video:物理學發展史1--在這個影片中敘述了物理學千年來的發展歷程
數千年的物理學研究和發現塑造了世界。我們生活在今天，從我們一直使用的技術到改變世界的機器和發明，一直到我們對宇宙從大到小的認識。如果沒有物理學的進步，這些都不會存在。儘管我們已經發現了很多，但這些發現是在很長一段時間內發生的，其中一些甚至是偶然的。
古代理論
讓我們從公元前7世紀和6世紀的米利都泰利斯(Thales)開始吧。泰利斯是古希臘古風時期的數學家、天文學家，前蘇格拉底哲學家，希臘七賢之一。他與學生阿那克西曼德和阿那克西美尼是最早的伊奧尼亞哲學家。泰利斯也是歷史上記載的第一個用觀察和邏輯解釋自然現象的人，被後人譽為「科學和哲學之父」。他以嘗試透過理論和假設而不是神話來解釋現象而聞名。例如，雖然這對我們來說似乎是無稽之談，但他認為所有物質都是由單一物質組成的，那就是水。他可能沒有抓住這一點。但有些人相信他能夠預測公元前 585 年 5 月 28 日的日食。現在被稱為戴利日食的這次日食實際上中斷了並可能幫助結束了當時兩個當地王國之間的戰爭。現在快轉到公元前5 世紀，當時哲學家提出了一種新理論，即物質不僅由水組成，而是由多種元素組成，水是其中之一。其他元素是土、空氣和火。即使我們現在知道這些經典元素也是錯的，但它們確實與這四種物質狀態(固態、液態、氣態、電漿態)非常吻合。我們知道這些是一些古老的理論，相信多數人都知道這個故事從阿基米德的金王冠和浴缸開始。阿基米德
公元前3世紀的科學家工程師和數學家阿基米德，他對世界的貢獻比古代任何其他科學家都多，也許他最著名的貢獻是在洗澡時做出的。阿基米德不被允許將王冠熔化，而必須用計算的密度。有一天在他洗澡的時候發現水位上升的現象，利用這個原理來確定王冠的體積，因為王冠會在水中取代他自己的體積。然後他能夠使用質量除以體積來計算王冠的密度，並得出結論：製造皇冠的金匠參雜了銀導致王冠密度低於純金。他繼續對漂浮的物體進行研究，並繼續研究水下物體，他描述了所謂的阿基米德原理，該原理指出了流體中的物體如何受到向上的浮力，等於排出的液體的重量，這個原理就是為什麼在水中時你會感覺更輕，或者這有就是為什麼很難將一個衝了氣的沙灘氣球壓入海水當中。現在金冠的故事實際上已受到質疑，因為測量排水量所所需的精度以及如何測量。
但是阿基米德的這個故事的正確性其實仍然受到質疑，原因是要得到阿基米德原理，需要精確的測量體積，在阿基米德的時代要到要做到如此精確的測量是不太可能達到的。現在對於同樣的問題我們有另外一個解決的方案：將王冠懸掛在天平的一端，並在另一端用等量的黃金平衡，然後放置於水中時，由於王冠體積較大，王冠在水中會排出比金更多的水，因此會受到更高的浮力。使其更明顯地與銀混合現在物理學不僅僅是一門基礎科學，而且也是新物理學技術的基礎。今天的發現導致明天的新技術，這可以追溯到古代許多希臘人對機器的發展感興趣。例如阿基米德因發明各種滑輪和槓桿網絡而聞名，他的名言是給我一個支點，我將可以移動地球，這當然與槓桿放大作用力方面的機械優勢有關。利用機械優勢的機器使我們可以，只用我們自己的力量舉起一輛汽車。
一個值得注意的發明是阿基米德的爪子在第二次佈匿戰爭期間，他們利用機械優勢作為武器來保衛錫拉丘茲城牆的一部分，其確切設計尚不清楚，但它的工作原理有點像起重機，使用滑輪和槓桿將敵方船隻稍微舉出水面，導致它們最終被淹沒並下沉。簡單的東西都利用了這些原理，
