目前大家應(yīng)該是對什么是物理（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)知識來分享給大家，希望大家會喜歡哦。

什么是物理（學(xué)物理能做什么？）

在2006年中央電視臺《對話》欄目的某期節(jié)目中，主持人問過我一個的問題：“學(xué)物理的人，如果日后不做專門的物理研究，能干什么？”我記得當時我的回答是：“這個問題應(yīng)該換個問法：‘一個人，如果他學(xué)會了物理，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《數(shù)學(xué)是什么》，影響了一代又一代熱愛數(shù)學(xué)的人們。這本書給了一個關(guān)于幾乎整個數(shù)學(xué)的框架知識的介紹，但并沒有直接回答這個問題，或者說答案就在書中——你讀懂了書，就明白了答案。最近，在閱讀中我遇到了對“醫(yī)學(xué)是什么”的回答。有本醫(yī)學(xué)書上這么說，醫(yī)學(xué)是一門不確定的科學(xué)和什么都可能的藝術(shù)。參照上述觀點，我對“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！當然，在達成理解的基礎(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。它的研究對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物理學(xué)、金融物理學(xué)等應(yīng)用學(xué)科來。從空間來說，它涉及的尺度大小從10-15m到整個宇宙，分辨率已高達10-11m；從時間來說，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)進入10-18s，由此可見物理學(xué)野心之大。面對這樣至大至微的空間與時間尺度，面對宇宙中無窮無盡的、更多是超出人類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)知識和統(tǒng)計學(xué)知識，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年人類終于“看見”了原子。1915年在他自己構(gòu)造的廣義相對論的基礎(chǔ)上，愛因斯坦預(yù)言光線經(jīng)過太陽附近會因為太陽的引力而彎曲；1919年的日全食時觀測證實了這一點。1926年狄拉克根據(jù)他自己提出的相對論量子力學(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)開列下去。

物理學(xué)的威力還表現(xiàn)在它的創(chuàng)造力。對熱力學(xué)的研究導(dǎo)致了蒸汽機的出現(xiàn)，人類從而有了輪船和火車。對摩擦和閃電的理解和對磁鐵的理解開啟了人類電磁學(xué)的研究，其成果是電動機和發(fā)電機的發(fā)明，此后一直發(fā)展到今天的這樣一個幾乎全靠電力支撐的現(xiàn)代化社會（圖1）。關(guān)于電子發(fā)射的研究和無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了取代紙張的新型信息載體，隨著存儲密度的不斷提高，現(xiàn)在一個硬盤可以輕松裝得下一個圖書館的存書。過去人們夸獎學(xué)問大，用“學(xué)富五車”來形容。粗略算一下，五牛車的竹簡上所刻的字，在一個U盤上的占用空間幾乎為零。

圖1 從摩擦生電到電氣化時代

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、能滿足不斷增長的要求的光源，便成了物理學(xué)的一大追求。三百多年來，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、激光光源相繼問世（圖2），且其功能已經(jīng)遠超出照明的范疇。20世紀60年代出現(xiàn)的激光，是人類文明史要重重書上一筆的發(fā)明。激光可以用于加工制造、醫(yī)療、測量、誘導(dǎo)核聚變等等，特別地它還可以用來傳輸和讀取信息。對白熾燈發(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世紀兩大物理學(xué)支柱之一，對人類的思想和生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的影響是無法估量的，以至于量子變成了過于常用的修飾詞。發(fā)光二極管屬于冷光源，可以被設(shè)計發(fā)出指定的光譜而幾乎不發(fā)熱。冷光源全面承擔起照明的任務(wù)指日可待。對光的本質(zhì)的理解，是相對論和量子論得以被構(gòu)造的原動力之一，這些以及建筑在其上的知識讓人類把想象力、探測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)象的認識所帶來的溫度的概念和溫度測量的實現(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題得到精確的校正。X射線透視讓骨骼損傷、肺結(jié)核之類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)則讓診斷具有無損、精確、多維等特點（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)計和制造得以實現(xiàn)的關(guān)鍵物理技術(shù)是大質(zhì)量探測范圍的質(zhì)譜儀。在各種物理學(xué)設(shè)備更多地進入疾病診斷領(lǐng)域的時代，顯然對醫(yī)生進行充分的物理學(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，反映的基本事實是，現(xiàn)代醫(yī)生對其使用的診斷儀器顯然缺乏起碼的認識。

