物理簡介
高中所學習的經典物理學力學知識由伽利略(1564—1642)和牛頓(1642—1727)等人於17世紀創立的經典物理學，經過18世紀在各個基礎部門的拓展，到19世紀得到了全面、系統和迅速的發展，達到了它輝煌的頂峰。到19世紀末，已建成了一個包括力、熱、聲、光、電諸學科在內的、宏偉完整的理論體系。特別是它的三大支柱——經典力學、經典電動力學、經典熱力學和統計力學——已臻於成熟和完善，不僅在理論的表述和結構上已十分嚴謹和完美，而且它們所蘊涵的十分明晰和深刻的物理學基本觀念，對人類的科學認識也產生了深遠的影響。
發展歷程
經典物理學代表人物-牛頓第一、經驗物理的萌芽時期(17世紀以前)
這一時期內我國和古希臘形成兩個東西交相輝映的文化中心。經驗科學已從生產勞動中逐漸分化出來，這時的主要方法是直覺觀察與哲學的猜測性思辨。與生產活動及人們自身直接感覺有關的天文、力、熱、聲、光(幾何光學)等知識首先得到較多發展。除希臘的靜力學外，中國在以上幾方面在當時都處於領先地位。
第二、經典物理學的建立和發展時期(17世紀初—19世紀末)
這時資本主義生產促進了技術與科學的發展，形成了比較完整的經典物理學體系。系統的觀察實驗和嚴密的數學推導相結合的方法，被引進物理學中，導致了17世紀主要在天文學和力學領域中的“科學革命”。牛頓力學體系的建立，標誌著近代物理學的誕生。經過18世紀的準備，物理學在19世紀獲得了迅速和重要的發展。終於在19世紀末以經典力學、熱力學和統計物理學、經典電磁場理論為支柱，使經典物理學的發展達到了它的頂峰。
普朗克曾在1924年做過一次演講。在演講中，他回憶1875年在慕尼黑大學學物理時，物理老師P．約里（Philipp von Jolly,1809-1884）曾勸他不要學純理論，因為物理學“是一門高度發展的、幾乎是臻善臻美的科學”，現在這門科學“看來很接近於採取最穩定的形式。也許，在某個角落裡還有一粒塵屑或一個小氣泡，對它們可以去進行研究和分類，但是，作為一個完整的體系，那是建立得足夠牢固的。而理論物理學正在明顯地接近於幾何學在數百年中所已具有的那樣完美的程度。”普朗克的另一位名師，柏林大學的G•基爾霍夫（Gustay Robert Kirchhoff,1824-1887）也說過類似的話，他說“物理學已經無所作為，往後無非在已知規律的小數點後面加上幾個數字而已。”儘管開爾文對物理學成就的評價言之過激，但他能夠在此萬晴空中發現“兩朵烏雲”並為之憂心忡忡，足見他富有遠見。物理學發展的歷史表明，正是這兩朵小小的烏雲，終於釀成了一場大風暴。
兩朵烏雲
打破經典物理學的愛因斯坦第一朵烏雲—— 邁克耳遜－莫雷實驗與“以太”說破滅
人們知道，水波的傳播要有水做媒介，聲波的傳播要有空氣做媒介，它們離開了介質都不能傳播。太陽光穿過真空傳到地球上，幾十億光年以外的星系發出的光，也穿過宇宙空間傳到地球上。光波為什麼能在真空中傳播？它的傳播介質是什麼？物理學家給光找了個傳播介質―“以太”。