阿爾哈珊(Alhazen, 965–1040年）
現在讓我們進到11世紀，一位名叫阿爾哈珊(Alhazen, 965–1040年），是伊斯蘭黃金時代的一位傑出科學家、數學家和哲學家，對光學、數學和天文學領域做出了重要)伊斯蘭黃金時代的傑出科學家，改變了我們對光的看法。 Alhazen的暗箱實驗（即針孔相機原理）是他光學研究中的一個重要實驗。他發現，當光線通過一個小孔進入一個黑暗的房間或盒子時，會在另一面形成倒置的影像。這一發現不僅幫助解釋了光的直線傳播，還為後來的照相技術提供了理論基礎。
註：Alhazen因其學術聲譽吸引了法蒂瑪王朝(北非伊斯蘭王朝)哈里發哈基姆的注意。傳說中，他曾被邀請到埃及，受命解決尼羅河泛濫的問題。然而，當他意識到自己無法完成這一任務時，為了躲避哈里發的怒火，假裝瘋狂。據說，他因此被軟禁多年，但正是在這段時間裡，他完成了他最著名的著作——《光學書》
在他之前大部分的科學家都認為眼睛會發出光，照射在物體上面，可是Alhazen透過實驗證明了光沿直線傳播，這些光線會從物體上反射，進入我們的眼睛，使我們能夠看到。他是第一個說光從物體傳播並進入我們的眼睛的人。但是他對彩虹的理論卻是錯的。他認為彩虹是太陽透過水滴反射的影像。直到1300 年，狄奧多里克(Theodoric of Freiberg)能夠對這種現像做出第一個正確的幾何分析。狄奧多里克使用球形燒瓶和玻璃球模擬降雨期間出現的水滴。他觀察到光線折射到液滴上，然後反射回來，或再次折射。儘管Alhazen並沒有直接促進我們對彩虹的理解，但狄奧多里克依靠Alhazen談到的光學來進一步了解彩虹。今天光學應用在醫學、望遠鏡、天文學、雷射技術、光纖電纜等等。
威廉·吉爾伯特（William Gilbert，1544–1603）英國醫生和科學家
2000年前人們就發現了指北針，儘管人們最終確實使用它們進行導航不，但是經過一千多年的時間沒有人知道指北針是利用什麼原理而發揮作用的。直到17 世紀之交，吉爾伯特認為地球本身就是一個巨大的磁鐵，這一理論挑戰了當時的主流觀點。當時的學者認為指南針的運行是由某種天體或北極有一個磁性的島嶼，不停地吸引地球上的指北針，而吉爾伯特通過實驗表明，地球的磁場是指南針指向北方的根本原因。磁石實驗：吉爾伯特利用了一個名為「磁球」的小型磁石球進行實驗，這是一個縮小版的地球模型。他發現，當將磁針放在磁球的不同位置時，磁針總是指向「北極」和「南極」的兩個固定點，這就像指北針在地球上指向地球北極一樣。他由此推斷，地球本身具有類似於磁石的性質，地球的磁場是指北針指向北極的原因。克里斯蒂安·伯克蘭（Kristian Birkeland）對提利爾號進行了改進，以進一步研究極光以及為什麼它出現在地球磁極附近。
威廉·吉爾伯特（William Gilbert）也從事電力方面的工作，事實上他被認為發明了"電"這個詞，許多人認為他是電氣工程之父。除了磁學，吉爾伯特還對靜電學進行了研究。他觀察到某些物質（如琥珀）在摩擦後能夠吸引輕質物體，這是早期電現象的觀察之一。雖然他沒有完全理解電的本質，但他區分了磁力和靜電力，這為後來的電學研究奠定了基礎。
伽利略
