规律

“物理”一词的最先出自希腊文φυσικ，原意是指自然。古时欧洲人称呼物理学作“自然哲学”。从最广泛的意义上来说即是研究大自然现象及规律的学问。汉语、日语中“物理”一词起自于明末清初科学家方以智的百科全书式著作《物理小识》。

在物理学的领域中，研究的是宇宙的基本组成要素：物质、能量、空间、时间及它们的相互作用；借由被分析的基本定律与法则来完整了解这个系统。物理在经典时代是由与它极相像的自然哲学的研究所组成的，直到十九世纪物理才从哲学中分离出来成为一门实证科学。 物理学与其他许多自然科学息息相关，如数学、化学、生物和地理等。特别是数学、化学、生物学。化学与某些物理学领域的关系深远，如量子力学、热力学和电磁学，而数学是物理的基本工具。

“物理”二字出现在中文中，是取“格物致理”四字的简称，即考察事物的形态和变化，总结研究它们的规律的意思。我国的物理学知识，在早期文献中记载于《天工开物》等书中 物理科学的发展共经历三个周期，每个周期都是由现象——理论——观点——成见四个连续阶段构成的。他们把19世纪以前称为第一周期；20世纪初至20世纪20年代为第二周期；从20世纪30年代起至今是物理学发展的第三周期。目前正处于第三周期的第三阶段，即观点形成阶段。

在第一个周期中，四个阶段的界定及所包括的内容如下： 现象阶段

在第一周期光是作为一种独立的自然现象研究的。从战国时代墨子对平面镜、凹面镜、凸面镜研究及物与像之间的经验关系的论述起至麦克斯韦提出光的电磁理论止。 理论阶段

在现象阶段被统称为实验定律的那些结论，在理论体系中，有的则处于“原理”的地位，有的则处于由原理推导出的结论地位，即下降为定理的地位。如阿基米德原理，动量守恒定律虽然历史上是直接从实验得到，其实在理论体系中只处于推论的地位，即“定理”的地位。 理论阶段在力学中的标志是1687年牛顿《自然哲学之数学原理》的完成。同样，1864年麦克斯韦的电磁场方程的提出，标志着电磁现象领域进入理论阶段。热力学理论的核心是能量守恒原理、热力学第一、第二、第三和第零定律。经典统计力学直到1902年吉布斯的系统工作才算完成（平衡态理论）。总之，直到19世纪末，以经典力学、热力学和统计力学、电动力学为理论核心的经典物理学的整体结构算是完成了。 观点形成阶段 观点转化为成见

在物理学发展的第2个周期中，四个阶段的界定及所包括的内容如下： 现象阶段

除上述两类新现象以外，由于电磁理论的不断发展，在经典物理体系的内部逐渐发现理论上的冲突。如磁场对运动电荷的作用力不共线，破坏了牛顿第三定律等。 理论阶段

理论体系是在1924——1927年间完成的三位一体的结构：德布罗意奠定基础由薛定谔完成的波动力学；由海森堡、玻恩、约旦完成的矩阵力学；由狄拉克完成的量子代数。后来证明它们是等效的，统称为量子力学。 观点阶段

成见阶段

夏皮洛提出宇称不守恒的论文。 在物理学发展的第三个周期中，现象阶段萌芽于1928年狄拉克的相对论电子波动方程，于1932年开始迅速发展。这些新现象包括中子、正电子及一大批新粒子的发现，冲击着在第二周期中形成的“两种电性，两种粒子”等基本观点。 第三周期的理论是“场论”一元论。在20世纪20年代末，科学家从逻辑上认为量子力学描述物质微粒的相互作用应服从相对论的有限传递速度的要求，这导致了传递相互作用的因素在两个微粒之间的空间中存在的必然性。它依然沿用法拉弟和麦克斯韦提出的场的概念。根据量子化观点，这种场应该是量子化的。这种思想于1929年海森堡和泡利首先用于处理电磁相互作用，开创了量子电动力学（QED）。它用场的激发态代表粒子的产生，场激发态的消失代表粒子的湮灭。这种现象在电磁现象中取得了很大的成功，使人们领悟到各种不同的基本粒子是各种不同的与之相应的各种“量子场”的激发态。1967——1968年温伯格和萨拉姆以自发破缺规范对称观念为基础提出可重正化的弱作用模型，从而完成了弱电的统一理论，也称量子味动力学（QFD）。描述强相互作用的量子色动力学（QCD），也得到了1979年8月丁肇中实验小组和马克——杰小组发现的三喷注现象所支持。物理学家立即转向把电磁、弱、强三种相互作用统一起来的所谓“大统一理论”。 这些理论是为解决这样一个问题，即构成自然界的最基本的元素是什么？规律是什么？然而上述这些理论尚未能回答这一问题。一方面这些理论中还有些难以克服的困难，另一方面还没有把人类最早发现的引力作用考虑进去。因此，还不能算是“统一”理论。真正的统一理论应将至今为止发现的四种相互作用统一起来。 第三周期的理论给人们形成一个很强的观点，就是自然现象的对称性质。一个规律管制一类现象；一个对称性管制若干规律。因而可以说对称性是“规律的规律”。是人类对自然界理论认识的一种“结晶”，它本身不是自然定律，是作为原理的，亦称“对称原理”。它与不可观测量及守恒定律有深刻的联系。