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)的成果無疑還是改變世界形態(tài)的主要力量，它改變戰(zhàn)爭的方式、生產(chǎn)的方式和生活的方式，并最終改變國家和整個人類社會的組織形態(tài)。這種改變得以實現(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、微波通信、光通信、互聯(lián)網(wǎng)的路徑（圖4），人類的通信能力迅速加強，從而使得人類的空間距離感迅速縮小。太多的未來的事務(wù)將自然而然是全球性的，而不再局限于某個國家和地區(qū)。這里面用到的技術(shù)幾乎清一色來自物理學(xué)的研究，其中的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最早是要為核物理、粒子物理實驗室之間實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳遞而開發(fā)的，其實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)來自半導(dǎo)體科學(xué)的成果。2009年諾貝爾物理學(xué)獎授予給在“光纖通信中用到的光在纖維中的傳輸方面做出突破性進展”的物理學(xué)家，算是對此論述的一個佐證。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對人類－自然關(guān)系的認識。

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

物理學(xué)還是攸關(guān)人類未來的科學(xué)。人類的美好生活伴隨著持續(xù)增加的能源需求，自然也伴隨著對環(huán)境不斷增加的負擔。如何為人類的發(fā)展提供可靠的能源保障？如何理解人類生活與地球自然環(huán)境之間的互動關(guān)系，如何理解、探測甚至預(yù)告自然災(zāi)害的發(fā)生，以至能有效地避免危害人類之大災(zāi)害的發(fā)生？解決這些重大問題是物理學(xué)的應(yīng)有之義。以能源問題為例，人類能源問題的解決依靠太陽能的充分高效利用。如何操控太陽光譜，如何高效捕獲陽光、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能電池，如何提高轉(zhuǎn)化效率，如何儲存太陽能電池提供的電力，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未來可持續(xù)發(fā)展的長遠問題，在短期內(nèi)它也是大量技術(shù)型、知識型工作崗位的提供者。

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

二、物理學(xué)與人

物理學(xué)對其修習(xí)者的影響，僅就日常生活而言也是可觀的。他們保持著對自然的好奇心，因而有觀察生活的習(xí)慣并且懂得欣賞?？匆娨恢缓麄冑澝浪膬?yōu)雅身姿的時候，可能會想到是飛行這種運動要求它的嚴格鏡面對稱，而爬行類動物的體型對鏡面對稱的要求就可以含糊一點。他們可能會想到蝴蝶的斑點是某種非線性動力學(xué)過程的結(jié)果，它那五彩的顏色可能不是因為裝點了某些色素而是因為翅膀上的光子晶體結(jié)構(gòu)，等等（圖6）?？吹搅撕＿叴笃牧鞘?，他們會想起B(yǎng)ernard不穩(wěn)定性，知道這是在適當?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，知道這個形狀和石頭的化學(xué)成分與微觀結(jié)構(gòu)無關(guān)（圖6）。他們對周圍的世界會因理解而贊美，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)出很無聊的舉動?；蛘哒f，他們因為理解了一小部分世界所以從容，因不理解絕大部分的世界所以大部分時間都顯得專注于某些事情。就是貓在家里，他們大多也會修理個燈管、煤氣灶或者孩子的電動玩具什么的。這不僅省錢和方便，還讓他們在孩子心目中贏得一份尊重。

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)與人的交互作用會導(dǎo)致對物理學(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，因為有信仰有追求，因為領(lǐng)略了自然的偉大與神奇，所以他們的外部的動作和內(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，我常常會為他們的人格魅力所感動。因為他們的事業(yè)是究問自然的追求，是為了整個人類的智慧與幸福，這常常讓他們的身上有了神性的光芒，他們的作品里也時常會表現(xiàn)“個人對著整個人類的精神與心靈言說”的意境。德國哲學(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?？档略f出過思想史上最氣勢磅礴的名言之一：“有兩種東西，我對它們的思考越是經(jīng)常和持久，它們越是以嶄新的、不斷增長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@樣的氣勢自然來自他的事業(yè)追求的本質(zhì)與習(xí)慣：仰望蒼穹同時內(nèi)省。第谷對行星運動的不斷觀察導(dǎo)致了開普勒三定律的發(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”姿勢的紀念雕像（圖8），與其說是對其事業(yè)的描摹，勿寧說是對其內(nèi)心世界的寫照。一個真正的物理學(xué)家，懷著造福人類的理想究問自然的奧秘，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理解為仰臉去貼達官貴人屁股者，倘若頭上也頂個物理學(xué)家的名銜，怕也只是個幌子，當不得真的。

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服力。我大學(xué)本科期間（1982~1987）的同班同學(xué)，雖然至今還沒人對物理學(xué)有什么實質(zhì)性的貢獻（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（屬于應(yīng)有之義）以外，還有人成了心理學(xué)教授、眼科專家、銀行行長。無疑地，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。說物理學(xué)知識有助于任何一項事業(yè)并不為過。

然而，具體到某個人，學(xué)物理到底能做什么？Well，學(xué)學(xué)看吧，等你學(xué)會一些你就能明白了。再說，在未來由技術(shù)全面支撐的現(xiàn)代化社會里，你反正得掌握一定的物理學(xué)知識，不是嗎？

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