時間：2023-06-01 09:31:14
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇著名物理學家，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：物理學；人文文化
物理學是一門最基本的自然學科，它是探討物質結構和物質基本運動規律的學科，所以人們往往認為物理學只是包含一些枯燥的理論公式，而忽視了物理學中包含的人文因素諸如人文哲學思想、美學、道德等方面。實際上，物理學在產生、形成、發展的過程中，人們不是為了物理學而研究物理學，而是為了有助于人類、社會以及個體人的發展而研究物理學，所有這些都涉及到了人與人的關系、人與自然的關系，這些關系中都蘊含著豐富的人文文化。
著名物理學家吳健雄曾指出：為了避免出現社會可持續發展中的危機，當前一個刻不容緩的問題是消除現代文化中兩種文化，即科學文化和人文文化之間的隔閡，而加強這兩方面的聯系。沒有比大學更加適合的場所了。只有當兩種文化的隔閡在大學園里加以彌合之后，我們才能對世界給出連貫而令人信服的描述。所以我們有必要去討論科學文化中的人文思想。
下面從文化角度去剖析物理學中的人文思想，主要有以下幾方面：
1 物理學中的唯物辯證法思想
物理學在古代被稱為自然哲學，物理學作為一門精密的學科進行研究是從1687年牛頓發表的《自然哲學的數學原理》開始的。隨著學科的發展與不斷完善，物理學才從哲學中分化出來，形成獨立的學科，但物理文化中蘊含的哲學思想是不會被分離的。
1.1 實踐是檢驗真理的唯一標準
物理學是實驗科學，物理實驗既是建立物理理論的基礎又是檢驗物理理論真理性的方法。楊振寧教授說“物理學是以實驗為本的學科”，物理學上很多理論都是通過實驗檢驗論證的結果，體現了唯物辯證法的認識論觀點——實踐是檢驗真理的唯一標準。
1.2 物質是普遍聯系的
物理發展史上，很多地方體現了物質是普遍聯系的觀點。比如人們曾經把電和磁孤立起來，物理學家奧斯特接受自然力統一的哲學思想。堅信電和磁之間存在某種潛在聯系，經過多年研究，終于發現了電流的磁效應，并由此開創了電磁學的新紀元。把電和磁聯系了起來，這正體現了唯物辯證法的特征——物質是普遍聯系的。
1.3 事物發展過程中的“否定之否定”規律
人們對物理現象及其本質的認識是不斷地發展和完善起來的，每一種理論的建立過程都體現了“實驗(事實)——理論假設——實驗(新的事實)——修正理論”，遵循著辯證唯物主義中的“否定之否定”規律。比如在整個光學的發展史中對光本質這個問題的認識，先是牛頓的微粒說；再是惠更斯的彈性波動說；接著麥克斯韋提出電磁波動說；到20世紀愛因斯坦提出光量子說。最終人們認識到光具有波粒二象性，人類對光本性的認識就正是遵循著“否定之否定”認識規律的反映。
1.4 主要矛盾與次要矛盾的辯證關系
物理學中為了方便研究問題，經常抓住物體的主要特征，忽略物體的次要特征，而抽想出一些理想模型。如“質點”這個理想模型保留了實際物體的質量和存在的位置，而忽略了物體本身的大小形狀，體現出辯證唯物主義中的“主要矛盾與次要矛盾之間的辯證關系”。
1.5 運動的相對性和時空的相對性
近代物理學的一大理論—愛因斯坦的相對論中涉及的哲學問題很多。最突出的就是相對運動和相對的時空觀念。相對論指出：相對性原理的本質在于運動的相對性這一事實，而不存在絕對運動。相對論否定了絕對運動的存在，就否定了絕對時空的概念。它通過不變的光速把時間和空間聯合為一個整體，由洛倫茲變換建立起各個慣性系之間的時空關系。
可見，不論是物理文化知識本身，還是物理文化形成、發展的過程都蘊含著豐富的哲學思維方法，對人類的自然觀和哲學思想有重大的影響。
2 物理學中的美學文化
2.1 物理理論的美學特征
2.1.1 簡單深刻美
在一個藝術家眼里簡單是一種美。自然現象錯綜復雜，物理學則力求用簡單的方程或定律去概括自然規律，但其反映的內在規律確是非常深刻的。如能量的轉化和守恒定律反映了各種不同形式的能量的轉化，牛頓的三大定律更是概括了宏觀低速條件下各種機械運動的規律，麥克斯韋電磁方程組將復雜的電磁現象統一其中，愛因斯坦相對論中的基本原理簡單凝練，但其中內涵確是豐富而深刻的。
2.1.2 對稱守恒美
對稱是自然界中廣泛存在的也是人們很樂于接受的一種美學形式，物理學在對自然的表述中處處顯現出了這種對稱的美：引力和斥力，“電生磁”與“磁生電”，粒子與反粒子，物質與反物質、圓孔或單縫衍射圖樣的對稱、無限長直導線周圍磁場的軸對稱等等。物理定律對某種規范變換的不變性、守恒性更是貫穿于整個物理學的一種對稱形式，物理學中有許多守恒定律如：動量守恒、機械能守恒等等。實際上，對稱性已經成為當代物理學家研究物理理論的一種方法。
2.1.3 統一和諧美
物理理論的和諧統一美實際上是自然界和諧統一美的理論形態。如麥克斯韋電磁場理論把電學、磁學、光學統一了起來，量子力學把波動性和粒子性統一了起來，愛因斯坦的相對論把時間、空間、物質和運動統一起來，把經典物理學都包容在他的理論框架之內，創造了程度更高范圍更大的和諧統一理論。
2.2 物理學家與美學思想
世界著名物理學家狄拉克認為：讓一個方程具有美感要比符合實驗更為重要。法國科學家彭加勒曾說：“科學家研究自然，是因為他從中能得到樂趣，他之所以能得到樂趣，是因為她美”。著名物理學家楊振寧曾經說過：“物理學的原理有它的結構，這個結構有它的美跟妙的地方，而各個物理學工作者對于這個結構的不同的美跟妙的地方的感受，有不同的了解，因為大家有不同的感受，所以每一個工作者會發展他自己獨特的研究方向跟研究方法，形成他自己的風格。”
許多著名的物理學家都有感知美的奇異本領，美學思想在許多物理學家創立與評價物理學理論時起著重大的啟發與指導作用。追溯人類科學源頭，科學美始終被作為一種人文理想而追求，成為科學家們獻身科學、潛心研究的直接動力之一。
3 物理學中的科學道德精神
3.1 對未知的好奇與探索精神
好奇心是一種情感，是一種人文精神，也是最重要的科學精神?？茖W進步的真正動力是許多物理學家對了解未知事物的欲望。牛頓看到蘋果落地，就去想蘋果為什么會從樹上掉下來，從而想到了萬有引力；阿基米德從浴桶洗澡中得到啟示，發現水面上升與他身體侵入部分體積之間的內在聯系，找到了鑒別金質王冠是否摻假的方法，產生阿基米德原理，發現浮力定律等。這種對未知的好奇與探索精神，對物理學的發展與人類的文明有很重要的作用。
3.2 實事求是、勇于創新的科學精神
