从万有引力定律说起
“自古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的现象便吸引了他们的注意，智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘。到了17世纪，牛顿以他伟大的工作把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功地解释了天体运行的规律。时至今日，数千颗人造卫星正按照这个科学定律为它们‘设定’的轨道绕地球运转着。牛顿发现的这个科学定律取得了如此辉煌的成就，以至于‘阿波罗’8号从月球返航的途中，当地面控制中心问及‘是谁在驾驶’的时候，指令长是这样回答：‘我想现在是牛顿在驾驶’。”
其中的这个科学定律就是对人类智慧影响至为深远，在天体运动中起着决定性作用的万有引力定律（Law of Universal Gravitation）。它的发现使牛顿的经典力学走向了颠峰。万有引力定律清楚地向人们揭示了复杂运动的背后面隐藏着简洁的科学规律，它把地面上苹果落地和天空中日月星辰的运转现象统一了起来。它在人类开拓太空的过程中起着举足轻重的作用，海王星的发现，哈雷慧星的周期性回归，人类登上月球和空间探测器探索外星等，万有引力理论都是这些天文学和空间技术的基础。这是人类第一次揭示了自然界中一种基本相互作用的规律。万有引力的发现，在文化发展史上也有重要的意义。在牛顿时代以前，人们认为天体的运动隐藏着不可认识的规律，而牛顿的出色工作使人们建立了信心：人类有能力理解天地间的各种事物。这种信心解放了人们的思想，在科学文化的发展上起到了积极的推动作用。
万有引力定律发表在牛顿的传世之作《自然哲学的数学原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica）一书中，这本书被法国天文学家、数学家拉普拉斯（Pierre-Simon marquisde de Laplace，1749～1827）誉为一座永垂不朽的深邃智慧的纪念碑，给予了人类智慧以光荣。作为自然科学的分支———物理学（Physics），是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的，以实验为基础的自然科学，起始于伽利略（Galileo Galilei，1564～1642）和牛顿的年代。而《自然哲学的数学原理》一书的发表，标志着经典力学以及经典物理的诞生。经典物理的三大支柱为牛顿力学、麦克斯韦电磁场理论以及热学（Thermology）。经典力学已经在人类的历史上取得了辉煌的成就：从自行车的运动到天体的运转，从拦河的大坝再到滚动的足球，等等。牛顿的经典力学体系能成功地解释物体的机械运动和利用这些自然法则，使我们认识到了这个世界所隐藏的规律。18世纪中叶，蒸汽机的改进和广泛应用得益于热学的研究。蒸汽机的广泛使用，促进了手工生产向机械化大生产的转变，并使路上和海上大规模的长途运输成为可能。热学使得人类合理的认识并利用各种资源。17、18世纪，牛顿力学和热学理论的发展，标志着物理学发展上的第一次突破，推动了第一次工业革命。
到了19世纪，物理学有了第二次突破。法拉第（Michael Faraday，1791～1867）的电磁感应定律使人们进入电气化的时代，开辟了一个巨大的工程领域，使人类社会进入应用电能的时代。这就是第二次工业革命。而麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831～1879）电磁理论的建立揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的一次大综合，并预言了电磁波的存在。他的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。
可是随着人类文明的向前发展，人类对物理学的认识已不限于此，因此近代物理诞生了。物理学已经发展成为了有众多分支，令人们尊敬和喜爱的学科。所以，当前物理学已有了两个大的部分：经典物理学和近代物理学。近代物理学是以普朗克（Max Planck, 1858～1947）提出的量子论发展起来的量子力学（Quantum Mechanics）和爱因斯坦（Albert Einstein，1679～1955）的相对论（Relativity）为支柱。物理学以由先前的宏观到微观、低速到高速、弱引力到了强引力的研究。因此，经典物理学与近代物理学存在着包含关系，即近代物理学包含了经典物理学，经典物理学可以认为是在近代物理学下的一种特殊情况。新的理论并没有否定旧的理论，只不过明确了原有理论是适用范围。不过量子力学和相对论是属于哪一种试用范围更加广泛的理论，目前还不知道，爱因斯坦晚年也为此作了很大的努力。
