目前大家應(yīng)該是對(duì)什么是物理（學(xué)物理能做什么）比較感興趣的，所以今天好房網(wǎng)小編CC就來(lái)為大家整理了一些關(guān)于什么是物理（學(xué)物理能做什么）方面的相關(guān)知識(shí)來(lái)分享給大家，希望大家會(huì)喜歡哦。

什么是物理（學(xué)物理能做什么？）

在2006年中央電視臺(tái)《對(duì)話》欄目的某期節(jié)目中，主持人問(wèn)過(guò)我一個(gè)的問(wèn)題：“學(xué)物理的人，如果日后不做專(zhuān)門(mén)的物理研究，能干什么？”我記得當(dāng)時(shí)我的回答是：“這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該換個(gè)問(wèn)法：‘一個(gè)人，如果他學(xué)會(huì)了物理，還有什么他不能干的？’”

在試圖回答“學(xué)物理能做什么”之前，我想回答一下“物理學(xué)是什么”也許是有益的。記得有一本書(shū)《數(shù)學(xué)是什么》，影響了一代又一代熱愛(ài)數(shù)學(xué)的人們。這本書(shū)給了一個(gè)關(guān)于幾乎整個(gè)數(shù)學(xué)的框架知識(shí)的介紹，但并沒(méi)有直接回答這個(gè)問(wèn)題，或者說(shuō)答案就在書(shū)中——你讀懂了書(shū)，就明白了答案。最近，在閱讀中我遇到了對(duì)“醫(yī)學(xué)是什么”的回答。有本醫(yī)學(xué)書(shū)上這么說(shuō)，醫(yī)學(xué)是一門(mén)不確定的科學(xué)和什么都可能的藝術(shù)。參照上述觀點(diǎn)，我對(duì)“物理學(xué)是什么”的回答是：物理學(xué)是一種什么都想理解的渴望，或曰野心！當(dāng)然，在達(dá)成理解的基礎(chǔ)上，憑借物理學(xué)我們創(chuàng)造。

一、物理學(xué)的威力

物理學(xué)的本意是關(guān)于自然的學(xué)問(wèn)。它的研究對(duì)象幾乎包含一切事物，具體的與抽象的，如今甚至衍生出社會(huì)物理學(xué)、金融物理學(xué)等應(yīng)用學(xué)科來(lái)。從空間來(lái)說(shuō)，它涉及的尺度大小從10-15m到整個(gè)宇宙，分辨率已高達(dá)10-11m；從時(shí)間來(lái)說(shuō)，它涉及的尺度是宇宙的年齡（據(jù)信約是1017s或137億年），分辨率已經(jīng)進(jìn)入10-18s，由此可見(jiàn)物理學(xué)野心之大。面對(duì)這樣至大至微的空間與時(shí)間尺度，面對(duì)宇宙中無(wú)窮無(wú)盡的、更多是超出人類(lèi)理解力與想象力的復(fù)雜現(xiàn)象，物理學(xué)家們從自己的心靈里徹底消除了傲慢，從而變得敬畏自然、謙遜、平和。

物理學(xué)的威力之一在于憑借物理學(xué)知識(shí)而能獲得的預(yù)言能力。試舉幾例。玻爾茲曼憑借其熱力學(xué)知識(shí)和統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，篤信原子論，并基于原子論假設(shè)解釋熱力學(xué)。在他1906年去世后不久，盧瑟福于1909年給出了原子核模型；1926年他的學(xué)生薛定諤給出了描述微觀世界的量子力學(xué)方程，他的女學(xué)生Lise Meitner參與發(fā)現(xiàn)了原子核裂變；約在1986年人類(lèi)終于“看見(jiàn)”了原子。1915年在他自己構(gòu)造的廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，愛(ài)因斯坦預(yù)言光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近會(huì)因?yàn)樘?yáng)的引力而彎曲；1919年的日全食時(shí)觀測(cè)證實(shí)了這一點(diǎn)。1926年狄拉克根據(jù)他自己提出的相對(duì)論量子力學(xué)方程，預(yù)言了正電子的存在，1932年正電子即被發(fā)現(xiàn)。1930年泡利根據(jù)能量守恒定律預(yù)言中微子的存在，1956年中微子被發(fā)現(xiàn)。這樣的例子還可以繼續(xù)開(kāi)列下去。