實事求是認知的基礎，而創新則是科學精神的核心。20世紀物理學的革命告訴我們：科學的發展道路上科學家要創立一種新理論的時候，都必須要有敢于向已有的舊理論、舊思想提出質疑的勇氣。例如：伽利略正是因為對亞里士多德“力是產生物體運動的原因”的懷疑，才建立了正確的力和運動的關系。以至于后來的牛頓運動定律的產生。著名物理學家楊振寧和李政道正是因為敏銳的覺察到了從未被人懷疑過的宇稱守恒定律的適用范圍，大膽提出了弱相互作用中宇稱不守恒的論斷，才使物理學理論有了一個突破性的進展。
3.3 合作與寬容精神
1、海倫凱勒，她是美國著名的女作家，教育家，慈善家，社會活動家。在出生十九個月時因患急性胃充血，腦充血而被奪去視力和聽力。然而卻在86年無光、無聲的世界里，先后完成了14本著作，并她致力于為殘疾人造福，建立了許多慈善機構。
2、張海迪，在1960年時五歲的她因為患脊髓血管瘤導致高位截癱，但卻自學完成了小學、中學和大學，并學習針灸，在當地行醫。
3、霍金，他在21歲時患上肌肉萎縮性側索硬化癥，全身癱瘓，不能言語，手部只有三根手指可以活動，后來成為英國劍橋大學著名物理學家，主要研究領域是宇宙論和黑洞，證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理，提出了黑洞蒸發理論和無邊界的霍金宇宙模型，是現代最偉大的物理學家之一，也是20世紀享有國際盛譽的偉人之一。
（來源：文章屋網 ）
最能描寫霍金堅韌不拔的一句名言為：當你面臨著夭折的可能性，你就會意識到，生命是寶貴的，你有大量的事情要做。
斯蒂芬威廉霍金：生于1942年1月8日，死于2018年3月14日。英國著名物理學家和宇宙學家。肌肉萎縮性側索硬化癥患者，全身癱瘓，不能發音?；艚鸬闹饕芯款I域是宇宙論和黑洞，證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理，提出了黑洞蒸發現象和無邊界的霍金宇宙模型，在統一20世紀物理學的兩大基礎理論，愛因斯坦創立的相對論和普朗克創立的量子力學方面走出了重要一步。
霍金是繼牛頓和愛因斯坦之后最杰出的物理學家之一，被世人譽為宇宙之王。2017年4月，霍金接受采訪表示，他比以前更加堅定地認為人類應該在2117年之前離開地球。
2018年3月14日，斯蒂芬霍金去世，享年76歲，他的骨灰被安放在倫敦的威斯敏斯特教堂內，與牛頓和達爾文為鄰。
（來源：文章屋網 ）
美國北卡羅來納大學教堂山分校物理學家提出一種新的宇宙形成模式，宇宙可能在不斷膨脹和收縮。這一理論向宇宙大爆炸理論發起挑戰，并解決了一個棘手的現代物理學難題。
北卡羅來納大學文學和科學院著名物理學教授保羅.法拉姆頓博士和路易斯.J.羅賓及研究生羅伊斯.鮑姆共同提出了一個循環模式，這個循環模式有四個關鍵部分：膨脹、逆轉、收縮和反彈。在膨脹階段，暗物質（引發宇宙加速膨脹的未知能量）不停的推進，直到所有物質分裂成任何東西都無法連接的碎片。黑洞中釋放出來的所有東西都被分裂成了原子。然后在膨脹結束前的一瞬間轉入逆向階段。
逆向階段，在一次逆大爆炸過程中，碎片沒有再重新粘合在一起，而是每一個碎片分裂和個自收縮。這些碎片形成了無數個獨立的宇宙，這些宇宙收縮，然后反彈，以類似于大爆炸的方式再次向外部膨脹。其中的一塊碎片就形成了我們現在這個宇宙。
法拉姆頓說，“這個循環進行了無數次，從而令我們無從了解確切的開始或者結束時間。因此在這種循環中不存在宇宙大爆炸?！?/p>
《物理評論快報》雜志將在下一期中刊登闡述這一模式的論文。法拉姆頓說，宇宙學家二十世紀三十年代首次提出沒有開始或者結束的宇宙振蕩模式來取代大爆炸理論。但因振蕩理論無法與包括熱力學第二定律在內的物理學吻合，這一理論最終被遺棄。
熱力學第二定律說熵不可能消失。但是假如熵在一個振蕩到下一個振蕩的過程中增加的話，宇宙每個循環之后就會變得更大。法拉姆頓說，“宇宙就可能像混雪球一樣越混越大。每一次振蕩的時間同時也會持續更長。從時間上反推，我現在宇宙之前的振蕩時間將非常的短暫。這將不可避免地要引發宇宙大爆炸的產生?！?/p>
法拉姆頓和鮑姆通過假定在逆向階段所有碎片中殘留的熵都相隔太遠而無法相互產生作用來避開大爆炸。每一個分裂碎片都成為一個獨立的宇宙，每個宇宙都可以收縮基本為空的物質和熵。法拉姆頓說，“任何物質的出現都會對收縮產生無法克服的困難。返回為空的觀點是這一新循環模式的最重要部分?！碑斎ツ?0月份他突然想到這一觀點的時候感到非常震驚。他說，“我突然發現了一個解決這個看似無法解決難題的新方法。我座在椅子上，把腿放在桌子上，半睡半醒地苦思這一問題。當我發現這一非常簡單的可能性后幾乎從椅子上摔下來?！?/p>
法拉姆頓和鮑姆循環理論另一個關鍵點就是假定暗物質處于一種平衡狀態（他們精確描述了暗物質的壓力和密度）。法拉姆頓和鮑姆設想暗物質能量平衡狀態總是小于-1.2002年物理學家保羅.斯坦哈德和尼爾.土魯克在一個類似循環模式中提出了一個和他們相反的觀點，他們設想暗物質平衡狀態從來就不可能低于-1.
暗物質負平衡狀態設想使法拉姆頓和鮑姆找到一種阻止宇宙不可逆轉膨脹的途徑，一名物理學家將之稱之為“大撕裂”。他們宇宙循環模式中的兩個設想發現，當暗物質密度與宇宙密度一致時，宇宙膨脹就會恰恰在“大撕裂”前止步。法拉姆頓說，目前正在建造的新衛星，比如歐洲航天局普朗克（Planck）衛星可能會收集到確定暗物質平衡狀態的足夠信息。
如果你是一個物理只考5分的學生,你告訴別人說:“我將來要當一名聲震寰宇的物理學家!”所有人會摸摸你的額頭問:“你沒發高燒吧?是不是燒狠了說胡話呢!”
這時候,別聽他們的,你埋頭做你的事。你知道自己不是在說胡話,因為已經有人將這個“胡話”變成了活生生的現實。他就是錢偉長。
錢偉長是世界著名物理學家、力學家、應用數學家等等,是中國近代力學、應用數學奠基人之一。國際上以錢氏命名的力學和應用科學科研成果有“錢偉長方程”、“錢偉長方法”、“圓柱殼的錢偉長方程”、“錢偉長一般方程”等等。
這樣一位在數理方面取得舉世矚目成就的科學家,所有人一定以為他是理科出身。其實完全相反。他家境比較貧寒,上大學前的人生歲月中,錢偉長一直以文史拔萃而小有名氣。
錢偉長十八歲考入清華大學歷史系時,中文、歷史成績均得滿分,中文答卷讓文學大師朱自清擊節叫好,歷史答卷令歷史學家陳寅恪拍案贊嘆。然而,他的物理僅考了5分,數學、化學相加才20分。
很快日本悍然發動,他的一個重要理由是因為日本人有精良的飛機大炮,中國卻沒有,就算抵抗也沒用。國弱則民受欺,錢偉長與千萬同胞一樣憤怒了!他立即做出一個驚人的決定:改學物理――用先進的科技為祖國造出精良的武器,把侵略者趕出中國!