最早提出“以太”的是古希臘哲學家亞里士多德。亞里士多德認為下界為火、水、土、氣四元素組成；上界加第五元素，“以太”。牛頓在發現了萬有引力之後，碰上了難題：在宇宙真空中，引力由什麼介質傳播呢？為了求得完整的解決，牛頓復活了亞里士多德的“以太”說，認為“以太”是宇宙真空中引力的傳播介質。後來，物理學家又發展了“以太”說，認為“以太”也是光波的傳播介質。光和引力一樣，是由“以太”傳播的。他們還假定整個宇宙空間都充滿了“以太”，“以太”是一種由非常小的彈性球組成的稀薄的、感覺不到的媒介。19世紀時，麥克斯韋電磁理論也把傳播光和電磁波的介質說成是一種沒有重量，可以絕對滲透的“以太”。“以太”既具有電磁的性質，又是電磁作用的傳遞者，又具有機械力學的性質，它是絕對靜止的參考系，一切運動都相對於它進行。這樣，電磁理論因牛頓力學取得協調一致。“以太”是光、電、磁的共同載體的概念為人們所普遍接受，形成了一門“以太學”。
但是，肯定了“以太”的存在，新的問題又產生了：地球以每秒30公里的速度繞太陽運動，就必須會遇到每秒30公里的“以太風”迎面吹來，同時，它也必須對光的傳播產生影響。這個問題的產生，引起人們去探討“以太風”存在與否。
為了觀測“以太風”是否存在，1887年，邁克耳遜（A．A．Michalson，1852－1931）與美國化學家、物理學家莫雷（E．W．Morley,1838－1923）合作，在克利夫蘭進行了一個著名的實驗：“邁克耳遜－莫雷實驗”，即“以太漂移”實驗。實驗結果證明，不論地球運動的方向同光的射向一致或相反，測出的光速都相同，在地球同構想的“以太”之間沒有相對運動。因而，根本找不到“以太”或“絕對靜止的空間”。由於這個實驗在理論上簡單易懂，方法上精確可靠，所以，實驗結果否定“以太”之存在是勿庸置疑的。
邁克耳遜一莫雷實驗使科學家處於左右為難的境地。他們或者須放棄曾經說明電磁及光的許多現象的以太理論。如果他們不敢放棄以太，那末，他們必須放棄比“以太學”更古老的哥白尼的地動說。經典物理學在這個著名實驗面前，真是一籌莫展。
第二朵烏雲——黑體輻射與“紫外災難”
在同樣的溫度下，不同物體的發光亮度和顏色（波長）不同。顏色深的物體吸收輻射的本領比較強，比如煤炭對電磁波的吸收率可達到80％左右。所謂“黑體”是指能夠全部吸收外來的輻射而毫無任何反射和透射，吸收率是100％的理想物體。真正的黑體並不存在，但是，一個表面開有一個小孔的空腔，則可以看作是一個近似的黑體。因為通過小孔進入空腔的輻射，在腔里經過多次反射和吸收以後，不會再從小孔透出。
19世紀末，盧梅爾（Lummer 1860－1925）等人的著名實驗―黑體輻射實驗，發現黑體輻射的能量不是連續的，它按波長的分布僅與黑體的溫度有關。從經典物理學的角度看來，這個實驗的結果是不可思議的。
怎樣解釋黑體輻射實驗的結果呢？當時，人們都從經典物理學出發尋找實驗的規律。前提和出發點不正確，最後都導致了失敗的結果。例如，德國物理學家維恩建立起黑體輻射能量按波長分布的公式，但這個公式只在波長比較短、溫度比較低的時候才和實驗事實符合。英國物理學家瑞利和物理學家、天文學家金斯認為能量是一種連續變化的物理量，建立起在波長比較長、溫度比較高的時候和實驗事實比較符合的黑體輻射公式。但是，從瑞利一金斯公式推出，在短波區（紫外光區）隨著波長的變短，輻射強度可以無止境地增加，這和實驗數據相差十萬八千里，是根本不可能的。所以這個失敗被埃倫菲斯特稱為“紫外災難”。它的失敗無可懷疑地表明經典物理學理論在黑體輻射問題上的失敗，所以這也是整個經典物理學的“災難”。
基本觀念
經典力學和機械決定論
