理论物理的研究意义有哪些

物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学.但这只是对于物理这门科学在学术意义上的一种界定.而我们所面对的“物理”,它同时又是一门课程,于是就有必要从教育意义的层面上去进行一番再认识、再分析,以挖掘蕴含在其中的丰富内涵. 首先,物理是一门科学. 物理学是一门以实验为基础的自然科学,它是发展最成熟、高度定量化的精密科学,又是具有方法论性质、被人们公认为最重要的基础科学.物理学取得的成果极大地丰富了人们对物质世界的认识,有力地促进了人类文明的进步.正如国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会的决议《物理学对社会的重要性》指出的,物理学是一项国际事业,它对人类未来的进步起着关键性的作用：探索自然,驱动技术,改善生活以及培养人才. 上世纪初相对论和量子力学的建立,为物理学的飞速发展插上了双翅,取得了空前辉煌的成就,以致于人们将20世纪称誉为“物理学的世纪”.这意味着他们从物理学中汲取了智能,转而在非物理领域里获得了成功.——反过来,却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例.这就是物理智能的力量.难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族! 当今,物理学的触角已经伸向众多领域,并取得了越来越大的成就,以至我们很难再用统的眼光去界分什么是物理学了.1995年在我国厦门举行了第十九届国际统计物理学大会会上交流论文的涉及面十分广泛,诸如植物的花序、DNA药物系统、交通的流量、文字的存储等等,光看这些篇目,似乎都不太象是物理.什么,究竟什么是物理呢?几年前,美国《今日物理》杂志,曾就此问题向读者广泛征求意见.

他们推崇的答案是：物理学家所做的就是物理学.这话乍听似觉偏颇,其实不无道理.因为在今天看来,物理学更多的是体现出一种智能,“代表着一套获取知识、组织和应用知识的有效步骤和方法,把这套方法用到什么问题上,这问题就变成了物理学.”（赵凯华语）正如物理学家费曼所说：“不论你的想法有多美,不论你什么聪明,更不论你名气有多大,只要与实验不符便是错了,简简单单,这就是科学”.可以说,物理学的发展史,就是一部不断修正错误、不断逼近真理的“求真”史. 物理学是从善的.物理学致力于将人从自然中解放出来,从必然王国走向自由王国,帮助人们不断认识自己,促使人的生活趋于高尚.

物理学的价值取向和终极目标,因而物理学的本质是从善的；另外,物理学家的行为也是从善的.爱因斯坦曾这样评价居里夫人和以她为代表的杰出物理学家：“第一流人物对时代和历史进程的意义,在其道德方面,也许比单纯的才智成就更大”.他们那种严谨求实的态度、献身科学的精神,热爱人民的情怀等等,对于后人无疑是一份尤为珍贵的人文财富. 物理学是至美的.德国物理学家海森伯说过：美是真理的光辉；罗马哲学家普洛丁又说过：善是美的本原.由此,物理学因真而美、因善而美就是十分自然的了.物理的美属于科学美,主要体现于简单、对称和统一；对称则统一,统一则简单,它们构成了物理学的基本美学准则. 翻开物理学的篇章,可以发现到处都跳动着美的音符,体现了人们对美的追求与创造.仅以统一性为例.当代物理学的发展,正朝着两个相反的研究方向延伸：最宏大的宇宙与最微小的粒子.令人感到惊讶的是,随着研究的深入,它们两者并非是分道扬镳、越走越远,反倒显示出不少殊途同归、相反相成的迹象.例如,粒子物理学的一些研究成果常被天体物理学家所借鉴,用来探寻宇宙早期演化的图象；(正由于此,粒子物理学在某种意义上也被称为“宇宙考古学”.

物理还是一种文化. 从广义来说,文化指的是人类历史实践过程中创造的物质财富和精神财富的总和.它包括科学文化和人文文化.同样地,物理学家在长期科学实践中所创造的大量物质产品与精神产品,也就构成了物理文化.物理文化是科学文化的重要组成部分. 大家知道,物理学是以实验为基础的科学,它的基本研究方式就是实践,因而在客观性上表现为“真”；物理学创造的成果最终是为了造福于人类,它在目的性上体现出“善”；另外,物理学还在人的情感、意识等多方面反映了“美”.正因为物理学本身兼具真、善、美的三重属性,我们完全有理由说,物理不仅是一种文化,而且是一种高层次、高品位的文化. 物理学是求真的.物理最讲究实证,物理学家在科学研究活动中最基本的态度就是实事求是,坚守“实践是检验真理唯一标准”的原则.

