试论现代物理学革命及其哲学意义

论现代物理学革命及其哲学意义政法学院 11政本一班何玲 1102010113【摘要】到19世纪末，经典力学取得了前所未有的进步和成功。

当科学家们陶醉于这种“苦善尽美”的境界之中的时候，物理学的万里晴空却飘来了两朵乌云，物流学上出现了一系列新发现。

这些无法用经典物理学解释的新发现，使经典物理学陷入了危机。

并由此掀起了一场空前的物理学革命，把物理学由经典物理学推到现代物理学阶段，而相对论和量子力学就是这场革命的主要成果。

相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。

经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域。

相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。

物理学上的一系列新发现，使物理学基本观念发生了根本变革，引发了一些系列关于物理学哲学问题的激烈争论，这些论争的哲学探讨值得我们深思和学习，它对以后物理学的发展具有较大的指导性意义。

【关键词】现代物理学革命相对论量子力学哲学意义经典物理学的完美阻挡不了时代的发展和物理学家认识的脚步，不断涌现的物理学新发现引发了19世纪末20世纪初的这场物理学革命。

这场革命先后延续了30多年，改变了人类对物质、运动、空间、时间、因果性等基本的认识，开创了物理学的新时代，带动了20世纪整个自然科学和技术的革命，为人类文明开辟了新纪元。

促进了人们对世界的认识，使我们更好地掌握世界的发展规律并用这些规律指导践我们的实践活动。

一、对现代物理学革命的基本回顾。

（1）、过程伊始由G.伽利略和I.牛顿奠定基础的古典物理学理论，到了19世纪40年代以后，由于海王星和能量守恒原理的发现、M.法拉第、J.C.麦克斯韦电磁理论的辉煌成就以及分子运动论的建立，而包罗了大至日月星辰，小至原子、分子的物理世界。

这一理论在科学的各个领域中所向披靡,使当时不少物理学家认为,物理理论已接近最后完成,今后只需在细节上作些补充和发展,在小数点第六位上做文章。

（2）、危机开始正当古典物理学发展到了顶峰的时候，它本身却开始出现了危机和革命。

危机开始于19世纪80年代的“以太漂移”实验的“零结果”，到19世纪末出人意料地发现了X射线和放射性,接着又发现了电子和镭等等。

这就使一向被看作天经地义的原子的不可分割性和不变性、物质不灭性和能量守恒性、空间和时间的绝对性、运动的连续性等等，都产生了动摇，物理学领域中许多基本原理和基本概念都受到怀疑和重新审查。

法国数学家J.H.彭加勒于1905年指出，物理学处于危机之中，并酝酿着一场革命。

（3）、物理学革命爆发物理学革命发轫于量子论和相对论的诞生。

M.K.E.L.普朗克于1900年为解决黑体辐射实验结果同古典理论的矛盾，提出了量子假说，认为在辐射的发射或吸收过程中，能量不是无限可分的，而是有一个最小的单元即量子。

这是一个大胆的假说，它直接违背了G.W.莱布尼茨的“自然界无飞跃”的论断。

因而在1911年以前，老一辈物理学家几乎全部拒绝接受它，就连普朗克自己也惴惴不安，曾于1911年和1914年两度提出以古典概念取代量子假说的新理论。

二、相对论和量子力学的建立1、相对论的建立（1）、爱因斯坦的狭义相对论以光速不变原理和力学相对性原理为前提，经过严密的逻辑与数学论证，爱因斯坦于1905年创立了狭义相对论。

爱因斯坦认为以太漂移实验的“零结果”与经典力学的矛盾，根本问题在于经典力学的“绝对同时性”。

为此，爱因斯坦提出了狭义相对论的两个基本假设：一是光速不变原理，即对于任何惯例系，自由空间中的光速都是相同的。

这一原理表明，在这些惯例中，光速与光源和光的接受者的运动状态无关，这叫意味着必须对经典物理学的理论进行修改。

二是相对性原理，即对于任何惯例系，一切自然定律都同样适用。

它表明，绝对静止的参考系是不存在的，没有一种在一个系统中所做的实验能够确定这一系统的“绝对”运动，这些实验对于运动的描写只有相对意义。

狭义相对论的核心内容是洛伦兹变换。

但是，在洛伦兹那里，洛伦兹变换仅仅是由猜测得到的具有纯粹形式意义的假象，他根本无法理解运动参考系中的坐标的真正含义而将其称为“虚时空”，而在物理学的相对论中，洛伦兹变换则是两条基本原理必然的逻辑推论，因此有充分理由将其视为时空内在属性的变化。

以这样的思路去理解洛伦兹变换，就十分自然地得到以下一些结论：物体在运动方向上的收缩，即空间间隔的“尺缩效应”；运动时钟的延缓，即时间间隔的“钟慢效应”；物体的质量随速度变化。

（2）、爱因斯坦的广义相对论爱因斯坦认为运动的相对性原理必须进一步推广，即自然定律对于任何参考系而言都应具有相同的数学形式。

这一思想被爱因斯坦提升为广义相对论的一条基本原理——广义协变原理。

等效原理是指在一个有限大小的体积范围内，万有引力和某一加速系统的惯性力相互等效，或者说物体的惯性质量与引力质量相等。

而广义相对论是把现对论推广到非惯例系，广义相对论建立在等效原理和广义协变原理基础之上，按照这两个原理建立了广义相对论的引力场方程，论述了空间的结构和性质取决于物质的分布，证明现实存在的空间不是平坦欧几里德空间，而是弯曲的黎曼空间，空间的曲平取决于引力场的强度。

