從愛因斯坦到霍金的宇宙 小論文

從愛因斯坦到霍金的宇宙論文

物理學史是人類對自然界中各種物理現象的認識史，它研究的是物理學發生、發

展的規律，說明了物理學中的基本概念、定律和理論體系的醞釀、產生和發展的

辯證過程。它是一座知識財富的寶庫，不僅展示了物理學理論形成的前因后果、

來龍去脈，而且深刻的揭示了物理學的研究方法；它也是一塊精神財富的寶地，

物理學的發展極大地改變著人們的自然觀、世界觀，升華了人們對人與自然，人

與社會的認識。與此同時，物理學家在探求真理的過程中展現出的人格魅力，不

畏艱險獻身科學的高尚品格，也給后人增添了無窮的榜樣力量。物理學不僅以其

知識、方法和思想極大的促進了自身的發展，而且在更廣闊的領域深刻的影響著

人類文明的進程，成為人類文化的一部分。

學習物理學史就是為了了解物理學所走過的道路，它將有助于我們更深刻地

認識物理學，更有效地應用和發展物理學。過去很多人總是在說“以史為鑒”，

但我們認為對物理學史的學習僅僅“以史為鑒”還遠不能滿足時代的要求，更應

該在“以史為鑒”的基礎上“以史為器”去發展、去創新。物理學史和自然科學

史告訴我們，歷史上的一些發明、創造并不是前人研究內容的簡單重復，而往往

是前人研究方法、思維特征的重現，并且它更是螺旋形上升的。

下面，從幾個方面簡述物理學史的作用：

一、感悟科學方法

物理學的發展史是一部物理學方法論的發展史，物理學在發展過程中，不僅

產生了寶貴的理論成果，更留給后人值得深思的物理學的研究方法。物理發展的

歷史證明，每一次重大科學理論的突破，往往都伴隨著新的科學方法的誕生，而

新的科學方法又反過來促進物理學的發展。

力學是物理學中發展最早的一個分支，機械運動是力學中最直觀、最簡單、也是

最便于觀察因而也最早得到研究的一種運動形式。然而，和物理學的其他部門相

比，力學的研究卻經歷了更為漫長的過程。從古希臘時代算起，這個過程幾達二

千年之久。只所以會如此漫長，一個很重要的原因就是人類缺乏經驗，缺乏正確

的科學研究方法，因而也就難以得出正確的科學結論。亞里士多德是古希臘時代

人類歷史上少數百科全書式的大哲學家,而且是通過觀察自然,運用形而上學的哲

學思想方法試圖解釋自然,奠定物理學思想萌芽的人。然而，由于歷史的局限，

亞里士多德對自然的研究僅僅停留在“觀察”和“思辯”的層面上，致使像“力

是維持物體物運動的原因，重的物體下落得快，輕的物體下落得慢”等錯誤長期

統治著人們的思想。

但是,伽利略沒有僅僅停留在邏輯思辯上,而是繼續做了斜面實驗。他發現,落體的

速度越來越快,是一種勻加速運動,而且加速度與重量無關；他還發現,斜面越陡,

加速度越大,斜面越平,則加速度越小，在極限情況下,斜面垂直,相當于自由下落,

不同物體的加速度是一樣的。當斜面完全水平時,加速度為零,這時,一個運動著的

物體就應該是沿直線永遠運動下去。斜面實驗表明,物體運動的保持并不需要外

力,需要外力的是物體運動的改變。伽俐略最終用“理想實驗”由斜面的情形推

到自由落體和水平運動的情形。

伽俐略邏輯推理與實驗驗證相結合的思維方式，為后人找到了研究物理的正

確科學方法。從此，“一門博大精深的科學已經出現”（伽俐略語），物理從此從

哲學中分離出來并得以迅速發展。縱觀物理學三百余年的發展史，可以看出，實

驗在檢驗已知理論，探索未知規律等方面起到了不可替代的作用。早在1687年，

牛頓在其出版的《自然哲學的數學原理》一書中就已經正式提出了萬有引力定律，

可直到一百多年后的1798年，英國科學家卡文笛許利用扭稱這一巧妙的實驗裝

置測出引力常數后，萬有引力定律才得以全面的展示在世人面前；麥克斯韋對電

磁波理論進行了長達十年的研究，并以一組簡潔的數學方程把電磁波理論概括得

十分優美對稱，但當年卻難以令人信服，直到二十多年后他預言的電磁波被赫茲

的實驗所證實，他的學說才成為舉世公認的電磁理論基礎；1905年，愛因斯坦

用光電子假說總結了光的微粒說和波動說之間長期的爭論，能很好的解釋光電效

應的實驗結果，但是直到1916年，當密立根以其嚴密的實驗全面地證實了愛因

