發(fā)明之源：物理學(xué)與技術(shù)

　　1物理學(xué)與技術(shù)的關(guān)系歷史的回顧物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，可以使人們很好地認(rèn)識世界、了解自然。同時(shí)，它對人們改造自然、推動社會發(fā)展也起著極其重要的作用。技術(shù)體現(xiàn)了生產(chǎn)力的進(jìn)步，與物理學(xué)有著十分密切的關(guān)系，它們之間總是相互作用，共同前進(jìn)，從而共同改變了人類的生活，乃至整個(gè)世界。在經(jīng)典物理學(xué)形成之初，技術(shù)的發(fā)展往往先給物理學(xué)以有力的幫助和促進(jìn)。例如，眼鏡發(fā)明于14世紀(jì)，當(dāng)時(shí)人們是先有光學(xué)知識，還是先學(xué)會磨制鏡片，今天不得而知。到了17世紀(jì)，人們無意中用兩塊鏡片組成了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡，卻為物理學(xué)家。天文學(xué)家以至于生物學(xué)家提供了極好的觀察工具。他們用這些簡陋而新奇的工具來觀察靠肉眼無法直接看到的外部世界和內(nèi)部世界，并進(jìn)一步研究光學(xué)成象的原理，幾何光學(xué)由此得到發(fā)展。反過來，工程師和技師又根據(jù)光學(xué)原理設(shè)計(jì)制造了更為完善的光學(xué)儀器，物理學(xué)家借以測量光速，土木工程師借以測量地基，航海家借以確定航線。蒸汽機(jī)的發(fā)明是在已有的熱學(xué)知識基礎(chǔ)上作出的。17世紀(jì)前后，人們已經(jīng)掌握了熱脹冷縮、溫度計(jì)量等基本知識，但是熱學(xué)的科學(xué)體系并未建立。起初，蒸汽機(jī)的熱機(jī)效率極低，大約只有5%。為提高蒸汽機(jī)的效率，工程師和科學(xué)家紛紛進(jìn)行試驗(yàn)和理論研究。紐康門（T.Newomen）和瓦特（J.Watt）都曾對蒸汽機(jī)作過重大改進(jìn)，但是由于沒有掌握熱機(jī)中能量轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律，始終未能找到理想的方案。只是等到19世紀(jì)前半葉，由于卡諾定理的提出和克勞修斯（R.Clausius）等人建立了熱力學(xué)第二定律，才為蒸汽機(jī)效率的提高指明了正確道路。應(yīng)該說，蒸汽動力的需求推動了熱力學(xué)的發(fā)展，并為熱力學(xué)提供了實(shí)際資料。所以對于熱學(xué)來說，技術(shù)對物理學(xué)的推動作用是很明顯的，總的說來，是熱工技術(shù)在前，熱學(xué)理論在后。先有實(shí)踐，再有科學(xué)。這方面的實(shí)例，在自然科學(xué)的其他環(huán)節(jié)也可以找到，不過大多是在19世紀(jì)以前。電磁學(xué)的發(fā)展則正好相反。電磁學(xué)幾乎所有的重大成果都是在實(shí)驗(yàn)室里首先取得的，都是先進(jìn)行探索性研究，然后再應(yīng)用到實(shí)際生活中去。伏打（C.A.Volta）在實(shí)驗(yàn)室里首先試驗(yàn)成功化學(xué)電堆，這才有可能在生產(chǎn)和生活中運(yùn)用化學(xué)電池來獲得穩(wěn)定電流。奧斯特（H.C.Oersted）在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第（M.Faraday）在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，這才有可能出現(xiàn)第一臺電動機(jī)和發(fā)電機(jī)。在這以前，找不到任何電磁學(xué)工程技術(shù)之先例。而其他各種電氣設(shè)備的創(chuàng)制和改造，也無不是先在物理學(xué)家手里進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，掌握了嚴(yán)格的物理規(guī)律，并建立了嚴(yán)密的物理理論后，才有可能實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的工程技術(shù)和生產(chǎn)工藝，也是按照已知的規(guī)律、在理論的指導(dǎo)下進(jìn)行的，基本上是科學(xué)研究在前，工程技術(shù)在后?；蛘哒f是發(fā)現(xiàn)在前，發(fā)明在后。麥克斯韋（J.C.Maxwell）的電磁場理論和赫茲（H.R.Hertz）的電磁波實(shí)驗(yàn)為20世紀(jì)無線電事業(yè)大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；固體和半導(dǎo)體理論指導(dǎo)了晶體管的發(fā)明和改進(jìn)優(yōu)的波動理論為以干涉儀為核心的光學(xué)精密計(jì)量技術(shù)提供了依據(jù)。在20世紀(jì)里大概很難找到不需要理論指導(dǎo)，盲目實(shí)踐就取得成功的工程技術(shù)實(shí)例了。20世紀(jì)里，物理學(xué)成果對技術(shù)的影響莫過于愛因斯坦（A.Einstein）的質(zhì)能關(guān)系E＝Mc平方，原子彈的威力和核能的利用皆與這一原理有關(guān)。愛因斯坦的受激輻射原理導(dǎo)致激光器的誕生，當(dāng)然又是一個(gè)鮮明的例證。（摘自1－3頁）

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