物理学与人类发展

Marvin

从17世纪到19世纪，为满足社会生产的需求，物理学有了长足的发展，并取得了辉煌的成就。这一时期，人们首先对机械运动获得了较为全面的认识，之后，人们又以对机械运动的研究为样板，研究并全面地了解了热运动、电磁运动的规律。这一时期物理学的发展大概有过三次大的综合，每一次大的综合，都是人类对物质世界的认识的一次极大提高。可以说物理学的发展每前进一小步，人类文明就会前进一大步。
一，从日心说到万有引力定律
    中世纪的欧洲处于宗教势力笼翠之下，在教会的统治下，中世纪不存在科学意义上的自然观。教会发现可以利用托勒密的地球中心说来为“上帝创造了人并将其置于宇宙中心”的宗教服务。于是，托勒密的地心学说成了教会的御用“科学”，披上了不容质疑的神学外衣。由于神学的禁锢，在一千多年的历史长河中，西方科学几乎停滞不前。1543年哥白尼发表了《天体运行论》，提出了日心说。哥白尼日心说的真正意义在于:他的理论指出人和人居住的地球不再是宇宙的中心。在客观上产生了向宗教神学挑战的效果。在哥白尼之后，又有许多学者为传播和发展新的宇宙观进行了长期不懈的努力。这其中就有意大利哲学家布鲁诺，人们称他是用生命捍卫真理的勇士。哥白尼认为太阳是宇宙的中心，地球、行星和恒星都围绕太阳转动;而布鲁诺进一步认为，宇宙没有中心，恒星都是太阳，只不过是远离我们的太阳。他还利用自己的口才到处演讲，鼓动和宜传日心说。教会感到了压力和威胁，28岁的布普诺终于没有躲过教会的追捕，被监禁了7年，但他从不屈服，最终被教会判处火刑。真正对日心说进行脱胎换骨改造的是德国年轻的物理学家开普勒。他从他的老师—第谷大量的精确的天文观测资料中，总结出了行星运动三定律。他的第一定律确立了太阳在太阳系中真正的中心地位;行星的轨道是一个椭圆。第二定律指出了行星并非作匀速圆周运动，而是作等面积速度运动。第三定律找出了所有行星的运动都应遵从的一个共同常数，实现了宇宙的和谐。伽利略为捍卫、发展和传播哥白尼的日心说也做出了重大的贡献。
1632年伽利略出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》0 1633年，教会判他为终身监禁，在监禁之中，伽利略完成了《两门新科学的对话》—这是近代自然科学诞生的标志性著作。开普勒虽然早已揭示了行星的运动规律，但是为什么行星会按照一定规律围绕太阳运行?许多科学家比如惠更斯、胡克、哈雷、雷恩等都对这个问题进行了深刻而又系统的研究。在这些研究的基础上，1687年，牛顿完成了一部划时代的巨著—《自然哲学的数学原理》，建立了经典力学的理论体系，提出了运动三定律和万有引力定律。这部著作不仅阐明了行星和卫星运动的规律，而且解释了重力的产生和其它一些物理现象，更重要的是万有引力定律揭示了自然界中一种基本的相互作用—引力作用的规律，它把地球上的力学推广到天体，创立了将天体运动和地面运动统一起来的理论，标志着人类在认识自然的历史上又迈出了重要的一步。可以说这是人类认识自然的历史中第一次理论的大综合。从哥白尼提出日心说到牛顿的万有引力定律的确立，这是人类历史上科学与专制的第一次较量，是人类认知自然的第一场革命，这场革命对人类的整个思想文化都产生了历史性的影响。I•柏林于1980年这样评价:“牛顿思想影响是巨大的;不管这些思想是否被正确理解，整个启蒙运动的纲领(尤其是在法国)是自觉建立在牛顿原理和方法的基础上的，并且从牛顿的辉煌成就派生出启蒙运动的信心及其广泛的影响。这在后来转变为……西方现代文化。道德、政治、技术、历史、社会等等的某些中心概念和发展方向，没有哪一个思想和生活领域能够逃脱这种文化的影响。”无怪乎后来的一两百年中，不仅仅是自然科学界，连心理学、经济学和社会学工作者都企图用力学或准力学的方式来解决他们所研究的问题。
二、从蒸汽机到能量的转换和守恒定律