物理考5分還想學物理,不是開玩笑嗎?當時物理系主任是中國近代物理學奠基人吳有訓,對于錢偉長的請求他當然一口回絕。然而錢偉長一次又一次懇求并陳述改系原因及決心,精誠終于擊開金石,吳有訓被感動,勉強同意試讀一年,一年之后若成績不合格即退回原系。
這一年里,錢偉長極度刻苦,和衣而眠,聞雞起舞,很快由后進變為先進,畢業時已成物理系佼佼者,跟隨導師吳有訓進行物理學研究,為提高國防裝備提供科技支持。
當別人稱贊他為天才時,他說,我不是天才,關鍵在于刻苦和努力,生而知之者是不存在的,天才也是不存在的,所有人都是“后才”。學習求知是艱苦的,但必須有不辭辛苦、孜孜不倦的頑強精神,才能學到東西。
他認為不能徹底否認人與人的個體智力差異,但那是次要的,有多少“仲永”式的神童最后泯然眾人,那是因為他們自以為超于常人的神童不用再繼續刻苦。喪失了刻苦精神,最后必然歸于寂滅。反之,天資平庸而靠后天頑強奮發,最后舉世聞名,大有人在。
“文章已滿行人耳”的白居易也不是生而能作錦繡華章,“二十以來,晝課賦,間又課詩,不遑被息矣。以至口成瘡,手肘成胝。”讀書讀得嘴里生滿瘡泡,練詩練得手肘長滿老繭。難怪日后他的詩如此深入人心:“童子解吟《長恨》曲,胡兒能唱《琶琶》篇?！敝敝两袢?“白樂天”的詩名也是不廢江河萬古流。
“有蘭有竹有石,有節有香有骨”的鄭板橋,詩書畫三絕,尤以畫竹秀勁絕倫,“似有神助之”。其實只有鄭板橋知道,他并沒有“神助之”,而是他的“勤勉劬勞”助之:
四十年來畫竹枝,
晝間揮寫夜間思。
冗繁削盡留清瘦,
畫到生時是熟時。
請辭“國學大師”、“學界泰斗”、“國寶”三稱號的季羨林,出生貧寒農家,但他精通12國語言,是中國唯一一位可以釋讀吐火羅語的學者,八九十歲還著書立說,擁有“東方學家”、“印度學家”、“歷史學家”、“思想家”、“翻譯家”、“作家”等等稱號……
你一定會感嘆說,真是個天才啊!是啊,這么多稱號里,一個人終其一生能夠擁有一個,就已經算功德圓滿了,可是他卻擁有那么多。
可是當人們都稱其為天才時,他卻不以為然,他在晚年時淡淡地說:“我非常平凡,沒什么了不起。如果我有一點優點的話,我只講勤奮。”年輕時的勤奮與不倦自不必說,否則也不可能有后來的博學與成就。即使到了皓首之年,仍然“開電燈以繼晷,恒兀兀以窮年”。
時期,季羨林被扣上莫須有的罪名而受辱,自殺未遂。后來,他被“發配”在女生宿舍樓看大門,誰會想到,就在那樣的特殊時期,他完成了印度史詩《羅摩衍那》的翻譯工作。翻譯工作都是他在“地下”進行的,因為怕被發現,偷偷把史詩原文抄在小紙條上,趁沒人時拿出小紙條,躲在角落逐字逐句翻譯,就這樣,結束,一本《羅摩衍那》基本譯完。
八十多歲了,他仍是每天早晨四點鐘起床,并風趣地說,別人都是聞雞起舞,我是雞聞我起舞。學術上,他沒有一點停步,完成了重要的著作:《糖史》及《吐火羅文〈彌勒會見記〉譯釋》。九十多歲了,該一杯清茶相伴悠游度日了吧!不,他仍舊焚膏繼晷,整理并出版了《病榻雜記》。
除了孜孜不悔地埋頭治學,他把許多東西看得很淡。他喜歡并鼓勵好學的年輕人,曾寄錢給一位好學的年輕人,并說,這些錢助你讀書,都是我爬格子所得,都是干凈的。
他用朱熹的詩勉勵年輕人:
少年易老學難成,
一寸光陰不可輕。
未覺池塘春草夢,
階前梧葉已秋聲。
Anythingispossible!一切皆有可能!
Nothingisimpossible !沒有不可能!
1923年莫特進入劍橋大學圣約翰學院學習數學,1927年獲得碩士學位.莫特早期研究原子碰撞理論,并與馬塞(H.S.W.Massey)在1933年聯名出版了權威的《原子碰撞理論》一書,書中討論了帶電粒子的“莫特散射”.后來莫特轉入固體物理學的研究,1936年莫特和瓊斯(H.Jones)合著了《金屬與合金性質的理論》,1940年和格尼(R.W.Gurney)合著了《離子晶體中電子過程》,對現代固體物理學的形成和發展有重要的影響.第二次世界大戰后,莫特等人研究了晶體缺陷及其對力學性質的影響.20世紀60年代起,莫特致力于發展無序體系及非晶態物質的電子理論研究,有力地推進了非晶態物質研究的進展.1971年莫特和戴維斯(B.A.Davis)合著了《非晶態物質的電子過程》.莫特因對磁性與不規則系統的電子結構所作研究的貢獻,于1977年與安德遜(Philip Warren Anderson,1923-)、范弗萊克(John Hasbrouck Van Vleck,1899-1980)一起因對磁性和無序系統的電子結構的基礎性研究,共獲諾貝爾物理學獎.
莫特從20世紀50年代開始研究無序體系物質.他在安德遜局域化理論的啟發下,深入探索了非晶態體系中的電子過程,使安德遜局域化理論更加完善,并使之得到了廣泛的應用.他把能帶理論用于非晶態物質,描述了這類物質中的電子行為,成功地解釋了它們的導電特性.他首先注意到:在晶態體系中銳利的能帶邊完全是由于原子排列的同期性引起的;而非晶態體系,則是由于原子排列的無序性使能帶拖著一個“尾巴”,呈現出一些分立的能級,因此電子只能局限在材料中某個確定的位置.他進一步指出:每個能帶都有著延展態和局域態的明確分界處.在安德遜局域化出現之前的一剎那,電導率為一常數,這個常數稱為“最小金屬態電導率”.莫特給出了分別相應于高溫和低溫情況的兩個簡潔的電導率公式.他把電導率的微觀圖景看成溫度T的函數,描述了電導率決定于費米能級和遷移率邊界的相對位置,從而導致了他后來的兩項最重要的貢獻:最小金屬電導率和T1/4跳躍.差不多在同一時期,科恩、弗里茨斯克和奧費辛斯基對這一理論也做出了各自的貢獻.因此,后來人們把他們的理論稱為“Mott-CFO(莫特-科弗奧)模型”.這個模型是非晶態體系中電子能態的最基本的模型.莫特開拓了作為固體物理新領域的非晶態物質電子過程的研究,被譽為這個新的分支學科的奠基人.
莫特自1954年起在英國最著名的卡文迪什實驗室擔任主任,直到1971年.卡文迪什實驗室是以英國物理學家和化學家卡文迪什(Henry Cavendish)命名的.卡文迪什實驗室(Cavendish Laboratory)相當于英國劍橋大學(University of Cambridge)的物理系.據不完全統計,卡文迪許實驗室從1874年至1989年一共產生了28位諾貝爾獎得主.
從卡文迪什實驗室的科研成就,我們似乎不難看出諾維爾?弗朗西斯?莫特獲得諾貝爾物理學獎的必然.這里列舉幾任主任的科學成就.
第一任主任是著名物理學家麥克斯韋(James Clerk Maxwell)(1831-1879)負責籌建這所實驗室.1874年實驗室建成后他擔任第一任實驗室主任,直到他1879年因病去世. 按照麥克斯韋的主張,物理教學在系統講授的同時,還輔以表演實驗,并要求學生自己動手.表演實驗要求結構簡單,學生易于掌握.麥克斯韋說過:“這些實驗的教育價值,往往與儀器的復雜性成反比,學生用自制儀器,雖然經常出毛病,但他們卻會比用仔細調整好的儀器學到更多的東西.學生用仔細調整好的儀器易產生依賴而不敢拆成零件.”從那時起,使用自制儀器就形成了卡文迪什實驗室的傳統.
第二任主任是瑞利(James William Rayleigh, 1842-1919).他因在氣體密度的研究中發現氬而獲1904 年度的諾貝爾物理學獎.瑞利在聲學和電學方面很有造詣.在他的主持下,卡文迪什實驗室系統地開設了學生實驗.1884年,瑞利因被選為皇家學院教授而辭職.
第三任主任是年僅28歲的J.J.湯姆遜(J.J.Thomson,1856-1940).他因通過氣體電傳導性的研究,測出電子的電荷與質量的比值獲1906年度的諾貝爾物理獎.湯姆遜對卡文迪什實驗室的建設有卓越貢獻.在他的建議下,從1895年開始,卡文迪什實驗室實行吸收外校及國外的大學畢業生當研究生的制度,建立了一整套培養研究生的管理體制,樹立了良好的學風.
第四任主任是湯姆遜的學生盧瑟福(Ernest Rutherford,1871-1937).盧瑟福是一位成績卓著的實驗物理學家,是原子核物理學的開創者.他因在揭示原子奧秘方面做出的卓越貢獻獲1908年度的諾貝爾化學獎.
1937年盧瑟福去世,由W.L.布拉格(William Lawrence Bragg)繼任實驗室第五任主任.W.L.布拉格與其父W.H.布拉格(William Henry Bragg)因在X線衍射分析晶體結構方面的成就共獲1915年度的諾貝爾物理學獎.
