时间：2023-06-01 09:31:14
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇著名物理学家，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：物理学；人文文化
物理学是一门最基本的自然学科，它是探讨物质结构和物质基本运动规律的学科，所以人们往往认为物理学只是包含一些枯燥的理论公式，而忽视了物理学中包含的人文因素诸如人文哲学思想、美学、道德等方面。实际上，物理学在产生、形成、发展的过程中，人们不是为了物理学而研究物理学，而是为了有助于人类、社会以及个体人的发展而研究物理学，所有这些都涉及到了人与人的关系、人与自然的关系，这些关系中都蕴含着丰富的人文文化。
著名物理学家吴健雄曾指出：为了避免出现社会可持续发展中的危机，当前一个刻不容缓的问题是消除现代文化中两种文化，即科学文化和人文文化之间的隔阂，而加强这两方面的联系。没有比大学更加适合的场所了。只有当两种文化的隔阂在大学园里加以弥合之后，我们才能对世界给出连贯而令人信服的描述。所以我们有必要去讨论科学文化中的人文思想。
下面从文化角度去剖析物理学中的人文思想，主要有以下几方面：
1 物理学中的唯物辩证法思想
物理学在古代被称为自然哲学，物理学作为一门精密的学科进行研究是从1687年牛顿发表的《自然哲学的数学原理》开始的。随着学科的发展与不断完善，物理学才从哲学中分化出来，形成独立的学科，但物理文化中蕴含的哲学思想是不会被分离的。
1.1 实践是检验真理的唯一标准
物理学是实验科学，物理实验既是建立物理理论的基础又是检验物理理论真理性的方法。杨振宁教授说“物理学是以实验为本的学科”，物理学上很多理论都是通过实验检验论证的结果，体现了唯物辩证法的认识论观点——实践是检验真理的唯一标准。
1.2 物质是普遍联系的
物理发展史上，很多地方体现了物质是普遍联系的观点。比如人们曾经把电和磁孤立起来，物理学家奥斯特接受自然力统一的哲学思想。坚信电和磁之间存在某种潜在联系，经过多年研究，终于发现了电流的磁效应，并由此开创了电磁学的新纪元。把电和磁联系了起来，这正体现了唯物辩证法的特征——物质是普遍联系的。
1.3 事物发展过程中的“否定之否定”规律
人们对物理现象及其本质的认识是不断地发展和完善起来的，每一种理论的建立过程都体现了“实验(事实)——理论假设——实验(新的事实)——修正理论”，遵循着辩证唯物主义中的“否定之否定”规律。比如在整个光学的发展史中对光本质这个问题的认识，先是牛顿的微粒说；再是惠更斯的弹性波动说；接着麦克斯韦提出电磁波动说；到20世纪爱因斯坦提出光量子说。最终人们认识到光具有波粒二象性，人类对光本性的认识就正是遵循着“否定之否定”认识规律的反映。
1.4 主要矛盾与次要矛盾的辩证关系
物理学中为了方便研究问题，经常抓住物体的主要特征，忽略物体的次要特征，而抽想出一些理想模型。如“质点”这个理想模型保留了实际物体的质量和存在的位置，而忽略了物体本身的大小形状，体现出辩证唯物主义中的“主要矛盾与次要矛盾之间的辩证关系”。
1.5 运动的相对性和时空的相对性
近代物理学的一大理论—爱因斯坦的相对论中涉及的哲学问题很多。最突出的就是相对运动和相对的时空观念。相对论指出：相对性原理的本质在于运动的相对性这一事实，而不存在绝对运动。相对论否定了绝对运动的存在，就否定了绝对时空的概念。它通过不变的光速把时间和空间联合为一个整体，由洛伦兹变换建立起各个惯性系之间的时空关系。
可见，不论是物理文化知识本身，还是物理文化形成、发展的过程都蕴含着丰富的哲学思维方法，对人类的自然观和哲学思想有重大的影响。
2 物理学中的美学文化
2.1 物理理论的美学特征
2.1.1 简单深刻美
在一个艺术家眼里简单是一种美。自然现象错综复杂，物理学则力求用简单的方程或定律去概括自然规律，但其反映的内在规律确是非常深刻的。如能量的转化和守恒定律反映了各种不同形式的能量的转化，牛顿的三大定律更是概括了宏观低速条件下各种机械运动的规律，麦克斯韦电磁方程组将复杂的电磁现象统一其中，爱因斯坦相对论中的基本原理简单凝练，但其中内涵确是丰富而深刻的。
2.1.2 对称守恒美
对称是自然界中广泛存在的也是人们很乐于接受的一种美学形式，物理学在对自然的表述中处处显现出了这种对称的美：引力和斥力，“电生磁”与“磁生电”，粒子与反粒子，物质与反物质、圆孔或单缝衍射图样的对称、无限长直导线周围磁场的轴对称等等。物理定律对某种规范变换的不变性、守恒性更是贯穿于整个物理学的一种对称形式，物理学中有许多守恒定律如：动量守恒、机械能守恒等等。实际上，对称性已经成为当代物理学家研究物理理论的一种方法。
2.1.3 统一和谐美
物理理论的和谐统一美实际上是自然界和谐统一美的理论形态。如麦克斯韦电磁场理论把电学、磁学、光学统一了起来，量子力学把波动性和粒子性统一了起来，爱因斯坦的相对论把时间、空间、物质和运动统一起来，把经典物理学都包容在他的理论框架之内，创造了程度更高范围更大的和谐统一理论。
2.2 物理学家与美学思想
世界著名物理学家狄拉克认为：让一个方程具有美感要比符合实验更为重要。法国科学家彭加勒曾说：“科学家研究自然，是因为他从中能得到乐趣，他之所以能得到乐趣，是因为她美”。著名物理学家杨振宁曾经说过：“物理学的原理有它的结构，这个结构有它的美跟妙的地方，而各个物理学工作者对于这个结构的不同的美跟妙的地方的感受，有不同的了解，因为大家有不同的感受，所以每一个工作者会发展他自己独特的研究方向跟研究方法，形成他自己的风格。”
许多著名的物理学家都有感知美的奇异本领，美学思想在许多物理学家创立与评价物理学理论时起着重大的启发与指导作用。追溯人类科学源头，科学美始终被作为一种人文理想而追求，成为科学家们献身科学、潜心研究的直接动力之一。
3 物理学中的科学道德精神
3.1 对未知的好奇与探索精神
好奇心是一种情感，是一种人文精神，也是最重要的科学精神。科学进步的真正动力是许多物理学家对了解未知事物的欲望。牛顿看到苹果落地，就去想苹果为什么会从树上掉下来，从而想到了万有引力；阿基米德从浴桶洗澡中得到启示，发现水面上升与他身体侵入部分体积之间的内在联系，找到了鉴别金质王冠是否掺假的方法，产生阿基米德原理，发现浮力定律等。这种对未知的好奇与探索精神，对物理学的发展与人类的文明有很重要的作用。
3.2 实事求是、勇于创新的科学精神
实事求是认知的基础，而创新则是科学精神的核心。20世纪物理学的革命告诉我们：科学的发展道路上科学家要创立一种新理论的时候，都必须要有敢于向已有的旧理论、旧思想提出质疑的勇气。例如：伽利略正是因为对亚里士多德“力是产生物体运动的原因”的怀疑，才建立了正确的力和运动的关系。以至于后来的牛顿运动定律的产生。著名物理学家杨振宁和李政道正是因为敏锐的觉察到了从未被人怀疑过的宇称守恒定律的适用范围，大胆提出了弱相互作用中宇称不守恒的论断，才使物理学理论有了一个突破性的进展。
3.3 合作与宽容精神
1、海伦凯勒，她是美国著名的女作家，教育家，慈善家，社会活动家。在出生十九个月时因患急性胃充血，脑充血而被夺去视力和听力。然而却在86年无光、无声的世界里，先后完成了14本著作，并她致力于为残疾人造福，建立了许多慈善机构。
2、张海迪，在1960年时五岁的她因为患脊髓血管瘤导致高位截瘫，但却自学完成了小学、中学和大学，并学习针灸，在当地行医。
3、霍金，他在21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能言语，手部只有三根手指可以活动，后来成为英国剑桥大学著名物理学家，主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型，是现代最伟大的物理学家之一，也是20世纪享有国际盛誉的伟人之一。
（来源：文章屋网 ）