17世纪中后期，西方资本主义生产大发展，他们要采矿、要远航、要战争等等，所有这些都需要大量的动力，这就涉及到一个非常重要的问题—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，英国的赛维才研制成功实用的蒸汽水泵。
1705年，英国的纽可门发明了第一台蒸汽推动活塞工作的抽水机。
1765年，瓦特对蒸汽机的改革取得了历史性的突破，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。瓦特的工作使蒸汽机技术日臻成熟，在国民经济各个领域得到广泛的应用。
1785年，蒸汽机作为织机的动力机，使工作效率提高40倍。
1807年，美国的富尔顿用英国制造的机器，造出了以蒸汽为动力的轮船“克莱蒙特号”，并试航成功。1814年，斯蒂芬逊造出了第一台实用型蒸汽机车。蒸汽机使“资产阶级在它不到一百年的阶级统治中所创造的生产力，比过去一切世代创造的全部生产力还要多，还要大。”Il]
    1798年，伦福特在慕尼黑兵工厂监督大炮镬孔的工作时，发现制造枪管时，被切削下来的碎屑有很高的温度。为了进一步研究，他又将炮身水平横放，用马的力量使其旋转，用法兰绒包裹炮身以防止热的出人，用锉刀切削炮膛，实验开始时温度为60F，后来温度升至130E。此外，将112.3磅的圆铁筒置于18.77磅水中，在圆筒中插上铁棒使其旋转，两个半小时以后，在完全没有火的情况下使水就沸腾了。根据这些实验，伦福特提出热的运动说。但在当时由于能量转换的观点没有建立起来，还无法彻底************热质说。法国物理学家、军事工程师卡诺正处在蒸汽机迅速发展、广泛应用的时代，他看到从国外进口的尤其是英国制造的蒸汽机，性能远远超过自己国家生产的，便决心从事热机效率问题的研究。终于在1824年设计出了理想的热机并提出了卡诺定理。
1842年，德国医生迈尔发表一篇论文，提出能量守恒的学说，他认为热是一种能量，能够跟机械能互相转化。他还从空气的定压与定容比热之差，算出了热和机械功的比值。与此同时，英国物理学家焦耳也在做着许多实验，用各种各样的方法来测定热功当量，发现结果都一致。在这一发现的基础上焦耳提出:自然界的能量是不能毁灭的，消耗了机械能，总能得到相当的热，热只是能的一种形式。    1847年，德国物理学家亥姆霍兹发表《论力的守恒》，第一次系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了其运动形式之间的统一性，它们不仅可以相互转化，而且在量上还有一种确定的关系。能量守恒与转化使物理学达到空前的综合与统一，被称为经典物理学上的第二次大综合。由此看来，物理学在生产力发展和社会进步中都具有重要的地位和作用，特别是从蒸汽机的研制到能量守恒定律的提出，这一段时期物理学的发展更促使着人类文明由农业文明进人到工业文明。    三、从指南针到统一的电磁场理论
    指南针是中国古代的四大发明之一，宋代朱或《萍洲可谈》中已提到广州海船在阴晦天气用指南针航海。在此之前、之后古人对电磁现象都有不同程度的认识和了解。但是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，1600年他的名著《论磁》在伦敦出版，其中介绍了他对磁学的辉煌研究成果。同年，他又发现大多数物质被摩擦后会带电的现象。
    1733年法国人迪费发现所有物体都可摩擦起电。他还把玻璃上产生的电叫做“玻璃电”，瑰拍上产生的电’j树脂产生的相同，叫做“树脂电”。他还得到:带相同电的物体互相排斥;带不同电的物体彼此吸引。1747年美国的富狡克林把迪费发现的两种不同的电定义为正电和负电，同时总结出了电荷守恒定律。
    1785年，法国人库仑借助扭秤实验得出静电作川和磁极之间的作用都遵循平方反比率。
    1820年丹麦的奥斯特发现了电流的磁效应。电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。1825年斯特金发明电磁铁，为电的广泛应用创造了条件。1833年高斯和拓伯制造出了第一台简陋的单线电报。                1861年贝尔发明J’电话，作为收话机，它仍用于现代。
    1831年英国物理学家法拉第发现电磁感应现象。法拉第还在电磁感应的基础上制造出了第一台发电机、电磁感应的发现为能源的开发和广泛利用开创r崭新的前景。1866年西门子发明了可供实用的自激发电机;19[计纪末实现了电能的远距离输送;电动机在生产和交通运输，tI得到广泛使用，从而极大地改变了工业生产的面貌为了解释电磁现象，法拉弟还提出了力线—即“场”的概念。从1861年起，麦克斯韦对法拉第的“力线”进行数学化，并于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，计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。l0年后，德囚的赫兹在实验室实现了电磁波的发送和接收，还证明r电磁波兵有反射、折射、干涉、衍射等性质，为麦克斯lj理论的确众给出了权威性的证明。这样就实现了物理学的第二次大综介即电、磁、光的综合。    电磁场理论的建立，首先扩展了人类认识自然的范围，人们认识到“场”和实物是物质存在的两种形式，这是人类对自然界认识的又一次大跨越;其次.电磁理论使人类生活方式从机械化变为电气化，发电机和电动机的发明，实现了机械能、热能、光能(后来还有原子能)和电能问的相互转化，极大地便捷了人们的物质生活。更重要的是，在电磁场理论的基础上，1893年美国物理学家特斯拉发明无线电信号传输系统。1895年他又发明机械振荡器和电振荡发生器。1895年俄国物理学家波波夫发明r无线电收发报机并当场进行了演示。同年，意大利的马可尼成功地利用电磁波进行通讯试验，并获无线电报专利。1904年，英国的弗莱明发明了二极管。1906年，美国的德福雷斯特发明厂二极管。同年，美国的费森登应用调制技术，实现r无线电有声广播。1908年，英国的肯培尔等提出电子扫描原理，莫定r现代电视技术的基础。从此，无线电技术在通讯领域得到广泛应用人类向信息化时代迈出了第一步。
    纵观经典物理学的发展，它的每一次大综合都是在丰富人类对客观世界的认识，都是在促进生产的发展，都是在推进整个人类文明的进程。

PROTON

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记得在特斯拉是1943年逝世的
而美国政府正好是在他死前不久才把无线电波通讯的发明权恢复给他
也就是说无线电通讯不是马可尼最先发明的，只能说有一部分贡献
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特斯拉在起先不能获得发明权的原因就是在于爱迪生小肚鸡肠的嫉妒心理
用它的威望作为筹码来全力压制特斯拉.......
最好的例证就是有关用电是使用直流还是交流上的问题.......
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其实爱迪生的能力远远没有特斯拉强...........