物理學(xué)的威力還表現(xiàn)在它的創(chuàng)造力。對(duì)熱力學(xué)的研究導(dǎo)致了蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，人類(lèi)從而有了輪船和火車(chē)。對(duì)摩擦和閃電的理解和對(duì)磁鐵的理解開(kāi)啟了人類(lèi)電磁學(xué)的研究，其成果是電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的發(fā)明，此后一直發(fā)展到今天的這樣一個(gè)幾乎全靠電力支撐的現(xiàn)代化社會(huì)（圖1）。關(guān)于電子發(fā)射的研究和無(wú)線電研究讓我們有了電視。磁性材料和半導(dǎo)體的研究為我們帶來(lái)了取代紙張的新型信息載體，隨著存儲(chǔ)密度的不斷提高，現(xiàn)在一個(gè)硬盤(pán)可以輕松裝得下一個(gè)圖書(shū)館的存書(shū)。過(guò)去人們夸獎(jiǎng)學(xué)問(wèn)大，用“學(xué)富五車(chē)”來(lái)形容。粗略算一下，五牛車(chē)的竹簡(jiǎn)上所刻的字，在一個(gè)U盤(pán)上的占用空間幾乎為零。

圖1 從摩擦生電到電氣化時(shí)代

是物理學(xué)讓這一切成為可能

我們居住的地球每天都出現(xiàn)白天和黑夜。黑夜讓人恐懼，因此人們渴望光明，渴望擁有自己可以操控的光源。如何獲得可靠的、有效的、能滿足不斷增長(zhǎng)的要求的光源，便成了物理學(xué)的一大追求。三百多年來(lái)，物理學(xué)在理解光的本質(zhì)和創(chuàng)造光明方面創(chuàng)造了一系列奇跡。白熾燈、各種放電燈、發(fā)光二極管、激光光源相繼問(wèn)世（圖2），且其功能已經(jīng)遠(yuǎn)超出照明的范疇。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的激光，是人類(lèi)文明史要重重書(shū)上一筆的發(fā)明。激光可以用于加工制造、醫(yī)療、測(cè)量、誘導(dǎo)核聚變等等，特別地它還可以用來(lái)傳輸和讀取信息。對(duì)白熾燈發(fā)光效率與溫度關(guān)系的研究，導(dǎo)致了量子力學(xué)的建立；而量子力學(xué)，作為20世紀(jì)兩大物理學(xué)支柱之一，對(duì)人類(lèi)的思想和生產(chǎn)活動(dòng)所產(chǎn)生的影響是無(wú)法估量的，以至于量子變成了過(guò)于常用的修飾詞。發(fā)光二極管屬于冷光源，可以被設(shè)計(jì)發(fā)出指定的光譜而幾乎不發(fā)熱。冷光源全面承擔(dān)起照明的任務(wù)指日可待。對(duì)光的本質(zhì)的理解，是相對(duì)論和量子論得以被構(gòu)造的原動(dòng)力之一，這些以及建筑在其上的知識(shí)讓人類(lèi)把想象力、探測(cè)器甚至足跡送到宇宙的深處。

圖2 白熾燈、激光束和發(fā)光二極管

物理學(xué)改善我們生命的質(zhì)量。僅就熱力學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)所帶來(lái)的溫度的概念和溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)，就不知道挽救了多少生命。光學(xué)成像原理的研究讓許多人的視力問(wèn)題得到精確的校正。X射線透視讓骨骼損傷、肺結(jié)核之類(lèi)的組織變異一目了然，而近些年才普及的X射線CT掃描、核磁共振等技術(shù)則讓診斷具有無(wú)損、精確、多維等特點(diǎn)（圖3），讓發(fā)生在顱腦部、椎體部等活檢取材不易或不可能的疾病得以快速診斷。此外，分子水平上的藥物設(shè)計(jì)和制造得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵物理技術(shù)是大質(zhì)量探測(cè)范圍的質(zhì)譜儀。在各種物理學(xué)設(shè)備更多地進(jìn)入疾病診斷領(lǐng)域的時(shí)代，顯然對(duì)醫(yī)生進(jìn)行充分的物理學(xué)培訓(xùn)（從設(shè)備原理的角度）是必要的。2007年發(fā)生在杭州的記者到幾家醫(yī)院踢館的事件，反映的基本事實(shí)是，現(xiàn)代醫(yī)生對(duì)其使用的診斷儀器顯然缺乏起碼的認(rèn)識(shí)。