最能描写霍金坚韧不拔的一句名言为：当你面临着夭折的可能性，你就会意识到，生命是宝贵的，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。英国著名物理学家和宇宙学家。肌肉萎缩性侧索硬化症患者，全身瘫痪，不能发音。霍金的主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型，在统一20世纪物理学的两大基础理论，爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。
霍金是继牛顿和爱因斯坦之后最杰出的物理学家之一，被世人誉为宇宙之王。2017年4月，霍金接受采访表示，他比以前更加坚定地认为人类应该在2117年之前离开地球。
2018年3月14日，斯蒂芬霍金去世，享年76岁，他的骨灰被安放在伦敦的威斯敏斯特教堂内，与牛顿和达尔文为邻。
（来源：文章屋网 ）
美国北卡罗来纳大学教堂山分校物理学家提出一种新的宇宙形成模式，宇宙可能在不断膨胀和收缩。这一理论向宇宙大爆炸理论发起挑战，并解决了一个棘手的现代物理学难题。
北卡罗来纳大学文学和科学院著名物理学教授保罗.法拉姆顿博士和路易斯.J.罗宾及研究生罗伊斯.鲍姆共同提出了一个循环模式，这个循环模式有四个关键部分：膨胀、逆转、收缩和反弹。在膨胀阶段，暗物质（引发宇宙加速膨胀的未知能量）不停的推进，直到所有物质分裂成任何东西都无法连接的碎片。黑洞中释放出来的所有东西都被分裂成了原子。然后在膨胀结束前的一瞬间转入逆向阶段。
逆向阶段，在一次逆大爆炸过程中，碎片没有再重新粘合在一起，而是每一个碎片分裂和个自收缩。这些碎片形成了无数个独立的宇宙，这些宇宙收缩，然后反弹，以类似于大爆炸的方式再次向外部膨胀。其中的一块碎片就形成了我们现在这个宇宙。
法拉姆顿说，“这个循环进行了无数次，从而令我们无从了解确切的开始或者结束时间。因此在这种循环中不存在宇宙大爆炸。”
《物理评论快报》杂志将在下一期中刊登阐述这一模式的论文。法拉姆顿说，宇宙学家二十世纪三十年代首次提出没有开始或者结束的宇宙振荡模式来取代大爆炸理论。但因振荡理论无法与包括热力学第二定律在内的物理学吻合，这一理论最终被遗弃。
热力学第二定律说熵不可能消失。但是假如熵在一个振荡到下一个振荡的过程中增加的话，宇宙每个循环之后就会变得更大。法拉姆顿说，“宇宙就可能像混雪球一样越混越大。每一次振荡的时间同时也会持续更长。从时间上反推，我现在宇宙之前的振荡时间将非常的短暂。这将不可避免地要引发宇宙大爆炸的产生。”
法拉姆顿和鲍姆通过假定在逆向阶段所有碎片中残留的熵都相隔太远而无法相互产生作用来避开大爆炸。每一个分裂碎片都成为一个独立的宇宙，每个宇宙都可以收缩基本为空的物质和熵。法拉姆顿说，“任何物质的出现都会对收缩产生无法克服的困难。返回为空的观点是这一新循环模式的最重要部分。”当去年10月份他突然想到这一观点的时候感到非常震惊。他说，“我突然发现了一个解决这个看似无法解决难题的新方法。我座在椅子上，把腿放在桌子上，半睡半醒地苦思这一问题。当我发现这一非常简单的可能性后几乎从椅子上摔下来。”
法拉姆顿和鲍姆循环理论另一个关键点就是假定暗物质处于一种平衡状态（他们精确描述了暗物质的压力和密度）。法拉姆顿和鲍姆设想暗物质能量平衡状态总是小于-1.2002年物理学家保罗.斯坦哈德和尼尔.土鲁克在一个类似循环模式中提出了一个和他们相反的观点，他们设想暗物质平衡状态从来就不可能低于-1.
暗物质负平衡状态设想使法拉姆顿和鲍姆找到一种阻止宇宙不可逆转膨胀的途径，一名物理学家将之称之为“大撕裂”。他们宇宙循环模式中的两个设想发现，当暗物质密度与宇宙密度一致时，宇宙膨胀就会恰恰在“大撕裂”前止步。法拉姆顿说，目前正在建造的新卫星，比如欧洲航天局普朗克（Planck）卫星可能会收集到确定暗物质平衡状态的足够信息。
如果你是一个物理只考5分的学生,你告诉别人说:“我将来要当一名声震寰宇的物理学家!”所有人会摸摸你的额头问:“你没发高烧吧?是不是烧狠了说胡话呢!”
这时候,别听他们的,你埋头做你的事。你知道自己不是在说胡话,因为已经有人将这个“胡话”变成了活生生的现实。他就是钱伟长。
钱伟长是世界著名物理学家、力学家、应用数学家等等,是中国近代力学、应用数学奠基人之一。国际上以钱氏命名的力学和应用科学科研成果有“钱伟长方程”、“钱伟长方法”、“圆柱壳的钱伟长方程”、“钱伟长一般方程”等等。
这样一位在数理方面取得举世瞩目成就的科学家,所有人一定以为他是理科出身。其实完全相反。他家境比较贫寒,上大学前的人生岁月中,钱伟长一直以文史拔萃而小有名气。
钱伟长十八岁考入清华大学历史系时,中文、历史成绩均得满分,中文答卷让文学大师朱自清击节叫好,历史答卷令历史学家陈寅恪拍案赞叹。然而,他的物理仅考了5分,数学、化学相加才20分。
很快日本悍然发动,他的一个重要理由是因为日本人有精良的飞机大炮,中国却没有,就算抵抗也没用。国弱则民受欺,钱伟长与千万同胞一样愤怒了!他立即做出一个惊人的决定:改学物理――用先进的科技为祖国造出精良的武器,把侵略者赶出中国!
物理考5分还想学物理,不是开玩笑吗?当时物理系主任是中国近代物理学奠基人吴有训,对于钱伟长的请求他当然一口回绝。然而钱伟长一次又一次恳求并陈述改系原因及决心,精诚终于击开金石,吴有训被感动,勉强同意试读一年,一年之后若成绩不合格即退回原系。
这一年里,钱伟长极度刻苦,和衣而眠,闻鸡起舞,很快由后进变为先进,毕业时已成物理系佼佼者,跟随导师吴有训进行物理学研究,为提高国防装备提供科技支持。
当别人称赞他为天才时,他说,我不是天才,关键在于刻苦和努力,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”。学习求知是艰苦的,但必须有不辞辛苦、孜孜不倦的顽强精神,才能学到东西。
他认为不能彻底否认人与人的个体智力差异,但那是次要的,有多少“仲永”式的神童最后泯然众人,那是因为他们自以为超于常人的神童不用再继续刻苦。丧失了刻苦精神,最后必然归于寂灭。反之,天资平庸而靠后天顽强奋发,最后举世闻名,大有人在。
“文章已满行人耳”的白居易也不是生而能作锦绣华章,“二十以来,昼课赋,间又课诗,不遑被息矣。以至口成疮,手肘成胝。”读书读得嘴里生满疮泡,练诗练得手肘长满老茧。难怪日后他的诗如此深入人心:“童子解吟《长恨》曲,胡儿能唱《琶琶》篇。”直至今日,“白乐天”的诗名也是不废江河万古流。
“有兰有竹有石,有节有香有骨”的郑板桥,诗书画三绝,尤以画竹秀劲绝伦,“似有神助之”。其实只有郑板桥知道,他并没有“神助之”,而是他的“勤勉劬劳”助之:
四十年来画竹枝,
昼间挥写夜间思。
冗繁削尽留清瘦,
画到生时是熟时。
请辞“国学大师”、“学界泰斗”、“国宝”三称号的季羡林,出生贫寒农家,但他精通12国语言,是中国唯一一位可以释读吐火罗语的学者,八九十岁还著书立说,拥有“东方学家”、“印度学家”、“历史学家”、“思想家”、“翻译家”、“作家”等等称号……
你一定会感叹说,真是个天才啊!是啊,这么多称号里,一个人终其一生能够拥有一个,就已经算功德圆满了,可是他却拥有那么多。
可是当人们都称其为天才时,他却不以为然,他在晚年时淡淡地说:“我非常平凡,没什么了不起。如果我有一点优点的话,我只讲勤奋。”年轻时的勤奋与不倦自不必说,否则也不可能有后来的博学与成就。即使到了皓首之年,仍然“开电灯以继晷,恒兀兀以穷年”。
时期,季羡林被扣上莫须有的罪名而受辱,自杀未遂。后来,他被“发配”在女生宿舍楼看大门,谁会想到,就在那样的特殊时期,他完成了印度史诗《罗摩衍那》的翻译工作。翻译工作都是他在“地下”进行的,因为怕被发现,偷偷把史诗原文抄在小纸条上,趁没人时拿出小纸条,躲在角落逐字逐句翻译,就这样,结束,一本《罗摩衍那》基本译完。
八十多岁了,他仍是每天早晨四点钟起床,并风趣地说,别人都是闻鸡起舞,我是鸡闻我起舞。学术上,他没有一点停步,完成了重要的著作:《糖史》及《吐火罗文〈弥勒会见记〉译释》。九十多岁了,该一杯清茶相伴悠游度日了吧!不,他仍旧焚膏继晷,整理并出版了《病榻杂记》。
除了孜孜不悔地埋头治学,他把许多东西看得很淡。他喜欢并鼓励好学的年轻人,曾寄钱给一位好学的年轻人,并说,这些钱助你读书,都是我爬格子所得,都是干净的。
他用朱熹的诗勉励年轻人:
少年易老学难成,
一寸光阴不可轻。
未觉池塘春草梦,
阶前梧叶已秋声。
Anythingispossible!一切皆有可能!
