什么是物理学

什么是“物理学”?这是科技史，尤其是物理学史不可回避的一个十分基础的课题。近年来物理学概念内涵之演变引人关注，对这方面的了解将会给教授者、学习者一定的指导和启示。

1、物理学概念的西方源起

“物理学”(即英语里的“physics”)，最早始见于古希腊亚里士多德的《物理学》一书，该书的中文译者张竹明先生指出:这本“《物理学》是一门以自然界为特定对象的哲学。它不同于我们现在的物理学，但却包括了现在的物理学，也包括化学、生物学、天文学、地学等等在内，总之，涉及整个自然科学，它只研究自然界的总原理，是自然哲学”[1]。鉴于亚里士多德的《物理学》中有许多物理方面的错误结论，所以1949年因提出了宇宙起源的大爆炸学说而声名大震的美籍前苏联物理学家乔治·伽莫夫曾指出:亚里士多德“在物理学领域中最重要的贡献也许只是创造了这门学科的名字，”这个词由古希腊“自然”一词推演而来[2]。

2、中文“物理学”一词的来源

1900年，日本人藤田丰八把饭盛挺造编写的《物理学》译成了中文，由当时上海江南制造局刊行。这本书是我国第一本具有现代“physics”内容的称为“物理学”的书。

如此说，并非1900年以前中国就没有“physics”.东方的包括中国的近代科学都是从西方传进来的，实际情况是从西方传到中国远比传到日本还要早.不过1900年以前，我国译述西方物理学著作没有采用“物理学”的译法，而是多译为“格物学”或“格致学”.如1879年美国人林乐知将罗斯古编写的一本物理书翻译成汉语并命名为《格致启蒙》，其中第二卷为格物学；1883年美国传教士丁韪良(丁韪良，英文名Martin，1888年曾来中国传教，接触中国古代文明后曾提出“丁韪良猜测”:中国的“元气说”曾影响过笛卡尔提出“以太”漩涡说)也将一本物理书译为汉语，名字为《格物测算》.另外，国内1886年有译著《格致小引》，1889年又有《格物入门》出版。

大量史料表明:“格物学”或“格致学”就是“physics”的早期汉语意译.这两种译法是“格物致知”一词两种形式的缩写。“格物致知”一词源于儒家“致知在格物，格物而后知至”的思想.

应该强调的是，日本学者指出:“特别值得大书一笔的是，近世中国的汉译著述成为日本翻译西洋科学译字的依据.”[3]日本早期物理学史研究者桑木或雄说:“在我国最初把‘physics"称为‘穷理学".明崇祯年间一本名叫《物理小识》的书，阐述的内容包括天文、气象、医药等方面.早在宋代，同样内容包含在《物类志》和《物类感应》等著述中，这些都是中国物理著作的渊源.”[3]

2002年4月在北京召开了中国近现代科学技术回顾与展望国际学术研讨会，会上仍有学者认为将“physics”译为“物理”不如译为“格物”或“格致”更符合汉语文化.但是“物理学”一词毕竟被中国人所逐渐接受，1902年京师大学堂在格致科下设物理学课目，1912年改格致科为理科，下设物理门.同年金陵大学设物理学课目，1918年商务印书馆出版了由陈幌编写的《物理学》，这是第一本国人命名为《物理学》的“physics”著作。可见我国用“物理学”译“physics”还是较晚的，1900年在德国普朗克已经提出了能量量子化假说，标志着物理学跨人了现代的大门，量子力学的序幕已经拉开.

必须特别指出的是，在中国“物理”一词出现并不晚，不过含义不同于“physics”。明代吕坤(1536一1618)著有《呻吟语》，其中卷六第二部分名为“物理”，大体是有关物性学的，并用以引申一些关于人文及世界的观点.宋代朱熹(1130一1200)等人常用“物之至理”或“物理”一词.当代著名物理学家李政道曾引用唐代杜甫《曲江二首))中的诗句“细推物理须行乐，何用浮名绊此身”来说明物理一词在盛唐时即已出现[4]。其实在中科院哲学研究所和北大哲学系编著的《中国哲学史资料简编))(中华书局)“两汉一隋唐”部分中就记载了三国时吴人杨泉曾著书《物理论》，是研究和评论当时有关天文、地理、工艺、农业及医学知识的著作。更久远的有，在约公元前二世纪成书的《淮南子·览冥训》中就有:“夫隧之取火于日，慈石引铁，葵之向日，虽有明智，弗能然也，故耳目之察，不足以分物理;心意之论，不足以定是非”之论述.中国古代的“物理”，应是泛指一切事物的道理.