量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它为我们揭开了微观粒子的内部作用秘密，半导体由此而生，就有了集成电路。因此现在的许多高科技产品，如MP3、手机、笔记本电脑等，都是以量子力学作为基础，从而衍生出现代的高科技技术，使得我们的生活日新月异。因此，许多高科技产业都离不开量子力学的理论支撑，可以说，没有量子力学就没有现代技术，也就没有现代化的生活。
而爱因斯坦的相对论则向我们展示了一种全新的时空观，它冲击了牛顿的经典时空观。他先后提出了狭义相对论和广义相对论。它向我们介绍了当我们的速度变为光速时，我们周围所要变化的一切。狭义相对论把质量与能量，时间与空间, 物质与运动统一了起来，这是物理学上的一场真正的革命。由狭义相对论导出的质能方程E=mc^2被誉为改变世界的方程式，它表明了质量与能量的关系，也揭示了原子核内蕴藏巨大能量的秘密，于是人类制造出了原子弹（Nuclear Weapon）这一杀伤力强大的武器。而广义相对论（General Relativity）指出所有非惯性系和有引力场存在的惯性系对于描述物理现象都是等价的，把理论推广到了一般情况。因此，狭义相对论和牛顿的万有引力定律成了它的一种特殊情况下的理论，也开始了人类对引力本质的探索。广义相对论导致了一门新学科的诞生，那就是现代宇宙学（Cosmology）。现代宇宙学是天文学（Astronomy）和物理学的分支学科，它从整体的角度研究宇宙的结构、运动和演化。爱因斯坦根据他的场方程提出了自己的宇宙模型，之后，其他科学家相继提出了很多其他的宇宙学理论。从宇宙膨胀论到大爆炸宇宙论（Big Bang Theory），从等级式宇宙论到物质反物质宇宙论，人类开始了宇宙学的激烈争论。因此，研究宇宙的整体结构，从爱因斯坦创建广义相对论开始，就有了强有力的理论做指导。广义相对论使人类的文明迈上了一个崭新的台阶，爱因斯坦也成为了继牛顿之后最伟大的物理学家。
相对论和量子力学的建立标志着物理学的第三次突破，人们逐渐认识高速运动物体和微观粒子服从的运动规律，并推动了基本粒子的研究。近代物理以雷霆万钧之势将世界带入高科技时代，促进了半导体（Semiconductor ）、核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）、激光等新兴技术的发明和发展，许多边缘学科发展起来了，现代科学技术正经历一场更伟大的革命。人类进入了原子能、电子计算机、自动化 、半导体、激光、空间科学等新技术的时代。
而当前物理学的任务是用一个终极理论（The Theory of Ultimate）将物理学统一起来。在物理学中，终极理论又称万有理论，是20世纪60年代以后，量子论物理学家们提出的一个标准模型理论。物理学家们即将把引力（Gravitation ）、电磁力（Electromagnetic Force ）、强相互作用（Strong Interaction）与弱相互作用（Weak Interaction ）用单独一项数学定律来描述。目前，理论物理学家已基本把其中三种基本相互作用统一起来了，物理学家一直在做着把引力像其他三种力那样也统一到一起的努力。如果这样的工作完成了，建立起来的大统一理论，就是一种能够解释宇宙全部现象的终极理论。这也就像麦克斯韦电磁场理论能够解释一切电磁现象一样，将是所有自然界的基本定律的集大成者。
时间还在向前，社会还在发展，历史还在演变，我们相信人类的好奇心绝不满足已有的知识，还会继续探索着大自然的奥秘。爱因斯坦曾说过：“一个人最完美、强烈的情感来自面对不解之谜。”科学与我们的生活息息相关，正不断地改变着我们身边的一切，我们坚信随着物理学等基础学科不断地向前的发展，我们的地球文明会变得越来越高度发达，越来越多的迷将会被解开，我们的生活将会变得更加方便，我们对整个宇宙的认识也将会达到一个更高的高度。也许，古埃及的金字塔真的是地外文明的遗迹；也许，我们也像《楚门的世界》（The Truman Show）中的楚门一样，不知觉地生活在别人（或许是更高维是生物）设计好的世界中，被他们看着，而我们一点未发觉，也许……是的，总有一天，这一切将会揭晓，总有一天，我们将会知道，正如著名理论物理学家霍金（Stephen William Hawking，1942～）所说的：“我们的宇宙从哪里来，到哪里去？宇宙的外面是什么？时间的本质又是什么？这类谁也无法肯定回答的问题，将会变得像地球围绕太阳转那样简单。”
“自然界的秘密不是那些科学大师们独享的事物，而是紧密交缠在人类的历史与未来，政治与宗教，命运与梦想之中。”
2009年6月6日
参考文献：
1.张维善等：《普通高中课程标准实验教科书——物理》；北京：人民教育出版社，2008
2.赵凯华：《新概念物理教程——量子力学》；北京：高等教育出版社，2008
3.［英］史蒂芬·威廉·霍金著，许明贤、吴忠超译：《时间简史》；长沙：湖南科学技术出版社，1996
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