第三周期中另一个强烈观点是“统一性观点”。人们要把种类繁多的粒子、反粒子作统一解释，建立统一四种相互作用的“统一场论”，把粒子与时空统一起来。 第三周期是一个没有完结的周期，目前正处于观点形成阶段，还未发展到“成见”形成阶段。何时能进入这一时期，我们只有等待物理学的最新发展了。

随着电子的发现和1919年质子的发现，科学家头脑中对微观世界已形成一种固定的看法，即微观层次上物体由两种粒子构成，表现为两种电性。这种看法严重阻碍了当时科学发展，导致约里奥—居里夫妇错过了发现中子的机会，导致汤川的介子理论无法被接受，导致朗道扣压了N.在物理学发展的第二周期，经过理论的重新建构，一些新的观点逐渐形成，其中原子结构方面的理论使人们深信微观世界是量子化的、几率性的、互补的；相对论则确立了光速是极限，时间、空间离不开运动着的物质等。这些观点深深扎根于物理学者的头脑中，成为他们考虑问题的出发点，支配着他们的言行。在为辐射问题而绞尽脑汁的物理学家中，鲁末、普灵斯亥姆和鲁本斯从实验方面作了一些辐射测量，发表了一些精确的测量数据。面对着这些无法解释的数据，普朗克想到用数学上的内插法凑出一个经验公式，与实验数据吻合得很好。并且在长波和短波两种情况下，相应地过渡到瑞利——金斯公式和维恩公式。1900年10月19日他在柏林物理学会上报告了这一结果，并且算出了极为重要的常数h。于是，普朗克就在1900年12月14日德国物理学会的年会上宣读了题目为《论正常光谱的能量分幅定律的理论》的论文。这天被称为量子论的诞生日。自从19世纪中叶，随着科学技术的发展，观察和实验手段的改进和技术的提高，陆续出现一些不能纳入经典物理学框架中去的新现象与数据。这些现象可基本上分为两类：一类是与光速有关的；另一类是与物理基本结构有关的。前者包括双星现象、光行差现象、斐索实验、水星近日点进动等，后者包括光电

效应、黑体辐射、原子模型等。从认识的全过程看，由现象产生理论，由理论发展为观点是认识运动的连续发展过程。但到此认识运动还要继续向前发展，这种发展表现为观点逐渐僵化，概念逐渐老化的过程，即观点发展为成见的过程。“成见”即为固定的、定型的观点，先入为主的见解。它要求一切现象、理论都要按旧的模式盖棺论定。另一方面它排斥新的现象，拒绝新的理论。由经典物理学的观点演化成的成见，一般称为“经典成见”。由于它在19世纪末到20世纪初，物理学由第一周期向第二周期过渡中起了顽固的阻碍作用，从而被很多人所注意。如果说现象阶段以归纳法为主，则理论阶段就是以演绎方法为主。理论在人的头脑中不断深化的结果，形成了人在研究、分析和判断一切问题和事物时的思想出发点，即观点。在这第一周期中的观点称为“机械观”。它的论点除“力”是各种现象的惟一动因以外，还有“机械决定论”，即系统在任意时刻的状态惟一由运动方程和初始条件决定。它是对一类现象的本质和内部联系的深刻理解，是对现象和因果关系的揭示和对客观世界规律性的认识。主要表现为各领域中基本理论的形成。这一阶段主要是记录个别现象和实验结果，并加以归纳和整理。在这一阶段还没有形成现代意义下的理论。在力学领域中，这一阶段是牛顿以前的整个时期。热和分子物理学领域主要是计温学、量热学和热实验方面的发展。电磁现象领域中是从摩擦起电到麦克斯韦电磁场基本方程组以前的一些成果。这里所说的“科学研究纲领”是有内在结构的，它由三个互相联系的部分构成。一是硬核，二是保护带，三是方法论规则。科学发展过程就是科学研究纲领从进化→退化→新的研究纲领取代并证伪退化的研究纲领的过程。 认为科学发展是新理论抛弃并取代与之不相容的旧理论的革命过程，革命的重要标志是“范式”变换。具体而言，科学发展是从前科学阶段→常规科学时期→危机时期→科学革命时期→新的常规科学时期。认为科学发展是从问题开始，针对问题科学家进行各种大胆的尝试性猜测（即提出假设或理论），然后各种理论之间进行激烈竞争，互相批判，并经受观察和实验的严格检验，从而清除错误，筛选出逼真度较高的新理论。新理论又被科学技术的进一步发展所证伪，又出现新的问题，开始科学的下一个发展过程。这是一种从问题到问题的科学发展模式。认为科学是一个不断积累的过程。人们从经验认识开始，经过抛弃错误和片面性的过程，上升到理性认识，达到比较完全的真理性。知识就像滚雪球一样，会越积越多，科学的发展就是这种必然真的知识的不断增多的过程。