導(dǎo)語：如何才能寫好一篇物理學(xué)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

縱觀物理學(xué)的整個發(fā)展過程,無不包含著一代又一代的科學(xué)家對物理學(xué)之美的孜孜追求。愛因斯坦曾經(jīng)說過:“物理學(xué)是至善至美的科學(xué)”。他把物理學(xué)之美歸納為:簡單、和諧、完善、統(tǒng)一。他在建立相對論時(shí)的整個思考過程即是對“宇宙美”的追求過程。和諧美、簡潔美一直是他衡量物理學(xué)理論是否正確的標(biāo)準(zhǔn)。開普勒堅(jiān)信上帝是按照完美的數(shù)學(xué)原則來創(chuàng)造世界的,他以數(shù)學(xué)的和諧來探索宇宙,不忽視任何一個誤差,最終發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動的統(tǒng)一規(guī)律――行星運(yùn)動定律。費(fèi)曼也正是憑著他獨(dú)特的審美鑒賞力去審視和欣賞牛頓的萬有引力定律,麥克斯韋方程和愛因斯坦的相對論所體現(xiàn)的那種完美的結(jié)構(gòu),感受對稱性、守恒定律、最小作用量原理的普遍性;又通過自身的審美直覺去洞察自然界內(nèi)在的美,創(chuàng)造出了體現(xiàn)過去與未來之間對稱性的費(fèi)曼圖,并進(jìn)而提出了一種新的重整化理論,巧妙地避開了困擾量子場論計(jì)算中的發(fā)散困難,為量子場論確立了一種標(biāo)準(zhǔn)的理論程序。

物理學(xué)所蘊(yùn)含之美主要包括:對稱美、簡潔美、和諧美、統(tǒng)一美。

1.對稱美

由于物理學(xué)揭示了自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運(yùn)用及其轉(zhuǎn)化等規(guī)律的對稱性而產(chǎn)生的美感,稱為物理學(xué)的對稱美。

物理學(xué)中的對稱主要表現(xiàn)為時(shí)空對稱、數(shù)學(xué)對稱和抽象對稱。

時(shí)空對稱有空間對稱、時(shí)間對稱、時(shí)間和空間同時(shí)對稱三種類型。時(shí)空對稱表示物理現(xiàn)象在時(shí)空變換下的不變性。如杠桿的平衡、平面鏡成像、磁體的兩極、電荷的正負(fù)表現(xiàn)了物質(zhì)的直觀形象在空間上的對稱;勻速運(yùn)動的速率在運(yùn)動過程中的任一點(diǎn)都相等,相干光在干涉空間任一區(qū)域都保持相等的條紋寬度等表現(xiàn)了物質(zhì)在運(yùn)動變化過程中的空間對稱;周期、節(jié)奏、頻率等表示了時(shí)間對稱;不隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場表現(xiàn)出既具有時(shí)間對稱,又具有空間對稱等等。

數(shù)學(xué)對稱表示物理內(nèi)容在教學(xué)形式(圖與式)上的對稱性。如簡諧振動的振動圖線、簡諧波的波形圖線具有對稱性。這種對稱性表示了物理內(nèi)容在數(shù)學(xué)圖形形式上的對稱。萬有引力定律、庫侖定律與距離之間都具有對稱性,這些對稱性表示了物理內(nèi)容在數(shù)學(xué)表達(dá)式上的對稱。

抽象對稱表示以抽象的方式所反映出的物理內(nèi)容的對稱。由于在無窮大或無窮小的尺度上研究物理問題,很難具有直觀性,故很多物理形象及物理內(nèi)容所呈現(xiàn)的對稱具有抽象性。如處于平衡態(tài)的氣體對容器壁的壓強(qiáng)處處相等;處于平衡態(tài)的氣體分子的熱運(yùn)動在三維空間各個自由度上發(fā)生的幾率相等,這些都體現(xiàn)了物理內(nèi)容的抽象對稱美。

2.簡潔美

由于物理學(xué)揭示了自然界物質(zhì)的存在、組成、運(yùn)動及其轉(zhuǎn)化等規(guī)律的簡單性而產(chǎn)生的美感,稱為物理學(xué)的簡潔美。

從物理理論的整體來看,在形形的物理世界中,各種物理現(xiàn)象和過程千差萬別,但在本質(zhì)上卻可邏輯地歸結(jié)為為數(shù)不多的若干基本概念和原理。例如,宇宙中紛亂的種種作用力,在本質(zhì)上可歸結(jié)為四種:萬有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力;牛頓定律將宏觀低速條件下各種機(jī)械運(yùn)動的現(xiàn)象都置于其統(tǒng)治之下;麥克斯韋方程組使復(fù)雜的電磁運(yùn)動形成了一個和諧美滿的家庭;量子力學(xué)理論使行蹤飄忽的微觀粒子眉目清晰……F=ma,E=mc2等等,其形式是多么的簡潔而優(yōu)美。這些都體現(xiàn)了物理學(xué)理論整體的簡潔美。

物理學(xué)中的理想化方法是從多維的具體形象中,抓住最具有本質(zhì)特征的主要形象,舍棄一些次要形象,建立起一個輪廓清晰、主題突出的新形象,從而簡化物理問題。顯然,具有簡潔美。

3.和諧美

和諧是指由于組成整體的各個要素相互間恰到好處而在整體上顯現(xiàn)出協(xié)調(diào)。和諧給人以一種恰如其分、渾然一體、輕松自如的美感。物理學(xué)的和諧美,主要是指由于物理理論揭示了自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運(yùn)動及其轉(zhuǎn)化等整體上的和諧性而產(chǎn)生的美感。它主要表現(xiàn)在自洽、對應(yīng)和互補(bǔ)三個方面。

自洽,與其基本含義一致,即自身內(nèi)不存在不可統(tǒng)一的矛盾。物理學(xué)中的自洽和諧美,主要體現(xiàn)在物理學(xué)各分支理論內(nèi)部以及各分支理論之間在現(xiàn)象、概念、規(guī)律等方面都是互不矛盾的。

對應(yīng)和諧美是指由物理學(xué)不同理論間的對應(yīng)關(guān)系而展現(xiàn)的物理學(xué)和諧美。對應(yīng)是高級理論對低級理論的包容,或者是說低級理論是與高級理論在某一特定條件下的結(jié)論相一致。具體地說,對某領(lǐng)域正確的物理理論,在新的、更加普遍的理論出現(xiàn)時(shí),并不作為錯誤的東西被拋棄,而是作為新理論的極限形式和局部情況,在新理論中保持原有的意義。如當(dāng)v

互補(bǔ)和諧美是由物理學(xué)各部分之間的互補(bǔ)關(guān)系而展現(xiàn)出的物理學(xué)和諧美。所謂互補(bǔ),就指彼此間彌補(bǔ)、相輔相成。物理學(xué)中的互補(bǔ)主要表現(xiàn)在不同的、甚至是相互排斥的物理理論,從不同的側(cè)面描述物理學(xué)的研究對象。如光的波動性與粒子性、微觀粒子的波動性與粒子性,都分別從不同的側(cè)面反映了光與微觀粒子的本質(zhì)。在這里,波動性與粒子性既互斥,又互補(bǔ)。

4.多樣統(tǒng)一美

由于物理學(xué)揭示了自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運(yùn)動及其轉(zhuǎn)化等規(guī)律的多樣統(tǒng)一性而產(chǎn)生的美感,稱為物理學(xué)的多樣統(tǒng)一美。物理事物是千姿百態(tài)、千變?nèi)f化的,因此,由它們構(gòu)成的物理世界,必然呈現(xiàn)出萬紫千紅的景象,反映物理事物的特性及其規(guī)律的物理知識也是豐富多彩的。但是,自然界是統(tǒng)一的,客觀物理事物之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系,通過這種聯(lián)系使得我們能將各種各樣的物理知識統(tǒng)一起來,進(jìn)而形成既千變?nèi)f化又和諧統(tǒng)一的美的畫卷。例如,牛頓力學(xué)把地上的和天上的所有低速宏觀運(yùn)動的規(guī)律統(tǒng)一起來;麥克斯韋電磁理論把電、磁、光統(tǒng)一起來;愛因斯坦廣義相對論把引力、時(shí)間、空間、物質(zhì)聯(lián)系起來;德布羅意關(guān)系將微觀粒子的波動性與粒子性統(tǒng)一起來,這些都會使人們感到一種多樣統(tǒng)一的美感。

篇2

Salvador V. Godoy Universidad Nacional

Autonoma Mexico Facultad de Ciencias

Mathematical Physics

2010, 443pp.