斯坦的光電方程后，光的粒子性才被人們所接受……可以說：實驗，只有實驗，

才是物理學的基礎。

將物理學史引入課堂，不僅能使學生有身臨其境之感，而且能領略前輩大師的研

究方法，得其精髓，有所借鑒。

二、提升人文素養

物理學史是一部人文史，物理學家們在從事科學活動的過程中，不僅揭示了

自然界基本運動形式的諸多真理，同時也為后人樹立了一座座道德豐碑。科學家

們在探索自然的過程中展現出的人格魅力、人文素養，對科學事業的執著追求精

神，都會使學生的情感升華，對引導學生確立正確的人生觀和價值觀，實現人格

的完美化具有積極的促進作用。牛頓是經典物理的奠基人，但他卻謙稱自己“站

在巨人的肩膀上”；居里夫婦是鐳元素的發現者，然而他們卻沒有居功自傲，“鐳

只是一種元素，它屬于世界所有，科學應當為大眾服務，它應當屬于全人類。”

她說過的這句話一定會給學生留下深刻的印象

物理學史也是一部美學史，對稱、和諧、統一等美學要素在物理學的發展中起著

非常重要的文化導向作用。當先人們對天體的運動還充滿著神秘與未知時，卻能

直觀的感受到其運動軌道應該是圓周，因為“圓是美的”。物理之美是直觀的，

比如彩虹是極美的表面現象，人人都可以看到；物理之美也是深刻的，電荷之間

的引力與物體之間的萬有引力都遵循平方反比率,電子繞核運動的模型和星體之

間的模型相仿等等無一不顯示著物理學深刻的統一美。

物理學是一門與自然、生活、技術進步和社會發展有著最廣泛聯系的科學。

它可以揭開大千世界的奧秘，使學生志向高遠，憧憬未來，本應該是學生最為鐘

情的一門課程。然而，有時它竟成為學生最為頭疼和恐懼的課程。這不能不說是

單一課程目標與僵化教學模式的一個苦果，我們有理由相信，充分重視物理課程

中的人文素養資源，堅持三維課程目標，就一定能夠煥發物理課程的魅力。

三、培養創新意識

物理學的發展史本身就是懷疑、批判、求真、創新的發展史。通過物理學史

的教學展現物理學發展的歷程, 展現在這個歷程中,物理學家們對真理的追求,不

同理論觀點的沖突、紛爭與批判,有助于培養學生的懷疑和批判精神。而懷疑和

批判精神對于科學發展是不可或缺的，是創新意識和創新能力的重要特征。

從亞里士多德“力是維持物體運動的原因”到牛頓“慣性是物體的根本屬性”；

從牛頓的“絕對時空觀”到愛因斯坦的“廣義相對論”；從熱質說到能量說；從

光的微粒說、波動說到波粒二象性和光子說,物理學史展現的知識是一種動態的、

變化的知識,呈現出人類對物理現象的認識不斷深化的過程。這種過程既突顯了

科學家們不迷信權威,不迷信書本,敢于懷疑的創新精神，同時也隱喻著人類對自

然的認識是無止境的,從而深刻的促進著人們的思想解放。

19世紀末，物理學已經有了相當的發展，幾個主要部門——力學、熱學、

電磁學以及光學，都已經建立了完整的理論體系，在應用上也取得了巨大的成果。

這時一部分物理學家認為，物理學已經發展到頂，偉大的發現不會再有了，以后

的任務無非是在細節上作些補充和修正，使常數測得更精確而已。然而，也正是

這個時候，倫琴發現了X射線，并導致了電子的發現。X射線一旦發現，立即取

得了廣泛的應用，迅速打破了物理學界沉悶的空氣，極大的促進著人們思想的解

放，帶來了一場深刻的物理學革命，把人們的注意力引向更深入、更廣闊的天地，

從而揭開了現代物理學革命的序幕。

物理課程不應該把人類認識自然的歷史擦去，不能被公式和邏輯的面紗掩蓋。

把動態的、進化的物理學理論異化為機械的公式、定律，繁、難、偏、舊的習題

呈現給學生，在傳統教學中是司空見慣的。其結果必將使學生對原本不斷深化的

物理學理論教條化、神圣化，不自覺地剝奪了學生的懷疑精神、批判精神，喪失

培養學生創新能力的極好機會，模糊了物理學習的最終目的。

現有的物理知識，都是人類與物理世界的長期對話中，經過無數的曲折與反

復，進行抽象概括而獲得的。只有考察物理學的過去，才能理解它的現狀，把握

它的未來，對物理學史相關知識的探究，必將潛移默化地提升我的科學素養和人

文素養，對我的全面發展起到積極的促進作用。