發(fā)明之源：物理學與技術(shù)

　　1物理學與技術(shù)的關(guān)系歷史的回顧物理學作為一門基礎(chǔ)科學，可以使人們很好地認識世界、了解自然。同時，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)力的進步，與物理學有著十分密切的關(guān)系，它們之間總是相互作用，共同前進，從而共同改變了人類的生活，乃至整個世界。在經(jīng)典物理學形成之初，技術(shù)的發(fā)展往往先給物理學以有力的幫助和促進。例如，眼鏡發(fā)明于14世紀，當時人們是先有光學知識，還是先學會磨制鏡片，今天不得而知。到了17世紀，人們無意中用兩塊鏡片組成了望遠鏡和顯微鏡，卻為物理學家。天文學家以至于生物學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，并進一步研究光學成象的原理，幾何光學由此得到發(fā)展。反過來，工程師和技師又根據(jù)光學原理設(shè)計制造了更為完善的光學儀器，物理學家借以測量光速，土木工程師借以測量地基，航海家借以確定航線。蒸汽機的發(fā)明是在已有的熱學知識基礎(chǔ)上作出的。17世紀前后，人們已經(jīng)掌握了熱脹冷縮、溫度計量等基本知識，但是熱學的科學體系并未建立。起初，蒸汽機的熱機效率極低，大約只有5%。為提高蒸汽機的效率，工程師和科學家紛紛進行試驗和理論研究。紐康門（T.Newomen）和瓦特（J.Watt）都曾對蒸汽機作過重大改進，但是由于沒有掌握熱機中能量轉(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）等人建立了熱力學第二定律，才為蒸汽機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的發(fā)展，并為熱力學提供了實際資料。所以對于熱學來說，技術(shù)對物理學的推動作用是很明顯的，總的說來，是熱工技術(shù)在前，熱學理論在后。先有實踐，再有科學。這方面的實例，在自然科學的其他環(huán)節(jié)也可以找到，不過大多是在19世紀以前。電磁學的發(fā)展則正好相反。電磁學幾乎所有的重大成果都是在實驗室里首先取得的，都是先進行探索性研究，然后再應(yīng)用到實際生活中去。伏打（C.A.Volta）在實驗室里首先試驗成功化學電堆，這才有可能在生產(chǎn)和生活中運用化學電池來獲得穩(wěn)定電流。奧斯特（H.C.Oersted）在實驗室里發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第（M.Faraday）在實驗室里發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，這才有可能出現(xiàn)第一臺電動機和發(fā)電機。在這以前，找不到任何電磁學工程技術(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家手里進行充分的實驗研究和理論分析，掌握了嚴格的物理規(guī)律，并建立了嚴密的物理理論后，才有可能實現(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、在理論的指導下進行的，基本上是科學研究在前，工程技術(shù)在后。或者說是發(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）的電磁波實驗為20世紀無線電事業(yè)大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；固體和半導體理論指導了晶體管的發(fā)明和改進優(yōu)的波動理論為以干涉儀為核心的光學精密計量技術(shù)提供了依據(jù)。在20世紀里大概很難找到不需要理論指導，盲目實踐就取得成功的工程技術(shù)實例了。20世紀里，物理學成果對技術(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致激光器的誕生，當然又是一個鮮明的例證。（摘自1－3頁）

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