相对论的建立，深刻地揭示出时间、空间、物质及其运动的统一性，从而改变了人们所习惯的绝对时空观，并为辩证唯物主义的时空观提供了充分的科学依据。

无论是在科学上还是在哲学世界观与方法论上，无论是在理论上还是在实践上，相对论都具有极其重要的意义。

2、量子力学的建立（1）、量子假说的提出面对“紫外灾难”，普朗克认为，解决黑体辐射问题的关键在于弄清楚这些“振子”吸收和辐射电磁波的规律。

于是决定放弃经典的能量均分原理，于1900年提出了“能量子”假说，说明振子吸收和辐射能量的过程不是连续进行的，而是以能量子的整数倍即一份儿、一份儿跳跃的方式进行的，从而揭示了微观领域中新的奥妙，迫使人们思考：在微观领域里是否存在着与宏观规律不同的规律？但是由于它与物理学几百年来信奉的关于自然界的连续性的观念直接矛盾，因此受到当时绝大多数的物理学家的拒绝和反对。

（2）、光的波粒二象性的发现在19世纪末，光被认为是一种波而不是粒子流。

但是，由于光电效应（金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子）的出现，使光的波动说与粒子说之间又重新展开了争论。

通过大量的实验总结出光电效应具有如下实验规律：①每一种金属在产生光电效应是都存在一极限频率，即照射光的频率不能低于某一临界值。

相应的波长被称做极限波长。

当入射光的频率低于极限频率时，无论多强的光都无法使电子逸出。

②光电效应中产生的光电子的速度与光的频率有关，而与光强无关。

③光电效应的瞬时性。

实验发现，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，即几乎在照到金属时立即产生光电流。

④入射光的强度只影响光电流的强弱，即只影响在单位时间内由单位面积是逸出的光电子数目。

在光电效应中，要释放光电子显然需要有足够的能量。

根据经典电磁理论，光是电磁波，电磁波的能量决定于它的强度，即只与电磁波的振幅有关，而与电磁波的频率无关。

而实验规律中的第一、第二两点显然用经典理论无法解释。

第三条也不能解释，因为根据经典理论，对很弱的光要想使电子获得足够的能量逸出，必须有一个能量积累的过程而不可能瞬时产生光电子。

光电效应里，电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关,光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响。

所有这些实际上已经曝露出了经典理论的缺陷，要想解释光电效应必须突破经典理论。

为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光量子假说——当光照射到物体表面时，光子被电子吸收，电子把这部分能量中的一部分用来克服物体表面对它的束缚力，另一部分则离开物体表面后的动能。

成功地解释了光电效应。

光既具有波动性又具有粒子性，光的这种特征被称为波粒二象性。

（3）、关于原子结构问题1913年波尔为解决卢瑟福原子行星模型的不稳定（按经典理论，原子中电子绕原子核作圆周运动要辐射能量，导致轨道半径缩小直到跌落进原子核，与正电荷中和），提出定态假设：原子中的电子并不像行星一样可在任意经典力学的轨道上运转，稳定轨道的作用量必须为h的整数倍。

玻尔又提出原子发光过程不是经典辐射，是电子在不同的稳定轨道态之间的不连续的跃迁过程，光的频率由轨道态之间的能量差确定，即频率法则。

这样，玻尔原子理论以它简单明晰的图像解释了氢原子分立光谱线。

（4）、物质波概念的提出德布罗意根据光的波粒二象性，提出了微观实物粒子也具有二象性的假说。

实物粒子的波称为物质波。

（5）、量子力学的建立1925年，海森伯抛弃了电子轨道的概念及其他相关的不可观察的经典运动学的量，根据可观察到的辐射频率和谱线强度，建立了新的力学——矩阵力学。

薛定谔把德布罗意波推广到非自由态粒子上，于1926年创立了波动力学。

量子力学建立以后，1927年，海森伯发现了不确定原理；1928年，狄拉克得出相对论波动方程；后来，泡利提出不相容原理，从而使量子力学发展成为比较完善的理论体系。

物理学革命的历程使人们认识到，任何科学理论都不可能一成不变，随着科学实验的发展，理论必须不断发展，甚至要彻底更新。

这场革命也带动了其他各门科学的革命，使整个20世纪成为科学技术革命的世纪。

物理学革命也带来了自然观的革命，使几个世纪以来在整个自然科学领域中占统治地位的机械唯物主义自然观终于让位给辩证唯物主义自然观。

三、哲学意义1、一切事物都处在永不停息的运动、变化和发展的过程中，整个世界就是一个无限变化和永恒发展着的物质世界。

物理学革命的一系列新发现，否定了经典物理学的传统的哲学观点，对经典物理学造成了毁灭性的冲击。

2、我们应当认识到，实践是检验真理的唯一标准，相对论和量子力学的诞生是人们认识不断发展的结果。

关于无知无限可分的思想, 不过是人们对物质可分概念的简单化、绝对化的理解, 是人们对物质无限可分思想的误解, 是人们认识上的局限造成的。

人对世界的认识，从目前所能达到的成果都是相对的，不存在终极的、绝对的真理，只能无限地接近真理。

但是，这并不意味着不可知论是正确的，因为思维的至上性和非至上性是辩证统一的。

人对世界的认识的成果都是相对的，这是从思维按其在每个人和每个历史阶段上来说的。

但是，思维按其本性、使命和终极目的来说，是至上的、无限的，能达到绝对真理，不可知论只看到思维的非至上性，而没有看到思维的至上性，是形而上学的观点，其必然会滑向唯心主义。

3、人们对物理现象及其本质的认识是不断地发展和完善起来的，每一种理论的建立过程都体现了“实验(事实)——理论假设——实验(新的事实)——修正理论”，遵循着辩证唯物主义中的“否定之否定”规律。