物理学
physics

    研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一
般的运动规律及所使用的实验 手段和思 维方法的一门学科 。
实验手段和思维方法是物理学中不可或缺和极其重要的内容，
后者如相对性原理、隔离体(包括系统)法、理想模型法、微
扰法、量纲分析法等，在古典和现代物理学中都有重要应用。
物理学一词 ，源自希腊文physikos ，很长时期内 ，它和自
然哲学(natural philosophy)同义  ，探究物质世界最基本
的变化规律。随着生产的发展。社会的进步和文化知识的扩
展、深化，物理学以纯思辨的哲学演变到以实验为基础的科
学。研究内容从较简单的机械运动扩及到较复杂的光、热 、
电磁等的变化，从宏观的现象剖析深入到微观的本质探讨 ，
从低速的较稳定的物体运动进展到高速的迅变的粒子运动 。
新的研究领域不断开辟，而发展成熟的分支又往往分离出去，
成为工程技术或应用物理学的一个分支，因此物理学的研究
领域并非是一成不变的，研究方法不论是逻辑推理、数学分
析和实验手段，也因不断精密化而有所创新，也难以用一个
固定模式来概括。在19世纪发行的《不列颠百科全书》中 ，
早已陆续地把力学、光学、热学理论和电学、磁学，列为专
条  ，而物理学这一条却要到 1971～1973年发行的第十四版
上才首次出现。为了全面、系统地理解物理学整体，与其从
定义来推敲，不如循历史源流，从物理学的发生和发展的过
程来探索。
    发展史  西方的先哲一般都认为宇宙万物由几个简单的
基本元素构成；千姿百态的各种运动也只是这些元素的量和
质的变化。这些先进思想和他们的严谨的思辨方式，为后世
的自然科学所继承和发扬。但由于他们的观察比较粗糙，又
缺乏严格的数学论证，不免带有不少的空想和臆测的成分 。
例如亚里士多德在所著的《物理学》中就认为大地或月下区
域内的物体是由土、水、气、火四元素构成，它们在宇宙中
的“天然位置”是土位于最底层（即地球或宇宙中心），其
上顺次为水、气、火，任一物体的运动取决于该物体中占最
大数量的元素，在该元素的天然位置的上下作直线运动；月
球以上的天 体则由截 然 不同 的 第五元素 即由纯 净 的以太
（ether，希腊文的原意是燃烧或发光）构成的 ，它们的天
然运动是圆周运动。前一运动是有生有灭、永远变化的，后
一运动则是无始无终、永远不变的。这样，天、地及其运动
之间就存在不可逾越的鸿沟，这观点对后来的科学发展起了
负面作用。在中国，以物理为书名的，见之于三国、西晋时
代会稽郡(今绍兴)处士杨泉的《物理论》，他认为气是“自
然之体 ” ，天是回旋运转的“ 元气 ”，万物是阴阳二气的
“陶化、播流、气积”而成。不少中国的先哲认为气或元气
是构成万物的原始物质，阴阳二气的消长是事物运动变化的
原因。也有将“道”视为宇宙的本原及其普遍规律。这些和
西方的观点颇多相似之处。也都认为天、地遵循不同的运动
规律，如《淮南子·天文训》就说：“道始于虚霩，虚霩生
宇宙，宇宙生气，气有涯垠，清阳者薄靡而为天，重浊者凝
滞而为地。”清者上浮，浊者下沉，形成天地之别。
    经典物理学的发展  古希腊时代的阿基米德已经在流体
静力学和固体的平衡方面取得辉煌成就，但当时将这些归入
应用数学，并没有将他的成果特别是他的精确实验和严格的
数学论证方法汲入物理学中。从希腊、罗马到漫长的中世纪，
自然哲学始终是亚里士多德的一统天下。到了文艺复兴时期，
哥白尼、布鲁诺、开普勒和伽利略不顾宗教的迫害，向旧传
统挑战，其中伽利略把物理理论和定律建立在严格的实验和
科学的论证上，因此被尊称为物理学或科学之父。
    伽利略的成就是多方面的，仅就力学而言，他以物体从
光滑斜面下滑将在另一斜面上升到同一高度，推论出如另一
斜面的倾角极小，为达到同一高度，物体将以匀速运动趋于
无限远，从而得出如无外力作用，物体将运动不息的结论 。
他精确地测定不同重量的物体以同一加速度沿光滑斜面下滑，
并推论出物体自由下落时的加速度及其运动方程，驳倒了亚
里士多德重物下落比轻物快的结论，并综合水平方向的匀速
运动和垂直地面方向的匀加速运动得出抛物线轨迹和45°的
最大射程角，伽利略还分析“地常动移而人不知”，提出著
名的“伽利略相对性原理”（中国的成书于1800年前的《尚
书考灵曜》有类似结论）。但他对力和运动变化关系的分析
仍是错误的。全面、正确地概括力和运动关系的是牛顿的三
条运动定律，牛顿还把地面上的重力外推到月球和整个太阳
系，建立了万有引力定律。牛顿以上述的四条定律并运用他
创造的“流数法”(即今微积分初步)，解决了太阳系中的二
体问题，推导出开普勒三定律，从理论上解决了地球上的潮
汐问题。史称牛顿是第一个综合天上和地上的机械运动并取
得伟大成就的物理学家。与此同时，几何光学也有很大发展，
在16世纪末或17世纪初，先后发明了显微镜和望远镜，开普
勒、伽利略和牛顿都对望远镜作很大的改进。
    法国在大革命的前后，人才辈出，以P.S.M.拉普拉斯为
首的法国科学家(史称拉普拉斯学派)将牛顿的力学理论发扬
光大，把偏微分方程运用于天体力学，求出了太阳系内三体
和多体问题的近似解，初步探讨并解决了太阳系的起源和稳
定性问题，使天体力学达到相当完善的境界。在牛顿和拉普
拉斯的太阳系内，主宰天体运动的已经不是造物主，而是万
有引力，难怪拿破仑在听完拉普拉斯的太阳系介绍后就问 ：
你把上帝放在什么地位？无神论者拉普拉斯则直率地回答 ：
我不需要这个假设。
    拉普拉斯学派还将力学规律广泛用于刚体、流体和固体，
加上W.R.哈密顿、G.G.斯托克斯等的共同努力，完善了分析