圖3 X射線造影和CT掃描技術(shù)讓傷病診斷可視化、定量化

物理學(xué)的成果無(wú)疑還是改變世界形態(tài)的主要力量，它改變戰(zhàn)爭(zhēng)的方式、生產(chǎn)的方式和生活的方式，并最終改變國(guó)家和整個(gè)人類(lèi)社會(huì)的組織形態(tài)。這種改變得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵之一是通信技術(shù)的發(fā)展。循著有線廣播、電話、電報(bào)、微波通信、光通信、互聯(lián)網(wǎng)的路徑（圖4），人類(lèi)的通信能力迅速加強(qiáng)，從而使得人類(lèi)的空間距離感迅速縮小。太多的未來(lái)的事務(wù)將自然而然是全球性的，而不再局限于某個(gè)國(guó)家和地區(qū)。這里面用到的技術(shù)幾乎清一色來(lái)自物理學(xué)的研究，其中的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最早是要為核物理、粒子物理實(shí)驗(yàn)室之間實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳遞而開(kāi)發(fā)的，其實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)來(lái)自半導(dǎo)體科學(xué)的成果。2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予給在“光纖通信中用到的光在纖維中的傳輸方面做出突破性進(jìn)展”的物理學(xué)家，算是對(duì)此論述的一個(gè)佐證。航天科技、天文學(xué)和天體物理方面的研究則徹底改變了人類(lèi)對(duì)人類(lèi)－自然關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

圖4 從電話到互聯(lián)網(wǎng)，物理學(xué)帶來(lái)的通信技術(shù)革命導(dǎo)致人類(lèi)社會(huì)形態(tài)的革命

物理學(xué)還是攸關(guān)人類(lèi)未來(lái)的科學(xué)。人類(lèi)的美好生活伴隨著持續(xù)增加的能源需求，自然也伴隨著對(duì)環(huán)境不斷增加的負(fù)擔(dān)。如何為人類(lèi)的發(fā)展提供可靠的能源保障？如何理解人類(lèi)生活與地球自然環(huán)境之間的互動(dòng)關(guān)系，如何理解、探測(cè)甚至預(yù)告自然災(zāi)害的發(fā)生，以至能有效地避免危害人類(lèi)之大災(zāi)害的發(fā)生？解決這些重大問(wèn)題是物理學(xué)的應(yīng)有之義。以能源問(wèn)題為例，人類(lèi)能源問(wèn)題的解決依靠太陽(yáng)能的充分高效利用。如何操控太陽(yáng)光譜，如何高效捕獲陽(yáng)光、如何將光子轉(zhuǎn)化成分離的載流子，如何將電荷引導(dǎo)到電極從而形成太陽(yáng)能電池，如何提高轉(zhuǎn)化效率，如何儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池提供的電力，等等，都要依賴物理學(xué)為其提供有效的答案（圖5）。相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅是要解決人類(lèi)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)問(wèn)題，在短期內(nèi)它也是大量技術(shù)型、知識(shí)型工作崗位的提供者。

圖5 太陽(yáng)能電池陣列。僅僅是列出這樣的一個(gè)太陽(yáng)能電池所涉及的物理學(xué)知識(shí)，可能就需要一本厚重的書(shū)。

二、物理學(xué)與人

物理學(xué)對(duì)其修習(xí)者的影響，僅就日常生活而言也是可觀的。他們保持著對(duì)自然的好奇心，因而有觀察生活的習(xí)慣并且懂得欣賞?？匆?jiàn)一只蝴蝶，他們贊美它的優(yōu)雅身姿的時(shí)候，可能會(huì)想到是飛行這種運(yùn)動(dòng)要求它的嚴(yán)格鏡面對(duì)稱，而爬行類(lèi)動(dòng)物的體型對(duì)鏡面對(duì)稱的要求就可以含糊一點(diǎn)。他們可能會(huì)想到蝴蝶的斑點(diǎn)是某種非線性動(dòng)力學(xué)過(guò)程的結(jié)果，它那五彩的顏色可能不是因?yàn)檠b點(diǎn)了某些色素而是因?yàn)槌岚蛏系墓庾泳w結(jié)構(gòu)，等等（圖6）?？吹搅撕＿叴笃牧鞘麄儠?huì)想起B(yǎng)ernard不穩(wěn)定性，知道這是在適當(dāng)?shù)臈l件下火熱的巖漿傾入冰冷的海水中自發(fā)形成的。他們知道為什么它是六邊形的，知道這個(gè)形狀和石頭的化學(xué)成分與微觀結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)（圖6）。他們對(duì)周?chē)氖澜鐣?huì)因理解而贊美，因不理解加重了好奇，而為了滿足好奇心又去探究所以很少表現(xiàn)出很無(wú)聊的舉動(dòng)?；蛘哒f(shuō)，他們因?yàn)槔斫饬艘恍〔糠质澜缢詮娜?，因不理解絕大部分的世界所以大部分時(shí)間都顯得專(zhuān)注于某些事情。就是貓?jiān)诩依?，他們大多也?huì)修理個(gè)燈管、煤氣灶或者孩子的電動(dòng)玩具什么的。這不僅省錢(qián)和方便，還讓他們?cè)诤⒆有哪恐汹A得一份尊重。

