觀物理前沿講座有感-文庫吧

【正文】 門（Thomas Newan,1663~1729），發明了第一臺蒸汽推動活塞工作的抽水機。瓦特（James Watt,1736~1819）對蒸汽機的改革取得了歷史性的突破。1765年，他把蒸汽的冷凝過程安排在汽缸外進行，實現了汽缸的恒溫。這是對原始蒸汽機的關鍵改革。蒸汽機的研制是以力學和熱學為基礎的。那時，對溫度計、量熱學（比熱、潛熱）、熱傳導及熱的本質的研究等都取得了重大發展。瓦特在改革蒸汽機的過程中，就得到布萊克（,1728~1799）的理論指導。因此，科恩（）指出：“我們的制造廠不再被交給無知的工作者；相反，在他們中的大多數人中，有非常有知識的人，有受到良好教育的物理學家們，為了促進有用技藝的進步，我們必須指望他們”。蒸汽機的歷史意義，無論怎樣夸大也不為過。它成功解決了工業化發展中的動力問題，成為大工業普遍應用的發動機，它提供了治理和利用熱能、為機械供給推動力的手段，結束了人類對畜力、風力和水力的由來已久的依賴。蒸汽機在火車機車和輪船上的應用，不僅大幅提高了貨運速度和數量，降低了成本，更在時間、空間和商品化的概念上引起了一場革命，極大地擴大了世界貿易版圖。蒸汽技術革命引起了社會的全面變革，帶來了社會生產力的極大飛躍，使產業結構發生了巨大變化，機械制造業和加工業取代了農牧業而成為產業結構中核心支柱產業。牛頓力學和蒸汽機的發明，使人類進入了機械化時代。二、電磁理論的發現和建立, 使人類進入了電氣化時代第二次工業革命發生在十九世紀下半葉，它以電磁理論的建立和發展，電氣技術開發和應用為基礎，極大促進了社會生產力的發展，引起了社會經濟結構和生產結構的巨大變革。同時，電磁場理論的發展拓展了科學研究領域，帶動了一些新興學科和相關交叉學科的發展。在第一次工業革命時期，許多技術發明都來源于工匠的實踐經驗，科學和技術尚未真正結合。1870年以后，所有工業都受到科學的影響。科學與技術未能真正結合使得社會經濟發展受到很大障礙，生產力的發著迫切要求科學與技術真正結合，要求自然科學突破性進展并迅速轉化為技術。歷史上第一個對電磁現象進行系統研究的是英國的吉爾伯特，但其研究停留于現象層面。此后一百多年，電和磁的研究非常緩慢。18 世紀，美國的富蘭克林證明了電的同一性，還定義了正負電荷，提出了電荷守恒定律。法國科學家庫侖借助扭秤實驗得到了靜電作用的平方反比定律。1820年，丹麥的奧斯特發現了電流的磁效應，首次得出了電磁統一的思想。不久，法國的安培提出了電流相互作用的安培定律，為電動力學的創立作了開創性的工作。后來，英國的法拉弟通過10年的努力，終于在1831年發現了電磁感應現象，并在實驗的基礎上創建了力線思想和場的概念，為麥克斯韋電磁場理論奠定了重要的理論基礎和實驗基礎。麥克斯韋于1873年建立了經典電磁理論方程組——麥克斯韋方程組。其中，麥克斯韋提出了“渦旋電場”和“位移電流”假說，預言了電磁波的存在，算出了電磁波的傳播速度，從理論上證明了光是一種電磁波。電磁理論發展到了一個輝煌的時期。10年后，德國的赫茲在實驗室實現了電磁波的發送和接收規律，還證明了電磁波的一系列光學性質，為麥克斯韋理論的確立給出了權威性的證明。這樣就實現了物理學的第三次大綜合即電、磁、光的綜合。電磁感應現象的發現奠定了電力工業最重要的基礎；對電磁波運動規律的研究也是電訊技術發展所不可缺少的。19世紀80年代，歐洲各國的物理學家相繼發明了交流發電機、變壓器、交流感應電動機和輸電系統。這些研究和發明, 為建造大容量電機，獲得強大電力提供了技術上的可能性；實驗室里成功的技術開發，引發了電力技術的廣泛應用，導致第二次工業革命。在電力革命的過程中，電磁場理論規定著革命的方向，指導著電力系統技術體系的建立。事實再一次證實了科學包括物理學對生產力發展的先導作用。科學技術的發展突飛猛進，各種新技術、新發明層出不窮，并被迅速應用于工業生產，大大促進了經濟的發展。第二次工業革命以電力的廣泛應用為顯著特點，把人類帶入了電氣時代。生產力的迅猛發展改變著社會結構和世界形勢，資產階級掌握了先進的生產力，實力日益壯大，開始確立對世界的統治。企業的規模也越來越大，生產和資本的集中促成了壟斷組織的形成。事實再一次證實了科學包括物理學對生產力發展的先導作用。三、量子理論與信息技術革命信息革命始于20世紀40年代，以計算機問世為標志，目前方興未艾。從1904年發明二極管起，到1946年世界上第一臺電子管計算機研制成功止，是信息技術史上的“電子管時期”。1947年隨著半導體晶體管問世，信息技術史進入了“晶體管時期”。此后，集成電路的發明，打破了電路與元件分離的傳統觀念，使電子設備微形化。經過大規模集成電路階段后，超大規模集成電路又在迅猛發展。而計算機就是由這些物理元件組成的信息處理工具。電子和信息技術具有物理基礎。首先是1925年~1926年量子力學的建立。1926年費米—狄拉克統計法的提出，得知固體中的電子服從泡利原理。1927年Bloch理論的建立，得知理想晶格中無電子散射。1928年Sommerfeld提出能帶的猜想。1929年Peiels提出禁帶、空穴的猜想；Wlson和Bloch從理論上解釋了導體、絕緣體和半導體的性質和區別；Mott和Jones用電子轟擊、X射線發射和吸收等方法驗證了能帶理論；Bethe提出費米面的概念；Landau提出費米面可測量。1947年Bardeen，Shockley，Brattain發明晶體管。1957年Pippard測量了第一個費米面(銅的)；而后，劍橋學派建立費米面編目。1962年制成集成電路（IC）。70年代中后期，制成大規模集成電路（LIC）；制成超大規模集成電路（VLIC）；集成度以每10年一千倍的速度增長。巨型機的向量運算超過每秒億次；微機進入家庭。80年代以后智能計算機、光學計算機和量子計算機的研制取得一定成果，巨型機的運算速度已達數萬億次；網絡時代隨即到來，新物理技術，如光纖的應用，掀起了信息技術革命的又一次高潮。第三次工業科技革命是人類文明史上繼蒸汽技術革命和電力技術革命之后科技領域里的又一次重大飛躍。它以原子能、電子計算機和空間技術的廣泛應用為主要標志，涉及信息技術、新能源技術、新材料