伽利略從比薩斜塔上扔下不同質量的球體，以表明它們到達地面的時間與質量無關，我們現在知道這是真的。基礎物理學被證明是準確的，許多歷史學家認為這個故事不可靠，伽利略實際進行的是一個思想的實驗。伽利略確實研究了擺，但也引入了相對性原理的概念。愛因斯坦對此進行了極大的擴展，進而發現了狹義相對論。伽利略指出定律物理學的原理在任何以勻速直線運動的系統中都是相同的，這意味著不存在絕對運動這樣的東西，全都是相對的。如果你坐在一艘以恆定速度穿過太空的火箭飛船裡，就沒有辦法確定你是在移動，還是實際上是靜止的。你的大腦可能會告訴你這些小行星現在正在經過一個靜止的觀察者，但是看再多看一些，你可能會說服自己，小行星是靜止的，而你正在穿過它們。伽利略這些工作不但為愛因斯坦提供了理論的基礎，也為牛頓的力學提供了基本的框架。
牛頓
1687 年牛頓出版了一本名為《原理》的書，奠定了經典力學的基礎，被認為是有史以來最有影響力的科學出版物之一。牛頓指出，引力將質量拉在一起。地球對你施加一個力，就像你實際上對地球施加一個力一樣。他解釋說，這種力遵循平方反比定律。因此，如果距離某物兩倍遠，引力就會減弱四倍。牛頓也對軌道物體和天體力學非常感興趣。長期以來，人們相信天體以完美的圓形軌道運行。但牛頓證明，實際上，由於控制重力的平方反比定律，會形成橢圓路徑。
事實上，牛頓也對光學領域做出了貢獻，他創造了光譜這個術語，以解釋白光進入棱鏡時出現的顏色。在研究期間，他發明了第一台已知的功能性反射望遠鏡或牛頓望遠鏡。他沒有提出這個想法，但似乎是第一個提出可行的想法的人。反射望遠鏡的設計非常簡單，並且沒有使用具有某些優點的透鏡。幾十年前，伽利略設計被稱為伽利略望遠鏡。他們使用折射而不是反射。它包含兩個鏡頭，可以將影像放置約 30 倍。但設計中的缺陷導致影像模糊或扭曲。然而，這些缺陷並沒有阻止伽利略能夠觀測月球或木星各衛星上的隕石坑。反射望遠鏡雖然不完美，但並不包含其中一些缺陷，例如不必要的折射，也稱為色差。
電容器
然後到了1700 年代，越來越多的研究是用電進行的，但請注意，當時沒有人知道電來自帶電粒子我們現在稱電子仍然是一百多年之後的事情，但這並不會阻止研究的進行事實上，電腦電話和其他電子產品中的關鍵電氣設備之一最早形成於1745 年，當時馮·克萊斯特(von Kleist) 井將金屬箔連接到玻璃罐的內表面，然後玻璃罐裝滿了水。目標是透過將水連接到可以產生電荷的發電機來充電。當克萊斯用手觸摸箔片時，他經歷了非常強烈的電擊，這可以說危及生命，但發生的事情是這個罐子用來儲存電力，這被稱為萊頓罐，這個名字對你們中的一些人來說可能不熟悉，但萊頓罐也被認為是有史以來第一個電容器電容器現在存在於各種電子產品中，它們的作用是存儲電荷大多數人參加基礎物理課可以期望通過這些學習一些基本的電路分析電容器的應用範圍很廣存儲圖表可用於表示數字系統中的二進制它可用於向激光器等設備提供大量電流和粒子加速器它們可以用作感測器。他們可以根據需要調整電源和高壓系統等等。
托馬斯.楊