與黑洞有關的四次“豪”賭，霍金逢賭必輸
1997年，霍金同美國物理學家約翰?普雷斯基爾打賭時堅持自己的“黑洞悖論”，黑洞會摧毀它們吞噬的一切信息，后者則認為黑洞不可能使其內部物質的信息喪失，賭注則是一本《棒球百年全書》?；艚鹩?004年7月21日當眾表示輸掉了這場科學史上著名的賭賽，并送給普雷斯基爾一套棒球百科全書。
在歷史上關于黑洞的著名打賭已經有了四次。第一次是已故的諾貝爾獎獲得者錢德拉和索恩關于旋轉黑洞的穩定性問題打的賭。結果是索恩贏了。于是索恩要錢德拉訂購了《聽眾》雜志。第二次是1975年關于天蝎座X-1（X指X射線源，1代表天蝎座中最亮的星）是否包含黑洞打的賭?；艚鹫f，他對黑洞做了很多研究，如果發現天蝎座X-1中不存在黑洞，一切關注黑洞存在的研究都將是徒勞。在這種情況下，索恩不得不為他訂購4年的《私家偵探》雜志。后來，人們積累了越來越多天蝎座X-1中存在黑洞的觀測證據，這些發現證明霍金實際上錯了。霍金也只好認輸，國索恩訂閱了1年的《閣樓》雜志。第三次打賭是在1991年，霍金又與索恩、普雷斯基爾賭上了，這次賭的是裸奇點是否存在。霍金認為奇點只存在于黑洞圍繞的時空奇點。1997年2月5日，霍金承認，在特殊的情況下裸奇點是可以形成的，結果輸給了索恩和普雷斯基爾兩件可以用來“遮蔽”的T恤衫，上面寫著“自然界憎恨裸奇點”。第四次打賭也就是前面敘述過的霍金與普雷斯基爾關于黑洞是否會摧外來信息的賭。有關黑洞的四次“豪”賭，霍金參加了三次，次次皆輸。
霍金“賭性”難改
霍金新理論認為黑洞不是吞噬一切的惡魔。1975年，霍金以數學計算的方法證明黑洞由于質量巨大，進入其邊界的（也即所謂“活動水平線”的物體）都會被其吞噬而永遠無法逃逸。黑洞形成后，就開始向外輻射能量，最終將因為質量喪失殆盡而消失。然而在這種所謂的“霍金輻射”中并不包含黑洞中有關物質的任何信息。一旦黑洞消失，所有信息也將全部喪失。換言之，人類永遠不可能知道黑洞里面是什么樣子。這便是所謂的“黑洞悖論”。而該理論與量子物理學的理論背道而馳。量子物理中認為類似黑洞這樣質量巨大物體的信息是不可能完全喪失的。當時霍金認為，可能是黑洞強大的引力場打破了量子物理定律。
霍金在2004年7月21日于都柏林舉行的“第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會”上提出了新的理論。面對世界各國著名的物理學家，他說，30年來，自己一直在思考不同形狀、體積各異的黑洞在無數年后會出現何種變化。他通過計算證明，黑洞內部最初的信息量與最終的信息量相等。他說：“黑洞里面不會發展出新宇宙。黑洞只是看上去處在形成之中。后來，它就會向外輻射其吞噬的物質的所有信息。不過，這些信息已經被黑洞撕碎、打破和重整了?！?/p>
霍金還向來自50個國家的約800名科學家說：“黑洞里面不會發展出新宇宙，這和我以前的想法相反。這些信息仍存在我們宇宙里。我很抱歉讓科幻小說迷失望，可是既然這些信息保存下來，就不可能利用黑洞前往其他宇宙?！?/p>
霍金的“新黑洞”理論不再和現有量子理論矛盾
次原子理論擁護者堅持物質不滅定律，也就是物質會改變形式，可是絕不會消滅，在這種情況下，物體如何能夠完全消失在黑洞里，絲毫不留任何痕跡？而形成整個現代物理學基礎的量子理論宣稱所有信息都會以某種形式保存下來。而霍金以前的黑洞理論則認為，黑洞會吞噬物質及其相關信息。因此，老的黑洞理論和現存的量子理論相矛盾。斯坦福大學理論學家蘇斯坎曾經說，霍金原來的理論會導致大部分量子量論瓦解?；艚鹱约阂苍洖閮煞N理論之間的矛盾而苦惱，然而，他這次大膽提出的新理論終于結束了糾纏了他30年的苦惱。
黑洞是太空里的某些看不見的星體，那里的引力大得驚人，包括光在內的一切東西都難以逃逸出來。過去，宇宙學家一直認為，對于宇宙來說，黑洞純粹是一種破壞力量，現在霍金最新理論說明，黑洞在星系形成過程中扮演了重要建設角色?；艚瓞F在所說的黑洞不同于傳統的黑洞，它沒有將里面的一切隱藏起來。反之，在經過長時間輻射后，它們最終會將里面的信息釋放出來。這個新理論將使有關黑洞的理論研究進入新的階段，科學家們也許有一天能夠真根據地揭開黑洞的秘密了。
關鍵詞：物理文化；起源；物理教育
1 物理文化研究對制定物理教育目標的啟示
物理教育本身就是一種廣義的文化活動，物理教育不能不重視物理學的文化價值。物理教育活動中，學生僅僅了解物理學知識是遠遠不夠的；還應該了解物理學在人類文化發展和社會生產力發展中的作用；也應讓學生在學習物理學過程中，形成和掌握科學的價值觀、科學思維方式，接受物理文化全方位的熏陶。
物理教學是一個龐大的體系，我認為至少可以分為3種類型：為研究物理而學物理；為應用而學物理；為提高文化素養而學物理。即為物理而物理，為應用而物理，為文化而物理。這就構成了物理教學目的多樣性或者說物理學習的多功能性問題。
物理教學的目的，諾貝爾物理學獎獲得者費曼有非常深刻而全面的觀點。他認為學習物理有5方面的理由：第一是為了學會怎樣動手做測量和計算，及其知識在各方面的應用；第二是培養科學家，他們不僅致力于工業的發展，而且貢獻于人類知識的進步；第三認識自然界的美妙，感受世界穩定的實在；第四是學習怎樣由未知進到已知的科學求知方法；第五是通過嘗試和糾錯，學會一種有普遍意義的自由探索和創造精神。費曼在他的《費曼物理學講義》的結束語中這樣寫道：“我講授的主要目的，不是為你們參加考試做準備――甚至不是為你們服務于工業或軍事做準備，我最想做的是給出對于這個奇妙世界的一些欣賞，以及物理學家看待這個世界的方式，我相信這是現今時代里真正文化的主要部分。也許你們將不僅對這種文化有欣賞，甚至也可能你們會加入到人類理智已經開始的這場偉大的探險中去?！?/p>
2 物理文化研究對學生發展的啟示
從文化的視角來看，物理教育與物理文化是密不可分的。物理文化的世代相傳主要依靠物理教育。
物理文化通過3個途徑實現對青少年的培養：一是借助作為文化結晶的文字讀物（物理教材、教參書、科學期刊、物理學家傳記、科普讀物等），向青少年傳播物理文化。二是通過作為物理文化“活”的載體的物理教師，系統地講述物理學發展歷史、知識體系、物理學的價值標準、杰出物理學家的思維方式，工作方法，個性特征等，青少年對進行物理文化的熏陶。三是借助自然物理環境和人工物理環境引導學生感悟物理、熱愛物理。物理文化教育可以在下幾個方面實現對青少年的培養，促進他們的發展。
2.1 有助于形成科學探索精神
物理文化是當代人類文化的主流文化之一，是領引社會進步的重要力量。物理文化是科技文化的基礎，對青少年的培養具有不可替代作用。 它是戰勝一切偽科學的認識論基礎。物理學習活動有助于破出封建迷信，激發好奇心，求知欲，培養人的探索精神。
愛因斯坦在其《自述》一文中，對自己觀念的變化和好奇心有過精彩的描述：“盡管我是完全沒有的（猶太人）雙親的兒子，我還是深深地信仰著宗教，但是這種信仰在我12歲那年突然終止。由于讀了通俗的科學書籍，我很快相信《圣經》里故事有許多不可能是真實的，其結果就是一種真正狂熱的自由思想，。這種經驗引起我對所有權威的懷疑。我很清楚少年時代的天堂就這樣失去了，這是使我自己從“僅僅作為個人”的桎梏中，從那種被愿望和原始感情所支配的生活中解放出來的第一個嘗試。在我們之外有一個巨大的世界，它離開我們人類獨立地存在，它像偉大而永恒之迷，然而至少部分地是我們的觀察和思維所能及的。”從愛因斯坦的典型經歷中，我們看到學習物理對消除迷信，建立批判意識的深刻作用。我們不難推想經過系統的物理學習的人群，比起沒有接觸這種文化的人群來，更具有抵御迷信和偽科學的能力。
好奇心是人的天性，人類生活在大自然中，總是力圖了解自身和所處的外部世界，渴望使心中的疑團得以解釋。古人對自然的奧秘發出過多少質樸的發問：天體是怎樣運行的？熱現象的本質是什么？電、磁是怎么產生的？光的本質是什么？物質是怎樣構成的？正是自然界美妙而復雜的現象，激發了一代又一代物理學家的好奇心，促使他們去探索自然現象背后的本質，而物理學的每一個科學概念的產生都充滿了探索和創新，還包括對已有錯誤觀念的批判。物理學作為人類認識自然的偉大成果，無論其內容、方法和結構都是人類創造智慧的集中體現，物理學形成和發展的過程，就是一個探索和創新的過程，其閃耀著科學探索之光。我們的物理文化教育是在課堂上再現科學探索的過程，因而有助于培養人的科學探索精神。
