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众所周知,物理学的发展、物理思想的进化是一个由浅入深、逐步深化的过程,而在漫长的物理学史中,“统一“无疑是一个核心线索。事实上物理学经历了若干次非常重要的统一节点,每次统一都建立起来了蔚为壮观的物理学大厦。
物理学的第一次统一可以追溯到17世纪,被誉为“天空立法者”的开普勒利用他的老师、“星王”第谷精确的天文观测数据,提出了开普勒行星三大定律。被誉为“近代科学之父”伽利略通过斜面实验,总结出了惯性定律和自由落体定律。
随后天才的牛顿横空出世,利用他所发明的数学利器——微积分,将开普勒和伽利略的研究成果最终统一到了牛顿三大定律和万有引力定律的框架中,从而把从天上到地下、一切物体的变化运动统一到了经典力学(或叫牛顿力学)的体系之下,实现了物理学的第一次统一。牛顿也因此成为物理学统一之路的第一人。
杨振宁先生曾经说过:“牛顿无疑是伟大的,但牛顿同时也是幸运的,毕竟在人类历史上建立第一套物理学理论体系的机遇是可遇而不可求的。”
在牛顿之后,沿着实验物理、唯象模型、理论物理到数学物理的物理学进化历程,物理学走上了如下的统一之路。
1. 麦克斯韦方程组实现了电、磁、光的统一。
2. 统计物理学实现了宏观与微观的统一。
3. 狭义相对论实现了时空成一统。
4. 质能方程实现了物质、能量的统一。
5. 广义相对论实现了时空和物质、能量的统一。
6. 量子力学实现了波粒成一统。
7. 粒子物理的标准模型实现了弱电、强相互作用的统一。
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