能发电技术已经相当成熟，而且核电具有非常独特的优越性。
因为核燃料资源非常丰富，核能发电比较经济，它还是一种安全清洁的能源。
世界上第一座原子能发电站于1954年在前苏联建成,1956年英国建成92000千瓦核电站，1958年美国建成世界上第一座工业规模的民用核电厂，现在世界上已有40多个国家和地区建成了或正在建造核电站，一些发达国家的核电已占有相当的比例。
5结束语
物理学经历了这么多的发展进步，已经取得了很大的成功，但科学永无止境，还没有到非常完善的程度。
一直作为精密科学典范的物理学还是魅力未减，作为其他经验科学基础的地位短时期还不会改变。
现在我们的科学技术发展的重心开始向生命科学，向信息科学等倾斜，但是物理学依然是基础。
物理学的巨大魅力在于从理论认识中，延伸出众多的技术原理。
20世纪物理学为我们这个社会提供的四个主要的新技术的原理：
核能技术、半导体技术、大规模集成电路的技术、激光技术和超导技术，在很大程度上影响科学未来发展的方向及特征，为人类文明的进步贡献了巨大的力量。
参考文献
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6
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