Nothingisimpossible !没有不可能!
1923年莫特进入剑桥大学圣约翰学院学习数学,1927年获得硕士学位.莫特早期研究原子碰撞理论,并与马塞(H.S.W.Massey)在1933年联名出版了权威的《原子碰撞理论》一书,书中讨论了带电粒子的“莫特散射”.后来莫特转入固体物理学的研究,1936年莫特和琼斯(H.Jones)合著了《金属与合金性质的理论》,1940年和格尼(R.W.Gurney)合著了《离子晶体中电子过程》,对现代固体物理学的形成和发展有重要的影响.第二次世界大战后,莫特等人研究了晶体缺陷及其对力学性质的影响.20世纪60年代起,莫特致力于发展无序体系及非晶态物质的电子理论研究,有力地推进了非晶态物质研究的进展.1971年莫特和戴维斯(B.A.Davis)合著了《非晶态物质的电子过程》.莫特因对磁性与不规则系统的电子结构所作研究的贡献,于1977年与安德逊(Philip Warren Anderson,1923-)、范弗莱克(John Hasbrouck Van Vleck,1899-1980)一起因对磁性和无序系统的电子结构的基础性研究,共获诺贝尔物理学奖.
莫特从20世纪50年代开始研究无序体系物质.他在安德逊局域化理论的启发下,深入探索了非晶态体系中的电子过程,使安德逊局域化理论更加完善,并使之得到了广泛的应用.他把能带理论用于非晶态物质,描述了这类物质中的电子行为,成功地解释了它们的导电特性.他首先注意到:在晶态体系中锐利的能带边完全是由于原子排列的同期性引起的;而非晶态体系,则是由于原子排列的无序性使能带拖着一个“尾巴”,呈现出一些分立的能级,因此电子只能局限在材料中某个确定的位置.他进一步指出:每个能带都有着延展态和局域态的明确分界处.在安德逊局域化出现之前的一刹那,电导率为一常数,这个常数称为“最小金属态电导率”.莫特给出了分别相应于高温和低温情况的两个简洁的电导率公式.他把电导率的微观图景看成温度T的函数,描述了电导率决定于费米能级和迁移率边界的相对位置,从而导致了他后来的两项最重要的贡献:最小金属电导率和T1/4跳跃.差不多在同一时期,科恩、弗里茨斯克和奥费辛斯基对这一理论也做出了各自的贡献.因此,后来人们把他们的理论称为“Mott-CFO(莫特-科弗奥)模型”.这个模型是非晶态体系中电子能态的最基本的模型.莫特开拓了作为固体物理新领域的非晶态物质电子过程的研究,被誉为这个新的分支学科的奠基人.
莫特自1954年起在英国最著名的卡文迪什实验室担任主任,直到1971年.卡文迪什实验室是以英国物理学家和化学家卡文迪什(Henry Cavendish)命名的.卡文迪什实验室(Cavendish Laboratory)相当于英国剑桥大学(University of Cambridge)的物理系.据不完全统计,卡文迪许实验室从1874年至1989年一共产生了28位诺贝尔奖得主.
从卡文迪什实验室的科研成就,我们似乎不难看出诺维尔・弗朗西斯・莫特获得诺贝尔物理学奖的必然.这里列举几任主任的科学成就.
第一任主任是著名物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell)(1831-1879)负责筹建这所实验室.1874年实验室建成后他担任第一任实验室主任,直到他1879年因病去世. 按照麦克斯韦的主张,物理教学在系统讲授的同时,还辅以表演实验,并要求学生自己动手.表演实验要求结构简单,学生易于掌握.麦克斯韦说过:“这些实验的教育价值,往往与仪器的复杂性成反比,学生用自制仪器,虽然经常出毛病,但他们却会比用仔细调整好的仪器学到更多的东西.学生用仔细调整好的仪器易产生依赖而不敢拆成零件.”从那时起,使用自制仪器就形成了卡文迪什实验室的传统.
第二任主任是瑞利(James William Rayleigh, 1842-1919).他因在气体密度的研究中发现氩而获1904 年度的诺贝尔物理学奖.瑞利在声学和电学方面很有造诣.在他的主持下,卡文迪什实验室系统地开设了学生实验.1884年,瑞利因被选为皇家学院教授而辞职.
第三任主任是年仅28岁的J.J.汤姆逊(J.J.Thomson,1856-1940).他因通过气体电传导性的研究,测出电子的电荷与质量的比值获1906年度的诺贝尔物理奖.汤姆逊对卡文迪什实验室的建设有卓越贡献.在他的建议下,从1895年开始,卡文迪什实验室实行吸收外校及国外的大学毕业生当研究生的制度,建立了一整套培养研究生的管理体制,树立了良好的学风.
第四任主任是汤姆逊的学生卢瑟福(Ernest Rutherford,1871-1937).卢瑟福是一位成绩卓著的实验物理学家,是原子核物理学的开创者.他因在揭示原子奥秘方面做出的卓越贡献获1908年度的诺贝尔化学奖.
1937年卢瑟福去世,由W.L.布拉格(William Lawrence Bragg)继任实验室第五任主任.W.L.布拉格与其父W.H.布拉格(William Henry Bragg)因在X线衍射分析晶体结构方面的成就共获1915年度的诺贝尔物理学奖.