Paperback

ISBN: 9783527408085

John Wiley

Shigeji Fujita等著

本書是WILEY-VCH 物理學(xué)教科書系列之一,是一部風(fēng)格極為獨(dú)特的物理類研究生用的數(shù)學(xué)物理學(xué)教材。作者們考慮到物理類的學(xué)生要想拿到高等學(xué)位,不管是碩士還是博士,需要攻讀的核心課程太多。而這些課程要求大量的數(shù)學(xué),特別是處理量子理論的數(shù)學(xué)。作者們因此認(rèn)為,既然需要同時(shí)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理,就不如把他們合在一起來學(xué),不僅可以節(jié)省很多時(shí)間,同時(shí)也便于更長時(shí)間保持對所學(xué)知識的記憶。正是在這種想法的指導(dǎo)下,作者寫了這部數(shù)學(xué),甚至一些初等數(shù)學(xué)和幾乎所有門類的物理學(xué)科知識的新穎教材。

全書內(nèi)容共分成36章,1.矢量;2.張量和矩陣;3.哈密頓力學(xué);4.耦合諧振子和簡正模式;5.彈性弦;6.矢量微積分和 算符;7.電磁波;8.流體力學(xué);9.不可逆過程;10.熵;11. 熱力學(xué)非平衡態(tài);12. 概率、統(tǒng)計(jì)和密度;13. Liouvile 方程;14.廣義矢量和線性算符;15. 單粒子量子力學(xué);16. Fourier 級數(shù)和變換;17. 量子角動量;18. 自旋角動量;19. 回轉(zhuǎn)磁比;20. 時(shí)間相關(guān)微擾論;21. 量子簡諧振子;22. 置換群; 23. 量子統(tǒng)計(jì);24. 自由電子模型; 25. 玻色-愛因斯坦凝聚; 26. 磁化率;27. 變分理論;28. 二次量子化;29. 復(fù)合物的量子統(tǒng)計(jì);30. 超導(dǎo);31.復(fù)數(shù)和Taylor 級數(shù);32. 解析性和 Cauchy-Riemann 方程; 33. Cauchy 基本定理; 34. Laurent 級數(shù); 35. 多值函數(shù);36 留數(shù)定理及其應(yīng)用。

從全書內(nèi)容可以見到,純數(shù)學(xué)只占約三分之一。其余的包括經(jīng)典力學(xué)、電動力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、熱力學(xué)、量子力學(xué)、量子統(tǒng)計(jì)、固體理論直至超導(dǎo)電性。幾乎涉及物理學(xué)的所有分支。編寫這樣的教材是作者們的一個大膽的嘗試,他們沒有提到是否經(jīng)過教學(xué)的實(shí)踐,因此也很難對該書在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)揮的作用給出適當(dāng)?shù)脑u價(jià)。

不過按照作者們的意見,該書可以作為物理專業(yè)研究生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理時(shí)兩個學(xué)期使用的教科書。而且由于考慮到了內(nèi)容自成體系,也可以提供其他非物理專業(yè)但對于數(shù)學(xué)物理感興趣的讀者自學(xué)。

丁亦兵,

教授

(中國科學(xué)院研究生院)

篇3

英文名稱：Chinese Journal of High Pressure Physics

主管單位：

主辦單位：中國物理學(xué)會;高壓物理專業(yè)委員會;四川省物理學(xué)會

出版周期：

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開

本：

國際刊號：1000-5773

國內(nèi)刊號：51-1147/O4

郵發(fā)代號：62-132

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時(shí)間：1987

期刊收錄：

CA 化學(xué)文摘(美)(2009)

CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)

核心期刊：

期刊榮譽(yù)：

中科雙效期刊 Caj-cd規(guī)范獲獎期刊

聯(lián)系方式

期刊簡介

《高壓物理學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊于1987年9月，是我國高壓物理領(lǐng)域唯一的專業(yè)性刊物，它是由中國物理學(xué)會高壓物理專業(yè)委員會主辦、中國工程物理研究院流體物理研究所承辦的一份學(xué)術(shù)季刊。

《高壓物理學(xué)報(bào)》《高壓物理學(xué)報(bào)》辦刊宗旨是反映并刊登高壓物理學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的國內(nèi)外科研及技術(shù)成果，以促進(jìn)國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，發(fā)現(xiàn)與培養(yǎng)我國從事高壓物理專業(yè)研究的中青年科技人才，推進(jìn)我國高溫高壓物理學(xué)科研究工作的發(fā)展。讀者對象為從事高壓物理專業(yè)以及相鄰專業(yè)（如爆炸力學(xué)、地球物理、天體物理、材料科學(xué)等）的科學(xué)研究人員、工程技術(shù)人員、研究生以及大專院校師生等。

篇4

物理學(xué)中的圖形，可以用來表達(dá)一個規(guī)律，表示一種現(xiàn)象，透視一個機(jī)械。模擬一個過程使用圖形，是一種研究物理學(xué)的必備工具和手段。圖形的特點(diǎn)就是：簡單，直觀，而且所包含的信息豐富。

如圖1，這是一個電路圖。圖中包含兩個燈L1和L2，三個開關(guān)S1、S2和S3，一個電源以及一些導(dǎo)線。每一個開關(guān)都有斷開和閉合兩種狀態(tài)，所以就會導(dǎo)致這個電路共有六種狀態(tài)。燈泡是否會發(fā)光，以及電路是否有安全隱患，這些只需要我們在紙上畫一畫，稍作分析就一目了然了，這樣就免去了多次的實(shí)際試驗(yàn)。

二、公式之美

物理學(xué)家把對大自然的認(rèn)識，抽象成非常簡潔整齊的數(shù)學(xué)公式。每一個物理符號都有特定的意義，幾個符號按照某種特定的關(guān)系組合在一起，表達(dá)了非常清晰的物理規(guī)律。因此，物理公式是一種語言，是物理學(xué)家用自己獨(dú)特的方式告訴人們，宇宙是如何運(yùn)行的語言。

例如，地球上某個物體所受重力為G=mg。符號m表示這個物體的質(zhì)量，符號g表示地球的引力常數(shù)，G表示這個物體受到的重力。當(dāng)然，這個公式可以求任何星球上的物體所受到的重力，只要你知道這個星球的引力常數(shù)就好。

三、對稱之美

宇宙中有一種驚艷的美那就是對稱美。物理學(xué)當(dāng)然要描述對稱美。

正與負(fù)就是一種對稱。如電荷分為正電荷和負(fù)電荷；直流電源分為正極和負(fù)極。

磁場的N極與S極是一種對稱，地磁場的N極與S極也是一種對稱。

如圖2，平面鏡成像原理。平面鏡對于“對稱關(guān)系”的演繹再精彩不過了。家庭必備的鏡子，湖水里面的倒影，都屬于平面鏡成像的對稱。圖中左側(cè)的蠟燭，由于平面鏡的存在，在鏡子的右側(cè)相同距離的地方又出現(xiàn)了一個完全相同的“蠟燭”！當(dāng)然這個“蠟燭”并不是真實(shí)存在的。上帝沒有制造出兩片完全相同的葉子，但卻制造出了鏡子里面的“虛幻”。盡管我非常理解平面鏡成像原理，但是每一次面對平面鏡成的像，我都不得不感嘆其中那并不存在的“虛幻”。