艾薩克·牛頓在世時繼續前進。 他成為科學界非常有影響力的人物，很少人願意挑戰他的想法，這種情況甚至在他去世後仍然存在。 但他並非所有事情都是正確的，1700 年代末和 1800 年代初托馬斯·楊 (Thomas Young) 挑戰了艾薩克·牛頓 (Isaac Newton) 的光學觀點。 1678年，科學家克里斯蒂安·惠更斯實際上提出光是一種波，但艾薩克·牛頓無視這一點並提出了自己的理論。 艾薩克·牛頓將光視為粒子流，因為他可以利用運動定律來更好地描述它們。 1700 年代末，托馬斯楊 (Thomas Young) 捍衛了惠更斯理論，1804 年，所有懷疑都消失了。 實際上，他首先觀察了水波在波紋水箱中的表現。 他發現這些波要麼合併，要麼相互抵消，形成某種干涉圖案。 當他用光進行這個實驗並透過兩個小縫照射時，他看到了相同的圖案出現，證明光實際上是一種波。焦耳(1818 ~ 1889)
現在，1843 年詹姆斯·焦耳 (James Joule) 設計了一項實驗來測量熱的機械當量。 似乎熱傳遞與物理運動是兩種截然不同的事物。 但他最終證明這些是可以互換的，他所做的就是找到一個裝置，這樣你就可以轉動手柄，使兩個重物上升和下降。然後，這將轉動槳，攪拌容器內的水。 當重物落下時，焦耳注意到溫度計測量到的溫度上升。 在多次升高和降低重量後，他計算出大約 4.14 焦耳（能量單位）的數值，相當於一卡路里。 這是將一克水升高一度所需的能量，開爾文。 這有點偏差，因為我們現在知道每卡路里熱量約為 4.18 焦耳。 焦耳也表示能量並沒有消失。它只是以不同的形式轉移。這導致了熱力學第一定律的發展。<但在焦耳之前，1842年，一位名叫朱利葉斯·羅伯特市長的人寫了一篇論文，討論了能量不會被創造或破壞的概念，以及機械功和熱量的可互換性。 不幸的是，對於市長來說，他並不是一位真正的物理學家，而是一位醫生，因此他的論文被該領域的專家廣泛忽視。 他閱讀了其他實驗並利用自己的觀察提出了想法。 但火車並沒有以正確的方式展示他的發現，這導致了一些失望，當他幾年後發現焦耳獲得了許多主題的榮譽時，他多年前一直是焦耳的倡導者，他確實建立了自己的實驗，並且所有這一切 所以他並沒有竊取市長的想法。
但我們現在將這些發現歸功於焦耳，他甚至有一個以他的名字命名的能量單位，當然，現在熱力學已經在引擎設計、冰箱電源計劃等方面得到了應用。
馬克斯威爾(Maxwell) 1831 ~ 1879
然後，如果您找到有史以來最有影響力的方程，您找到的幾乎所有文章或影片都會包含馬克斯威爾方程。這些方程式告訴我們電和磁之間的關係。這些也預測了以光速在真空中傳播的電磁波的存在。 當我們用手機通話時，電磁波包含在空氣中傳播的訊號。它們包括可見光、微波、X射線、伽馬射線等。因此，基本上任何涉及光學、無線通訊、雷射等的事物的基礎都植根於馬克斯威爾方程組。馬克斯威爾方程式確實預測了所有這些類型的波的存在。 但此時，他們中的大多數確實還沒有被發現。例如，我們從未發送過無線電訊號或觀察過 X 射線。但在短短幾十年內，這些都將被發現。倫琴(1845 ~ 1923) X-射線
1880 年代末，物理學家倫琴正在研究真空管和電流通過真空管時的外部效應。有一天，當朗金對這些進行實驗時，他注意到實驗室的螢幕上出現了螢光效果。他推論是一種新射線產生了這種效應，因為當時這些效應仍然未知。他只是將這些稱為X-Ray，就像我們在數學中對未知數所做的那樣。他繼續他的調查，他終於看到了放射線圖像，這是他的骨骼在氰化鉑螢幕上閃爍的圖像。你可以猜到我們最終發現的就是我們現在所說的X射線。僅僅幾週後，他用這些 X光片給他妻子的手拍了一張照片，她對著這張照片驚呼我看到了自己的死亡。僅僅一年後，這種 X-Ray就被用於醫學影像。當然，今天仍然用於醫療和安全目的。憑藉這一發現，倫琴於1901年獲得了首屆諾貝爾物理學獎。