与黑洞有关的四次“豪”赌，霍金逢赌必输
1997年，霍金同美国物理学家约翰・普雷斯基尔打赌时坚持自己的“黑洞悖论”，黑洞会摧毁它们吞噬的一切信息，后者则认为黑洞不可能使其内部物质的信息丧失，赌注则是一本《棒球百年全书》。霍金于2004年7月21日当众表示输掉了这场科学史上著名的赌赛，并送给普雷斯基尔一套棒球百科全书。
在历史上关于黑洞的著名打赌已经有了四次。第一次是已故的诺贝尔奖获得者钱德拉和索恩关于旋转黑洞的稳定性问题打的赌。结果是索恩赢了。于是索恩要钱德拉订购了《听众》杂志。第二次是1975年关于天蝎座X-1（X指X射线源，1代表天蝎座中最亮的星）是否包含黑洞打的赌。霍金说，他对黑洞做了很多研究，如果发现天蝎座X-1中不存在黑洞，一切关注黑洞存在的研究都将是徒劳。在这种情况下，索恩不得不为他订购4年的《私家侦探》杂志。后来，人们积累了越来越多天蝎座X-1中存在黑洞的观测证据，这些发现证明霍金实际上错了。霍金也只好认输，国索恩订阅了1年的《阁楼》杂志。第三次打赌是在1991年，霍金又与索恩、普雷斯基尔赌上了，这次赌的是裸奇点是否存在。霍金认为奇点只存在于黑洞围绕的时空奇点。1997年2月5日，霍金承认，在特殊的情况下裸奇点是可以形成的，结果输给了索恩和普雷斯基尔两件可以用来“遮蔽”的T恤衫，上面写着“自然界憎恨裸奇点”。第四次打赌也就是前面叙述过的霍金与普雷斯基尔关于黑洞是否会摧外来信息的赌。有关黑洞的四次“豪”赌，霍金参加了三次，次次皆输。
霍金“赌性”难改
霍金新理论认为黑洞不是吞噬一切的恶魔。1975年，霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大，进入其边界的（也即所谓“活动水平线”的物体）都会被其吞噬而永远无法逃逸。黑洞形成后，就开始向外辐射能量，最终将因为质量丧失殆尽而消失。然而在这种所谓的“霍金辐射”中并不包含黑洞中有关物质的任何信息。一旦黑洞消失，所有信息也将全部丧失。换言之，人类永远不可能知道黑洞里面是什么样子。这便是所谓的“黑洞悖论”。而该理论与量子物理学的理论背道而驰。量子物理中认为类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。当时霍金认为，可能是黑洞强大的引力场打破了量子物理定律。
霍金在2004年7月21日于都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上提出了新的理论。面对世界各国著名的物理学家，他说，30年来，自己一直在思考不同形状、体积各异的黑洞在无数年后会出现何种变化。他通过计算证明，黑洞内部最初的信息量与最终的信息量相等。他说：“黑洞里面不会发展出新宇宙。黑洞只是看上去处在形成之中。后来，它就会向外辐射其吞噬的物质的所有信息。不过，这些信息已经被黑洞撕碎、打破和重整了。”
霍金还向来自50个国家的约800名科学家说：“黑洞里面不会发展出新宇宙，这和我以前的想法相反。这些信息仍存在我们宇宙里。我很抱歉让科幻小说迷失望，可是既然这些信息保存下来，就不可能利用黑洞前往其他宇宙。”
霍金的“新黑洞”理论不再和现有量子理论矛盾
次原子理论拥护者坚持物质不灭定律，也就是物质会改变形式，可是绝不会消灭，在这种情况下，物体如何能够完全消失在黑洞里，丝毫不留任何痕迹？而形成整个现代物理学基础的量子理论宣称所有信息都会以某种形式保存下来。而霍金以前的黑洞理论则认为，黑洞会吞噬物质及其相关信息。因此，老的黑洞理论和现存的量子理论相矛盾。斯坦福大学理论学家苏斯坎曾经说，霍金原来的理论会导致大部分量子量论瓦解。霍金自己也曾经为两种理论之间的矛盾而苦恼，然而，他这次大胆提出的新理论终于结束了纠缠了他30年的苦恼。
黑洞是太空里的某些看不见的星体，那里的引力大得惊人，包括光在内的一切东西都难以逃逸出来。过去，宇宙学家一直认为，对于宇宙来说，黑洞纯粹是一种破坏力量，现在霍金最新理论说明，黑洞在星系形成过程中扮演了重要建设角色。霍金现在所说的黑洞不同于传统的黑洞，它没有将里面的一切隐藏起来。反之，在经过长时间辐射后，它们最终会将里面的信息释放出来。这个新理论将使有关黑洞的理论研究进入新的阶段，科学家们也许有一天能够真根据地揭开黑洞的秘密了。
关键词：物理文化；起源；物理教育
1 物理文化研究对制定物理教育目标的启示
物理教育本身就是一种广义的文化活动，物理教育不能不重视物理学的文化价值。物理教育活动中，学生仅仅了解物理学知识是远远不够的；还应该了解物理学在人类文化发展和社会生产力发展中的作用；也应让学生在学习物理学过程中，形成和掌握科学的价值观、科学思维方式，接受物理文化全方位的熏陶。
物理教学是一个庞大的体系，我认为至少可以分为3种类型：为研究物理而学物理；为应用而学物理；为提高文化素养而学物理。即为物理而物理，为应用而物理，为文化而物理。这就构成了物理教学目的多样性或者说物理学习的多功能性问题。
物理教学的目的，诺贝尔物理学奖获得者费曼有非常深刻而全面的观点。他认为学习物理有5方面的理由：第一是为了学会怎样动手做测量和计算，及其知识在各方面的应用；第二是培养科学家，他们不仅致力于工业的发展，而且贡献于人类知识的进步；第三认识自然界的美妙，感受世界稳定的实在；第四是学习怎样由未知进到已知的科学求知方法；第五是通过尝试和纠错，学会一种有普遍意义的自由探索和创造精神。费曼在他的《费曼物理学讲义》的结束语中这样写道：“我讲授的主要目的，不是为你们参加考试做准备――甚至不是为你们服务于工业或军事做准备，我最想做的是给出对于这个奇妙世界的一些欣赏，以及物理学家看待这个世界的方式，我相信这是现今时代里真正文化的主要部分。也许你们将不仅对这种文化有欣赏，甚至也可能你们会加入到人类理智已经开始的这场伟大的探险中去。”
2 物理文化研究对学生发展的启示
从文化的视角来看，物理教育与物理文化是密不可分的。物理文化的世代相传主要依靠物理教育。
物理文化通过3个途径实现对青少年的培养：一是借助作为文化结晶的文字读物（物理教材、教参书、科学期刊、物理学家传记、科普读物等），向青少年传播物理文化。二是通过作为物理文化“活”的载体的物理教师，系统地讲述物理学发展历史、知识体系、物理学的价值标准、杰出物理学家的思维方式，工作方法，个性特征等，青少年对进行物理文化的熏陶。三是借助自然物理环境和人工物理环境引导学生感悟物理、热爱物理。物理文化教育可以在下几个方面实现对青少年的培养，促进他们的发展。
2.1 有助于形成科学探索精神
物理文化是当代人类文化的主流文化之一，是领引社会进步的重要力量。物理文化是科技文化的基础，对青少年的培养具有不可替代作用。 它是战胜一切伪科学的认识论基础。物理学习活动有助于破出封建迷信，激发好奇心，求知欲，培养人的探索精神。
爱因斯坦在其《自述》一文中，对自己观念的变化和好奇心有过精彩的描述：“尽管我是完全没有的（犹太人）双亲的儿子，我还是深深地信仰着宗教，但是这种信仰在我12岁那年突然终止。由于读了通俗的科学书籍，我很快相信《圣经》里故事有许多不可能是真实的，其结果就是一种真正狂热的自由思想，。这种经验引起我对所有权威的怀疑。我很清楚少年时代的天堂就这样失去了，这是使我自己从“仅仅作为个人”的桎梏中，从那种被愿望和原始感情所支配的生活中解放出来的第一个尝试。在我们之外有一个巨大的世界，它离开我们人类独立地存在，它像伟大而永恒之迷，然而至少部分地是我们的观察和思维所能及的。”从爱因斯坦的典型经历中，我们看到学习物理对消除迷信，建立批判意识的深刻作用。我们不难推想经过系统的物理学习的人群，比起没有接触这种文化的人群来，更具有抵御迷信和伪科学的能力。
好奇心是人的天性，人类生活在大自然中，总是力图了解自身和所处的外部世界，渴望使心中的疑团得以解释。古人对自然的奥秘发出过多少质朴的发问：天体是怎样运行的？热现象的本质是什么？电、磁是怎么产生的？光的本质是什么？物质是怎样构成的？正是自然界美妙而复杂的现象，激发了一代又一代物理学家的好奇心，促使他们去探索自然现象背后的本质，而物理学的每一个科学概念的产生都充满了探索和创新，还包括对已有错误观念的批判。物理学作为人类认识自然的伟大成果，无论其内容、方法和结构都是人类创造智慧的集中体现，物理学形成和发展的过程，就是一个探索和创新的过程，其闪耀着科学探索之光。我们的物理文化教育是在课堂上再现科学探索的过程，因而有助于培养人的科学探索精神。
