德国物理学家亥姆霍兹认为:“一旦把一切自然现象都化成简单的力,而且证明自然现象只能这样来简化,那么,科学的任务就算完成了 。”如何评价亥姆霍兹的观点?
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要弄清这个问题,首先让我们认识一下这位物理学大师 。亥姆霍兹的全名很长,叫赫尔曼·路德维希·斐迪南德·冯·赫姆霍兹,德国人,是生活于19世纪一位伟大的生物物理学家、数学家,是能量守恒定律的创立者 。之所以被称为“生物物理学家”,是因为他不但研究了物理学,还研究了眼的光学结构,还对解剖学、生理学有很深的造诣,发明了验目镜、角膜计、立体望远镜等等 。
他不但在力学、热学、化学等方面功底深厚,成果显著,还在电磁学上取得了很大成功 。他测得电磁感应传播速度为314000km/s,从法拉第电解定律推导出电可能是粒子 。由此引导它的学生海因里希·鲁道夫·赫兹,在1887年实验证明了电磁波的存在;而他一系列演讲,促进了麦克斯韦电磁理论的广为传播,让麦克斯韦引起了世界物理学界注意,成为最伟大的电磁学大师 。
其实,这位天才的科学家求学之路并不顺利,中学读完后就因经济问题不得不辍学,以在军队服役8年的条件换到公费进入柏林医学科学院学习机会,他不但学习了医学知识,还如饥似渴的旁听学习化学、生理、数学、哲学等课程,最终以医学博士的学位完成学业 。所以,可以说亥姆霍兹是一个全才 。关于亥姆霍兹把一切都归结于力的理解 。
把世界上的一切都归结于力,是亥姆霍兹能量守恒理论的核心观点 。关于能量守恒定律,亥姆霍兹主要论点有三,即:一切科学都可以归结到力学;牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的,因此可以用拉氏方法,以里说传递的能量或它所作的功来量度力;所有的能量都是守恒的 。有人认为,他这种把一切都归结于力的观点,是机械唯物主义,是受到历史局限的原因 。
我不这么认为 。他在总结了前人研究的力学、热学、电学、化学成果基础上,发现了各种运动中的共性,严谨证明了能量守恒定律,是人类对自然本质认识的一次重大突破 。我认为他对力是世界本质的认识,是他对能量守恒定律本质理解的延伸,是从哲学层面对科学成果的高度概括 。后来的爱因斯坦在能量守恒基础上,进一步提出了质能守恒定律,这是对物质世界本质更为深刻简化的高度概括 。
爱因斯坦把我们世界高度概括为时空物质三位一体,质量和能量是等价可以互换的,用一个简单的等式就高度浓缩了这个世界物质的本质,即伟大的质能方程:E=MC^2 。其中的E表示能量,M表示质量,C表示光速 。现代物理学已经发现了四种基本力 。现代物理学认为,我们世界上所有的物质都受到四种基本力的控制,这就是万有引力、电磁作用力、强相互作用力、弱相互作用力 。
过去的理论认为,这些力在不同的作用范围里起着不同的作用 。万有引力是最弱的力,作用于一切质点,但作用范围无限远;电磁力作用范围也是无限远,但强度比万有引力大10^36倍,只要有电荷就有这种力存在,几乎充斥在我们生活一切方面;弱力是仅次于万有引力的第二弱的力,强度是万有引力的10^32倍,作用范围最小,只在10^-17m范围有效,只作用于电子、夸克层子、中微子(微中子)等费米子,并制约着放射性现象;强力是四种基本力中最强的力,强度达到引力的10^38倍,作用范围也很小,只有10^-15m,又称核力,就是这种力把原子核聚集在一起 。
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