古希腊物理学

概述

物理学是探索物质特性与能量内涵的自然科学。物质和能量是所有科学领域不可或缺的核心要素，因此物理学堪称自然科学体系中的根基学科。物理学属于实验性学科，研究者通过观察并解析自然界中基于物质和能量的各种现象，从而揭示其中的规律性。这些模式称作“物理理论”，能够经受住实验验证的普遍物理理论被称为物理定律，这种定律直到被证实存在谬误之前都成立，具有可否证性特点。物理学是在这些定律的基础上精心构建的学科。它是自然科学中最为基础的学科门类之一。化学、生物学、考古学等诸多科学分支的理论体系，都是依托于这些物理定律得以建立。

从左上角开始，按顺时针方向，首先是光线发生偏折的现象，接着是一道光束，然后是一个热气球，紧接着是一个陀螺，之后是两个物体发生非弹性撞击，再往下是氢原子的轨道图，然后是原子弹爆发的场景，紧接着是闪电划破天空，最后是一个星系

物理学是历史最为悠久的学科之一。物理学、化学、生物学等学科，起初都属于自然哲学的领域，直到十七世纪到十九世纪这段时间，它们才逐步从自然哲学中分离出来，各自发展成为独立的学科。:193-194物理学与其他许多不同学科领域有着广泛的联系，例如量子化学、生物物理学等。物理学的研究范围并非一成不变，学科内的重大进展能够阐明不同领域探索的基本原理，偶尔还能催生全新的交叉学科方向。

物理学借助创立新学说和开拓新技术，给人类文明带来了非常突出的影响。比如，电磁学领域取得的长足进步，促使电灯、电动机、各类家用设备等新事物接连问世，人类社会的整体生活质量也随之有了显著改善。又比如，原子核物理学的不断深入，让核能发电从设想变为现实，然而由此引发的安全隐患也提醒人们认识到地球环境、生态系统以及人类自身的脆弱与渺小。

历史及发展古希腊物理学

自古以来，人类就着迷于探究自然界的奥秘：为何物体总是坠落地面，为何各种物质展现出迥异的特性等等。通过观察和分析自然界的种种现象，古人从中发现了规律性，并据此构建了多种学说，试图揭示自然界的奥秘，不过他们所构建的多数学说都是错误的。

一八二四年，伦敦某刊物刊登了一幅描绘情景的图画，阿基米德曾言：若能获得一个支点，便能借助它移动整个地球。

依照当代标准衡量，以往的物理学学说更接近思辨学说：当下的学说必须通过严谨的实证验证，而昔日的学说并未获得充分确证。诸如托勒密与亚里士多德构建的学说，部分内容与普遍可察的现象存在出入。

即便如此，依然存在众多古代学者提出了颇为精准的观点。古希腊的哲学家泰勒斯，生活在公元前六百二十四年至前五百四十六年期间，曾横跨地中海，前往美索不达米亚和埃及，钻研天文和几何学知识，并且将这些知识传播开来，使其得以发展和完善。他预见了公元前五十八五年发生的一次日全食，也能够推算出船只距离海岸的远近，还通过观察金字塔的影子，测量出了金字塔的高度。泰勒斯不认为自然现象可以用神秘力量来解释，他坚持认为，任何事件的发生都有其固定且普遍的因果联系。公元前5世纪，古希腊的哲学家留基伯和德谟克利特最早提出了原子学说，主张所有物质都是由不会毁灭、无法再分的原子组成的。古希腊的学者阿基米德在力的作用方面得出了许多准确的定量结果，例如对杠杆运作方式的说明。

中世纪伊斯兰世界的物理学

公元850年到950年期间，许多希腊学问被译成阿拉伯语。穆斯林学者承袭了亚里士多德的物理学。在伊斯兰文明的鼎盛时期，他们把这些知识推向前进，格外注重实证活动，逐步形成了一种初步的科学探究途径。

海什木是光学的拓荒者

伊本·沙尔、肯迪、海什木、伊本·西那等学者在光学和视觉方面提出了全新学说。海什木在其知名作品《光学书》中，明确反对了古希腊的视觉学说——发射说，并且阐述了新的理论。借助盖伦对眼球内部构造的阐释，他阐述了光线怎样进入眼球，怎样被汇聚并投射到眼球的后方，他认为眼球好似“暗箱”，光线通过一个小孔进入暗箱后，在暗箱中形成倒置的影像。显而易见，在此处，他实际指的是针孔相机或暗箱装置。他还说明如何借助暗箱来观察日食现象。

海什木的功绩在阿拉伯地区并未获得应有的认可，他的作品在十二世纪被译成拉丁语，书名叫做《透视》。这本书直到十七世纪仍作为光学领域的权威文献，对后来的约翰内斯·开普勒、威特罗、罗杰·培根等众多学者产生了深远影响。