2.2 有助于科学的认知与思维训练
物理学知识具有解释物质世界的认知功能，他帮助人们科学地认识和理解物质世界的规律，开阔人们的认识视野，提高人们与自然和谐相处的能力。
物理学方法是发明创造的思维武器，也是开发创造思维的理论指导。著名物理学家都非常重视科学方法的研究和应用，物理学上的重大发现往往是从方法论上打开缺口，突破前人的思想方法的局限，进而获得成功的。物理学是包含科学方法最多丰富的学科，在通用科学方法300种中，物理学中包含170 多种，物理学是具有方法论性质的学科。例如，物理教学的理想的教学模式是：创设问题情景（通过实验或现象描述）―分析问题―找出解决问题的出发点（建立概念或提出系统参数）―找出解决问题的可能的途径―从最佳途径出发建立数学模型―求解数学模型―讨论命题的物理意义和可能的技术应用。这一过程就是研究复杂问题的全过程，是解决复杂问题的基本方法。许多重大科学发现从方法论的角度看和解决一个物理问题完全一样。
爱因斯坦认为：“如果青年人通过体操和走路训练了他的肌肉和体力的耐久性，以后能适应体力劳动。思想的训练以及智力和手艺方面的技能锻炼也类似这样。”物理知识和物理方法是提升学生思维能力的基础，因此，物理教学把隐藏在物理学中的科学方法发掘出来，加强科学方法的学习和思维训练，有助于学生思维能力的发展。
2.3 有助于进行物理学美的熏陶
自然界是丰富多彩的，它充满了各种各样的美妙的现象，人们在对自然的审视中获得了美的感受和体验，因而创造了艺术美、文学美、建筑美、服饰美等等。作为自然界理性思维成果的物理学也存在美，学习物理文化同样有审美价值。
对于物理学的美的概括不太容易，但是如和谐、优雅、一致、简单、对称、新奇等都与物理学之美有关，物理学之美还表现在发展和变化之中，著名物理学家杨振宁认为，物理学的美包括3个方面：现象之美，理论描述之美，理论结构之美。
现象美有自然现象之美，也有实验现象之美 ，当我们观察到彩虹现象时无疑我们会说“美极了”，彩色的干涉条纹，优雅的激光束，奇妙的原子光谱，会给人们以美感。再如超导现象，当发现同有电流而不带电池的线圈中，长年累月地流动电流，可以想象发现者是多么惊讶。
理论描述之美，在物理理论中随处可见，例如对质点运动惯性的描述，深刻地揭示了运动规律的一个侧面，解开了物体运动的原因之谜；再如热力学第一、第二定律对自然界基本性质――能量转换和热力学过程自发运动方向给出了很美的理论描述；再如原子结构的行星模型，把微观世界的结构与宏观世界进行美妙的类比；再如放射性元素按指数规律的衰变的描述，精确到难以置信的地步。
关键词：物理学史；主动性；物理教学
中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2013）30-211-01
物理学是人类社会实践的产物。它的每一个基本概念、基本定律和基本理论，都有一个萌芽，形成和发展演化的曲折过程。但是，在大量的物理教科书中，人类对物理学认识的历史痕迹被擦拭殆尽，物理学家们的曲折顽强的创作过程常常被物理学理论严格、精美的逻辑体系的面纱遮盖起来，学生只能通过具体的物理定律或公式前面所注有的科学家的名字，模糊地了解那一段历史。物理学史是人类对自然界中各种物理现象的认识史，它体现了人类探索和逐步认识世界的现象、结构、特性、规律和本质的历程。物理学史的课程资源可以激发学生的学习兴趣，帮助学生理解和掌握物理学知识、发展独立思考的能力、学习科学方法、进行科学思维的训练等，有助于学生的学习。
一、物理学史知识的渗入有助于激发学生的学习兴趣
著名物理学家爱因斯坦说过：“兴趣是打开科学大门的导师。”只有当学生对学习有了兴趣，才能表现出学习的自觉性、主动性，才能积极主动去克服学习中遇到的困难。为了培养学生的学习兴趣，我们在教学中，通过对物理学史的回顾，通过了解物理学家的生平、各学派间的争端以及尚未解开的物理课题等使学生消除对物理知识来源的神秘感，来激发学生学习物理的兴趣，感知物理学家严谨的科学态度和科学思维方法，不断提高自身的思维能力，变被动学习为主动学习。例如：在讲牛顿第一定律的时候如果只讲一个斜面实验得出物体在不受外力作用时将保持匀速直线运动或静止状态。学生记得太抽象太枯燥，但如果你将亚里士多德推物体就运动不推就停止得出的力是维持物体运动状态的原因这个观点提出，伽利略又加以反驳，在光滑的木板上小车失去推力以后还会继续运动，得出力是改变物体运动状态的原因。再介绍伽利略斜塔实验时大铁球、小铁球同时下落，加上牛顿管中羽毛与铁片同时下落的实验，说明力是改变物体运动状态的原因。学生听得非常入神，再介绍牛顿将伽利略的观点总结推广成不受力时将保持静止或匀速直线运动状态，加上了静止的情况。引牛顿的一句话：“如果说我比别人看得远一点，是因为我站在了巨人的肩膀上。”引出牛顿第一定律的得出过程，给学生增加了很大的学习兴趣，再加上前人在探索实验过程中的认真求实精神非常值得学生学习。学生有了学习兴趣，学习才会更加主动，遇到问题时解决问题才更加有了信心，也使学生在学习过程中养成了严谨的学习态度，不断提高自己的科学素养，变被动学习为主动学习。
二、物理学史知识的渗入有助于增强学生对物理知识的全面理解和掌握
物理规律是反映了物理现象、物理过程在一定条件下发生、发展和变化的规律。在进行物理教学时，教师为了让学生最有效地掌握好物理规律，应使其对物理规律的建立过程有一定的了解，这就需要教师经常把物理学史知识渗透到物理教学之中。这是由于物理学的创立和发展是具有连续性的，后人的研究工作总是以前人的研究成果为基础，重要的物理规律都是经历了艰难和曲折的历史发展过程的。教师让学生了解这些规律的发现过程，会对学生学习物理规律、形成严谨的工作态度和作风产生重大的影响。例如在讲述开普勒三定律时，教师可以给学生介绍当时的社会背景：16世纪以后的欧洲，航海、战争和工业的发展，推动了人类对天体的观测和研究。波兰的天文学家哥白尼对天象进行了长期的观测，获得了大量的观测资料，在对这些观测资料进行了整理和分析后，提出了“日心说”的理论体系，了统治天文学领域一千多年的托勒密“地心说”体系，打开了自然科学的大门。继哥白尼之后，丹麦天文学家第谷以他惊人的毅力和毕生的精力对行星的运动进行了精确的观测，并采集到大量的观测数据，这为他的学生开普勒的进一步研究打下了良好的基础。开普勒有着丰富的想象力和杰出的数学才能，在整理和研究第谷所观测到的数据中总结出了开普勒三定律。在回顾历史的过程中，教师将行星运动规律内容跟物理学史联系起来，让学生知道定律的来龙去脉，可以让其得到一个能够反映事物之间相互联系的、完整的认识，给定律增加丰富的内涵，从而有助于学生对定律的内涵和外延的理解与掌握。
三、物理学史知识的渗入有助于培养学生科学的思想方法
物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。例如，观察和实验、类比和联想、猜测和试探、分析和综合、科学假设方法等等。物理学史中有大量生动事例说明科学大师们熟练而巧妙地运用这些方法取得重要成果的过程。利用这些事例，可以对学生进行具体的科学方法的教育。比如在讲授“牛顿第一定律”时，介绍伽利略的一个理想实验。然而，为了让学生能够在有限的学时内更快地掌握系统的物理知识，教材往往把教学内容按定义、定理、推论、例题的顺序编写，这样虽利于学生记忆知识，应用知识解题，但无法让学生了解到知识产生的过程，不能从思想深处接受这些知识。物理学史的知识的渗入可以弥补这方面的不足。物理学史能告诉我们物理学思想的逻辑行程和历史行程，它的渗入不仅有助于学生了解各概念、定理、定律的来龙去脉，而且有助于学生逐步掌握正确的科学思维方法。
1.道尔顿的原子模型
1803年，英国著名化学家、物理学家道尔顿（图1）提出了自己的原子模型（如图2所示）.他认为原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球.道尔顿刚开始提出他的原子模型时，很多人都不相信，因为根本无法看到的东西怎么能相信它是存在的呢？但是通过各种化学和物理实验，人们不得不认可原子存在的事实.道尔顿用自己的原子模型解释了当时许多众所周知的化学反应.