四、抽象之美

陽光日復(fù)一日年復(fù)一年地照耀在地球上，這是再自然不過的事情。人類在享用陽光的同時(shí)，也在逐漸地去了解，認(rèn)識以及利用陽光。一直到今天，人類對于光能已經(jīng)有了較為成熟的認(rèn)識。物理學(xué)家把光抽象為一條條帶有方向的直線，也就是光線。這樣一來，研究光就變得簡單多了。后來又把光的傳播，反射，折射，衍射等等這些現(xiàn)象抽象成了一條條的規(guī)律，定律和定理。

認(rèn)識的程度從表象升華到本質(zhì)，這其中的功勞應(yīng)該歸功于“抽象”這一思維。物理學(xué)中對于電荷的認(rèn)識過程，也完美地體現(xiàn)了抽象思維的魅力。

五、邏輯之美

物理學(xué)較之其他學(xué)科，具有非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬅缹W(xué)體現(xiàn)。例如著名的牛頓第一運(yùn)動定律。1687年，英國物理泰斗艾薩克?牛頓（Sir Isaac Newton）在巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，提到了牛頓運(yùn)動定律，這其中就包括牛頓第一運(yùn)動定律。

“一切物體在沒有受到力的作用時(shí)，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)?！?/p>

牛頓第一運(yùn)動定律，又稱慣性定律。牛頓非常簡短的一句話高度概括了運(yùn)動和力的關(guān)系，這其中折射出來的邏輯美感讓無數(shù)的科學(xué)家、藝術(shù)家為之震撼！

六、簡約之美

物理學(xué)中用來描述物質(zhì)世界的方式是極其簡約的。無論是從上面列舉的圖形描述，還是公式描述，或者是抽象語言文字描述，我們都能從中深刻地感受和領(lǐng)略到這種簡約卻不簡單的表達(dá)風(fēng)格，這種簡約之美足以撼動人類的心靈。

篇5

在初學(xué)物理學(xué)的每一個板塊時(shí)，都可以引入物理學(xué)史，讓學(xué)生明白物理學(xué)的發(fā)展過程。目前的教科書大多不介紹科學(xué)歷史，即便有也只是簡單介紹一下科學(xué)家的生卒年份和主要成就，或是大家喜聞樂道的傳奇故事等等，而歷史上某個物理問題的探究過程卻很少介紹，歷史上科學(xué)家們?nèi)绾螝v經(jīng)艱辛和曲折，如何借鑒哪些前人的經(jīng)驗(yàn)才獲得突破等細(xì)節(jié)更是少之又少。所以教師在新課引入時(shí)，可以適當(dāng)加入一些物理學(xué)史。例如在學(xué)習(xí)天體運(yùn)動和萬有引力這一節(jié)知識時(shí)，可通過介紹人類對天體運(yùn)動的認(rèn)識從“地心說”到“日心說”，再到漸漸認(rèn)識到太陽也并非是宇宙中心這一逐漸發(fā)展的認(rèn)識過程，讓學(xué)生了解物理學(xué)的發(fā)展是一個漫長而又曲折的過程，同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)的發(fā)展道路充滿了艱辛，甚至有些科學(xué)家為了追求科學(xué)的真理付出了自己的生命。例如意大利偉大的思想家、自然科學(xué)家、哲學(xué)家和文學(xué)家布魯諾，他勇敢地捍衛(wèi)和發(fā)展了哥白尼的太陽中心說，并把它傳遍歐洲，1592年卻被捕入獄，最后被宗教裁判所判為“異端”燒死在羅馬鮮花廣場。在初學(xué)光學(xué)知識時(shí)，讓學(xué)生知道光學(xué)的起源可追溯到兩三千年之前，也應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生知道這門學(xué)科的起源和發(fā)展過程。春秋戰(zhàn)國時(shí)期，墨子便在《墨經(jīng)》中提出了光與影的關(guān)系，對平面鏡、凹面鏡、凸面鏡等進(jìn)行了相當(dāng)系統(tǒng)的研究。西方也有此方面的詳細(xì)記載，如歐幾里得在《發(fā)射光學(xué)》中詳細(xì)研究了光的反射，阿勒哈增也在《光學(xué)全書》中討論了許多光學(xué)現(xiàn)象。關(guān)于光的微粒說和光的波動性的爭論也是光學(xué)發(fā)展史的一根紅線。從建立反射定律和折射定律開始，光學(xué)真正形成了一門學(xué)科，這兩個定律也奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)光學(xué)發(fā)展歷史的同時(shí)，也能讓學(xué)生明白任何學(xué)科的發(fā)展都要經(jīng)歷一個漫長的過程。

2學(xué)習(xí)和借鑒物理實(shí)驗(yàn)方法

物理實(shí)驗(yàn)方法是指人們根據(jù)研究目的，充分利用物理儀器設(shè)備，人為地控制或模擬物理現(xiàn)象，排除各種偶然、次要因素的干擾，突出主要因素，在有利的條件下能重復(fù)研究物理現(xiàn)象及其規(guī)律。在學(xué)習(xí)力學(xué)時(shí)，可以把伽利略的事例引入課堂中。例如，古希臘科學(xué)家亞里士多德曾提出，重量大的物體會比重量小的物體下落更快。直到16世紀(jì)末，人們?nèi)允侨绱苏J(rèn)為。當(dāng)時(shí)，在比薩大學(xué)數(shù)學(xué)系任職的伽利略卻公然向這一觀點(diǎn)發(fā)出挑戰(zhàn)，并用事實(shí)證明了質(zhì)量不同的兩物體同時(shí)從比薩斜塔扔下后，兩個物體會同時(shí)落到地上。通過實(shí)驗(yàn)，伽利略向世人展示了他尊重科學(xué)而不畏權(quán)威的可貴精神。作為老師，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生感受并學(xué)習(xí)伽利略大膽懷疑、相信科學(xué)、執(zhí)著追求的精神。任何一個物理觀點(diǎn)提出后，都要用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證，所以還要讓學(xué)生明白物理實(shí)驗(yàn)的重要性。同樣可采用伽利略的例子。在推導(dǎo)“慣性定律”的過程中，他第一次采用理想試驗(yàn)的方法，假定一個小球在無摩擦的斜面上滾落下來，進(jìn)而在無限伸展的平面上運(yùn)動。雖然在現(xiàn)實(shí)中，根本不存在無摩擦的斜面和無限延伸的平面，但由于其是建立在事實(shí)基礎(chǔ)上的，得出的結(jié)論也自然讓人信服。在實(shí)驗(yàn)中，伽利略在非常平滑的表面上鋪上盡可能光滑的羊皮紙，將實(shí)驗(yàn)中使用的黃銅球打磨光滑，雖然小球從斜面滾下時(shí)的摩擦力依然存在，但通過這一系列的措施，盡量減到了最小，直至摩擦力可以小到忽略不計(jì)。伽利略忽略掉部分次要因素，這樣就可以使計(jì)量問題大為簡化，他所使用的這種方法簡化了研究對象，使其在純粹的狀態(tài)下展現(xiàn)特征，從而獲得現(xiàn)象的正確認(rèn)識。通過這一事例，能讓學(xué)生學(xué)會這樣一種有效的物理研究方法。在學(xué)習(xí)光學(xué)時(shí)，可以引入牛頓的事例。例如在1665年以前，人們都認(rèn)為白光是沒有其他色光的單一光，而有色光是一種不知何故發(fā)生變化的光(同樣也是亞里士多德的理論)。但牛頓卻對這一觀點(diǎn)產(chǎn)生了懷疑。為了驗(yàn)證自己的疑問，牛頓將三棱鏡放置在陽光下，光穿過鏡面，在墻上顯示出不同的顏色，即“光譜”。由此牛頓得出了結(jié)論：由于紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫基礎(chǔ)色有不同的色譜，從而形成了單一顏色的白色光。在這段物理學(xué)史中，同樣要讓學(xué)生明白物理學(xué)的發(fā)展一定要建立在物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，這樣就可以培養(yǎng)學(xué)生動腦動手的積極性。通過這些物理學(xué)史，可以讓學(xué)生通過物理學(xué)的學(xué)結(jié)出一套完整科學(xué)的研究方法，不僅要注重邏輯推理，還要充分依靠實(shí)際觀察和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)，也讓學(xué)生認(rèn)識到，科學(xué)的發(fā)展是科學(xué)家們一步步艱辛的努力才得來的，甚至有的科學(xué)家為了支持某一理論獻(xiàn)出了自己的生命。作為一名中學(xué)生，也應(yīng)該具備嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的研究態(tài)度。