经典物理学

经典物理学是指那些不包含量子力学或相对论理论的物理学分支，比如牛顿力学，还有热力学，以及麦克斯韦电磁学等等。

艾萨克·牛顿（1643年－1727年）

经典物理学的发展高峰出现在十六世纪的首次科学变革，结束于十九世纪末期。尼古拉·哥白尼开启了科学革命，他在1543年提出了关于太阳系运行模式的日心体系，这一学说否定了托勒密的地心体系。1609年到1619年期间，约翰内斯·开普勒提出了支配天体运行的法则，他借助数学公式精确推算了根据天象记录得出的行星围绕太阳旋转的轨迹信息kaiyun全站网页版登录，由此为日心体系提供了坚实的理论依据。伽利略·伽利莱通过实验探究物体运动现象，归纳出物体下落规律，并且证明了实验手段在学术探索中的关键作用。他依靠实验或观测得到的事实，而非单纯推演，来验证各种命题的真伪性。他主张运用数学手段表述自然界的运作规律，数学是自然界的表达方式，若缺乏数学知识，便难以洞察自然界的奥秘。1687年，艾萨克·牛顿创立的牛顿运动定律和万有引力定律为经典物理学构建了扎实根基，他与戈特弗里德·莱布尼茨共同发明了微积分，形成一种高效数学工具用以解决物理难题。他宣告了第一次科学革命的终结。物理学呈现出两大显著特点：通过实验验证物理规律，借助数学形式描述物理规律。物理学逐渐发展进步，成为一门独立学科。

现代物理学

那个年代，物理学家们察觉到经典物理理论存在重大缺陷，迈克耳孙-莫雷实验的测量数据与经典理论预期相悖，黑体辐射的分布曲线不吻合热力学定律的推论，经典电磁学也无法阐明光电现象和原子发射的光谱，放射性元素的某些行为似乎违背了经典物理学所倡导的必然性原则。这些缺陷给学术界带来了史无前例的挑战，从根本上摧毁了既有理论框架的基础，促成了二十世纪物理学两大理论体系相对论和量子力学的诞生，从而开启了物理学的新时代，这两个理论为这些复杂问题提供了令人信服的解释。此外，物理学家将相对论和量子力学运用于原子、分子等微小体系，以及各类凝聚态大尺度系统，借此更透彻地阐明自然界的运行原理，并推动物质文化日益繁荣。

1927年举办的第五次索尔维会议，汇集了当时全球顶尖的物理学家，大家共同探讨量子理论的关键问题，思维碰撞十分激烈

物理学探究领域非常辽阔，科研人员经常借助部分基础性理论开展研究工作。这些理论都经过了大量不同实验反复验证，且对自然现象的预判效果十分可靠。比如，经典力学学说可以精确说明物体活动状态kaiyun全站app登录入口，不过前提条件是，物体体积远大于原子尺度，同时运动速率远小于光速。:2现在，这些关键学说依然是学术界关注的热点问题。比如，在牛顿（1642年–1727年）提出经典力学过去三百年的时候，专家们发现了混沌理论，这一理论表明力学系统中的确定性预测存在误区。

这些基本原理主要涵盖经典力学、量子力学、热力学、统计力学、电磁学、狭义相对论等基础物理范畴，为深入研究特定课题提供了关键依据。

应用与影响

物理学属于根本学科，并非实用学科。物理学也被尊为基础学科中的核心学科，其它自然科学领域，比如化学、天文学、地球物理学、生物学等，其理论体系都必须遵循物理规则。比如，化学探究物质的特性、构造、化学变化（化学聚焦原子尺度，此为化学与物理的分野）。结构之所以能够形成，源于粒子与粒子之间的相互影响。能量恒定、动量恒定、电荷恒定等，这些物理学基本准则控制着物质特征和化学变化，过去化学研究者只能借助一些含糊不清的设想构建的理论，都随着量子力学的进步而获得了阐明。

人脑纵切面的核磁共振成像

物理学分支专注于解决实际问题的研究工作。该领域的学习计划常包含其他应用科学的选修内容，例如地质构造或电气工程。与工程学相比，物理学分支并非专门设计特定装置或设备，而是借助物理原理或探索物理现象，旨在推动新兴科技的发展或深入分析相关课题。

工程领域涉及诸多物理学原理。比如，掌握建造桥梁及各类建筑物的方法，需以静力学知识为基础。要打造顶尖水准的音乐厅，必须通晓声学原理。改进光学器件的设计与制造，则要求深入钻研光学学问。通过综合考量各种物理特性而研发的飞行模拟装置、电子娱乐产品、影视作品等，其呈现效果将更为逼真生动。

化学探究物质的各种特征,包括它的构成,构造,以及其转变的法则。化学关注的领域涵盖物质彼此间的联系,或者物质与能量之间的相互作用。经典化学主要研究两种物质相遇后的转变,即发生化学反应,又或是一种物质转变成另一种物质的现象。

计算机模拟显示出航天飞机重回大气层时的受热状况

这些变化有时会借助电磁波，电磁波用来引发化学过程。但有时候化学过程并非由物质间的相互作用决定。光谱学探讨物质与光如何相互作用，这种相互作用并不牵涉到化学反应。确切地说，化学的研究范畴涵盖分子、电子、离子、原子、原子基团等组成的核-电子系统。量子物理不断进步，化学领域借鉴了其核心思想kaiyun全站登录网页入口，形成了更加完善的体系架构。

物理学的探究本质和实证精神，同样适用于其他学科研究。物理学对诸多学术方向产生显著作用，比如，经济物理学领域广泛借鉴物理学的理论框架和实验手段，用以分析经济现象，这些现象往往包含复杂多变或难以预测的成分。