3、关于“物理学”的一般传统认识

一般的物理学教材或辞典手册大都这样介绍:物理学是研究物质运动最一般规律及物质基本结构的学说。具体地说，按所研究的物质运动形态和具体对象，它涉及的范围包括:力学、声学、热学和分子物理学、电磁学、光学、原子和原子核物理学、基本粒子物理学、固体物理学以及对气体和液体的研究等.物理学包括实验和理论两大部分，经过实践检验被证实为可靠的理论物理包括:理论力学、热力学和统计物理学、电动力学、相对论、量子力学和量子场论.当然这些理论也只能是相对真理，有各自的局限性.运用物理学的基本理论和实验方法研究各种专门问题，使物理学中各种新的分支不断涌现和形成如流体力学、弹性力学、无线电电子学、金属物理学、半导体物理、电介质物理、超导体物理、等离子物理、固体发光、液晶及激光等。一些边缘学科也随物理的广泛应用而陆续形成如化学物理、生物物理、天体物理及海洋物理等等.

作为一门学科，物理学之存在须以以下几个要素为前提:

1)一种描述性的通过自然现象之间的相互关系来理解和说明自然的自然观.这种自然观建立在两个信念之上:其一是自然有可以被人们认识和理解的理性规律.“相信世界在本质是有秩序的和可以认识的这一信念，是一切科学工作的基础.”(爱因斯坦语);其二相信自然是实存的，且具有近恒常性而不是唯心主义的迷梦或理念世界的幻影.

2)存在一种与上述自然观相适应的定量方法系统来处理现象，尤其允许可近似量化处理.具体而言就是公理化的逻辑与具有实用可操作性的数学体系，它可说是科学理论的骨架.

3)重视实验，既把实验看成理论的来源，又看成审判理论的法官.如果没有实验这一要素，科学即使能诞生往往也只能是一个封闭的理论构架，虽自身可能逻辑自洽，但因缺乏证实或证伪机制而易流于玄想并丧失进一步发展的生命力.

4)社会和文化的需要.

4、《物理百科全书》关于“物理学”的解释

美国麦格劳一希尔图书出版公司1983年第5次出版由帕克主编的《物理百科全书))(科学出版社，1996年8月)，书中关于物理学的主要观点如下:

物理学在以前称为自然哲学.物理学涉及自然的某些方面，它们可以通过一种基本的途径，即依据一些基本原理和基本定律来加以理解.随着时间的推移，不同的特殊学科从物理学中分了出来，形成自己的研究领域.(典型的分化论，本文作者注).在此过程中，物理学保持着它的本来面目:理解自然界的结构和解释自然现象。

物理学的最基本部分是力学和场论。力学涉及质点或物体在给定力作用下的运动.场物理学则涉及万有引力场、电磁场、核力场以及其他力场的起源、本质和特性.力学和场论合在一起就构成了理解科学上所提出的自然现象的最基本途径，最终目的是要通过这两个方面理解全部自然现象。

物理学的较古老的或者称经典的分法，是以自然现象的某些一般类型为基础的.当时，对于这些自然现象是已经知道特别适合于应用物理学方法来研究的.按照这样的分法，计有经典力学及其分支天体力学、流体力学和弹道学;热学和热力学;气体运动论和统计力学;光学、声学;电学和电磁学.这样的分法现在都还通行，但其中有许多越来越有被列入应用物理学或技术的分支的趋势，越来越不属于物理学本身的固有的分支了。

数学物理学用数学来研究物理现象，它包括所有各门物理学中较数学化的部分以及统计力学、量子力学、相对论和场论的绝大部分内容.通常在数学物理学和理论物理学之间所作的区别是:对于后者，虽然形式上也全都是数学，但它被认为是更接近于实验物理学的.然而，不论是数学物理学还是理论物理学都不可能真正与实验物理学分开，因为一个对自然的完全理解，只有同时应用理论和实验才能得到。

在物理学的各个领域内，其特点与其说是取决于所涉及主题的内容，还不如说是取决于对所探索内容的理解的精确性和深度.物理学的目的是通过数学建立一个统一的理论体系，它的结构和行为要尽可能广泛地复现整个自然界.其他科学只满足于用本门学科的特殊局限概念来描述和联系各种现象，而物理学则总是探索着把对同一现象的理解，作为一个特殊的表现形式而纳入作为整体的自然界的基本统一结构.按照这样的目的，物理学的特色就在于:精密的仪器设备、精确的测量以及通过数学来表达所得到的结果。

《物理百科全书》的这种特色说显然有问题，既言特色就该是独具的，可你能以此区分物理与化学吗?化学家赫许巴赫的高论有助于我们在一定意义上区分理化:

“典型化学家高于一切的愿望是理解为什么一种物质和其他物质行为不同;而物理学家则通常期望寻找超出特定物质的规律.”