3通過物理學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷

從古至今，我國的物理學(xué)已經(jīng)取得了很大的成就。早在3000多年前，我國古代科學(xué)家就已經(jīng)提出了古代原子說；東漢時(shí)期，王充首次提出利用科學(xué)的方法解釋潮汐現(xiàn)象；北宋沈括精準(zhǔn)地論述了磁偏角；還有我國的四大發(fā)明均使我國在古代世界物理學(xué)史上占據(jù)了重要的地位。近現(xiàn)代，我國物理學(xué)家錢三強(qiáng)夫婦發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂，美籍華人楊振寧和李政道否定了弱相互作用宇稱守恒定律并獲得了諾貝爾物理學(xué)獎；物理學(xué)家丁肇中等發(fā)現(xiàn)了J／Ψ粒子；另外還有錢學(xué)森、吳有訓(xùn)、吳健雄等一大批物理學(xué)家，為我國物理學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。他們不但在物理學(xué)方面取得了舉世矚目的成就，而且都懷有對祖國的無限熱愛之情。教師通過我國古代豐富的物理文化和優(yōu)良的發(fā)明創(chuàng)造以及近現(xiàn)代優(yōu)秀物理學(xué)家的重要成果和偉大事跡，讓學(xué)生可以對物理有更深入的了解，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感和自信心，激發(fā)學(xué)生熱愛祖國、報(bào)效祖國的決心，并建立攀登科學(xué)高峰的偉大愿望。雖然我國在物理學(xué)方面取得了很大成就，但仍和西方國家存在一定差距。在教學(xué)中，應(yīng)向?qū)W生說明我國現(xiàn)階段與西方國家科學(xué)發(fā)展存在的差距，并對其原因及現(xiàn)狀進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上喚起學(xué)生的愛國意識，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。

4物理學(xué)史的重要性

篇6

21世紀(jì)是科學(xué)與技術(shù)高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，一個民族只有普及科學(xué)知識，受到科學(xué)精神的熏陶，尊重科學(xué)、崇尚科學(xué)，才能告別愚昧，才能挺起胸膛自強(qiáng)于世界民族之林。大學(xué)生是國民中的特殊群體，他們科學(xué)素質(zhì)的高低將直接影響國民的科學(xué)素質(zhì)水平。由于我國教育體制和中等教育培養(yǎng)模式還不夠完善，一個十分突出的問題擺在面前：學(xué)生在高中階段便分文理科，文科學(xué)生除數(shù)學(xué)學(xué)科外，幾乎不再接受其他自然科學(xué)教育，從而導(dǎo)致進(jìn)入高校之后，文科大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)普遍較低。因此，提高文科大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)應(yīng)是我國高校文科教育的重要組成部分。物理學(xué)作為一門自然科學(xué)，是自然科學(xué)中的領(lǐng)軍學(xué)科，是整個自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)，兼有哲學(xué)的概括性、抽象性，數(shù)學(xué)的邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性以及實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐性和操作性的特點(diǎn)，能很好地提高學(xué)生的思維能力、觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題的能力，可同時(shí)培養(yǎng)文科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文精神。那么在高等院校文史、管理、財(cái)會、語言、藝體等文科類專業(yè)開設(shè)基于物理學(xué)的科學(xué)素質(zhì)課程，是提高文科學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一種很好的途徑和方法。2011年8月，國務(wù)委員、現(xiàn)國務(wù)院副總理劉延?xùn)|在全民科學(xué)素質(zhì)行動實(shí)施工作電視電話會議上強(qiáng)調(diào)，要深入實(shí)施《全民科學(xué)素質(zhì)行動計(jì)劃綱要》，充分調(diào)動社會各界力量，弘揚(yáng)科學(xué)精神，普及科學(xué)知識，倡導(dǎo)科學(xué)方法，傳播科學(xué)思想，讓講科學(xué)、愛科學(xué)、用科學(xué)在全社會蔚然成風(fēng)，使公民科學(xué)素質(zhì)再上新水平。劉延?xùn)|強(qiáng)調(diào)，公民科學(xué)素質(zhì)是落實(shí)科學(xué)發(fā)展的有力支撐、建設(shè)創(chuàng)新型國家的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)、衡量現(xiàn)代化強(qiáng)國的重要標(biāo)志和社會文明進(jìn)步的強(qiáng)大動力，加強(qiáng)公民科學(xué)素質(zhì)建設(shè)具有重要而深遠(yuǎn)的意義。而高等院校是實(shí)施全民科學(xué)素質(zhì)教育的最佳場所之一。近年來，我國部分高校已開始在文科類專業(yè)開設(shè)基于物理學(xué)的科學(xué)素質(zhì)教育課程，這一舉措將有利于提高文科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力，對于我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展無疑會起較大的促進(jìn)作用。

二文科大學(xué)生應(yīng)具備的基本科學(xué)素養(yǎng)

進(jìn)入21世紀(jì)，面對經(jīng)濟(jì)社會日新月異的快速變化，思想文化錯綜復(fù)雜的高度融合，科學(xué)技術(shù)前所未有的創(chuàng)新發(fā)展，為適應(yīng)社會需求，跟上時(shí)代步伐，作為文科大學(xué)生，應(yīng)具備如下基本科學(xué)素養(yǎng)。1．必備的科學(xué)知識在西方，一些社會學(xué)家和物理學(xué)家提出這樣的觀點(diǎn)：如果一個人未讀過莎士比亞的著作會被認(rèn)為沒有教養(yǎng)；但是一個人如果不知道牛頓、愛因斯坦的理論，卻被看作沒有文化。進(jìn)入21世紀(jì)以來，以物理學(xué)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)技術(shù)滲透到人們學(xué)習(xí)、生活、工作中的每一個角落，對社會發(fā)展與人們生活方式的影響更加寬廣和深刻?，F(xiàn)代高科技的許多前沿問題和應(yīng)用領(lǐng)域，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、激光技術(shù)、納米技術(shù)、核能技術(shù)、航天技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)等，很多都囊括在基礎(chǔ)物理的研究領(lǐng)域之中。因此，在文科物理教學(xué)中，有必要讓學(xué)生學(xué)習(xí)、理解一些基本物理知識。如牛頓的三大運(yùn)動定律和萬有引力定律，熱力學(xué)第一定律和第二定律，麥克斯韋電磁理論的基礎(chǔ)知識，原子物理和量子力學(xué)的基本觀念，愛因斯坦的狹義和廣義相對論，光的波粒二象性等。特別是對引領(lǐng)21世紀(jì)發(fā)展的高新科技應(yīng)有一個初步的了解，這對他們將來從事的工作會有很大的幫助。2．科學(xué)的思維方法科學(xué)的思維方法往往比知識本身更重要，眾多諾貝爾獎獲得者都有同感，他們在學(xué)習(xí)期間不僅要向?qū)煂W(xué)習(xí)科學(xué)知識，更重要的是學(xué)習(xí)導(dǎo)師如何工作、如何思考、如何處理實(shí)際問題等，這種思維方法上的訓(xùn)練是最為關(guān)鍵的。無論是物理概念的建立或物理定律的發(fā)現(xiàn)，還是物理基礎(chǔ)理論的創(chuàng)立和突破，都離不開科學(xué)的思維方法。而比較、分析、綜合、歸納和演繹等是科學(xué)思維的基本方法，在文科物理教學(xué)中，我們要善于挖掘物理學(xué)中蘊(yùn)含的豐富思維方式和科學(xué)研究方法，如模型方法、類比方法、分析綜合、歸納演繹、理想實(shí)驗(yàn)、科學(xué)假說、數(shù)學(xué)建模方法等，傳授給學(xué)生，并努力讓學(xué)生應(yīng)用這些方法，去正確分析、理性判斷和初步計(jì)算一般難度的物理問題，以提高他們的科學(xué)思維能力。3．執(zhí)著的科學(xué)精神物理學(xué)作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，不僅包含物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)世界的運(yùn)動規(guī)律，同時(shí)蘊(yùn)含了豐富的哲理和無窮的智慧，閃耀著科學(xué)文化與人文精神的光輝。古今中外的著名物理學(xué)家，在追求真理的道路上所表現(xiàn)出來的求實(shí)精神、獻(xiàn)身精神、懷疑精神、創(chuàng)新精神，在科學(xué)研究和日常生活中所表現(xiàn)出來的謙虛、謹(jǐn)慎、誠實(shí)、合作、淡泊名利的優(yōu)秀品質(zhì)以及他們對人類、對社會的高度責(zé)任感等，都是科學(xué)精神和人文情懷在他們身上完美結(jié)合的體現(xiàn)。因此，在文科物理教育中，應(yīng)注重樹立學(xué)生現(xiàn)代科學(xué)的自然觀、宇宙觀和辯證唯物主義世界觀，使學(xué)生具有科學(xué)的成敗觀和探索科學(xué)疑難問題的信心和勇氣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神、堅(jiān)韌不拔的科學(xué)品格和人文關(guān)懷的優(yōu)秀品質(zhì)。4．較強(qiáng)的創(chuàng)新意識愛因斯坦曾說：“提出問題往往比解決問題更重要。因?yàn)榻鉀Q問題或許只是一種技能，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的進(jìn)步?！薄跋胂罅Ρ戎R更重要，因?yàn)橹R是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進(jìn)步，并且是知識進(jìn)步的源泉。”在文科物理教學(xué)中，通過了解物理學(xué)史和物理學(xué)家成長成才的經(jīng)歷，讓學(xué)生們體會創(chuàng)新思維的重要性，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、探索精神和創(chuàng)新欲望，鼓勵學(xué)生對前人的科學(xué)理論和傳統(tǒng)觀點(diǎn)持大膽的質(zhì)疑精神，對前人尚未揭示的事理敢于提問，培養(yǎng)學(xué)生勇于開拓進(jìn)取的精神，使學(xué)生善于思考，勇于實(shí)踐，敢于向舊觀念挑戰(zhàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的創(chuàng)新意識。這樣才能適應(yīng)社會進(jìn)步和時(shí)代變革對創(chuàng)新人才的要求。