2.汤姆生的原子模型
1906年度诺贝尔物理学奖获得者、英国著名物理学家汤姆生（图3），他在物理学上最重要的贡献是发现了电子.19世纪末，物理学界对阴极射线究竟是什么东西的研究达到了，有些科学家认为阴极射线是一种电磁波，有些科学家则认为它是一种带电的粒子流.为了弄清这个问题，汤姆生进行了刻苦的研究.他利用废旧材料研制实验仪器，终于在1897设计出一个巧妙的实验，证明了阴极射线是由带负电的粒子组成的.他通过实验和理论推算，得出组成阴极射线的粒子的质量约为氢原子质量的1/1840，汤姆生把组成阴极射线的微粒叫做“电子”.电子的发现被科学家称为19世纪和20世纪之交的三大发现之一，汤姆生也被誉为“电子之父”.
电子的发现打破了原子绝对不可再分的神话，揭示了原子也是有结构的，由此人类对物质结构的认识进入了一个崭新的阶段.
汤姆生发现电子后，提出了自己的原子模型（如图4所示）：他认为在原子中质子是均匀分布的，而电子则到处镶嵌着，电子镶嵌的样子就好像是枣糕里镶嵌着的葡萄干一样，所以这个模型也被人们叫做“葡萄干模型”或者“枣糕模型”.
汤姆生的原子模型虽然无法说明原子间发生的所有化学反应，但却很好地说明了阳离子和阴离子产生的原因，以及放射性元素中产生β射线的原因.
3.卢瑟福的原子模型
1911年英国物理学家卢瑟福（图5）做了著名的α粒子散射实验，实验的目的是想证实汤姆生原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆生原子模型的有力证据.在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型.
图6是这个实验装置的示意图.在一个铅盒里放有少量的放射性元素钋（Po），它发出的α射线从铅盒的小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上.当α粒子穿过金箔后，射到荧光屏上产生一个个的闪光点，这些闪光点可用显微镜来观察.为了避免α粒子和空气中的原子碰撞而影响实验结果，整个装置放在一个抽成真空的容器内，带有荧光屏的显微镜能够围绕金箔在一个圆周上移动.
实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象.
发生极少数α粒子的大角度偏转现象是出乎意料的.根据汤姆生模型的计算，α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的，因为电子的质量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它，就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样，运动方向不会发生明显的改变.正电荷又是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到原子内部两侧正电荷的斥力大部分相互抵消，α粒子偏转的力就不会很大.然而事实却出现了极少数α粒子大角度偏转的现象.卢瑟福后来回忆说：“这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射出一发炮弹，结果被反弹回来而打到自己身上……”
卢瑟福对实验的结果进行了分析，认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的区域，才有可能出现α粒子的大角度散射.由此，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型，认为在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核（nucleus），原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.根据α粒子散射实验，可以估算出原子核的直径约为10-15m～10-14m，原子直径大约是10-10m，所以原子核的直径大约是原子直径的万分之一，原子核的体积只相当于原子体积的万亿分之一，如果把原子比做一个乒乓球，那么原子核只有针尖般大小.
由于他的原子模型是通过非常严密的科学实验得出来的，因此直到今天仍然受到人们的重视.后人发现卢瑟福的原子模型还是有许多缺陷：它违背了力学理论和电磁学理论，因为它不能很好地解释带负电的电子围绕带正电的原子核旋转而不被吸引到原子核里的原因.
4.波尔的原子模型及电子云模型
1922年度诺贝尔物理学奖获得者、丹麦物理学家波尔（图7）于1913年提出了自己的原子结构模型（图8）：他认为在原子的内部，电子环绕原子核做轨道运动，外层轨道比内层轨道可以容纳更多的电子；核外层轨道的电子数决定了元素的化学性质.如果外层轨道的电子落入内层轨道，将释放出一个带固定能量的光子.玻尔的原子结构模型很好地解释了氢原子的结构问题.
“时间旅行”，仅仅是一个梦吗？
从地球出发，载人向宇宙深处寻找“人类的第二家园”，是非常困难的。在很短的时间内几乎难以做到。霍金说：“困难是肯定的，但人类必须具备这种探索意识，我们可以花30年在月球上建立基地，花50年到达火星，花 200年探索系外行星等。”
霍金在新著《大设计》中，首次否定上帝创造宇宙的认识。“上帝在宇宙中没有位置，我们身处的宇宙，只不过是自发地从无到有出现的许多宇宙中的一个。”霍金阐述，“假设宇宙中真有上帝存在的话，其实也只是一部关于科学的法律书，并非一个你提出要求就帮助你满足的神。”
霍金不承认上帝，他认为物理上的时空挪转比上帝更无限。首先他把时间看成第四维。任何物体都有特定的长度、宽度和高度，但除此以外还有另外一种“度”，这个度就是时间。而“时间旅行”就意味着要穿过第四维时空。
要理解这个概念并不难，就拿开汽车来打比方吧。直进是第一维度，转左或转右是第二维度，在山路上爬上爬下带来高度的变化，就是第三维度。但穿越第四维度时间，怎样才能实现？俄罗斯物理学家认为：欧洲的大型强子对撞机，可用来帮助进行“时间旅行”。但启动这种超级功能，只会发生在对撞机能量满负荷运行时。现在仅仅是一种设想。
大家都知道，关于“时间旅行”的科幻电影，离不开一个能耗极高的巨型机器，这台机器能打开一个穿越第四维时空的通道，也就是“时间隧道”。一个改写时间的勇敢旅行者，或许有些莽撞，但他完全可以踏进“时间隧道”前往下一个未知的时代……这个概念，现在已不属于空想，而有些“脚踏实地”，因为在一些物理学家的计算中不断出现。
很多物理学家在为进入“时间隧道”做着努力，并为此设定了一个新名词――“虫洞”。他们的基本认识是：任何物质都不是彻底平滑没有空隙的，如果近距离看，一样会发现上面有小洞和裂痕，这是一个基本的物理法则，就连时间也是如此。
虫洞，就是一些细小的通道，也可以说是穿越时空的“捷径”。它们在整个量子世界中不断地形成、消失、再形成连接。在最小的刻度下――比分子甚至原子都小，我们来到一个称为量子泡沫的地方，这便是虫洞存在之处。但这些真实存在的“时空隧道”，只有10的负33次方厘米大小。可这么小，人类根本不可能借此通行呀！
有些科学家认为，人类可以截获这样一个虫洞，然后将它扩大数亿亿亿倍，足以让一个人、甚至是一艘太空船从中通过，只要有足够的能源和超前的科技，或许还可以在宇宙中制造出巨大的虫洞来。
按照理论物理学的解释，虫洞是连接不同时间和空间的隧道，它的入口可能只有一粒尘埃那样大，也完全可以有一座房子、一颗行星，甚至有一颗恒星大。
