浅析现代物理与现代科技

陆琴

【摘 要】 物理学是一门以观察和实验为基础的自然学科，物理学的每一个发现、每一次革命都对人类文明和科技进步起到了不可估量的作用。本文主要介绍了20世纪以来物理学的发展，以及现代科学技术在我们生活中的应用，最后重点说明物理学前沿知识——超弦理论。

【关键词】 现代物理；现代科技；超弦理论

一、物理学的简介和发展

物理学是一门以观察和实验为基础的自然基础学科。它主要研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律。物理学发展的历史表明，物理学的发展与物理学知识量的积累有关，每一个重大突破都是以积累和继承为前提的，同时又包含着对旧观念和旧理论的批判与扬弃。积累的量变不会单调地走向无穷发散，变革的质变也不会割断认识发展的链条。这两种过程的辩证统一，使物理学形成一种波浪式的发展进程。

二、现代物理

十九世纪末二十世纪初，经典物理学的各个分支学科均发展到了一个完善、成熟的阶段，人们对物理世界的解释也已经到达了终点。然而，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验又发现了许多经典物理学知识所无法解释的现象。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现；其次经典物理学的万里晴空中又出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。这些实验结果与经典物理学的理论严重不符，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，由此物理学又一次经历了深刻的革命，因此诞生了现代物理学。

现代物理学革命的最主要成果是由爱因斯坦的相对论和普朗克、等人建立起的量子力学，在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，在不同的研究领域衍生出量子场论、原子核物理学、粒子物理学、非线性物理学、天体物理学、现代宇宙学、量子统计物理学、量子电动力学、相对论量子力学等理论，已经发展成为一个庞大的学科群，人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。同时物理学还向其他学科领域推进，产生了一系列物理学的新部门和边缘学科，为现代科学技术的发展提供了新思路和新方法。

三、物理学对现代科技的影响

物理学的发展直接推动着科学技术的发展，物理学的每一次革命都会带来新技术的出现。从历史上看，物理学对世界三次大的技术革命起到了非常关键的作用。第一次技术革命始于18世纪60年代，其主要标志是蒸汽机的广泛应用，这是牛顿力学和热力学发展的必然结果。第二次技术革命发生于19世纪70年代，主要标志是电力的广泛应用和无线电通信技术的实现，这是麦克斯韦电磁理论的建立导致的光辉成果。第三次技术革命发生在20世纪初，由于X射线、放射性、原子结构、电子波粒二象性的发现，诞生了相对论和量子力学，奠定了近代物理学的基础，近代物理学所揭露的新概念和新现象，刷新了世界面貌，促进了原子能、计算机、航天、激光、红外线、超导、通信、纳米等高新科学技术的广泛应用。

20世纪的科学进步，集中体现在关于物质、生命、思想的基本构成的科学成果。原子与量子革命、基因与DNA革命、计算机与信息革命，构成了现代科学的三大支柱。其中量子革命是最基础的一个，由它带动了其他两大革命。1925年由量子理论引发的科学大潮，使我们理解了周围的物质。它使我们能在实验室创造出某种物质之前就能精确地预测出其属性，随后能随心所欲地创造和操作新形式的物质。1844年薛定谔在《什么是生命》一书中提出生命的秘密可以用量子理论解释，并大胆地猜测，这个秘密就是写在细胞内分子上的基因密码。1953年詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现了DNA的双螺旋结构，解开了这个秘密。人们应用分子生物技术就能像读书一样，阅读生命基因的密码，破译后就可以随心所欲的操纵生命。1948年巴丁、布拉顿和肖克莱发明了晶体管，使现代计算机的制造成为可能。1960年迈曼制成了激光。以上应用量子力学的成果，构成了当代网络技术的基本组成因素，使人类获取、应用和交换信息的方式发生了质的变化。未来的技术进步，深深根植于这三大革命中。

四、现代科学技术

科学史告诉我们，科学理论的每一进展和突破都伴随着人类知识的综合，促进科学整体化的发展。20世纪40年代以来出现的许多新兴技术，如激光技术、超导技术、基因重组技术等，都是现代科学的直接产物。越是新技术，包含的科学知识越多，高技术就是科学知识密集型的技术。超弦理论就是20世纪最伟大的一项发现。超弦理论也称弦理论，它认为不存在粒子，只有弦在空间运动，各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。依照弦理论，每种基本粒子所表现的性质都源自它内部弦的不同的振动模式。每个基本粒子都由一根弦组成，而所有的弦都是绝对相同的。不同的基本粒子实际上是在相同的弦上弹奏着不同的“音调”。由无数这样振动着的弦组成的宇宙，就像一支伟大的交响曲。超弦生万象，史蒂芬·霍金在谈到超弦理论时曾激动地说：“这是一门本属于21世纪的科学，却意外地在20世纪被提前发现了，我坚信它能实现科学理论的大一统的最终目标。”自然科学作为人类对自然界事物的理性认识。已经广泛渗透到技术的各个领域，成为现代技术发展的关键，使技术真正成了科学的技术。是科学技术真正引领了我们新的生活。

总之，在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过八十多年的发展，已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度，现代物理学大厦已经建成。尽管超弦理论将引领21世纪理论物理学的发展，历史仍将铭记众多物理学老前辈们在现代物理学发展过程中作出的重大贡献。科学永无止境，物理学与现代科技引领着我们的生活，推动着人类文明的车轮滚滚向前！