三深化教學(xué)改革，增強(qiáng)教學(xué)效果

篇7

中圖分類號：P585 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）24-0057-01

巖石物理學(xué)一般分為兩個分支：開發(fā)（地球物理）與生產(chǎn)（巖石物理和石油工程），一方面地球物理要求在遠(yuǎn)離鉆孔的情況下確定巖石彈性性質(zhì)，另一方面需要在遠(yuǎn)離鉆孔條件下弄清巖石物理特征，改進(jìn)對儲集層的描繪和定性。人們正迅速地推動地球物理、石油物理和儲集層數(shù)據(jù)的綜合研究，在促進(jìn)這種綜合研究的過程中，巖石物理學(xué)的任務(wù)是找到a地理物理參數(shù)和巖石性質(zhì)之間的關(guān)系。本文簡單介紹巖石性質(zhì)對地球物理和巖石物理參數(shù)的影響

1.流體的影響

五十年代，加斯曼和比奧特提出：流體性質(zhì)影響多孔介質(zhì)中彈性波的傳播。從那時(shí)起，人們對這個問題進(jìn)行了廣泛的理論研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。比奧特-加斯曼理論的最大應(yīng)用是借助“亮點(diǎn)”技術(shù)識別含氣沙。比奧特一加斯曼理論預(yù)言，鹽水或油飽和孔腔中的少量氣體會明顯降低彈性波的速度。這是因?yàn)闅怏w和液體的壓縮系數(shù)相差很大，孔隙飽和物能部分支持波經(jīng)過時(shí)所引起的彈性載荷，所以當(dāng)體模較大的流體完全填充孔腔時(shí)，波速就高。然而存在少量氣體，平均流體模量便會明顯降低，從而引起P波波速的下降。比奧特一加斯曼理論還預(yù)言：切變波不受飽和液體壓縮性的影響。

這一理論認(rèn)為，只有當(dāng)VP較低，巖石（未固結(jié)砂、淺固結(jié)巖石）中含有模量較高的液體（水、低汽化點(diǎn)的油）時(shí)，液體飽和巖石與部分充氣巖石的VP的差別才會大于10%。這解釋了“亮點(diǎn)”常出現(xiàn)在鹽飽和構(gòu)造上方未固結(jié)和淺固結(jié)砂巖中。比奧特-加斯曼理論假定流體壓縮率是氣體和液體壓縮率的體積平均值。多梅尼科（Domenico，1976）和莫奇舒吉（Mochizuki）提出，高頻下平均流體模量可由體模量的體積平均得出。這說明了隨氣體飽和度增加，VP值幾乎線性下降。超聲頻率下，對流體壓縮率進(jìn)行平均的體積大約為一個波長，即幾個孔隙大小的量級因此，氣體飽和度較低時(shí)，許多個“平均體積”內(nèi)可能不含氣體并VP很大，結(jié)果就要比比奧特一加斯曼理論值要高，在氣體充滿所有平均體積之前都是這樣。

比奧特-加斯曼理論在實(shí)際應(yīng)用中存在一個問題，就是要求知道巖石的骨架模量。按比奧特的定義，它是壓縮時(shí)液體可以自由出入的完全飽和樣品的體模。比奧特的“飽和模量”是指液體充進(jìn)孔腔并承受部分彈性載荷的模量。許多人把干燥或充氣巖石模量當(dāng)作骨架模量。然而實(shí)驗(yàn)證明，含水量低的巖石受化學(xué)力和毛細(xì)管力作用很強(qiáng)，對于干燥巖石與含百分之幾水的巖石，它們的速度差別很大。

總之，比奧特一加斯曼模型是尋找某些儲集層中氣體的有力工具。但在應(yīng)用這一理論計(jì)算預(yù)期的速度或阻抗變化時(shí)，最重要的是正確使用骨架模量或流體模量。理論和實(shí)踐表明，對于固結(jié)好的儲集層，或是很深的輕油儲集層，由于氣體引起的速度變化小到測不出來。準(zhǔn)確區(qū)分一個儲集層是油浸還是水浸的，在采集過程中是很重要的；對于巖石二水相互作用，在速度分析中也很重要。

2.孔隙、裂縫和斷裂的影響

計(jì)算彈性性質(zhì)時(shí)，多孔巖石被認(rèn)為多相或復(fù)合介質(zhì)。目前還沒有直接的理論能正確地預(yù)言巖石基體與多孔巖石彈性性質(zhì)的差別。關(guān)于孔隙對速度影響的模型可以分為兩類：孔隙模型和顆粒模型。顆粒模型假設(shè)巖石由相互接觸的顆粒組合，速度取決于顆粒、顆粒接觸形式及接觸面積等情況。

孔隙和裂縫模型把巖石當(dāng)作具有孤立孔隙及裂縫的固體，但是大多數(shù)實(shí)際情況中巖石的特征介于以上兩者之間。顆粒模型反映了實(shí)際砂和球狀堆積的某些特征，不過缺點(diǎn)是沒有充分考慮實(shí)際觀察到的非固結(jié)球狀包之間的接觸勁度，因此顆粒模型對于固結(jié)巖石的適用情況亦不好。

在固體基體模型中，該模型采用不同縱橫比的孔隙分布，可以于從波數(shù)據(jù)中反演得到孔隙分布，缺點(diǎn)就是當(dāng)體密度給定時(shí)，孔隙越小對速度的影響就越大。因此，這些模型應(yīng)用于孔隙非常小的火成巖效果很好，但應(yīng)用到沉積巖時(shí)，卻需要假定大量細(xì)孔的存在，這是不合理的。雖然孤立孔隙也不完全符合實(shí)際情況，但是它適應(yīng)性強(qiáng)，因而更常用。