2.2 有助于科學的認知與思維訓練
物理學知識具有解釋物質世界的認知功能，他幫助人們科學地認識和理解物質世界的規律，開闊人們的認識視野，提高人們與自然和諧相處的能力。
物理學方法是發明創造的思維武器，也是開發創造思維的理論指導。著名物理學家都非常重視科學方法的研究和應用，物理學上的重大發現往往是從方法論上打開缺口，突破前人的思想方法的局限，進而獲得成功的。物理學是包含科學方法最多豐富的學科，在通用科學方法300種中，物理學中包含170 多種，物理學是具有方法論性質的學科。例如，物理教學的理想的教學模式是：創設問題情景（通過實驗或現象描述）―分析問題―找出解決問題的出發點（建立概念或提出系統參數）―找出解決問題的可能的途徑―從最佳途徑出發建立數學模型―求解數學模型―討論命題的物理意義和可能的技術應用。這一過程就是研究復雜問題的全過程，是解決復雜問題的基本方法。許多重大科學發現從方法論的角度看和解決一個物理問題完全一樣。
愛因斯坦認為：“如果青年人通過體操和走路訓練了他的肌肉和體力的耐久性，以后能適應體力勞動。思想的訓練以及智力和手藝方面的技能鍛煉也類似這樣?！蔽锢碇R和物理方法是提升學生思維能力的基礎，因此，物理教學把隱藏在物理學中的科學方法發掘出來，加強科學方法的學習和思維訓練，有助于學生思維能力的發展。
2.3 有助于進行物理學美的熏陶
自然界是豐富多彩的，它充滿了各種各樣的美妙的現象，人們在對自然的審視中獲得了美的感受和體驗，因而創造了藝術美、文學美、建筑美、服飾美等等。作為自然界理性思維成果的物理學也存在美，學習物理文化同樣有審美價值。
對于物理學的美的概括不太容易，但是如和諧、優雅、一致、簡單、對稱、新奇等都與物理學之美有關，物理學之美還表現在發展和變化之中，著名物理學家楊振寧認為，物理學的美包括3個方面：現象之美，理論描述之美，理論結構之美。
現象美有自然現象之美，也有實驗現象之美 ，當我們觀察到彩虹現象時無疑我們會說“美極了”，彩色的干涉條紋，優雅的激光束，奇妙的原子光譜，會給人們以美感。再如超導現象，當發現同有電流而不帶電池的線圈中，長年累月地流動電流，可以想象發現者是多么驚訝。
理論描述之美，在物理理論中隨處可見，例如對質點運動慣性的描述，深刻地揭示了運動規律的一個側面，解開了物體運動的原因之謎；再如熱力學第一、第二定律對自然界基本性質――能量轉換和熱力學過程自發運動方向給出了很美的理論描述；再如原子結構的行星模型，把微觀世界的結構與宏觀世界進行美妙的類比；再如放射性元素按指數規律的衰變的描述，精確到難以置信的地步。
關鍵詞：物理學史；主動性；物理教學
中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2013）30-211-01
物理學是人類社會實踐的產物。它的每一個基本概念、基本定律和基本理論，都有一個萌芽，形成和發展演化的曲折過程。但是，在大量的物理教科書中，人類對物理學認識的歷史痕跡被擦拭殆盡，物理學家們的曲折頑強的創作過程常常被物理學理論嚴格、精美的邏輯體系的面紗遮蓋起來，學生只能通過具體的物理定律或公式前面所注有的科學家的名字，模糊地了解那一段歷史。物理學史是人類對自然界中各種物理現象的認識史，它體現了人類探索和逐步認識世界的現象、結構、特性、規律和本質的歷程。物理學史的課程資源可以激發學生的學習興趣，幫助學生理解和掌握物理學知識、發展獨立思考的能力、學習科學方法、進行科學思維的訓練等，有助于學生的學習。
一、物理學史知識的滲入有助于激發學生的學習興趣
著名物理學家愛因斯坦說過：“興趣是打開科學大門的導師。”只有當學生對學習有了興趣，才能表現出學習的自覺性、主動性，才能積極主動去克服學習中遇到的困難。為了培養學生的學習興趣，我們在教學中，通過對物理學史的回顧，通過了解物理學家的生平、各學派間的爭端以及尚未解開的物理課題等使學生消除對物理知識來源的神秘感，來激發學生學習物理的興趣，感知物理學家嚴謹的科學態度和科學思維方法，不斷提高自身的思維能力，變被動學習為主動學習。例如：在講牛頓第一定律的時候如果只講一個斜面實驗得出物體在不受外力作用時將保持勻速直線運動或靜止狀態。學生記得太抽象太枯燥，但如果你將亞里士多德推物體就運動不推就停止得出的力是維持物體運動狀態的原因這個觀點提出，伽利略又加以反駁，在光滑的木板上小車失去推力以后還會繼續運動，得出力是改變物體運動狀態的原因。再介紹伽利略斜塔實驗時大鐵球、小鐵球同時下落，加上牛頓管中羽毛與鐵片同時下落的實驗，說明力是改變物體運動狀態的原因。學生聽得非常入神，再介紹牛頓將伽利略的觀點總結推廣成不受力時將保持靜止或勻速直線運動狀態，加上了靜止的情況。引牛頓的一句話：“如果說我比別人看得遠一點，是因為我站在了巨人的肩膀上。”引出牛頓第一定律的得出過程，給學生增加了很大的學習興趣，再加上前人在探索實驗過程中的認真求實精神非常值得學生學習。學生有了學習興趣，學習才會更加主動，遇到問題時解決問題才更加有了信心，也使學生在學習過程中養成了嚴謹的學習態度，不斷提高自己的科學素養，變被動學習為主動學習。
二、物理學史知識的滲入有助于增強學生對物理知識的全面理解和掌握
物理規律是反映了物理現象、物理過程在一定條件下發生、發展和變化的規律。在進行物理教學時，教師為了讓學生最有效地掌握好物理規律，應使其對物理規律的建立過程有一定的了解，這就需要教師經常把物理學史知識滲透到物理教學之中。這是由于物理學的創立和發展是具有連續性的，后人的研究工作總是以前人的研究成果為基礎，重要的物理規律都是經歷了艱難和曲折的歷史發展過程的。教師讓學生了解這些規律的發現過程，會對學生學習物理規律、形成嚴謹的工作態度和作風產生重大的影響。例如在講述開普勒三定律時，教師可以給學生介紹當時的社會背景：16世紀以后的歐洲，航海、戰爭和工業的發展，推動了人類對天體的觀測和研究。波蘭的天文學家哥白尼對天象進行了長期的觀測，獲得了大量的觀測資料，在對這些觀測資料進行了整理和分析后，提出了“日心說”的理論體系，了統治天文學領域一千多年的托勒密“地心說”體系，打開了自然科學的大門。繼哥白尼之后，丹麥天文學家第谷以他驚人的毅力和畢生的精力對行星的運動進行了精確的觀測，并采集到大量的觀測數據，這為他的學生開普勒的進一步研究打下了良好的基礎。開普勒有著豐富的想象力和杰出的數學才能，在整理和研究第谷所觀測到的數據中總結出了開普勒三定律。在回顧歷史的過程中，教師將行星運動規律內容跟物理學史聯系起來，讓學生知道定律的來龍去脈，可以讓其得到一個能夠反映事物之間相互聯系的、完整的認識，給定律增加豐富的內涵，從而有助于學生對定律的內涵和外延的理解與掌握。
三、物理學史知識的滲入有助于培養學生科學的思想方法
物理學之所以被人們公認為一門重要的科學，不僅僅在于它對客觀世界的規律作出了深刻的揭示，還因為它在發展、成長的過程中，形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。例如，觀察和實驗、類比和聯想、猜測和試探、分析和綜合、科學假設方法等等。物理學史中有大量生動事例說明科學大師們熟練而巧妙地運用這些方法取得重要成果的過程。利用這些事例，可以對學生進行具體的科學方法的教育。比如在講授“牛頓第一定律”時，介紹伽利略的一個理想實驗。然而，為了讓學生能夠在有限的學時內更快地掌握系統的物理知識，教材往往把教學內容按定義、定理、推論、例題的順序編寫，這樣雖利于學生記憶知識，應用知識解題，但無法讓學生了解到知識產生的過程，不能從思想深處接受這些知識。物理學史的知識的滲入可以彌補這方面的不足。物理學史能告訴我們物理學思想的邏輯行程和歷史行程，它的滲入不僅有助于學生了解各概念、定理、定律的來龍去脈，而且有助于學生逐步掌握正確的科學思維方法。
1.道爾頓的原子模型
1803年，英國著名化學家、物理學家道爾頓（圖1）提出了自己的原子模型（如圖2所示）.他認為原子是組成物質的基本粒子，它們是堅實的、不可再分的實心球.道爾頓剛開始提出他的原子模型時，很多人都不相信，因為根本無法看到的東西怎么能相信它是存在的呢？但是通過各種化學和物理實驗，人們不得不認可原子存在的事實.道爾頓用自己的原子模型解釋了當時許多眾所周知的化學反應.
