淺析現代物理與現代科技

陸琴

【摘 要】 物理學是一門以觀察和實驗為基礎的自然學科，物理學的每一個發現、每一次革命都對人類文明和科技進步起到了不可估量的作用。本文主要介紹了20世紀以來物理學的發展，以及現代科學技術在我們生活中的應用，最后重點說明物理學前沿知識——超弦理論。

【關鍵詞】 現代物理；現代科技；超弦理論

一、物理學的簡介和發展

物理學是一門以觀察和實驗為基礎的自然基礎學科。它主要研究宇宙間物質存在的基本形式、性質、運動和轉化、內部結構等方面，從而認識這些結構的組成元素及其相互作用、運動和轉化的基本規律。物理學發展的歷史表明，物理學的發展與物理學知識量的積累有關，每一個重大突破都是以積累和繼承為前提的，同時又包含著對舊觀念和舊理論的批判與揚棄。積累的量變不會單調地走向無窮發散，變革的質變也不會割斷認識發展的鏈條。這兩種過程的辯證統一，使物理學形成一種波浪式的發展進程。

二、現代物理

十九世紀末二十世紀初，經典物理學的各個分支學科均發展到了一個完善、成熟的階段，人們對物理世界的解釋也已經到達了終點。然而，正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際，科學實驗又發現了許多經典物理學知識所無法解釋的現象。首先是世紀之交物理學的三大發現：電子、X射線和放射性現象的發現；其次經典物理學的萬里晴空中又出現了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結果”和黑體輻射的“紫外災難”。這些實驗結果與經典物理學的理論嚴重不符，經典物理學的傳統觀念受到巨大的沖擊，由此物理學又一次經歷了深刻的革命，因此誕生了現代物理學。

現代物理學革命的最主要成果是由愛因斯坦的相對論和普朗克、等人建立起的量子力學，在相對論和量子力學建立起來以后，現代物理學經過七十多年的發展，在不同的研究領域衍生出量子場論、原子核物理學、粒子物理學、非線性物理學、天體物理學、現代宇宙學、量子統計物理學、量子電動力學、相對論量子力學等理論，已經發展成為一個龐大的學科群，人類對物質世界規律的認識達到了空前的高度，用現有的理論幾乎能夠很好地解釋現在已知的一切物理現象。同時物理學還向其他學科領域推進，產生了一系列物理學的新部門和邊緣學科，為現代科學技術的發展提供了新思路和新方法。

三、物理學對現代科技的影響

物理學的發展直接推動著科學技術的發展，物理學的每一次革命都會帶來新技術的出現。從歷史上看，物理學對世界三次大的技術革命起到了非常關鍵的作用。第一次技術革命始于18世紀60年代，其主要標志是蒸汽機的廣泛應用，這是牛頓力學和熱力學發展的必然結果。第二次技術革命發生于19世紀70年代，主要標志是電力的廣泛應用和無線電通信技術的實現，這是麥克斯韋電磁理論的建立導致的光輝成果。第三次技術革命發生在20世紀初，由于X射線、放射性、原子結構、電子波粒二象性的發現，誕生了相對論和量子力學，奠定了近代物理學的基礎，近代物理學所揭露的新概念和新現象，刷新了世界面貌，促進了原子能、計算機、航天、激光、紅外線、超導、通信、納米等高新科學技術的廣泛應用。

20世紀的科學進步，集中體現在關于物質、生命、思想的基本構成的科學成果。原子與量子革命、基因與DNA革命、計算機與信息革命，構成了現代科學的三大支柱。其中量子革命是最基礎的一個，由它帶動了其他兩大革命。1925年由量子理論引發的科學大潮，使我們理解了周圍的物質。它使我們能在實驗室創造出某種物質之前就能精確地預測出其屬性，隨后能隨心所欲地創造和操作新形式的物質。1844年薛定諤在《什么是生命》一書中提出生命的秘密可以用量子理論解釋，并大膽地猜測，這個秘密就是寫在細胞內分子上的基因密碼。1953年詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克發現了DNA的雙螺旋結構，解開了這個秘密。人們應用分子生物技術就能像讀書一樣，閱讀生命基因的密碼，破譯后就可以隨心所欲的操縱生命。1948年巴丁、布拉頓和肖克萊發明了晶體管，使現代計算機的制造成為可能。1960年邁曼制成了激光。以上應用量子力學的成果，構成了當代網絡技術的基本組成因素，使人類獲取、應用和交換信息的方式發生了質的變化。未來的技術進步，深深根植于這三大革命中。

四、現代科學技術

科學史告訴我們，科學理論的每一進展和突破都伴隨著人類知識的綜合，促進科學整體化的發展。20世紀40年代以來出現的許多新興技術，如激光技術、超導技術、基因重組技術等，都是現代科學的直接產物。越是新技術，包含的科學知識越多，高技術就是科學知識密集型的技術。超弦理論就是20世紀最偉大的一項發現。超弦理論也稱弦理論，它認為不存在粒子，只有弦在空間運動，各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。依照弦理論，每種基本粒子所表現的性質都源自它內部弦的不同的振動模式。每個基本粒子都由一根弦組成，而所有的弦都是絕對相同的。不同的基本粒子實際上是在相同的弦上彈奏著不同的“音調”。由無數這樣振動著的弦組成的宇宙，就像一支偉大的交響曲。超弦生萬象，史蒂芬·霍金在談到超弦理論時曾激動地說：“這是一門本屬于21世紀的科學，卻意外地在20世紀被提前發現了，我堅信它能實現科學理論的大一統的最終目標?！弊匀豢茖W作為人類對自然界事物的理性認識。已經廣泛滲透到技術的各個領域，成為現代技術發展的關鍵，使技術真正成了科學的技術。是科學技術真正引領了我們新的生活。

總之，在相對論和量子力學建立起來以后，現代物理學經過八十多年的發展，已經達到了成熟的階段。人類對物質世界規律的認識達到了空前的高度，現代物理學大廈已經建成。盡管超弦理論將引領21世紀理論物理學的發展，歷史仍將銘記眾多物理學老前輩們在現代物理學發展過程中作出的重大貢獻。科學永無止境，物理學與現代科技引領著我們的生活，推動著人類文明的車輪滾滾向前！