我們要完全認(rèn)識孔隙和裂縫對巖石彈性性質(zhì)的影響還需要新的模型和實(shí)驗(yàn)。最近，阿卜杜拉伽華德（Abdel-Gawad）直接觀測不同壓力下的孔腔得到的縱橫比分布證明，細(xì)長孔隙的數(shù)目隨壓力增大而增加。換句話說，細(xì)孔隙隨壓力增加不閉合，只是變細(xì)了這一點(diǎn)，加上輸送和孔腔彈性模量之間缺乏相關(guān)性，提示我們必須重新考慮過去對孔腔及其對彈性性質(zhì)影響的一些觀點(diǎn)。但細(xì)裂縫模型有一個優(yōu)點(diǎn)，就是它可能模擬裂縫對速度的影響。這些模型都假定彈性波波長比裂縫或斷裂尺寸大許多按照這些模型，只要裂縫的大小遠(yuǎn)小于波長，它的大小就沒有影響。

3.各向異性對彈性波傳播的影響

已有的裂縫模型中，討論裂縫分布各向同性的占多數(shù)。最近由加賓和諾波夫（1975）、赫德森（1981）及克拉賓（1984）等人提出，斷裂簇或定向裂縫可導(dǎo)致巖石中彈性波波速的較大的各向異性。野外研究也發(fā)現(xiàn)了方位波波速各向異性和由各向異性引起的偏振S波分解。這些研究大多認(rèn)為各向異性是由上層地殼中定向裂縫引起的。

納和西蒙斯（1969）、西蒙斯等（1975）等進(jìn)行由定向微裂縫導(dǎo)致彈性性質(zhì)變化的實(shí)驗(yàn)研究。西蒙斯（1975）等和普盧姆等（1984）能夠?qū)⑽⒘芽p取向的直接觀測結(jié)果與10-20%的P波速各向異性聯(lián)系起來。實(shí)驗(yàn)和理論表明，當(dāng)能量沿平行于裂縫方向傳播時(shí)，P波速度不受裂縫或斷裂影響。這就解釋了為什么垂直側(cè)向斷裂不改變P波地震波剖面。理論還提出，當(dāng)能量沿平行于裂縫方向傳播時(shí)，裂縫對SV波和SH波的影響是不同的?？死e（1978，1984）和安多（Ando，1983）等，用此解釋他們在野外研究中所觀察到的S波分解。理論和實(shí)驗(yàn)指出，S波和大偏移P波VSP在探測石油儲集層中垂直傾向斷裂區(qū)域時(shí)可能有用途。

當(dāng)然，地震波各向異性不僅僅起因于斷裂。大多數(shù)礦物在它們的不同晶軸上表現(xiàn)出很強(qiáng)的各向異性。沉積環(huán)境也能導(dǎo)致顆粒及礦物的各向異性。沉積各向異性盡管能引起垂直與水平方向速度的很大不同，但它一般不導(dǎo)致P波在水平方向的各向異性或S波分解。然而，沉積各向異性對巖石的電性質(zhì)影響很大，從而造成某些情況下對電和介電測井的不正確解釋。此外，地震波各向異性還可以由層厚比波長小許多時(shí)的各向同性介質(zhì)引起。

總之，我們只有對巖石性質(zhì)進(jìn)行廣泛地研究才能夠認(rèn)清它們之間的關(guān)系，除了上面簡單的介紹總結(jié)之外，近來還有人用核磁共振研究飽和與束縛水的問題，也有人對巖石從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了仔細(xì)研究，以增加對尺度現(xiàn)象和交界面的認(rèn)識。以上問題，還有巖石性質(zhì)間的關(guān)系、孔隙幾何對輸送和彈性性質(zhì)的影響，以及各種流體對巖石表面化學(xué)性質(zhì)的影響等問題，都是需要繼續(xù)研究的。只有這樣，我們才能用觀測到的儲集層特征去推斷儲集層的未知特征。

參考文獻(xiàn)

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篇8

1 理論物理與實(shí)驗(yàn)物理對物理美之爭

復(fù)仇女神曾經(jīng)留下帶有“給最美的人”的字的蘋果，挑起了特洛伊戰(zhàn)爭，而如今這個蘋果落在了實(shí)驗(yàn)物理與理論物理之間。從法拉第和麥克斯韋那里開始，象與相的美始終無法爭出一個高低。

在實(shí)驗(yàn)物理這邊，真，這個和善一起長期作為美的伴侶的性質(zhì)，使得實(shí)驗(yàn)物理因?yàn)槠湓诂F(xiàn)實(shí)世界的可復(fù)制性而成為美的。弗朗西斯?培根站在近代哲學(xué)經(jīng)驗(yàn)論的開端上，提出了科學(xué)實(shí)驗(yàn)對于人類經(jīng)驗(yàn)的重要性，而經(jīng)驗(yàn)對于審美活動而言是至關(guān)重要的。無論是牛頓用棱鏡分解的太陽光還是托馬斯?揚(yáng)應(yīng)用了雙縫演示的光的干涉實(shí)驗(yàn)，即使是沒有物理學(xué)知識的人也不得不贊嘆它們。實(shí)驗(yàn)物理是揭示物理學(xué)美的最直接也最直觀的途徑。

而在理論物理這一方，畢達(dá)哥拉斯和柏拉圖是他們自古以來的支持者。理論物理的支柱是數(shù)學(xué)。麥克斯韋用數(shù)學(xué)將法拉第的電磁理論推向了一個新的世界，狄拉克則直接在1963年的scientific american上寫道：“使一個方程具有美感比使它去符合實(shí)驗(yàn)更重要”，這樣看來，狄拉克直接將實(shí)驗(yàn)和美對立起來了。數(shù)學(xué)所帶給我們的柏拉圖所說的“理念”世界是最具有完滿性的世界，現(xiàn)實(shí)的瑕疵在理念世界里被完全地排除了，如同古希臘的雕塑——雕塑家們通過解剖研究人體結(jié)構(gòu)，再將最完美的比例（完美到無法在現(xiàn)實(shí)世界中找到這樣的模特）賦予他們的作品。于是實(shí)驗(yàn)物理與現(xiàn)實(shí)世界自然地成為了流于表面的“表象”，甚至是柏拉圖的“幻象”。

隨著近代物理學(xué)與本身不斷發(fā)展著的數(shù)學(xué)結(jié)合得日益緊密，越來越多的物理學(xué)家趨向于認(rèn)為物理學(xué)的美在于其數(shù)學(xué)構(gòu)架。他們認(rèn)為，當(dāng)物理學(xué)的定律被公式化以后，物理世界的基本結(jié)構(gòu)變成了簡單、精確的數(shù)學(xué)語言，而美則恰恰就在這種簡單性與統(tǒng)一性之中。

2 現(xiàn)代美學(xué)與現(xiàn)代物理學(xué)的趨向

盡管物理學(xué)家們似乎要在傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上給他們的美麗的工作一個確定的審美標(biāo)準(zhǔn)，但是隨著他們的工作繼續(xù)向前推進(jìn)，上帝似乎真的擲起了骰子。

楊振寧先生曾經(jīng)將理論物理的美直接歸結(jié)為五點(diǎn)，即和諧、優(yōu)雅、一致、簡單以及整齊。這樣的歸納還停留在古希臘人的美學(xué)思想上。自從manet作為印象派的先鋒，帶領(lǐng)著monet、renoir等巨匠顛覆了古典主義之后，藝術(shù)美的標(biāo)準(zhǔn)也就受到了挑戰(zhàn)：古典的恬靜被工業(yè)社會匆匆而游移的目光所打破，印象派宣稱他們畫的不是事物本來的樣子而是它們看起來的樣子，精準(zhǔn)細(xì)膩的筆法被快速的涂抹代替，但印象派卻獲得了前所未有的真實(shí)感。在現(xiàn)代主義繪畫運(yùn)動進(jìn)入到、不斷改變著人們審美趣味的時(shí)候，物理學(xué)界的審美標(biāo)準(zhǔn)也接著被打破——相對論打碎了經(jīng)典物理學(xué)中被凝固的時(shí)空，量子力學(xué)的誕生宣告了精確的、決定論的、歸于簡單的經(jīng)典物理學(xué)思想的終結(jié)，系統(tǒng)科學(xué)將科學(xué)思維引向復(fù)雜性理論和混沌學(xué)。世界似乎更像一幅現(xiàn)代大師潑墨完成的畫作——晦澀而令人眼花繚亂。