2.湯姆生的原子模型
1906年度諾貝爾物理學獎獲得者、英國著名物理學家湯姆生（圖3），他在物理學上最重要的貢獻是發現了電子.19世紀末，物理學界對陰極射線究竟是什么東西的研究達到了，有些科學家認為陰極射線是一種電磁波，有些科學家則認為它是一種帶電的粒子流.為了弄清這個問題，湯姆生進行了刻苦的研究.他利用廢舊材料研制實驗儀器，終于在1897設計出一個巧妙的實驗，證明了陰極射線是由帶負電的粒子組成的.他通過實驗和理論推算，得出組成陰極射線的粒子的質量約為氫原子質量的1/1840，湯姆生把組成陰極射線的微粒叫做“電子”.電子的發現被科學家稱為19世紀和20世紀之交的三大發現之一，湯姆生也被譽為“電子之父”.
電子的發現打破了原子絕對不可再分的神話，揭示了原子也是有結構的，由此人類對物質結構的認識進入了一個嶄新的階段.
湯姆生發現電子后，提出了自己的原子模型（如圖4所示）：他認為在原子中質子是均勻分布的，而電子則到處鑲嵌著，電子鑲嵌的樣子就好像是棗糕里鑲嵌著的葡萄干一樣，所以這個模型也被人們叫做“葡萄干模型”或者“棗糕模型”.
湯姆生的原子模型雖然無法說明原子間發生的所有化學反應，但卻很好地說明了陽離子和陰離子產生的原因，以及放射性元素中產生β射線的原因.
3.盧瑟福的原子模型
1911年英國物理學家盧瑟福（圖5）做了著名的α粒子散射實驗，實驗的目的是想證實湯姆生原子模型的正確性，實驗結果卻成了否定湯姆生原子模型的有力證據.在此基礎上，盧瑟福提出了原子核式結構模型.
圖6是這個實驗裝置的示意圖.在一個鉛盒里放有少量的放射性元素釙（Po），它發出的α射線從鉛盒的小孔射出，形成一束很細的射線射到金箔上.當α粒子穿過金箔后，射到熒光屏上產生一個個的閃光點，這些閃光點可用顯微鏡來觀察.為了避免α粒子和空氣中的原子碰撞而影響實驗結果，整個裝置放在一個抽成真空的容器內，帶有熒光屏的顯微鏡能夠圍繞金箔在一個圓周上移動.
實驗結果表明，絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但有少數α粒子發生了較大的偏轉，并有極少數α粒子的偏轉超過90°，有的甚至幾乎達到180°而被反彈回來，這就是α粒子的散射現象.
發生極少數α粒子的大角度偏轉現象是出乎意料的.根據湯姆生模型的計算，α粒子穿過金箔后偏離原來方向的角度是很小的，因為電子的質量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它，就像飛行著的子彈碰到一粒塵埃一樣，運動方向不會發生明顯的改變.正電荷又是均勻分布的，α粒子穿過原子時，它受到原子內部兩側正電荷的斥力大部分相互抵消，α粒子偏轉的力就不會很大.然而事實卻出現了極少數α粒子大角度偏轉的現象.盧瑟福后來回憶說：“這是我一生中從未有的最難以置信的事，它好比你對一張紙發射出一發炮彈，結果被反彈回來而打到自己身上……”
盧瑟福對實驗的結果進行了分析，認為只有原子的幾乎全部質量和正電荷都集中在原子中心的一個很小的區域，才有可能出現α粒子的大角度散射.由此，盧瑟福在1911年提出了原子的核式結構模型，認為在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核（nucleus），原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉.根據α粒子散射實驗，可以估算出原子核的直徑約為10-15m～10-14m，原子直徑大約是10-10m，所以原子核的直徑大約是原子直徑的萬分之一，原子核的體積只相當于原子體積的萬億分之一，如果把原子比做一個乒乓球，那么原子核只有針尖般大小.
由于他的原子模型是通過非常嚴密的科學實驗得出來的，因此直到今天仍然受到人們的重視.后人發現盧瑟福的原子模型還是有許多缺陷：它違背了力學理論和電磁學理論，因為它不能很好地解釋帶負電的電子圍繞帶正電的原子核旋轉而不被吸引到原子核里的原因.
4.波爾的原子模型及電子云模型
1922年度諾貝爾物理學獎獲得者、丹麥物理學家波爾（圖7）于1913年提出了自己的原子結構模型（圖8）：他認為在原子的內部，電子環繞原子核做軌道運動，外層軌道比內層軌道可以容納更多的電子；核外層軌道的電子數決定了元素的化學性質.如果外層軌道的電子落入內層軌道，將釋放出一個帶固定能量的光子.玻爾的原子結構模型很好地解釋了氫原子的結構問題.
“時間旅行”，僅僅是一個夢嗎？
從地球出發，載人向宇宙深處尋找“人類的第二家園”，是非常困難的。在很短的時間內幾乎難以做到。霍金說：“困難是肯定的，但人類必須具備這種探索意識，我們可以花30年在月球上建立基地，花50年到達火星，花 200年探索系外行星等?！?/p>
霍金在新著《大設計》中，首次否定上帝創造宇宙的認識?！吧系墼谟钪嬷袥]有位置，我們身處的宇宙，只不過是自發地從無到有出現的許多宇宙中的一個?！被艚痍U述，“假設宇宙中真有上帝存在的話，其實也只是一部關于科學的法律書，并非一個你提出要求就幫助你滿足的神?！?/p>
霍金不承認上帝，他認為物理上的時空挪轉比上帝更無限。首先他把時間看成第四維。任何物體都有特定的長度、寬度和高度，但除此以外還有另外一種“度”，這個度就是時間。而“時間旅行”就意味著要穿過第四維時空。
要理解這個概念并不難，就拿開汽車來打比方吧。直進是第一維度，轉左或轉右是第二維度，在山路上爬上爬下帶來高度的變化，就是第三維度。但穿越第四維度時間，怎樣才能實現？俄羅斯物理學家認為：歐洲的大型強子對撞機，可用來幫助進行“時間旅行”。但啟動這種超級功能，只會發生在對撞機能量滿負荷運行時?，F在僅僅是一種設想。
大家都知道，關于“時間旅行”的科幻電影，離不開一個能耗極高的巨型機器，這臺機器能打開一個穿越第四維時空的通道，也就是“時間隧道”。一個改寫時間的勇敢旅行者，或許有些莽撞，但他完全可以踏進“時間隧道”前往下一個未知的時代……這個概念，現在已不屬于空想，而有些“腳踏實地”，因為在一些物理學家的計算中不斷出現。
很多物理學家在為進入“時間隧道”做著努力，并為此設定了一個新名詞――“蟲洞”。他們的基本認識是：任何物質都不是徹底平滑沒有空隙的，如果近距離看，一樣會發現上面有小洞和裂痕，這是一個基本的物理法則，就連時間也是如此。
蟲洞，就是一些細小的通道，也可以說是穿越時空的“捷徑”。它們在整個量子世界中不斷地形成、消失、再形成連接。在最小的刻度下――比分子甚至原子都小，我們來到一個稱為量子泡沫的地方，這便是蟲洞存在之處。但這些真實存在的“時空隧道”，只有10的負33次方厘米大小?？蛇@么小，人類根本不可能借此通行呀！
有些科學家認為，人類可以截獲這樣一個蟲洞，然后將它擴大數億億億倍，足以讓一個人、甚至是一艘太空船從中通過，只要有足夠的能源和超前的科技，或許還可以在宇宙中制造出巨大的蟲洞來。
按照理論物理學的解釋，蟲洞是連接不同時間和空間的隧道，它的入口可能只有一粒塵埃那樣大，也完全可以有一座房子、一顆行星，甚至有一顆恒星大。
到目前為止，這僅僅是一種不斷升級的設想，或許很難實現。但如果真的可行，那將是一項非常了不起的創舉，它的一端在距離地球不遠的地方，另一端則位于一顆離我們無比遙遠的行星附近。
“時間機器”，漸行漸近的科學構想
