前沿物理讲座听后感

前沿物理讲座听后感——从历史上三次产业革命看物理学与社会进步（物理与机电工程学院应用物理）前言：物理学是一门探究一切物质的组成及其运动发展规律，同时揭示它们之间的联系和各种物理运动之间的关系的博大精深的学问。物理学是研究物质性质、运动规律及其相互作用的学科。物理学是自然科学的基础学科．又是一门带头学科。物理学是古老的科学，又是一门不断发展的科学。它向着研究物质世界的深度和广度进军，探索着物质世界及其运动的奥秘。物理学的进展密切关系着农业、工业等的发展，也同人类文明的进步息息相关。物理学是技术革命的先寻，已经为人类文明作出了巨大贡献。从电话的发明到当代互联网络实现的实时通信，从蒸汽机车的制造成功到磁悬浮列车的投入运行，从晶体管的发明到高速计算机技术的成熟等等，这些无不体现着物理学对人类文明与社会进步的贡献。物理学对科学技术和生产力的发展起着最直接地推动作用，几次工业革命便是最好的验证。其都是由于物理学深刻地揭示了自然规律，构成了认识自然、改造自然的巨大力量，为科技发展提供了方法和技能。物理学正是通过推动着科学技术和生产力的发展，进而推动社会文明不断前进。近一个世纪以来，物理学又有了崭新的进展，带来相应的新技术革命。一、蒸汽机的发明和牛顿力学的建立，导致了第一次工业革命17世纪，牛顿完成了划时代的伟大巨著《自然哲学之数学原理》，其奠定了整个经典物理学的基础，并对其他自然科学的发展起了极大的推动作用。牛顿力学的建立使人类对自然界的认识跨进了划时代的新世界。经典物理学的思想方法、定量规律及实验基础，使科学技术的发展摆脱了当时多少还带有经验式的、工匠式的、思辨色彩的落后状态，加快了科学技术的发展步伐，为第一次工业革命大规模发明和使用机械打下了基础。17世纪中期的英国资产阶级革命，推翻了英国的封建专制制度，建立了资产阶级和土地贵族联盟为基础的君主立宪制度，从而成为世界上第一个确立资产阶级政治统治的国家。资产阶级利用国家政权加速推行发展资本主义的政策和措施。英国通过圈地运动，聚集了大量劳动力，同时也扩大了英国的国内市场，以及多年的海外贸易和殖民扩张。但渐渐地，英国的资本主义生产大发展，采矿业，航海业甚至战争等的规模扩大都遇到了一定的困难。相同的是，它们都涉到动力机问题。从17世纪初已经有很多人着手这方面的工作，但都没取得重大进展。直到1698年，英国的赛维利（ThomasSavery,1650~1715）才研制成功实用的蒸汽水泵。1705年，英国的纽可门（ThomasNewcoman,1663~1729），发明了第一台蒸汽推动活塞工作的抽水机。瓦特（JamesWatt,1736~1819）对蒸汽机的改革取得了历史性的突破。1765年，他把蒸汽的冷凝过程安排在汽缸外进行，实现了汽缸的恒温。这是对原始蒸汽机的关键改革。蒸汽机的研制是以力学和热学为基础的。那时，对温度计、量热学（比热、潜热）、热传导及热的本质的研究等都取得了重大发展。瓦特在改革蒸汽机的过程中，就得到布莱克（J.Black,1728~1799）的理论指导。因此，科恩（M.H.Cohen）指出：“我们的制造厂不再被交给无知的工作者；相反，在他们中的大多数人中，有非常有知识的人，有受到良好教育的物理学家们，为了促进有用技艺的进步，我们必须指望他们”。蒸汽机的历史意义，无论怎样夸大也不为过。它成功解决了工业化发展中的动力问题，成为大工业普遍应用的发动机，它提供了治理和利用热能、为机械供给推动力的手段，结束了人类对畜力、风力和水力的由来已久的依赖。蒸汽机在火车机车和轮船上的应用，不仅大幅提高了货运速度和数量，降低了成本，更在时间、空间和商品化的概念上引起了一场革命，极大地扩大了世界贸易版图。蒸汽技术革命引起了社会的全面变革，带来了社会生产力的极大飞跃，使产业结构发生了巨大变化，机械制造业和加工业取代了农牧业而成为产业结构中核心支柱产业。牛顿力学和蒸汽机的发明，使人类进入了机械化时代。二、电磁理论的发现和建立,使人类进入了电气化时代第二次工业革命发生在十九世纪下半叶，它以电磁理论的建立和发展，电气技术开发和应用为基础，极大促进了社会生产力的发展，引起了社会经济结构和生产结构的巨大变革。同时，电磁场理论的发展拓展了科学研究领域，带动了一些新兴学科和相关交叉学科的发展。在第一次工业革命时期，许多技术发明都来源于工匠的实践经验，科学和技术尚未真正结合。1870年以后，所有工业都受到科学的影响。科学与技术未能真正结合使得社会经济发展受到很大障碍，生产力的发着迫切要求科学与技术真正结合，要求自然科学突破性进展并迅速转化为技术。历史上第一个对电磁现象进行系统研究的是英国的吉尔伯特，但其研究停留于现象层面。此后一百多年，电和磁的研究非常缓慢。18世纪，美国的富兰克林证明了电的同一性，还定义了正负电荷，提出了电荷守恒定律。