物理学是自然科学的带头学科：物理学作为严格的、定量的自然科学的带头学科，一直在科学技术的发展中发挥着极其重要的作用。它与数学、天文学、化学和生物学之间有密切的联系，它们之间相互作用，促进了物理学及其它学科的发展。物理学与数学之间有深刻的内在联系。物理学不满足于定性地说明现象，或者简单地用文字记载事实，为了尽可能准确地从数量关系上去掌握物理规律，数学就成为物理学不可缺少的工具，而丰富多彩的物理世界又为数学研究开辟了广阔的天地。物理学与数学的关系密切，渊源流长。历史上有许多著名科学家，如牛顿、欧拉、高斯等，对于这两门科学都做出了重要贡献。19世纪末、20世纪初的一些大数学家如彭加勒、克莱因、希尔柏特等，尽管学术倾向不同，但都精通理论物理。近代物理学中关于混沌现象的研究也是物理学与数学相互结合的结果。物理学与天文学的关系更是密不可分，它可以追溯到早期开普勒与牛顿对行星运动的研究。现在提供天文学信息的波段已经从可见光频段扩展到从无线电波到X射线宽广的电磁波频段，已采用了现代物理所提供的各种探测手段。另一方面，天文学提供了地球上实验室所不具备的极端条件，如高温、高压、高能粒子、强引力等，构成了检验物理学理论的理想的实验室。因此，几乎所有的广义相对论的证据都来自天文观测。正电子和μ子都是首先在宇宙线研究中观测到的，为粒子物理学的创建做出了贡献。热核反应理论是首先为解释太阳能源问题而提出的，中子星理论则因脉冲星的发现得到证实，而现代宇宙论的标准模型——大爆炸理论，是完全建立在粒子物理理论基础上的。物理学与化学本是唇齿相依、息息相关的。化学中的原子论、分子论的发展为物理学中气体动理论的建立奠定了基础，从而能够对物质的热学、力学、电学性质做出满意的解释；而物理学中量子理论的发展，原子的电子壳层结构的建立又从本质上说明了各种元素性质周期性变化的规律。量子力学的诞生以及随后固体物理学的发展，使物理学与化学研究的对象日益深入到更加复杂的物质结构的层次，对半导体、超导体的研究，愈来愈需要化学家的配合与协助，在液晶科学、高分子科学和分子膜科学取得的进展是化学家、物理学家共同努力的结果。另一方面近代物理的理论和实验技术又推动了化学的发展。物理学在生物学发展中的贡献体现在两个方面：一是为生命科学提供现代化的实验手段，如电子显微镜、X射线衍射、核磁共振、扫描隧道显微镜等；二是为生命科学提供理论概念和方法。从19世纪起，生物学家在生物遗传方面进行了大量的研究工作，提出了基因假设。但是，基因的物质基础问题，仍然是一个疑问。在本世纪40年代，物理学家薛定谔对生命的基本问题感兴趣，提出了遗传密码存储于非周期晶体的观点，由于在他的小册子《生命是什么？》中对此进行了阐述而广为人知。40年代，英国剑桥大学的卡文迪什实验室开展了对肌红蛋白的X射线结构分析，经过长期的努力终于确定了DNA（脱氧核糖核酸）的晶体结构，揭示了遗传密码的本质，这是20世纪生物科学的最重大突破。分子生物学已经构成了生命科学的前沿领域，生物物理学显然也是大有可为的。

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科。

（1）物理学是专注于发现且理解所有物质、能量、空间及时间之基本定律的一门科学。物理学研究这个宇宙间的基本组成元素和其之间的作用，以及分析由这些基本原则推断出的系统。因为物理学处理着这个宇宙的核心原理，如在量子力学中，就描述了所有的原子作用，所以它被认为是一门基本科学，为有着“中间科学”之称的化学、地球科学、生物科学和社会科学的基础，在基础物理中的发现都会对其他所有的科学有重要且复杂的影响。

（2）经典物理传统上包含着力学、光学、电学、磁学、声学和热学等领域。广义和狭义相对论等较近期的领域通常亦被包含在这个范畴内。近代物理多是指基于量子论的各个领域，包括量子力学、原子物理学、原子核物理学、粒子物理和凝态物理。这个区分的原则可以在较早的文献中出现。但在量子效应之前，被认为是纯经典领域中内容，其重要性亦已被现今了解，所以区分经典和近代已变得没有太大的意义。

（3）物理研究可以分成两个分支：实验物理和理论物理。实验物理主要专注于经验的研究，和以实际的实验来发展及测试理论。理论物理则和数学有较多的关连性，充分使用数学工具来研究物理定律，并应用数学的逻辑推论来发展物理定律和预见物理现象，即使其在实验上的证据并不一定立即可见。为后人去进行实验，去搜索证据提出目标。

《物理学的未来》通过大量的科学实例、通俗的语言讲述了如何利用科学决定人类的命运，展现了2100年的世界蓝图。该书是根据对300多位处于科学发现前沿的顶尖科学家的采访写成的。作者加来道雄是纽约城市大学理论物理学教授，超炫理论创始人之一。战胜癌症：在现阶段，如果你感觉胸部有个肿瘤，那么你体内或许已经有100亿个癌细胞正在生长。不过在未来，植入你家马桶内的DNA芯片可以分析出区区几百个癌细胞所释放的蛋白质，而此时距肿瘤的形成还有十年的时间。“肿瘤”这个词可能会从英文词汇中消失。此外，科学家目前已经创造出“纳米粒子”，这种微小的分子能够把癌细胞各个击破，就像是智能炸弹一样。在一些测试中，这些粒子杀死了90%的癌细胞，这将使癌症治疗出现革命性变化。