如果說，早些時候“時間旅行”還被認為是科幻小說里的幻想，今天，它已突然成為理論物理學家最寵愛的項目。在20世紀以前的科學界，“時間旅行”一度被認為是歪理邪說；但21世紀來臨后，完全不同了。加利福尼亞技術學院著名物理學家基普？索恩曾在他的演講中說道：“時間旅行曾是作家的專屬領域，嚴肅的科學家像躲避瘟疫一樣避開它。可如今，在嚴肅的科學期刊中，可以經常看到優秀理論物理學家撰寫的對時間旅行的分析文章?！?/p>
源于“時間旅行”概念的推出，很多科學家正在設計各種各樣的“時間機器”。最主要的一種就是歐洲的大型強子對撞機，對撞機建成于2008年秋季，位于法國和瑞士交界處?？茖W家們試圖用接近光速的速度讓質子束相撞。正如所料，此設備可以提供有關粒子和能量在太空運行的新契機，以及模擬大爆炸后宇宙的再生條件。
對撞機啟動后，人們害怕形成可以吞噬地球的巨型黑洞。但是科學家們很快發表聲明說，運行粒子對撞機可能造成的黑洞非常有限，這些黑洞要么小得用顯微鏡才能看到，要么大得可以讓人們穿越時空，僅僅能成為“時間旅行”的工具而已。
這個新奇的觀點，是由兩位斯捷克洛夫物理和數學研究所的博士提出的；一位叫伊麗？阿雷菲耶娃，另一位叫伊戈爾？沃洛維奇。沃洛維奇說：“‘時間旅行’符合現論數學物理的原理。而當高能量的粒子相撞時，就有可能使這種‘蟲洞’出現，甚至將‘蟲洞’有一定限度地放大。但應該看到，依靠現有頂尖技術，即使能量再高，也是有極限的。這就是說，歐洲大型強子對撞機未來一旦成功爆發出足夠能量，或許是促成‘時間機器’出籠的直接原因。”
科學家指出，要想造出這樣的“時間機器”，必須讓時間和空間像一個圓環一樣封閉，大型強子對撞機能做到這一點。而有關“蟲洞”或“時間隧道”的入口大小，就像建設“時間機器”的起落機場一樣，取決于它通航的時空路線和運送規模。畢竟，運送一個光子穿越時空與運送一群游客穿越時空，是完全不同的。
在物理性質方面，“蟲洞”的入口與“黑洞”的入口非常相似。完全不同的是，人被“黑洞”吸走就回不來了，而穿越“蟲洞”之后，你還可以再回來。有些科學家預測，通過穿越“蟲洞”，你可以到另一個星系或另一個宇宙，甚至你也可以回到過去。
“回到過去”，最終被否
“回到過去”，這簡直有點兒不可思議。新的物理理論假想是這樣的，如果“蟲洞”的兩個端口，設置的地點相同，但時間不同，那飛船穿越蟲洞之后，你將回到遙遠的過去，或許遙遠年代的恐龍還可以目睹這艘飛船的從天而降。
但是，“回到過去”的“時間旅行”，本身就存在問題――一個人通過蟲洞，可以看到他一分鐘以前的自我嗎？如果他利用蟲洞向以前的自我開槍，會發生什么事情？他現在已經一命嗚呼了，那又是誰開的槍呢？這是一個說不清的悖論。有這種“時間機器”，就完全違反整個宇宙所遵循的基本規則。
回到過去的時間旅行，應該永遠不會上演。對于尋找恐龍的人來說，這會令他們大失所望；對于歷史學家而言，他們可以徹底解脫了。
其實，時間就像河流，我們每一個人仿佛被時光的流動無情地卷走。從“蟲洞”回到過去？此路顯然不通。時間就是一條直線，向前奔流，永不回頭。時光以不同速度、在不同地點流動，人倒是完全可以搭上前行的一班車，找到通向未來的“金鑰匙”。
“快與慢”：問題的核心所在
“時間機器”一詞，最早出現在1895年威爾斯的小說《時間機器》里，那時的設想只是作者的幻想，直到狹義相對論與廣義相對論相繼問世，這一設想開始有了一定的物理學根據。
1975年，美國馬里蘭州大學的卡洛爾？阿利教授制造了兩個原子鐘，將其中一個放在地面，另外一個放在飛機上在空中飛行數小時。當機載的原子鐘回到地面時，阿利教授將兩個原子鐘進行了對比，結果發現，地面上的原子鐘比空中的慢了不到一秒的時間。再如，每一艘太空飛船內部都有一臺運行精確的鐘表。雖然如此精確，但每天仍會比地球快十億分之一秒左右。
100多年前，愛因斯坦最早提出了“快與慢”這一概念。他認為，世上應該存在讓時間慢下來的地方，以及讓時間加速的地方?；艚鹫f，在近地球的太空范圍，越靠近地球，越會使時間變慢一些?？茖W研究發現，物質會減緩時間運行速度，就像是河的下游一樣。物體越重，對時間的阻力越大。這種驚人的事實，為通向未來的時間旅行開啟了大門。
恰恰在銀河系中心，距離地球2.6萬光年遠的地方，擁有銀河系中最重的天體――一個質量相當于400萬個太陽的超大質量黑洞，在自身引力作用下，它被壓縮為一個點。這樣的超大質量黑洞，對時間具有顯著的影響，令時間變慢的速度遠遠超過銀河系中的任何物體。這個超大質量黑洞，是一臺“天生的時間機器”。
如果某個航天機構正在控制從地球發射的探測器，他們會發現繞運行軌道一圈的時間為16分鐘的地球時間。對船上的勇敢者來說，因靠近這個超大質量物體，相對地球時間就會慢下來。在這里，引力影響遠比地球引力來得更極端。機組人員的所用時間（參照地球）將會減慢一半。原本每圈要耗費地球時間16分鐘，他們其實僅經歷了8分鐘，因為那里的時間走得非常慢，秒針慢騰騰的，像被什么東西拉住了。
想象一下，當飛船及機組人員繞這個黑洞運行5年的地球時間時，地球上已經過去了10年。當他們回到家鄉，地球上的人比他們老了5歲。所以，超大質量黑洞，就是一臺變形的“時間機器”。
接近光速，飛向未來
以接近于光的速度飛行，可以將人類送達未來世界，走入宇宙新家園。這是科學家最大的夢想。人類先在地球上建造貨真價實的“時間機器”后，然后在里面裝載著巨量燃料，令其加速至接近于光速，在全負荷動力運行下，無故障地駛出太陽系，最短仍需要6年時間。
由于酷似“時間機器”的飛船比較龐大和沉重，最初的加速度相對平緩。隨著時間的推移，飛船速度非常快。一年以后，到達系外行星。兩年后，它的速度將達到光速的一半，距離太陽系越來越遙遠，再過兩年它可能會已經達到光速的90%。在發射4年后，飛船距離地球48萬億公里遠，這意味著飛船將開始“時間旅行”，飛船變成了“時間機器”。屆時，它的速度接近于光速，在船上待1天，相當于在地球上待兩天。
再經過另外兩年全負荷動力飛行，飛船將到達其最高速度――相當于光速的99%。在這一速度下，在船上待1天，那就意味著在地球上度過1年的時間。飛船確實“飛進”了未來世界。從理論上講，這意味著我們一生當中可以跨越無盡的距離。
遐想一下，當人從太空再次返回地球、走出飛船時，你也許只衰老了7歲，可是地球卻已經過去了難以數計的萬年歷程。所以從某種意義上說，你穿越時空來到了地球的未來。
“時間機器”，或僅僅是一種偉大的夢想
“穿越時空”，前往未來是有可能性的，但目前人類文明遠遠達不到這個能力。一些美國科學家說，“時間機器”純粹只是一種偉大的夢想而已。打開“時間隧道”，進入“蟲洞”，需要一顆恒星的能量，人類眼下無法辦到。
美國紐約城市大學物理學家、《多維空間》和《平行世界》一書的作者米奇奧?卡庫說：“蟲洞能通向未來，但我們必須非常謹慎，操作一臺‘時間機器’所需的‘汽油’，遠遠不是我們的現代科技所能控制的事?！?/p>
卡庫解釋稱，在時空結構中制造出一個“蟲洞”，所需能量非常巨大，或者需要掌控負能量，這顯然都不是人類可以辦到的事情。
關鍵詞：新課標 情感態度與價值觀目標 校本教程
