自然科学经典导引论文

经典与时代的批判 ---经典力学的成就与局限性 摘要：论述经典力学的成就，批判经典力学的绝对时间、绝对空间、引力本质、质量不变等观点，说明其应用范围及其与经典物理学的矛盾。 关键词：空间 时间 引力的本质 质量 速度 能量 矛盾 一、经典力学的成就 经典力学的理论体系是以牛顿运动三定律为基础的。牛顿系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了万有引力定律和牛顿运动三定律，于 1687年出版了《自然哲学数学原理》。这是牛顿的一部代表作，也是力学的一部经典著作。牛顿在这部书中，从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力等)和基本定律(运动三定律)出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，建立了经典力学的完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体的力学统一起来，这是物理学史上第一次大的综合。所以，牛顿的《自然哲学数学原理》的出版，标志着经典力学体系的建立。这对科学发展的进程以及后代科学家们的思维方式产生了极其深刻的影响。牛顿力学的建立标志着近代理论自然科学的诞生，并成为其他各门自然科学的典范。 二、经典力学的局限性 创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约，牛顿当然也不例外。由于受到时代的局限，牛顿创立的经典力学的基本概念和基本原理存在着固有的局限性，主要表现在以下几个方面： 第一，引入了绝对时间、绝对空间等基本概念。按照牛顿的说法，绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着。绝对空间就其本性而言，是与任何外界事物无关而永远是相同的和不动的。绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对的处所的移动。 莱布尼兹、贝克莱、马赫等先后都对绝对空间、时间观念提出过有价值的异议，指出过，没有证据能表明牛顿绝对空间的存在。爱因斯坦推广了上述的相对性原理，提出狭义相对论。在狭义相对论中，长度和时间间隔也变成相对量，运动的尺相对于静止的尺变短，运动的钟相对于静止的钟变慢。在广义相对论中，时空的性质不是与物体运动无关的：一方面，物体运动的性质要决定于用怎样的空间时间参照系来描写它另一方面时空的性质也决定于物体及其运动本身。 量子论的发展，对时间概念提出了更根本的问题。量子论的结论之一就是：对于一个体系在过去可能存在于什么状态的判断结果，要决定于在现今的测量中做怎样的选择。这种现在与过去之间的相互关系，是与因果顺序概念十分不同的，暗含于时间概念中的因果序列要求过去的存在应是不依赖现在的。 因此，用时间来描述事件发生的顺序，可能并不总是合用的。空间与时间是事物之间的一种次序，但并不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一种近似。 第二，牛顿虽然对引力的本质持审慎态度，但最终还是对它作了抽象的、纯粹数学形式的概括，把它实际看作是一种直接的、即时传递的超距作用力。 爱因斯坦的广义相对论对万有引力做出一种解释，就是时空本身是有弹性的，可以弯曲、伸展。当一个有质量的物体置于某一空间时，空间就会弯曲变形，质量越大，空间弯曲变形就越严重。那么，空间为什么会在有质量的物体周围弯曲呢？爱因斯坦也没能给出答案。所以，爱因斯坦的弯曲空间理论也没有说明引力的本质是什么。量子力学关于电荷间的电磁力和强子间的强相互作用力的传递原理的解释也没有说明引力的本质是什么。认为引力是通过引力场或引力子来传递的观点也未得到肯定，因为，至今科学家也没有找到传递万有引力作用的引力子。 第三、 在经典力学中物体的质量是恒定不变的，它与物体的速度或能量无关。 在相对论中质量这一概念的外延就被大大地扩展了。.