5、朝永振一郎关于“物理学”的见解

朝永振一郎(1906一1979)是日本理论物理学家，因在量子电动力学方面的贡献获1965年诺贝尔物理学奖.

1977年10月是日本数学物理学会成立100周年，在纪念大会上，朝氏以“什么是物理学”为题目作了一个报告[5].但他只讲了几段物理学历史及物理学与技术的关系，并没有直接回答这个问题(至少从汉译文看来如此).他说:“不过依我看来，物理学以像模像样的自然科学形式出现，似乎是在开普勒、伽利略、牛顿时期才开始的.”开普勒主要研究行星围绕太阳的运动，与开普勒不同伽利略则研究地上现象.牛顿将两人的成果集中起来再进行深人研究，建立了牛顿三定律和万有引力定律.

朝氏认为现代物理学的性质有二:第一，采用观测或实验方法;第二，用数学来表达定律.

他认为我们要用物理学来了解存在于自然深处的规律，这个思想在考虑什么是物理学时不可忽视.朝氏强调物理学的进一步发展不仅使自身范围扩大了，由力学发展到光、热、电磁、原子和分子等方面甚至连化学等也纳人了物理学范畴.有重新统一一切现象、整合一切学科的趋势，我们不妨与分化论相对称之为统一论.著名物理学家卢瑟福也有一句名言:“一切科学要么是物理学，要么是集邮术.”[6]这可以看成物理学大统论的最简洁的定义说明.

6、哥本哈根学派的观点

以上的观点虽有不同，但都不违背牛顿的说法:“自然哲学的目的在于发现自然界的结构和作用，并且尽可能把它们归结为一些普遍的法则和一般的定律—用观察和实验来建立这些法则，从而导出事物的原因和结果.[7]就是说科学的目的是发现客观的与人无关的自然规律或真理.

这种思想在微观领域受到了冲击.

在这种领域，观测对现象的影响是不可忽略的.因此以玻尔(N.Bohr)、海森伯(w.Heisenberg)为代表的量子力学哥本哈根学派断言:认为物理学的任务是去发现自然界是怎样的是错的.物理学涉及的是关于自然界我们能说什么.“描述自然界的目的不在于提示现象的真实本质，而只在于尽可能远地把多种多样经验的各个方面之间的关系追溯出来”(玻尔)[8]；“自然科学不是自然界本身，而是人和自然界之间关系的一部分，因而就依赖于人，有人的烙印”(海森伯)[8]；“当你寻求生活的和谐时，你必须永远不要忘记，在生存的戏剧中我们自己既是演员又是观众."，(玻尔)[8].显然量子力学的科学观与其前物理相比出现了巨大的变化.

7、“未来我们选择怎样的物理学?”一文的相关思想

S.M.Gruner和J.S.Langer在1995年第12期《Physics Today》以“未来我们选择怎样的物理学”为题发表了文章，认为物理学概念的演变就是被定义得越来越狭窄了.为了拯救物理，如今物理学家对物理学的定义不是根据那些特定的专业和领域，而是基于那些不同时期和不同研究活动结合为科学家共同体的一组概念工具.分别是:

l)在一组核心学科方面接受过高级训练.目前这些学科有力学、电学、磁学、热力学、统计力学和量子力学等.

2)掌握了研究物理现象所使用的定量方法和整理数据的方法

3)有较强的抽象能力和打破常规的勇气和精神、能超越特定研究对象的洞察力和对问题本质的把握.

这些概念化工具比其他任何特征和标准更能使物理学家区别于其他科学家.最能体现物理学家与其他科学家不同的地方，不在于他们所涉及的领域，所研究的问题，而取决于他们所采用的研究方法和所寻求信息的特征.天文学家研究脉冲星，生物学家研究生命系统，物理学家对二者都关心，因此这两者都是物理学的研究对象。

8、赵凯华先生的观点

纵观20世纪物理学研究对象的扩展，从宏观到微观，从传统的物理过程到化学过程(量子化学)，从无生命的到有生命的……从不同角度看，学科既有分化又有统一整合，分化论与统一整合论都有道理都有事实依据，二者绝不是非此即彼、誓不两立的关系.由于统一与分化学科得以向广度和深度发展分化标志着科学局部发展的成熟，统一整合标志着科学整体认识上的深入.但也正由于统一与分化，使得现在很难用传统的眼光来界定什么是物理学。一位外国物理学家风趣地自问自答:What is physics?Physics is what physicists do.按逻辑，人们应继续问:what are physicists?答案可借鉴上面提到的Gruner和Langer关于物理学家共同体概念给出.

