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经典物理学
2025-09-04
经典物理学(Classical physics)，是以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理体系。
由伽利略(1564—1642)和牛顿(1643—1727)等人于17世纪创立的经典物理学，经过18世纪在各个基础部门的拓展，到19世纪得到了全面、系统和迅速的发展，达到了它辉煌的顶峰。到19世纪末，已建成了一个包括力、热、声、光、电诸学科在内的、宏伟完整的理论体系。特别是它的三大支柱——经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学——已臻于成熟和完善，不仅在理论的表述和结构上已十分严谨和完美，而且它们所蕴涵的十分明晰和深刻的物理学基本观念，对人类的科学认识也产生了深远的影响。
分类
牛顿力学（经典力学）
内容：以牛顿运动定律为基础，研究物体的机械运动规律，包括物体的受力分析、运动状态的变化等，涉及质点、刚体、振动、波动等内容。
应用：广泛应用于宏观低速物体的运动分析，如天体力学中行星绕太阳的运动、汽车等交通工具的运动等。
热力学
内容：主要研究热现象和热运动的规律，包括温度、热量、内能等概念，以及热力学第一定律（能量守恒定律）、热力学第二定律（涉及热传递的方向性等）、热力学第三定律（绝对零度不可达到）等基本定律。
应用：在热机设计、制冷技术、能源工程等领域有重要应用，帮助人们提高热机效率、设计高效的制冷系统等。
统计物理学
内容：从微观角度出发，运用统计平均的方法来研究大量微观粒子组成的系统的宏观性质，将系统的宏观性质归结为分子的热运动及其相互作用，揭示宏观现象的微观本质。
应用：用于解释物质的热学性质、相变现象等，在材料科学中对研究材料的热稳定性、导电性等方面有重要意义。
经典电磁学
内容：研究电荷、电流产生的电场和磁场以及它们之间的相互作用，包括库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律等基本规律，以及麦克斯韦方程组等。
应用：在电力工程、通信技术、电子设备等领域有着广泛应用，如发电机、变压器的工作原理，无线电通信中的电磁波传播等。
光学
内容：分为几何光学和波动光学。几何光学以光的直线传播为基础，研究光在各种介质中的传播规律，如反射、折射定律等；波动光学则把光看作是一种波动，研究光的干涉、衍射、偏振等现象。
应用：在光学仪器制造、成像技术、激光技术等方面有重要应用，如显微镜、望远镜的设计，激光通信、激光加工等。
这些分支相互联系、相互补充，共同构成了经典物理学的完整体系，为现代物理学的发展奠定了坚实的基础。
历史
古代的物理思想萌芽
古希腊时期：泰勒斯被认为是西方第一位科学家和哲学家，他对静电和磁现象有一定观察。阿基米德发现了浮力定律和杠杆原理，他还对物体的重心等概念有深入研究，其著作《论浮体》《论平面图形的平衡》等为静力学奠定了基础。
古代中国：《墨经》中记载了许多光学、力学等方面的知识，如小孔成像、杠杆原理等。东汉时期的张衡发明了地动仪和浑天仪，对天体运动和地震现象有一定的研究和认识。
中世纪的缓慢发展
阿拉伯世界：阿拉伯学者在翻译和保存古希腊科学著作的同时，也进行了一些科学研究。如阿尔哈曾在光学方面有重要贡献，他的《光学宝鉴》对光的反射、折射等现象进行了系统研究，为后来光学的发展奠定了基础。
欧洲：在中世纪的欧洲，科学发展受到宗教神学的严重束缚，但仍有一些学者坚持对自然现象进行观察和思考。格罗斯泰斯特对光学和天文学有一定研究，他提出了一些关于光的传播和折射的理论。
近代经典物理学的形成与发展
天文学革命
哥白尼的日心说：1543 年，哥白尼发表《天体运行论》，提出日心说，改变了人们对宇宙的认识，打破了教会支持的地心说的统治地位，开启了近代科学的大门。
开普勒定律：开普勒通过对天体运动的长期观测和研究，发现了行星运动的三大定律，为牛顿万有引力定律的发现奠定了基础。
力学的建立
伽利略的贡献：伽利略通过对落体运动、斜面实验等的研究，发现了自由落体定律，提出了惯性原理的雏形，还发明了望远镜用于天文观测，他的工作为经典力学的建立奠定了基础，被称为 "近代科学之父"。
牛顿与万有引力定律和力学三大定律：牛顿在前人研究的基础上，提出了万有引力定律和力学三大定律，建立了经典力学的完整体系。他的《自然哲学的数学原理》标志着经典力学的成熟，使人们能够精确地描述和预测物体的运动。
热学的发展
热现象的早期研究：17 世纪，科学家们开始对热现象进行研究，如伽利略发明了温度计，用于测量温度。
热质说与热功当量的发现：热质说在 18 世纪占据主导地位，认为热是一种无质量的流体。后来，焦耳等科学家通过大量实验，确定了热功当量，揭示了热和功之间的转换关系，为热力学第一定律的建立奠定了基础。
热力学定律的建立：19 世纪，克劳修斯等科学家提出了热力学第二定律，指出了热传递的方向性等规律。随后，热力学第三定律也逐渐被提出，完善了热力学理论体系。
电磁学的辉煌
早期电磁现象的研究：18 世纪，科学家们对静电和静磁现象进行了大量研究，如富兰克林对雷电现象的研究，发现了电荷守恒定律。
电磁感应与电流磁效应：1820 年，奥斯特发现了电流的磁效应，1831 年，法拉第发现了电磁感应现象，为发电机和电动机的发明奠定了理论基础。
麦克斯韦方程组：麦克斯韦在前人研究的基础上，建立了麦克斯韦方程组，统一了电磁学理论，预言了电磁波的存在，标志着经典电磁学的成熟。
到 19 世纪末，经典物理学已发展成为一个相当完善的体系，涵盖了力学、热学、电磁学、光学等多个领域，能够解释和预测当时已知的大部分物理现象。然而，随着科学研究的深入，一些新的实验现象如黑体辐射、光电效应等无法用经典物理学解释，这促使了现代物理学如量子力学和相对论的诞生