蝴蝶

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六角石柱方陣

圖6 蝴蝶和六角石柱方陣物理學(xué)家的眼里，

它們有更多的神奇內(nèi)容

文化的最后成果，是人格。物理學(xué)與人的交互作用會(huì)導(dǎo)致對(duì)物理學(xué)家人格的塑造。那些真正投入了物理世界的真正的物理學(xué)家們，因?yàn)橛行叛鲇凶非?，因?yàn)轭I(lǐng)略了自然的偉大與神奇，所以他們的外部的動(dòng)作和內(nèi)心世界都能顯示出一份從容、深邃、祥和（圖7）。不是他們刻意追求深邃，而是物理學(xué)讓淺薄于他們已經(jīng)成為不可能。

圖7 狄拉克（左）與費(fèi)曼（右）在交談

還是那句話，文化的最后成果，是人格。檢視一下一些偉大物理學(xué)家的言行，我常常會(huì)為他們的人格魅力所感動(dòng)。因?yàn)樗麄兊氖聵I(yè)是究問(wèn)自然的追求，是為了整個(gè)人類(lèi)的智慧與幸福，這常常讓他們的身上有了神性的光芒，他們的作品里也時(shí)常會(huì)表現(xiàn)“個(gè)人對(duì)著整個(gè)人類(lèi)的精神與心靈言說(shuō)”的意境。德國(guó)哲學(xué)家康德也是一位偉大的物理學(xué)家，最先提出了星云假說(shuō)?？档略f(shuō)出過(guò)思想史上最氣勢(shì)磅礴的名言之一：“有兩種東西，我對(duì)它們的思考越是經(jīng)常和持久，它們?cè)绞且詬湫碌摹⒉粩嘣鲩L(zhǎng)的驚奇和敬畏充滿我的心靈，這就是我頭頂?shù)男强蘸蛢?nèi)心的道德律令?！边@樣的氣勢(shì)自然來(lái)自他的事業(yè)追求的本質(zhì)與習(xí)慣：仰望蒼穹同時(shí)內(nèi)省。第谷對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的不斷觀察導(dǎo)致了開(kāi)普勒三定律的發(fā)現(xiàn)，這使得牛頓力學(xué)的出現(xiàn)成為必然。后人為第谷所立的、采“仰望蒼穹”姿勢(shì)的紀(jì)念雕像（圖8），與其說(shuō)是對(duì)其事業(yè)的描摹，勿寧說(shuō)是對(duì)其內(nèi)心世界的寫(xiě)照。一個(gè)真正的物理學(xué)家，懷著造福人類(lèi)的理想究問(wèn)自然的奧秘，其內(nèi)心采仰望蒼穹的姿態(tài)恐怕是一種必然。那些把Facing Up理解為仰臉去貼達(dá)官貴人屁股者，倘若頭上也頂個(gè)物理學(xué)家的名銜，怕也只是個(gè)幌子，當(dāng)不得真的。

圖8 第谷的雕像：仰望蒼穹

三、物理學(xué)習(xí)與職業(yè)

在說(shuō)了那么多大而化之的泛泛之論以后，也許回到具體的小事上或許更有說(shuō)服力。我大學(xué)本科期間（1982~1987）的同班同學(xué)，雖然至今還沒(méi)人對(duì)物理學(xué)有什么實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)（慚愧！），但是在幾乎所有人的身上都可以看到曾經(jīng)的物理學(xué)訓(xùn)練對(duì)我們的事業(yè)和生活的正面影響。除了一些人成為物理學(xué)教授、化學(xué)教授、高科技公司主管之類(lèi)（屬于應(yīng)有之義）以外，還有人成了心理學(xué)教授、眼科專(zhuān)家、銀行行長(zhǎng)。無(wú)疑地，哪怕僅僅是五年的大學(xué)物理課程都讓我們終生受用不盡。說(shuō)物理學(xué)知識(shí)有助于任何一項(xiàng)事業(yè)并不為過(guò)。

然而，具體到某個(gè)人，學(xué)物理到底能做什么？Well，學(xué)學(xué)看吧，等你學(xué)會(huì)一些你就能明白了。再說(shuō)，在未來(lái)由技術(shù)全面支撐的現(xiàn)代化社會(huì)里，你反正得掌握一定的物理學(xué)知識(shí)，不是嗎？

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