发明之源：物理学与技术

　　1物理学与技术的关系历史的回顾物理学作为一门基础科学，可以使人们很好地认识世界、了解自然。同时，它对人们改造自然、推动社会发展也起着极其重要的作用。技术体现了生产力的进步，与物理学有着十分密切的关系，它们之间总是相互作用，共同前进，从而共同改变了人类的生活，乃至整个世界。在经典物理学形成之初，技术的发展往往先给物理学以有力的帮助和促进。例如，眼镜发明于14世纪，当时人们是先有光学知识，还是先学会磨制镜片，今天不得而知。到了17世纪，人们无意中用两块镜片组成了望远镜和显微镜，却为物理学家。天文学家以至于生物学家提供了极好的观察工具。他们用这些简陋而新奇的工具来观察靠肉眼无法直接看到的外部世界和内部世界，并进一步研究光学成象的原理，几何光学由此得到发展。反过来，工程师和技师又根据光学原理设计制造了更为完善的光学仪器，物理学家借以测量光速，土木工程师借以测量地基，航海家借以确定航线。蒸汽机的发明是在已有的热学知识基础上作出的。17世纪前后，人们已经掌握了热胀冷缩、温度计量等基本知识，但是热学的科学体系并未建立。起初，蒸汽机的热机效率极低，大约只有5%。为提高蒸汽机的效率，工程师和科学家纷纷进行试验和理论研究。纽康门（T.Newomen）和瓦特（J.Watt）都曾对蒸汽机作过重大改进，但是由于没有掌握热机中能量转化的基本规律，始终未能找到理想的方案。只是等到19世纪前半叶，由于卡诺定理的提出和克劳修斯（R.Clausius）等人建立了热力学第二定律，才为蒸汽机效率的提高指明了正确道路。应该说，蒸汽动力的需求推动了热力学的发展，并为热力学提供了实际资料。所以对于热学来说，技术对物理学的推动作用是很明显的，总的说来，是热工技术在前，热学理论在后。先有实践，再有科学。这方面的实例，在自然科学的其他环节也可以找到，不过大多是在19世纪以前。电磁学的发展则正好相反。电磁学几乎所有的重大成果都是在实验室里首先取得的，都是先进行探索性研究，然后再应用到实际生活中去。伏打（C.A.Volta）在实验室里首先试验成功化学电堆，这才有可能在生产和生活中运用化学电池来获得稳定电流。奥斯特（H.C.Oersted）在实验室里发现了电流的磁效应，法拉第（M.Faraday）在实验室里发现了电磁感应，这才有可能出现第一台电动机和发电机。在这以前，找不到任何电磁学工程技术之先例。而其他各种电气设备的创制和改造，也无不是先在物理学家手里进行充分的实验研究和理论分析，掌握了严格的物理规律，并建立了严密的物理理论后，才有可能实现。相应的工程技术和生产工艺，也是按照已知的规律、在理论的指导下进行的，基本上是科学研究在前，工程技术在后。或者说是发现在前，发明在后。麦克斯韦（J.C.Maxwell）的电磁场理论和赫兹（H.R.Hertz）的电磁波实验为20世纪无线电事业大发展奠定了基础；固体和半导体理论指导了晶体管的发明和改进优的波动理论为以干涉仪为核心的光学精密计量技术提供了依据。在20世纪里大概很难找到不需要理论指导，盲目实践就取得成功的工程技术实例了。20世纪里，物理学成果对技术的影响莫过于爱因斯坦（A.Einstein）的质能关系E＝Mc平方，原子弹的威力和核能的利用皆与这一原理有关。爱因斯坦的受激辐射原理导致激光器的诞生，当然又是一个鲜明的例证。（摘自1－3页）

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