爱因斯坦著名的质能方程E=mc2使到原来在经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合起来，成了统一的“质能守恒定律”，它充分反映了物质和运动的统一性。质能方程说明，质量和能量是不可分割而联系着的.一方面，任何物质系统既可用质量m来标志它的数量，也可用能量E来标志它的数量；另一方面，一个系统的能量减少时，其质量也相应减少，另一个系统接受而增加了能量时，其质量也相应地增加. 爱因斯坦从力学的观点出发，考虑两个球体的弹性碰撞，利用动量守恒定理和相对论速度相加定理能够导出著名的质速度公式 该式说明，物体的质量不再是与其运动状态无关的量，它依赖于物体的运动速度。运动物体速度为v时的质量为 ，式中m0为物体的静质量，当物体的速度趋于光速时，物体的质量趋于无穷大。 第四，经典力学定律只适用于宏观低速世界，对于可与光速相比的高速情况和微观世界的适用问题，当时没有涉及也不可能涉及。 第五，经典物理学与经典力学的潜在矛盾 在经典物理学中，最难使人满意之处恐怕莫过于对光的描述了。如果微粒说是正确的，那么人们不禁要问，当光被吸收的时候，组成光的粒子变成了什么呢？而且为了既表示可称量物质又表示光，必须在讨论中引入不同的实体，这无论如何也不能使人心安理得。 同样，纳入力学框架中的光的波动论也难以自圆其说。按照波动论，光被解释为充满宇宙空间的以太的振动。由于光是横波，因此以太必须具有承受切应力而不承受压应力的能力，又由于以太对可称量物质并不产生可观察到的阻力，它又必须具有极小的密度。为此，人们绞尽脑汁，臆想出种种以太模型。这种无所不能、无奇不有的以太反倒使人如堕五里雾中。 经典力学的基本概念和基本原理在热力学中也遇到了一些麻烦。1865年，克劳修斯确立了热力学第二定律，该定律揭示出与热现象有关的物理过程具有不可逆性。在经典力学中，从来也未发现类似的情况，力学过程的可逆性是由普遍的力学原理做保证的。可是热力学第二定律也是普遍成立的，因此，这个矛盾是无法用力学的基本观念予以解释的。 三、总结 牛顿用自己毕生的精力，建起了一座科学丰碑，他的研究推动了人类文明的进程，它在宏观物理学的各方面所取得的成就就是极其广泛和辉煌的。然而创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约，牛顿当然也不例外。由于受到时代的局限，牛顿在否定亚里士多德以来有关错误论述和含糊概念、创立牛顿力学的同时，也在其中隐含了自我否定的潜在因素。诚如恩格斯所说的：“凡在人类历史领域中是现实的，随着时间的推移，都会成为不合理的；因而按其本性来说已经是不合理的，一开始就包含着不合理性”。(《马克思恩格斯选集》第四卷) 由于牛顿尽力把他的体系表现为由经验必然性所决定的，特别是由于经典力学在实践上的巨大成就，足以阻碍后人去思考那些基本概念和基本原理的先验特征，以至于在相当长的时期内，无论谁也没有想到，整个物理学的基础可能需要从根本上加以改造。事实上，物理学在每一个历史时期都有它自己的基本概念和基本原理，而继后的时期人们又往往夸大它们的作用，不适当地把它们误用到其所能及的范围之外。为了消除这种误用，每—个历史时期都需要一种新的启蒙，正是这种永不止息的启蒙精神，才使科学不致变为僵化的教条。 参考文献： [1]经典场论 张启仁著 北京：科学出版社，2003 [2]量子力学 井孝功著 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004 [3]空间：从相对论到M理论的历史 关洪著 北京：清华大学出版社，2004 [4]时间 保罗�6�1贝内特著；苏福忠译 上海：上海人民美术出版社，2003 [5]狭义相对论 G.司蒂文逊；C.W.凯尔密司特 上海：上海科学技术出版社，1963 [6]相对论导引 赵展岳著 北京：清华大学出版社，2002 [7]热力学 王竹溪著 北京：北京大学出版社，2005 [8]物理学史 郭奕玲，沈慧君编著 北京：清华大学出版社，1993 [9]大学物理．下 钟江帆主编 北京：高等教育出版社，2004