如今現(xiàn)代藝術(shù)已然完成了美的標(biāo)準(zhǔn)的蛻變。renoir的le bal au moulin de la galette（《煎餅?zāi)シ坏奈钑罚┍恍稳轂?ldquo;看起來像未完成一樣”，而這個特點(diǎn)恰恰體現(xiàn)了現(xiàn)代西方美學(xué)的轉(zhuǎn)向——主客統(tǒng)一，印象主義的繪畫需要觀賞者來完成，只有有人在場，審美對象才真正地存在：“這就是體驗(yàn)統(tǒng)一體，這種統(tǒng)一體本身就是意義統(tǒng)一體” [3]。有意思的是，盡管我不贊同楊振寧先生的物理學(xué)美的五個特點(diǎn)，但我們又回到了開篇時(shí)楊先生對美的標(biāo)準(zhǔn)的界定，即“美的最終標(biāo)準(zhǔn)是人是否與它有關(guān)”。

但針對現(xiàn)代物理學(xué)的審美觀點(diǎn)卻并沒有如此迅速地完成藝術(shù)界所完成的轉(zhuǎn)變，相反地，和諧與簡單的缺失卻造成了科學(xué)美岌岌可危的境況。雖然楊振寧先生對科學(xué)美的五個具體定義有一定的普遍性（大部分能夠接受科學(xué)美作為一種美學(xué)意義上的“美”的人們能夠接受的也是這樣的一種定義），但是由于現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展，系統(tǒng)科學(xué)、混沌學(xué)、復(fù)雜性思想的產(chǎn)生，以及傳統(tǒng)的微積分被能夠更精確地描述不確定性的概率論所替代，精確和統(tǒng)一之美正在離開自然科學(xué)領(lǐng)域，當(dāng)然也包括物理學(xué)。“復(fù)雜性并不僅僅包含向我們的計(jì)算能力挑戰(zhàn)的組成單元的數(shù)量和相互作用的數(shù)量，它還包含著不確定性、非決定性、隨機(jī)現(xiàn)象。”[4]重新定義物理學(xué)之美成為了挽救其的唯一方法。

3 中國傳統(tǒng)美學(xué)觀念與現(xiàn)代科學(xué)的物理美

中國古代詩人柳宗元曾有言道：“夫美不自美，因人而彰。”在中國傳統(tǒng)繪畫中，始終對于西方繪畫所追尋的與客觀世界的相像——甚至一致——不甚追求，而是尋求一種介于像與不像之間的韻味，給人留以品味的空間，即意象。中國傳統(tǒng)的情景交融、不分主客的審美方式長久以來并沒有受到太多變革，這一點(diǎn)與不斷革新的西方審美理論有很大區(qū)別。

相應(yīng)地，中國古代的科學(xué)技術(shù)發(fā)展也更多地關(guān)注實(shí)用性而非理論。這樣說起來似乎有些矛盾，既然中國人如此追求物外的意象，又為何在科學(xué)技術(shù)方面只著眼于物呢？這還要從老子的自然觀說起。“人法地，地法天，天法道，道法自然”為中國人的自然觀奠定了人與自然共生的理念，戰(zhàn)勝自然與征服自然從來不是中國人發(fā)展的主題，作為一個重農(nóng)的古國，順應(yīng)天時(shí)才是生存之道。因此，中國古代科學(xué)技術(shù)——甚至有些學(xué)者認(rèn)為古代中國只有技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，只是為了解決眼前的、暫時(shí)性的生產(chǎn)問題，由于這種觀念的主導(dǎo)，技術(shù)甚至不需要發(fā)展成一個連貫而完整的體系。但正是這種“萬物并作，吾以觀復(fù)”、人融于自然（在藝術(shù)中則是繪畫或詩歌等作品）進(jìn)行審美的觀點(diǎn)可以給西方現(xiàn)代科學(xué)的物理學(xué)之美指一條出路。

盡管混沌學(xué)帶著不確定性與復(fù)雜性闖入了現(xiàn)代物理學(xué)，盡管傳統(tǒng)的秩序似乎被打破了，但是我們應(yīng)該反思，傳統(tǒng)的物理學(xué)之美的觀點(diǎn)給世界強(qiáng)加了太多人類自己的思維定式——從和諧、歸一的簡單性思想到形而上學(xué)的機(jī)械決定論，我們用我們的理性給自然套上了桎梏，如今自然在我們面前展現(xiàn)它本來的樣子越多，我們就越受到這種思維模式的困擾。這樣的思維模式甚至造成了愛因斯坦在其后半生中與哥本哈根學(xué)派的不斷的論戰(zhàn)，因?yàn)樗麩o法接受哥本哈根學(xué)派對量子力學(xué)非決定論的解釋。

只有當(dāng)我們跳出這種畫地為牢的思維定式，將“觀復(fù)”的目光投向整個物理學(xué)界、甚至是自然界，放下我們僵硬的、帶有“求簡單圖省事”意味的功利性思想，去探求物理學(xué)最根本的基礎(chǔ)——自然現(xiàn)象，去接納每一種被自然界創(chuàng)造出來的奇跡，我們才可能在最大程度上接近物理學(xué)美定義的答案。

篇9

10月6日下午,2009年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉,高錕與美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的威拉德?博伊爾(Willard Boyle)、喬治?史密斯(George Smith)共獲殊榮。高錕的獲獎成果,是在英國標(biāo)準(zhǔn)電訊實(shí)驗(yàn)室完成的。后來,他在香港中文大學(xué)做過九年校長(1987年至1996年),直至退休。

由于在光纖通信領(lǐng)域的開創(chuàng)性成就,高錕將獲得約140萬美元獎金的一半,博伊爾和史密斯發(fā)明了用于數(shù)字圖像技術(shù)的CCD傳感器,將各獲四分之一的獎金。

三位科學(xué)家40年前的研究,幫助構(gòu)建了當(dāng)下的信息時(shí)代,也為自己贏得了諾貝爾獎。

高錕與低損耗光纖

20世紀(jì)60年代初,激光器的發(fā)明給光通信研究帶來了新的希望――激光束不僅具有亮度高等優(yōu)點(diǎn),還可以在光纖中傳播。

但由于缺乏穩(wěn)定、可靠和低損耗的傳輸介質(zhì),光通信似乎仍是一個遙不可及的目標(biāo),因?yàn)楣庑盘栐诋?dāng)時(shí)的光纖材料中只能傳輸20米。

當(dāng)時(shí),高錕是國際電話電報(bào)公司旗下英國標(biāo)準(zhǔn)電訊實(shí)驗(yàn)室的一名研究人員。他1933年11月出生在上海的一個書香門第,孩提時(shí)代的他就喜歡科學(xué)實(shí)驗(yàn),甚至自制過小型炸藥彈丸。

后來,高錕隨家人遷居香港,曾在香港圣約瑟書院就讀。1954年,他遠(yuǎn)赴英倫,在倫敦大學(xué)攻讀電機(jī)工程。

與不少同行因此對光纖傳輸?shù)募夹g(shù)前景產(chǎn)生懷疑不同,高錕研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為更值得關(guān)注的,是光纖原材料問題。

他后來回憶道:“那時(shí)面對的最大難題,就是玻璃的雜質(zhì)問題。玻璃看似透明,其實(shí)雜有不純的元素,所以我們構(gòu)想,假若有一種沒有雜質(zhì)的玻璃,光波的傳導(dǎo)就不會衰減?！?/p>