法国科学家库仑借助扭秤实验得到了静电作用的平方反比定律。1820年，丹麦的奥斯特发现了电流的磁效应，首次得出了电磁统一的思想。不久，法国的安培提出了电流相互作用的安培定律，为电动力学的创立作了开创性的工作。后来，英国的法拉弟通过10年的努力，终于在1831年发现了电磁感应现象，并在实验的基础上创建了力线思想和场的概念，为麦克斯韦电磁场理论奠定了重要的理论基础和实验基础。麦克斯韦于1873年建立了经典电磁理论方程组——麦克斯韦方程组。其中，麦克斯韦提出了“涡旋电场”和“位移电流”假说，预言了电磁波的存在，算出了电磁波的传播速度，从理论上证明了光是一种电磁波。电磁理论发展到了一个辉煌的时期。10年后，德国的赫兹在实验室实现了电磁波的发送和接收规律，还证明了电磁波的一系列光学性质，为麦克斯韦理论的确立给出了权威性的证明。这样就实现了物理学的第三次大综合即电、磁、光的综合。电磁感应现象的发现奠定了电力工业最重要的基础；对电磁波运动规律的研究也是电讯技术发展所不可缺少的。19世纪80年代，欧洲各国的物理学家相继发明了交流发电机、变压器、交流感应电动机和输电系统。这些研究和发明,为建造大容量电机，获得强大电力提供了技术上的可能性；实验室里成功的技术开发，引发了电力技术的广泛应用，导致第二次工业革命。在电力革命的过程中，电磁场理论规定着革命的方向，指导着电力系统技术体系的建立。事实再一次证实了科学包括物理学对生产力发展的先导作用。科学技术的发展突飞猛进，各种新技术、新发明层出不穷，并被迅速应用于工业生产，大大促进了经济的发展。第二次工业革命以电力的广泛应用为显著特点，把人类带入了电气时代。生产力的迅猛发展改变着社会结构和世界形势，资产阶级掌握了先进的生产力，实力日益壮大，开始确立对世界的统治。企业的规模也越来越大，生产和资本的集中促成了垄断组织的形成。事实再一次证实了科学包括物理学对生产力发展的先导作用。三、量子理论与信息技术革命信息革命始于20世纪40年代，以计算机问世为标志，目前方兴未艾。从1904年发明二极管起，到1946年世界上第一台电子管计算机研制成功止，是信息技术史上的“电子管时期”。1947年随着半导体晶体管问世，信息技术史进入了“晶体管时期”。此后，集成电路的发明，打破了电路与元件分离的传统观念，使电子设备微形化。经过大规模集成电路阶段后，超大规模集成电路又在迅猛发展。而计算机就是由这些物理元件组成的信息处理工具。电子和信息技术具有物理基础。首先是1925年~1926年量子力学的建立。1926年费米—狄拉克统计法的提出，得知固体中的电子服从泡利原理。1927年Bloch理论的建立，得知理想晶格中无电子散射。1928年Sommerfeld提出能带的猜想。1929年Peiels提出禁带、空穴的猜想；Wlson和Bloch从理论上解释了导体、绝缘体和半导体的性质和区别；Mott和Jones用电子轰击、X射线发射和吸收等方法验证了能带理论；Bethe提出费米面的概念；Landau提出费米面可测量。1947年Bardeen，Shockley，Brattain发明晶体管。1957年Pippard测量了第一个费米面(铜的)；而后，剑桥学派建立费米面编目。1962年制成集成电路（IC）。70年代中后期，制成大规模集成电路（LIC）；制成超大规模集成电路（VLIC）；集成度以每10年一千倍的速度增长;巨型机的向量运算超过每秒亿次；微机进入家庭。80年代以后智能计算机、光学计算机和量子计算机的研制取得一定成果，巨型机的运算速度已达数万亿次；网络时代随即到来，新物理技术，如光纤的应用，掀起了信息技术革命的又一次高潮。第三次工业科技革命是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。它以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。这次科技革命不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，而且也影响了人类生活方式和思维方式，使人类社会生活和人的现代化向更高境界发展。正是从这个意义上讲，第三次科技革命是迄今为止人类历史上规模最大、影响最为深远的一次科技革命，是人类文明史上不容忽视的一个重大事件。四、总结历史上的三次产业革命使得我们整个世界发生了翻天覆地的变化，社会进步，生活方便，经济腾飞，政治完善等等，都是它的硕果，这三次产业革命所带来的影响是不可估量的。当今时代，物理学前沿领域的重大成就又将会引领着人类文明进入一片新天地，物理学的不断进步必将对社会的发展和人类生活的改善产生不可估量的影响。致谢：由衷的谢谢老师对我们的细心授课，让我们获益良多！