當前我國的高中教育正處于如火如荼的改革期，各門課程都在進行著深刻的變革，新的教育理念提出了旨在全面提高學生素質的三維教育目標，即：“知識與技能目標”，“過程與方法目標”，“情感態度與價值觀目標”。傳統的高中物理教育在實現“知識與技能目標”時，顯示了很強的優勢，培養出來的學生也確實能在各項考試中獲得不錯的成績，但后兩個目標卻常在教學中被很大程度地忽視，這當然與我們現今提出的新課程新理念相抵觸。要實現后面兩個目標，每一門課程都有各自的方法。對于物理這一科來說，把物理學史教育引入高中物理教育，無疑是當前物理教育實現后兩個目標的重要方面，具有重要的作用和意義。這是因為物理學史不僅記述了歷史上物理實驗和理論的發現和發展過程，更記述了物理學家的心理思維活動，反映了他們對待科學的興趣和態度，品德和情操，以及科學家在科學方法上的創新和思維上的突破。把物理學史引入物理教學，適當再現物理概念和物理規律的形成和發展的歷史過程，讓學生體會到物理學家的學術思想、學術成就、高尚品德，無疑會深刻促進學生在科學素質和科學情感方面健康成長，使學生成為德、識、才、學諸方面全面發展的創造型人才。我國著名物理學家錢三強先生很早就論述過在物理教學中引入物理學史的意義：“物理學發展史是一塊蘊藏著巨大精神財富的寶地，這塊寶地很值得我們去開墾，這些精神財富很值得我們去挖掘。如果我們都能重視這塊寶地，把寶貴的精神財富挖掘出來，從中吸取營養，獲得效益，我想對我國的教育事業和人才培養都會是大有益處的?！?/p>
由此看來，為了更好地貫徹實施素質教育的思想，培養和造就創造型人才，增強物理學史教育這一薄弱環節，讓物理學史教育真正融入高中物理教育就顯得非常重要了。筆者就近年在這方面的思考，結合教學中滲透物理學史教育的體會，提出幾點在新課程高中物理教育中提高物理學史教育質量的建議：
1．物理教師應該加強物理學史的學習，彌補自身物理學史知識的欠缺，提高自身的物理學史素養
在上世紀應試教育起主導起作用的八、九十年代，有些師范大學雖然開設了物理學史課程，但比起那些純物理知識，比如三大力學、光學、電磁學、原子物理學等等，物理學史的學習被不同程度地忽視。這樣的大學物理教育最終導致了從師范大學出來的物理教師物理學史知識的欠缺。然而，眾所周知，能否發揮新課標教材的教育功能，關鍵就在于教師。教育界有一句話說得好：“要給學生一碗水，必須自己有一桶水?！睘榱擞行Оl揮物理課程中涉及物理學史部分的教育功能，物理教師自身就必須具有較高的物理學史素養，這就要求物理教師充分閱讀物理學史書籍，自覺地加強物理學史的學習，彌補大學階段物理學史知識的欠缺。只有這樣，才能在掌握物理學史知識的基礎上，從認識論和方法論的角度，把握物理科學的發展軌跡與規律，才能挖掘物理學史的教育功能，在物理教學中才能自如地引入物理學史知識。
2．在課堂教學中滲透物理學史教育時，要注意處理好物理學史教育與其他方面教育的三大關系
（1）要處理好物理學史教學與知識、技能教學之間的關系
在有限的課堂教學40分鐘時間內，教師不可能將物理學史作為專門的知識來講解，只需要在講到某物理知識的時候，順便介紹一下歷史上發現該物理知識的相關背景；在講到某個物理規律的研究方法的時候，順便講講歷史上物理學家們的研究歷程和各位物理學家的研究思路，盡量還原當時的研究過程，讓學生覺得好像在與物理學家們一起進行研究，達到身臨其境的感覺。
（2）要處理好各物理學史教學內容之間的關系，適時地進行不同內容的講述
比如，在課堂教學中，每遇到一個新的物理學家或者某個物理人物時，都對他們做個簡單的介紹，包括他們的生平和貢獻；又比如在講到萬有引力一章中，對于天體運動的研究歷程，可以著重介紹一下第谷的勤奮觀察和開普勒的嚴謹計算的故事?？傊谡n堂教學中，什么時候講人物，什么時候講故事，什么時候講科學發現過程，都應該秉著適時的原則，讓物理學史教育在課堂教學中得到自然的滲透。
(3)要處理好物理學史教育和思想品德教育及智育之間的關系
在物理學史中有很多科學家的感人事跡都可以作為培養學生科學精神的素材，而科學家們的研究過程，不管是成功的還是不成功的，對啟迪學生的思維，發展學生智力都有很大的好處。所以物理教師在教學中應該敏銳地抓住這些物理學史的內容，大膽地生發開去，努力通過物理學史來進行思想教育和智育。
教師對以上三個關系的認識、協調與處理，既是提高物理學史教學質量的基礎，也是保證其健康發展的條件。只有真正解決好物理學史教育與其他方面教育之間的關系，才能保證物理教學質量的全面提高，才能促進學生思想品德、科學素質、智力和操作技能的均衡發展，而不致走向顧此失彼、矯枉過正的偏頗境地，甚至阻礙物理學史教學的正常發展。
3．廣泛開展物理學史教學實踐研究，改進教學方法
由于輕視物理學史教學，目前物理學史教學方法較為落后，一般僅限于講科學家故事或者是“貼德育標簽”（即在講完故事后，加上幾句口號）的傳統教學方法，這顯然不符合物理學史教學目標的要求。為此，必須引導廣大教師重視物理學史教育，有計劃地組織物理教師在教學實踐中大力開展物理學史教育研究，深入分析教材內容，適當補充和引入科學史料和科學研究背景，積極改進教學方法，達到學科素質教育的目的。目前，中學物理教材中物理學史內容所占比例較少，其中的內容僅限于科學家故事，或者教材僅用極其簡短的語言描述歷史上的研究背景。因此，教師應在備課時對教材的每一節中涉及物理學史的內容進行詳細的分析，適當補充有關科學探索的背景、科學發現的過程以及方法論方面的物理學史材料，挖掘教材的教育功能。同時以現代學習理論為指導，提高學生學習的興趣和能力，促使學生主動學習科學發展的歷史，領會科學精神，陶冶科學情感，掌握科學思維方法，培養良好的科學行為。
4. 積極開設物理學史講座，并舉辦物理學史知識競賽
一般情況下，第二課堂和課外活動大都對學生有比課堂教學更大的吸引力，學生也從心理上對第二課堂和課外活動中的內容產生更大的興趣，所以，教師應該盡量利用好物理第二課堂時間，積極開設物理學史講座，講座的內容可以很廣泛，比如科學家的傳記故事，歷史上對某某定律的實驗研究史實等等，學生在聽這些內容的過程中，會得到科學精神方面的教育。如果教師能配合講座，舉辦一兩次物理學史知識競賽，則更能極大地調動起學生了解物理學史、學習物理學史的熱情。
5. 在考試中滲透對物理學史知識的考察
現代教育理論告訴我們，好的教育評價能有效地指引教育的導向。為了讓學生更加重視物理知識獲得的過程，而不僅僅局限于學習教材上現成的物理學“終結”結果，一個有效的措施便是在物理考試中滲透少部分對物理學史的考察，這不僅促使教師在教學中加入物理學史教育，注重定律和規律發現的過程，也使一張張物理試卷變得更加豐富，更有效地評價學生的全面素質。
6. 積極編寫適合本校的物理學史校本教程，給學生提供充分的閱讀資源
由于現階段各種高中物理教材中關于物理學史的內容比較少，而在較短的教學時間內又不能開設專門的物理學史課程，也沒有必要讓學生閱讀專門的物理學史教材，系統地學習物理學史。但為了給學生更充實的物理學史閱讀材料，較全面地了解所學的物理知識在歷史上的研究過程，物理教師可以針對校情和學情，分文理科自己編寫緊配教材的物理學史校本教程或物理學史讀本，并在課內外給學生積極引導，必定能融文理藝術于一體，使學生的物理視野更加開闊，也使學生的素質得到全面的協調發展，優化學生的知識和智能結構。
綜上所述，物理學史的教育功能是強大的，也是多方面的，只要我們物理教育工作者善于開發、大膽創新，并靈活運用于教學活動中，就一定能讓物理學科的教育改革更為豐富，就一定會有一個“全面+特色”的物理學世界活躍于校園，使我國的高中物理教育面向現代化，面向世界，面向未來。
參考文獻：