赵凯华先生说[9]:“我想给这句话加个注解.物理学家所作的研究怎样才算得上是物理工作?论文能为国际上公认的物理杂志或物理学术会议所接受，可算得是一条充分条件”1995年在我国厦门召开了第19届国际统计物理大会.大会的论文摘要中出现了按传统的观念不像物理名词的词汇，如细菌生长、生物进化、生物膜、轮轴藻细胞、细胞色素C、厄尔尼诺、南方振荡、红血球、心率、鸟儿为什么一起飞、免疫网络、曲折的河流、神经网络、沙堆模型、交通流量等等.“可见，今天已不可能再用研究对象来界定什么是物理学，物理学是所有自然科学和工程技术的理论基础，物理学代表着一套获得知识、组织知识和运用知识的有效步骤和方法.把这套方法运用到什么问题上这问题就变成了物理学.”[9]这与Gruner和Langer的观点在精神上是相似的.

诸年来还有另一现象影响着人们对物理学看法的改变.

现在有不少物理专长人才毕业后不搞物理这就要求物理学必须相应有所改变.1996年国际大学物理教育学术研讨会在美国马里兰大学召开.大会发布的统计数据表示，在美国有超过60%的物理专业毕业生进人了各工业部门，获得学士学位的毕业生中有超过2/3的人不从事物理方面的工作，英国的统计数字大体与美国相似.在我们国内也存在这一现象按传统看法这是“用非所学”，是人才培养上的浪费.赵凯华先生认为这是正常现象，他说:“一个人学了物理学之后干什么都可以，他的物理学没有白学……在我看来，对于学物理学的人无所谓‘改行，……"[9].中国大恒集团总工程师、光电技术所所长宋菲君也说过:“有什么比掌握‘四大力学"更困难?能够掌握四大力学的人只要下功夫，从事什么职业都会有所建树.物理学工作者特别适合于从事高新技术开发，做创新的工作.”[10]赵、宋二先生的说法，只有在打破过去对物理专业的认识，彻底树立物理学方法论的新物理观基础上才能得以正确理解.

9、启示

前面的关于“物理学”的观点，有同有异，莫衷一是.但可以肯定的是，“物理学”概念的内涵己经且正在发生着演变如果说物理学过去在物质和精神上曾很好地造福于人类，各种辉煌成就的取得与物理学家的打破常规的勇气和探索精神密不可分那么，今天和明天的人们将进一步认识到物理学是一套获得、组织、运用和探求知识的有效方法，这是至关重要和更有意义的.这样的认识无论对学习物理的人还是教授物理的人都应成为其指导学习工作的原则一旦物理学方法论思想真真实实地被人们所掌握，那么学习物理的人就不再会满足于背点概念公式做几道题，而是更注重在一定的基础上对物理思想、物理方法的领悟，并能在诸多领域得以应用.当然，物理方法不是空谈即能掌握的，它只能形成于良好的物理专业素质之上.这要求广大物理教师必须致力于履行素质教育.良好的物理专业素质主要体现为清晰全面准确的物理思想、扎实的数学应用能力和较好的实验能力几个方面，简言之，即具备良好的理论素质及实验素质，且对学生打基础而言这二者同等重要，不可偏废。2002年6月20日丁肇中先生在CCTV的“东方之子”栏目中说得好:“在学校成绩好，就做理论;动手能力强，就做实验.这种观点是完全错误的。很多成功的实验物理学家都精通理论，做实验最重要的是找题目，动手能力、做法是次要的”

另一方面，物理学发展史告诉我们，一流的理论物理学家往往也具有扎实的实验基础。牛顿做过许多著名的实验，爱因斯坦读大学时也曾用很大精力做实验，这对他后来获得巨大的理论成功至关重要.

“物理学是一门实实在在的科学，是一门久经考验的科学，是一门伟大而艰巨的科学，那些昙花一现的理论、学说和物理学是无可比拟的，那些在改革浪潮中用蛊惑人心的语言装饰起来的雕虫小技更是不值一提，物理学的发展就像宇宙演变一样永不止息[11]。

这话感情色彩较浓，但不无道理.

归纳总结研究事物发展的规律，思考宇宙的原理。其实就像你扔一块石头，你知道它会掉下去。可是别人问你为什么，你说有重力，别人又问为什么有重力，重力是什么，就是这样不断地质问研究探索原因，这就是物理。

物理学是了解物体原理的一门学科

可以让我们了解到物体的本质上的内涵

物理学包含很多电学

声学

光学

原子学

力学等等

研究自然现象的