到目前为止，这仅仅是一种不断升级的设想，或许很难实现。但如果真的可行，那将是一项非常了不起的创举，它的一端在距离地球不远的地方，另一端则位于一颗离我们无比遥远的行星附近。
“时间机器”，渐行渐近的科学构想
如果说，早些时候“时间旅行”还被认为是科幻小说里的幻想，今天，它已突然成为理论物理学家最宠爱的项目。在20世纪以前的科学界，“时间旅行”一度被认为是歪理邪说；但21世纪来临后，完全不同了。加利福尼亚技术学院著名物理学家基普？索恩曾在他的演讲中说道：“时间旅行曾是作家的专属领域，严肃的科学家像躲避瘟疫一样避开它。可如今，在严肃的科学期刊中，可以经常看到优秀理论物理学家撰写的对时间旅行的分析文章。”
源于“时间旅行”概念的推出，很多科学家正在设计各种各样的“时间机器”。最主要的一种就是欧洲的大型强子对撞机，对撞机建成于2008年秋季，位于法国和瑞士交界处。科学家们试图用接近光速的速度让质子束相撞。正如所料，此设备可以提供有关粒子和能量在太空运行的新契机，以及模拟大爆炸后宇宙的再生条件。
对撞机启动后，人们害怕形成可以吞噬地球的巨型黑洞。但是科学家们很快发表声明说，运行粒子对撞机可能造成的黑洞非常有限，这些黑洞要么小得用显微镜才能看到，要么大得可以让人们穿越时空，仅仅能成为“时间旅行”的工具而已。
这个新奇的观点，是由两位斯捷克洛夫物理和数学研究所的博士提出的；一位叫伊丽？阿雷菲耶娃，另一位叫伊戈尔？沃洛维奇。沃洛维奇说：“‘时间旅行’符合现论数学物理的原理。而当高能量的粒子相撞时，就有可能使这种‘虫洞’出现，甚至将‘虫洞’有一定限度地放大。但应该看到，依靠现有顶尖技术，即使能量再高，也是有极限的。这就是说，欧洲大型强子对撞机未来一旦成功爆发出足够能量，或许是促成‘时间机器’出笼的直接原因。”
科学家指出，要想造出这样的“时间机器”，必须让时间和空间像一个圆环一样封闭，大型强子对撞机能做到这一点。而有关“虫洞”或“时间隧道”的入口大小，就像建设“时间机器”的起落机场一样，取决于它通航的时空路线和运送规模。毕竟，运送一个光子穿越时空与运送一群游客穿越时空，是完全不同的。
在物理性质方面，“虫洞”的入口与“黑洞”的入口非常相似。完全不同的是，人被“黑洞”吸走就回不来了，而穿越“虫洞”之后，你还可以再回来。有些科学家预测，通过穿越“虫洞”，你可以到另一个星系或另一个宇宙，甚至你也可以回到过去。
“回到过去”，最终被否
“回到过去”，这简直有点儿不可思议。新的物理理论假想是这样的，如果“虫洞”的两个端口，设置的地点相同，但时间不同，那飞船穿越虫洞之后，你将回到遥远的过去，或许遥远年代的恐龙还可以目睹这艘飞船的从天而降。
但是，“回到过去”的“时间旅行”，本身就存在问题――一个人通过虫洞，可以看到他一分钟以前的自我吗？如果他利用虫洞向以前的自我开枪，会发生什么事情？他现在已经一命呜呼了，那又是谁开的枪呢？这是一个说不清的悖论。有这种“时间机器”，就完全违反整个宇宙所遵循的基本规则。
回到过去的时间旅行，应该永远不会上演。对于寻找恐龙的人来说，这会令他们大失所望；对于历史学家而言，他们可以彻底解脱了。
其实，时间就像河流，我们每一个人仿佛被时光的流动无情地卷走。从“虫洞”回到过去？此路显然不通。时间就是一条直线，向前奔流，永不回头。时光以不同速度、在不同地点流动，人倒是完全可以搭上前行的一班车，找到通向未来的“金钥匙”。
“快与慢”：问题的核心所在
“时间机器”一词，最早出现在1895年威尔斯的小说《时间机器》里，那时的设想只是作者的幻想，直到狭义相对论与广义相对论相继问世，这一设想开始有了一定的物理学根据。
1975年，美国马里兰州大学的卡洛尔？阿利教授制造了两个原子钟，将其中一个放在地面，另外一个放在飞机上在空中飞行数小时。当机载的原子钟回到地面时，阿利教授将两个原子钟进行了对比，结果发现，地面上的原子钟比空中的慢了不到一秒的时间。再如，每一艘太空飞船内部都有一台运行精确的钟表。虽然如此精确，但每天仍会比地球快十亿分之一秒左右。
100多年前，爱因斯坦最早提出了“快与慢”这一概念。他认为，世上应该存在让时间慢下来的地方，以及让时间加速的地方。霍金说，在近地球的太空范围，越靠近地球，越会使时间变慢一些。科学研究发现，物质会减缓时间运行速度，就像是河的下游一样。物体越重，对时间的阻力越大。这种惊人的事实，为通向未来的时间旅行开启了大门。
恰恰在银河系中心，距离地球2.6万光年远的地方，拥有银河系中最重的天体――一个质量相当于400万个太阳的超大质量黑洞，在自身引力作用下，它被压缩为一个点。这样的超大质量黑洞，对时间具有显著的影响，令时间变慢的速度远远超过银河系中的任何物体。这个超大质量黑洞，是一台“天生的时间机器”。
如果某个航天机构正在控制从地球发射的探测器，他们会发现绕运行轨道一圈的时间为16分钟的地球时间。对船上的勇敢者来说，因靠近这个超大质量物体，相对地球时间就会慢下来。在这里，引力影响远比地球引力来得更极端。机组人员的所用时间（参照地球）将会减慢一半。原本每圈要耗费地球时间16分钟，他们其实仅经历了8分钟，因为那里的时间走得非常慢，秒针慢腾腾的，像被什么东西拉住了。
想象一下，当飞船及机组人员绕这个黑洞运行5年的地球时间时，地球上已经过去了10年。当他们回到家乡，地球上的人比他们老了5岁。所以，超大质量黑洞，就是一台变形的“时间机器”。
接近光速，飞向未来
以接近于光的速度飞行，可以将人类送达未来世界，走入宇宙新家园。这是科学家最大的梦想。人类先在地球上建造货真价实的“时间机器”后，然后在里面装载着巨量燃料，令其加速至接近于光速，在全负荷动力运行下，无故障地驶出太阳系，最短仍需要6年时间。
由于酷似“时间机器”的飞船比较庞大和沉重，最初的加速度相对平缓。随着时间的推移，飞船速度非常快。一年以后，到达系外行星。两年后，它的速度将达到光速的一半，距离太阳系越来越遥远，再过两年它可能会已经达到光速的90%。在发射4年后，飞船距离地球48万亿公里远，这意味着飞船将开始“时间旅行”，飞船变成了“时间机器”。届时，它的速度接近于光速，在船上待1天，相当于在地球上待两天。
再经过另外两年全负荷动力飞行，飞船将到达其最高速度――相当于光速的99%。在这一速度下，在船上待1天，那就意味着在地球上度过1年的时间。飞船确实“飞进”了未来世界。从理论上讲，这意味着我们一生当中可以跨越无尽的距离。
遐想一下，当人从太空再次返回地球、走出飞船时，你也许只衰老了7岁，可是地球却已经过去了难以数计的万年历程。所以从某种意义上说，你穿越时空来到了地球的未来。
“时间机器”，或仅仅是一种伟大的梦想
“穿越时空”，前往未来是有可能性的，但目前人类文明远远达不到这个能力。一些美国科学家说，“时间机器”纯粹只是一种伟大的梦想而已。打开“时间隧道”，进入“虫洞”，需要一颗恒星的能量，人类眼下无法办到。
美国纽约城市大学物理学家、《多维空间》和《平行世界》一书的作者米奇奥・卡库说：“虫洞能通向未来，但我们必须非常谨慎，操作一台‘时间机器’所需的‘汽油’，远远不是我们的现代科技所能控制的事。”
卡库解释称，在时空结构中制造出一个“虫洞”，所需能量非常巨大，或者需要掌控负能量，这显然都不是人类可以办到的事情。
关键词：新课标 情感态度与价值观目标 校本教程