由牛頓把它概括在一個嚴密的統一理論中，實現了近代物理學發展史上第一次理論大綜合。在l687年出版的《自然哲學的數學原理》中，牛頓提出了動力學的三個基本原理和萬有引力定律。利用變分法的數學方法和“最小作用量原理”的物理學基礎建立起了和牛頓動力學方程等價的歐拉—拉格朗日方程，並最終於1834年由英國的哈密頓(1805—1865)提出了哈密頓原理和正則方程，建立了“分析力學”理論，實現了牛頓後力學理論的一個最大的飛躍。
熱力學與能量和熵
能量守恆原理的建立，使物理學思想和理論結構獲得了輝煌的進展，是19世紀自然科學上的一個偉大勝利，也是近代物理學發展中的第二次理論大綜合。熵原理的發現，實際上把演化的思想帶進了物理學，指出了自然過程的不可逆性和歷史性。
在經典力學和電磁場理論中，基本物理定律中的時間都是對稱的、可逆的，它們的基本方程對時間反演都是具有對稱性的，運動對於過去和未來沒有本質的區別，時間在那裡僅僅是從外部描述運動的一個參量，它的變化對運動的性質並無影響。因而時間箭頭在那裡沒有實質性的意義。
“統計力學”這個名稱是1884年由美國物理學家吉布斯首先提出的。吉布斯在麥克斯韋和玻耳茲曼思想的基礎上，明確形成了“系綜”概念，創立了系綜統計方法。從而將熱學的唯象的和分子運動論的兩個基本的研究方向統一到一個有機整體之中，完成了統計力學這個經典物理學的又一次理論大綜合。
經典電動力學
1862年，麥克斯韋引入了一個電磁以太的準力學模型和“位移電流”假設，1864年提出了電動力學方程組，預言了電磁波的存在，井揭示了光的電磁波動本性。麥克斯韋的方案使媒遞接觸觀念得以完全實現，並使電磁學理論的全部物理基礎得以奠定，成為近代物理學發展中的第三次理論大綜合。
經典物理學的完成和局限
大約到了1895年前後，以經典力學、經典熱力學和統計力學、經典電動力學為三大支柱的經典物理學，結合成一座具有雄偉的建築體系和動人心弦的“美麗的殿堂”，達到了它的顛峰時期。
在力學方面，與機械觀相聯繫的絕對時間、絕對空間的概念以及關於質量的定義，都已受到普遍的批評，牛頓對於引力的本質問題也採取了迴避的態度。而牛頓力學的理論框架實際上必然要把引力看作是一種瞬時傳遞的超距作用，這與19世紀發展起來的場物理學是根本對立的。
在熱學方面，熵增加原理揭示的與熱現象有關的自然過程的不可逆性，反映出熱力學原理與經典力學和經典電動力學原理之間深刻的內在矛盾，而統計力學中引入的機率統計思想以及熱力學規律的統計性質，已使經典力學的嚴格確定性出現了缺口。
在光學和電磁學方面，作為光波與電磁波的傳播媒介的“以太”，其令人難以理解的特殊性質以及關於它的存在的檢測，都使科學家們費盡心血而一籌莫展。根據電磁學理論，可用空間坐標的連續函式描寫的場，是具有能量的不能再簡化的物理實在，這又與經典力學把運動的質點看作能量的唯一裁體的觀點背離。
牛頓在前人研究的基礎上，取得了非凡的成就。運動三定律和萬有引力定律成功地描述了天上行星、衛星、彗星的運動，又完滿地解釋了地上潮汐和其他物體的運動。此後人們認為自然界的一切已知運動都可以通過牛頓(經典)力學定律來解釋。因此牛頓(經典)力學被看作是科學解釋的最高權威和最後標準。而經典力學建立的過程，實質上就是實驗方法，邏輯思維方法與數學方法的建立和發展的過程。由此可以看出經典物理學中”經典”的含義。由著名的物理學家提出，經過反覆的實驗驗證，最後得出最具權威最為標準最為經典的結論。
