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二十世纪物理学发展的一般特征 1 二十世纪物理学发展的一般特征 二十世纪物理学在研究领域、研究方法、研究体制和社会职能 方面，都表现出一些崭新的特点。 二十世纪的物理学呈现出高速发展的状况，其内容之丰富，思 想之深刻和观念之新颖，远非过去物理学发展的各个历史时期所可 比拟。现代学远远超出了宏观物体缓慢运动的范围。从微观领域来 说，已经深入到原子内部、基本粒子内部，人们已经发现了大小不 断减小，能量不断增加的许多连续的层次原子、原子核、基本粒子、 -14厘米以下线度。目前还无法预见这个层级链 夸克等，已经达到10 条有没有一个终端。从宏观领域来说，人们的视野已经扩展到半径 为150 亿光年的宇宙范围。依次突破了银河系、星团、星系和总星 系的领域。所以，对物质内部结构和特性的认识，对微观物质运动 规律的认识，对宇观世界的结构和演化规律的认识，都发生了重大 的变革。物理学一系列成果在理论思想上突破了原子不可分、元素 不变的观念，运动只具有连续性的观念，绝对时空观念以及机械决 定论的局限性，提出了量子态、波立二象性、几率决定性、四维时 空与弯曲时空、实物与场的联系和转化以及宇宙膨胀的思想，物理 学的基本观念和理论基础发生了质的飞跃。 由于研究工作日益向纵深推进，包括物理学在内的所有科学的 一个共同趋势是分化愈来愈严重，分支学科与日俱增和专业化愈来 愈强，熟悉物理学全部学科的精确知识并了解物理学各个前沿领域 研究的具体进展是愈加困难了。这一趋势是不可逆转的。但在理论 思想上，追求统一和走向统一，从更高的角度对各种理论进行更大 范围的综合，却成为现代物理学发展中的一颇有成效的总方向，由 于各种物理现象的本质愈来愈充分地得到揭露，传统的各个物理学 学科研究领域之间的本质联系也更充分地显示出来。质量与能量、 实物与场、粒子与波、时间与空间、时空与物质运动、微观过程与 宇观现象之间的联系，已经构成现代物理学各种基本理论的内容， 各种物理学理论之间也呈现出极其深刻的交织与渗透。对四种基本 相互作用统一的追求与探索，已成为带动整个物理学基础理论研究 进步的重要前沿。 从十七世纪以来，物理学的理论和研究方法就不断地向其它学 科移植渗透，对其它学科的建立和发展起到了有力地推动作用。这 种趋势在二十世纪三年代后明显地得到增强，相继产生一系列物理 学的新部门和边缘学科，如量子化学、生物物量学、天体物理学和 广义相对论宇宙学等，如量子化学、生物物理学、天体物理学和广 义相对论宇宙等，这些学科大多数也成为现代物理学发展的前沿， 并且给现代科学技术的发展提供了新思路和新方法。 在十九世纪末的经典物理学中，曾经出现过普遍认为基本规律 都已被发现了乐观和保守的情绪，二十世纪初的现代物理学革命， 完全推翻了这种预料；而现代物理学空前的高速度的发展，再没有 为那种保守观点的重新抬头提供任何证据，实际上，我们今天所已 掌握的物理学知识，比起整个物理世界可能和我们提供的信息来 说，还是极其有限的，例如，粒子物理学的发展虽然已经获得了辉 煌的成果，但它的基本规律还表明未探明，这个领域的探索是以可 能寻找到超出量子学范围的新的规律性为其目标的。寻求四种相互 作用统一的努力，很可能会被新的基本相互作用的发现而引向渺 远。对于宇宙的构成、天体的演化以及有关和生命现象的物理学实 验和理论的研究还只是刚刚开始。可以期待，今后物理学的变革， 完全有有可能出现对现有的物理学基本理论产生根本性冲击的新 的突破。随着科学实验的发展，任何已有的理论都要不断发展，甚 至会彻底更新，不存在什么绝对不变的级极真理。坂田昌一起1968 年的论文《现代科学的哲学和方法论》中指出，现代科学的特点是： 它认识到任何科学规律都有一定的应用范围，自然界的各个层次在 性质上互不相同，各自遵循它自身的规律，而且每一个层次都永远 处于发生、消灭和转化之中，物理学近年的发展更增强了这种看法。 现代物理学的研究方法，也出现了一些新的特点。 随着工业和生产技术的巨大发展，二十世纪初以来物理实验提 供了电子显微镜、射电望远镜、高能加器、电子计算机等大批大型、 精密提实验装置，光谱分析、质谱分析、X 射线衍射等分析技术也 得到了很大的发展，从而使物理学实验在精密、高能、快速和自动 化方面达到了新的水平，物理学观测的视野也得一很大的拓展。现 代物理学实验除了能够用更有效的手段纯化实验条件和隔离实验 因素之外，还发展了有效地施加外部干扰和使