当前我国的高中教育正处于如火如荼的改革期，各门课程都在进行着深刻的变革，新的教育理念提出了旨在全面提高学生素质的三维教育目标，即：“知识与技能目标”，“过程与方法目标”，“情感态度与价值观目标”。传统的高中物理教育在实现“知识与技能目标”时，显示了很强的优势，培养出来的学生也确实能在各项考试中获得不错的成绩，但后两个目标却常在教学中被很大程度地忽视，这当然与我们现今提出的新课程新理念相抵触。要实现后面两个目标，每一门课程都有各自的方法。对于物理这一科来说，把物理学史教育引入高中物理教育，无疑是当前物理教育实现后两个目标的重要方面，具有重要的作用和意义。这是因为物理学史不仅记述了历史上物理实验和理论的发现和发展过程，更记述了物理学家的心理思维活动，反映了他们对待科学的兴趣和态度，品德和情操，以及科学家在科学方法上的创新和思维上的突破。把物理学史引入物理教学，适当再现物理概念和物理规律的形成和发展的历史过程，让学生体会到物理学家的学术思想、学术成就、高尚品德，无疑会深刻促进学生在科学素质和科学情感方面健康成长，使学生成为德、识、才、学诸方面全面发展的创造型人才。我国著名物理学家钱三强先生很早就论述过在物理教学中引入物理学史的意义：“物理学发展史是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地，这块宝地很值得我们去开垦，这些精神财富很值得我们去挖掘。如果我们都能重视这块宝地，把宝贵的精神财富挖掘出来，从中吸取营养，获得效益，我想对我国的教育事业和人才培养都会是大有益处的。”
由此看来，为了更好地贯彻实施素质教育的思想，培养和造就创造型人才，增强物理学史教育这一薄弱环节，让物理学史教育真正融入高中物理教育就显得非常重要了。笔者就近年在这方面的思考，结合教学中渗透物理学史教育的体会，提出几点在新课程高中物理教育中提高物理学史教育质量的建议：
1．物理教师应该加强物理学史的学习，弥补自身物理学史知识的欠缺，提高自身的物理学史素养
在上世纪应试教育起主导起作用的八、九十年代，有些师范大学虽然开设了物理学史课程，但比起那些纯物理知识，比如三大力学、光学、电磁学、原子物理学等等，物理学史的学习被不同程度地忽视。这样的大学物理教育最终导致了从师范大学出来的物理教师物理学史知识的欠缺。然而，众所周知，能否发挥新课标教材的教育功能，关键就在于教师。教育界有一句话说得好：“要给学生一碗水，必须自己有一桶水。”为了有效发挥物理课程中涉及物理学史部分的教育功能，物理教师自身就必须具有较高的物理学史素养，这就要求物理教师充分阅读物理学史书籍，自觉地加强物理学史的学习，弥补大学阶段物理学史知识的欠缺。只有这样，才能在掌握物理学史知识的基础上，从认识论和方法论的角度，把握物理科学的发展轨迹与规律，才能挖掘物理学史的教育功能，在物理教学中才能自如地引入物理学史知识。
2．在课堂教学中渗透物理学史教育时，要注意处理好物理学史教育与其他方面教育的三大关系
（1）要处理好物理学史教学与知识、技能教学之间的关系
在有限的课堂教学40分钟时间内，教师不可能将物理学史作为专门的知识来讲解，只需要在讲到某物理知识的时候，顺便介绍一下历史上发现该物理知识的相关背景；在讲到某个物理规律的研究方法的时候，顺便讲讲历史上物理学家们的研究历程和各位物理学家的研究思路，尽量还原当时的研究过程，让学生觉得好像在与物理学家们一起进行研究，达到身临其境的感觉。
（2）要处理好各物理学史教学内容之间的关系，适时地进行不同内容的讲述
比如，在课堂教学中，每遇到一个新的物理学家或者某个物理人物时，都对他们做个简单的介绍，包括他们的生平和贡献；又比如在讲到万有引力一章中，对于天体运动的研究历程，可以着重介绍一下第谷的勤奋观察和开普勒的严谨计算的故事。总之，在课堂教学中，什么时候讲人物，什么时候讲故事，什么时候讲科学发现过程，都应该秉着适时的原则，让物理学史教育在课堂教学中得到自然的渗透。
(3)要处理好物理学史教育和思想品德教育及智育之间的关系
在物理学史中有很多科学家的感人事迹都可以作为培养学生科学精神的素材，而科学家们的研究过程，不管是成功的还是不成功的，对启迪学生的思维，发展学生智力都有很大的好处。所以物理教师在教学中应该敏锐地抓住这些物理学史的内容，大胆地生发开去，努力通过物理学史来进行思想教育和智育。
教师对以上三个关系的认识、协调与处理，既是提高物理学史教学质量的基础，也是保证其健康发展的条件。只有真正解决好物理学史教育与其他方面教育之间的关系，才能保证物理教学质量的全面提高，才能促进学生思想品德、科学素质、智力和操作技能的均衡发展，而不致走向顾此失彼、矫枉过正的偏颇境地，甚至阻碍物理学史教学的正常发展。
3．广泛开展物理学史教学实践研究，改进教学方法
由于轻视物理学史教学，目前物理学史教学方法较为落后，一般仅限于讲科学家故事或者是“贴德育标签”（即在讲完故事后，加上几句口号）的传统教学方法，这显然不符合物理学史教学目标的要求。为此，必须引导广大教师重视物理学史教育，有计划地组织物理教师在教学实践中大力开展物理学史教育研究，深入分析教材内容，适当补充和引入科学史料和科学研究背景，积极改进教学方法，达到学科素质教育的目的。目前，中学物理教材中物理学史内容所占比例较少，其中的内容仅限于科学家故事，或者教材仅用极其简短的语言描述历史上的研究背景。因此，教师应在备课时对教材的每一节中涉及物理学史的内容进行详细的分析，适当补充有关科学探索的背景、科学发现的过程以及方法论方面的物理学史材料，挖掘教材的教育功能。同时以现代学习理论为指导，提高学生学习的兴趣和能力，促使学生主动学习科学发展的历史，领会科学精神，陶冶科学情感，掌握科学思维方法，培养良好的科学行为。
4. 积极开设物理学史讲座，并举办物理学史知识竞赛
一般情况下，第二课堂和课外活动大都对学生有比课堂教学更大的吸引力，学生也从心理上对第二课堂和课外活动中的内容产生更大的兴趣，所以，教师应该尽量利用好物理第二课堂时间，积极开设物理学史讲座，讲座的内容可以很广泛，比如科学家的传记故事，历史上对某某定律的实验研究史实等等，学生在听这些内容的过程中，会得到科学精神方面的教育。如果教师能配合讲座，举办一两次物理学史知识竞赛，则更能极大地调动起学生了解物理学史、学习物理学史的热情。
5. 在考试中渗透对物理学史知识的考察
现代教育理论告诉我们，好的教育评价能有效地指引教育的导向。为了让学生更加重视物理知识获得的过程，而不仅仅局限于学习教材上现成的物理学“终结”结果，一个有效的措施便是在物理考试中渗透少部分对物理学史的考察，这不仅促使教师在教学中加入物理学史教育，注重定律和规律发现的过程，也使一张张物理试卷变得更加丰富，更有效地评价学生的全面素质。
6. 积极编写适合本校的物理学史校本教程，给学生提供充分的阅读资源
由于现阶段各种高中物理教材中关于物理学史的内容比较少，而在较短的教学时间内又不能开设专门的物理学史课程，也没有必要让学生阅读专门的物理学史教材，系统地学习物理学史。但为了给学生更充实的物理学史阅读材料，较全面地了解所学的物理知识在历史上的研究过程，物理教师可以针对校情和学情，分文理科自己编写紧配教材的物理学史校本教程或物理学史读本，并在课内外给学生积极引导，必定能融文理艺术于一体，使学生的物理视野更加开阔，也使学生的素质得到全面的协调发展，优化学生的知识和智能结构。
综上所述，物理学史的教育功能是强大的，也是多方面的，只要我们物理教育工作者善于开发、大胆创新，并灵活运用于教学活动中，就一定能让物理学科的教育改革更为丰富，就一定会有一个“全面+特色”的物理学世界活跃于校园，使我国的高中物理教育面向现代化，面向世界，面向未来。
参考文献：