1966年6月,高錕與同事喬治?霍肯(George Hockham)在《電氣電子工程師學(xué)會學(xué)報(bào)》上發(fā)表題為“用于光頻的光纖表面波導(dǎo)”的論文指出,提純原材料后可制造出適合長距離通信使用的低損耗光纖:在純的玻璃纖維中,光信號可傳輸100公里以上。

這一研究奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。這一年,他年僅32歲。1970年,美國康寧公司研制出第一種超純光纖。1975年,英國安裝了世界上第一套光纖通信系統(tǒng)。

北京郵電大學(xué)前校長林金桐對記者說:“從高錕和霍肯的論文,到世界上第一個商用光纖通信系統(tǒng)的誕生,僅用了十年時(shí)間,這在重大科學(xué)研究成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的眾多案例中,顯得格外突出。”

諾貝爾獎評委會在新聞公報(bào)中表示,這些低損耗的玻璃纖維推動了因特網(wǎng)等寬帶通信的發(fā)展,光在這些玻璃纖維中流動,文本、音樂、圖像和視頻可在瞬間進(jìn)行全球傳輸,“如果我們拆開密布全球的玻璃纖維,將得到一條10億公里以上的長線,足夠環(huán)繞地球2.5萬多圈?！?/p>

香港中文大學(xué)前任校長金耀基甚至將高錕研究成果的重要性,與印刷術(shù)、火藥、指南針等中國古明相提并論,“今天生活在網(wǎng)絡(luò)社會,就是因?yàn)楣饫w的發(fā)明改變了我們的生活?！?更多關(guān)于高錕的資料,見本期“華人”欄目)

貝爾實(shí)驗(yàn)室和CCD

在現(xiàn)代的高速網(wǎng)絡(luò)通信中,數(shù)字圖像是最主要的承載內(nèi)容,而這很大程度上要?dú)w功于本年度諾貝爾物理學(xué)獎的另一項(xiàng)獲獎內(nèi)容――美國朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的威拉德?博伊爾和喬治?史密斯發(fā)明的用于數(shù)字圖像的裝置:電荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)。

博伊爾1924年出生于加拿大,26歲時(shí)在加拿大麥基爾大學(xué)獲得博士學(xué)位。他在1953年加入貝爾實(shí)驗(yàn)室,并在1962年與同事首先發(fā)明了可以連續(xù)運(yùn)行的紅寶石激光器。

史密斯1930年出生于美國,29歲時(shí)在美國芝加哥大學(xué)獲得博士學(xué)位后也進(jìn)入貝爾實(shí)驗(yàn)室。

1969年10月的一天,史密斯走進(jìn)同在貝爾實(shí)驗(yàn)室半導(dǎo)體研究部門工作的博伊爾的辦公室,兩人進(jìn)行了一場“頭腦風(fēng)暴”。在不到兩個小時(shí)的時(shí)間里,博伊爾和史密斯在黑板上大致勾繪出一種新裝置的藍(lán)圖,兩人將其命名為電荷耦合器件。

這種新技術(shù)的源頭,還要追溯到愛因斯坦提出的光電效應(yīng),即通過光電效應(yīng),光可以被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｈ欢?如何在極短時(shí)間內(nèi)收集并讀出信號,看上去卻是一個無法逾越的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此,一開始,很多同行都對CCD的概念嗤之以鼻。

但博伊爾和史密斯堅(jiān)信自己的想法,并成功地將藍(lán)圖變成了現(xiàn)實(shí)。他們采用特殊的硅半導(dǎo)體材料,并將硅片細(xì)分為一個個“單元格”或者說“像素”,這樣,當(dāng)光照射到像素之上,會產(chǎn)生信號電荷。當(dāng)時(shí),很多電子器件以電流或電壓作為信號,CCD則采用電荷作為信號。

信號電荷不僅可以在CCD內(nèi)存貯,還可以穿越一排排的“像素”,在電極與電極之間快速傳輸(電荷耦合),并最終被讀出。

CCD的發(fā)明,帶來了攝影的一場革命。光能夠被電子化捕捉,而不再需要傳統(tǒng)的感光膠卷,數(shù)碼相機(jī)也得以走進(jìn)千家萬戶。

篇10

成像原理

在探討這些名詞背后的原理前，我們先回顧一下相機(jī)的成像原理。照相機(jī)的構(gòu)造和工作原理與我們的視覺系統(tǒng)非常相似（圖1）。

照相機(jī)的主要部件包括光闌（光圈）、快門、鏡頭、底片（或感光器）四部分（圖2）。相機(jī)的鏡頭就相當(dāng)于我們眼睛的晶狀體，可以看作凸透鏡，其折射率高于空氣。光線進(jìn)入照相機(jī)后，會被鏡頭折射并會聚，形成倒立的實(shí)像在底片上。由于拍攝對象與照相機(jī)的距離一般比相機(jī)鏡頭焦距大很多，因此像平面（感光底片）總在鏡頭的焦平面附近。根據(jù)幾何光學(xué)成像公式：

u 為被攝物體與鏡頭間距，v 為底片與鏡頭間距， f為鏡頭焦距，只要在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)鏡頭與底片間的距離v ，就可以使得不同位置的物體清晰成像于底片上。值得注意的是，真實(shí)的照相機(jī)光學(xué)鏡頭并不只是一個簡單的凸透鏡，而是一組復(fù)式鏡頭，由一系列凸透鏡與凹透鏡組成，能夠校正成像時(shí)的各種像差，這就克服了單透鏡照相機(jī)容易出現(xiàn)影像變形的缺點(diǎn)，使得成像清晰度大大提高。

相機(jī)中的光圈和景深

要想拍攝出亮度適當(dāng)?shù)恼掌捅仨毧刂坪酶泄獾灼系钠毓饬?。相機(jī)光圈是控制曝光量的重要因素之一。光圈實(shí)質(zhì)上是一個光闌，它與人的瞳孔相似，通過調(diào)節(jié)自身孔徑尺寸，來影響進(jìn)入相機(jī)的光線多少。光闌位于鏡頭內(nèi)部，通常由多片可運(yùn)動的金屬葉片（稱為光闌葉片）組成，通過使圓孔變大或者縮小，以達(dá)到控制通過光量的目標(biāo)（圖3）。光圈大小通常用F值表示，F(xiàn)值=鏡頭焦距/光闌口徑的直徑。可以看出，光圈F值越小，同一單位時(shí)間內(nèi)相機(jī)的進(jìn)光量就越多。

攝影時(shí)還有一種現(xiàn)象，即同一張照片上有的物體清晰，有的物體卻比較模糊（虛化），這是為什么呢？拍攝時(shí)，調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭使景物清晰成像的過程，叫做對焦，景物所在的點(diǎn)稱為對焦點(diǎn)，因?yàn)椤扒逦辈⒉皇且环N絕對的概念，所以，對焦點(diǎn)前（靠近相機(jī)）、后一定距離內(nèi)的景物的成像都可以是清晰的，這個前后范圍的總和，就叫做景深，意思是只要在這個范圍之內(nèi)的景物，都能清楚地拍攝到。

決定景深的三要素分別是鏡頭的焦距、拍攝距離和光圈大小。景深的大小，首先與鏡頭焦距有關(guān)，焦距長的鏡頭景深小，焦距短的鏡頭景深大。其次，景深與光圈有關(guān)，光圈越小景深就越大（圖4）；光圈越大景深就越小，而且前景深小于后景深，也就是說，精確對焦之后，對焦點(diǎn)前面只有很短一點(diǎn)距離內(nèi)的景物能清晰成像，而對焦點(diǎn)后面很長一段距離內(nèi)的景物，都是清晰的。此外，對于給定焦距的照相機(jī)鏡頭，物體與相機(jī)鏡頭距離越小，則景深越?。环粗畡t越大。因此在拍攝不太近的物體時(shí)，其遠(yuǎn)處的背景也可以很清晰；而在拍攝較近的物體時(shí)，稍遠(yuǎn)的背景就顯得模糊了。

紫紅色的鏡頭

高品質(zhì)的照相機(jī)的鏡頭看起來大都呈現(xiàn)紫紅色。這又是為什么呢？