这是一个很好的问题,我相信每一位物理爱好者或者物理方面的研究人员都会有自己独特的答案。我就简单谈一下我自己的看法。
概括来讲,物理是物质世界客观存在的规律,被人类与生俱来的好奇心驱使去研究,并推动着人类社会一步一步的发展和变革。
物质世界的规律
物质世界,大到宇宙天体,小到微观粒子,无一不受客观物理规律的支配。宏观物体受到牛顿万有引力的支配,因此我们会感受重力,天体之间会相互绕行和运转;微观粒子受到量子力学的支配,出现了量子化和波粒二象性;光和其他电磁波受到麦克斯韦电磁理论的支配,进行传播,并出现了干涉和衍射等波特有的现象。
不同层次,不同领域的物理规律是相辅相成相互统一的。物理学的发展历程,就是一个寻找不同现象之间的共性,追求统一的一个过程。
好奇心作为驱动力
人类具有生来就对万物感到好奇的天性,遇到奇怪的事情总爱问个为什么。这成了人类研究物理的最原始的驱动力。但仅仅有好奇心还不够,还必须要有科学的研究方法和手段。
人类很早就在思考一个哲学上的终极问题,但归根结底是物理问题:我们从哪里来,我们所生活的空间从哪里来,宇宙最原始的状态是怎么样的。为了解答,古人提出了好多设想和假说,因此也就诞生了神和宗教。但这并不是物理。直到到了上个世纪,人类的认知和技术手段达到了一定的高度,便对宇宙来源有了一些最基本的科学认知:宇宙起源于大爆炸,并利用实验手段验证了这一观点的正确性。
因此,物理学的研究是靠好奇心和科学的研究手段来共同支持的。
物理学与人类进步
我本科时候物理系的院长曾经说过一句话,假如有一天到了世界末日,人类想安全度过靠的是物理学家。如果物理学家都放弃了,人类将失去最后一道防线。
的确,物理学的进步与人类社会的变革息息相关,并最终决定着人类命运的走向。
牛顿力学的发展催发了大机器生产,导致了第一次工业革命的爆发;麦克斯韦电磁理论的发展使人们能够利用电和磁,人类得以制造出了汽车、火车、飞机,导致了第二次工业革命的爆发;量子力学的发展推动了半导体工业的发展,导致第三次工业革命的爆发,人类因此进入信息化时代。
可见,每一次物理学上的重大变革必将转化为一场工业革命,并推动人类社会的巨大进步。
可能我的文字并没有解释得很清楚到底什么是物理,但我希望看到这篇文字的人能对什么是物理有一些自己的看法,那样就很好。
物理学是研究物质存在的形式及运动规律的科学。它典型的研究对象包括:空间和时间,物质和场以及相互作用。
就目前物理学发展的现状而言,描述空间和时间的理论是相对论;物质和场的理论是量子力学和量子场论。
有四种基本的相互作用:引力相互作用,强相互作用,电磁相互作用和弱相互作用。相互作用和特定的基本粒子有关,比如强子参与强相互作用,我们可以利用相互作用对基本粒子进行分类。
电磁相互作用和弱相互作用可以在更高的能量尺度下统一起来,这就是电弱统一理论。物理学家还提出强相互作用将在更更高的能量尺度下与电弱相互作用统一起来,这就是大统一理论,甚至还有人尝试把引力也统一进去,即所谓万有理论。
泛泛而言今天物理学的基础是“量子力学+相对论”,但引力尚未被量子化,其他相互作用都已经量子化了。
物理学的基本精神气质是“世界是可以被理解的,而且是一个简单的理解”,这里带着一股强烈的乐观自信的味道。
比如,阿基米德说:“给我一个支点,我就可以撬动地球!”
拉普拉斯说:“如果知道瞬间世界上所有粒子的位置和动量,我就能知道未来所有尚未发生的事情,和历史上所有曾经发生的事情。”
这体现了物理学家对物理规律的自信,相信世界可以被理解,而且就是按照他们发现的那些基本法则运行的。
关于物理学家的乐观自信,我们可以举物理学家科曼(Coleman)的例子,在他的量子场论讲堂上,他骄傲地宣称:“(关于自然之谜)不仅上帝知道,我知道,而且在本学期末,你们也将知道。”
还有一次温伯格来哈佛做演讲,听众提了个问题,温伯格迟疑了一下,这时科曼进来了,他并没有听到问题,但看到了温伯格的迟疑,于是大声喊道:“我知道答案!”
科曼边喊边往前走:“我知道答案。什么问题?问我吧。”
这里科曼的潜台词是:问题终将被解决,而且是以物理的方式解决,因此也必是一种简单清晰的解决。
可以说这种乐观、自信既是物理学家的精神气质,也是物理学的精神气质。普通人了解什么是物理学,最重要的其实是要了解这种精神气质。
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