伽瑪輻射
倫琴的發現激發了人們對這些來自其他來源的 X 射線的存在進行更多研究，貝克勒爾(Becquerel) 是一位法國物理學家，他做出了自己的發現。起初他認為他所研究的某些磷光材料（例如鈾鹽）在暴露於陽光下時可能會發射X射線。他很快發現這是完全錯誤的，到底是否輻射來自鈾本身，而不需要陽光？順道一提，當時鈾被認為是一種無害的金屬，但這認知很快就改變了。貝克勒原本認為鈾鹽（含鈾的礦物）在陽光照射下可能會發出類似X射線的輻射。(註：他將包裹著鈾鹽的照相底片暴露在陽光下，期望看到感光效果。然而，由於天氣陰沉，他的實驗不得不暫停，貝克勒將包著鈾鹽的照相底片放在黑暗的抽屜中。然而，他後來發現，即使在沒有日光照射的情況下，鈾鹽仍然使照相底片感光。)這個意外的發現驗證了鈾本身能夠自發地發出輻射，這就是天然放射性現象。貝克勒的這一發現為後來居禮夫人進一步研究放射性鋪平了道路，最終導致了鐳（Radium）和釙（Polonium）的發現。
瑪麗·居里(Marie Curie) 和她的丈夫皮埃爾·居里(Pierre Curie) 可能是科學界最著名的夫婦，與貝克勒爾一起因其在放射性方面的工作而榮獲諾貝爾獎。現在我們以貝克勒爾的名字作為輻射量的測量單位，一克的放射性核種，若每秒有一個原子衰變，其放射性活度即為1貝克(Bq)，例如，一克的鐳-226放射性活度有\(3.7 \times 10^{10}\) Bq。他們三人發現釷也具有放射性。居里夫婦還發現了兩種新的放射性元素釙（以瑪麗居里長大的波蘭命名）和鐳。 1903 年，居里夫婦和貝克勒爾夫婦因其在放射性方面的工作而獲得諾貝爾獎。幾年後，皮埃爾·居里 (Pierre Curie) 於 1906 年去世，他因發現居里點而聞名，居里點是磁鐵失去磁性的溫度。 1911 年，瑪麗居里成為第一位獲得兩項諾貝爾獎的人，一項是物理學獎，另一項是化學獎。近代物理
拉塞福(1871 ~ 1937)領導團隊成功地證實在原子的中心有個原子核，創建了拉塞福的原子模型。同時拉塞福也開始研究鈾。他發現了兩種類型的輻射，一種可以被一張薄紙阻擋，這種輻射是由兩個質子和兩個中子組成的阿爾法輻射。這在當時並不為人所知。另一種可以直接穿過紙張，但會被鋁之類的東西阻擋。這被稱為貝塔輻射，暴露在其中要危險得多。我們將討論三種輻射中最危險的是伽馬輻射(\(\gamma\)-ray)，它是由 Paul Villard 於 1900 年發現的。這種伽馬輻射來自鐳，這是居里夫婦最近發現的。伽瑪射線不是由亞原子粒子組成，而是由非常高能量的電磁波。伽馬射線只能被鉛和鐵等較厚的屏障阻擋。它們很危險，因為它們的波長極小且能量高。它們可以與人體細胞相互作用，導致疾病甚至癌症。 伽馬輻射也用於製造核武。儘管核武和輻照讓這項研究看起來很負面，但放射性也可用於核反應堆，目前核反應器佔世界發電量的14%。放射線在醫學上用於診斷和治療疾病。例如，放射治療是我們使用放射線來專門殺死或減緩癌細胞的生長。現在我們即將進入 1900 年代，物理學取得了令人難以置信的發展。你會注意到，我們對各種極端情況的理解，例如非常大、非常小、非常冷和非常快，在未來幾年都會顯著改善。1900年之後發展的物理學我們現在稱為近代物理。