妈妈曾给我出过这样一个谜语：“南阳诸葛亮，稳坐中军帐。排下八卦阵，单捉飞来将。”这则迷语告诉我们：蜘蛛专吃活的东西，难道它不吃死的东西吗？这引起了我的兴趣，我做了实验。我从墙角处捉来一只小蜘蛛，把它放进一个盒子里（四周扎有小洞，上面盖有玻璃，便于观察）。没等蜘蛛织网，我又捡来一只死的小虫、一只死苍蝇，放在蜘蛛的前面，蜘蛛置之不理，随即用手碰撞盒子，蜘蛛就向其他方向爬去了。为了彻底弄懂蜘蛛吃不吃死苍蝇，第二天，我又来到盒子前观察，看到死昆虫、死苍蝇还在原来的地方，可盒子角处多了一个网，蜘蛛在网上安静地趴着。这时，我想：昨天死苍蝇、死昆虫没被吃掉是不是因为没有网呢？于是，我又将死苍蝇拿起来轻轻地放在网上，可蜘蛛还是一动不动，紧接着，我又用笔轻轻地触动了一下网的边缘，咦，蜘蛛好像有了反应，开始向颤动的方向爬去，我把笔收回，网停止了颤动，信号断了，它就停了下来，不一会儿，蜘蛛又向网中心爬去。我又用笔尖触动网上死苍蝇的身体，网开始颤动，蜘蛛就开始向这边爬来，我又把笔尖收回，蜘蛛就停了，像上次那样，过了一会儿，蜘蛛又向网中心爬去。噢！我终于明白了：原来蜘蛛是靠网的颤动来产生感觉的，靠织网而捕食的。于是，我把实验结果记录下来。为了证实蜘蛛靠网的颤动产生感觉，我又做了实验。将笔尖放在网上死苍蝇的身上，长时间的颤动，网的震动越来越大，蜘蛛产生的感觉好像也越来越强烈，蜘蛛便匆匆地赶过来，等蜘蛛碰到苍蝇，我将笔尖收回，只见蜘蛛尾部很快喷出黏乎乎的丝将苍蝇捆住，接着又看着蜘蛛的背一动一动的，好像在吸食苍蝇，不一会儿，网上就剩下一个完整的空壳了。这个实验证明蜘蛛吃动的昆虫。我们探密小组又到图书馆、书店查阅了大量有关蜘蛛的书籍。其中《普通动物学》一书中写道：蜘蛛为食肉性动物，其食物大多数为昆虫或其他节肢动物。但口无上颚，不直接吞食固体食物，而是慢慢地吸食。当昆虫等动物触网时，会用力在网上挣扎，使网丝颤动而使蜘蛛很快发觉，蜘蛛便顺着纵向丝向猎物爬去，用蛛丝包裹猎物，固定于网上，先用螯肢内的毒腺分泌毒液注入捕获猎物体内，将其杀死，再由中肠分泌的消化酶灌注在被螯肢撕碎的捕获物的组织中，很快将其分解为液汁，然后吸进消化道内，最后吃剩下的体壳，就被完整的弃留在蛛网上了。这些充分证明：飞来的昆虫使蜘蛛网颤动，网颤动会使产生感觉，蜘蛛产生感觉就会将猎物捕获，因此，证实了蜘蛛只吃活动物，而不吃死的昆虫。

1科学，让生活更美好

有人发明了手机，缓解了身处异地的人们的相思愁绪；有人发明了飞机，舍去了在外奔波的人们的漫漫路途；有人发明了麻醉剂，避免了被病魔折磨着的人们又一层的痛苦。是科技，让这个大而无边的世界变小了，也是科技，将更多的欢乐带进了人们的生活。

曾经听到过这样一个问题，是生活在一千年前的人快乐还是生活在现在的我们快乐？我不知道被提问者是怎样回答的，而每个人看问题时的角度也是各异的，但我认为是都快乐，只是不同的快乐。

一千年前人们的生活因为简单而快乐，他们相互之间的联系需要通过飞鸽传书，从上海到北京也是跋山涉水，一路艰辛。若是患上了肺炎，便是无药可医只能全家祈福，但是他们不会担心自己的孩子因沉迷网络而耽误学业，不会为核武器扩散而大伤脑筋，更不会为了争抢石油而毁了整个国家人民的安定与幸福。这样的快乐很单纯。

话虽如此，生活在当今的我们仍然是快乐的。我们的快乐很直接。

发展至今的医疗技术，几乎可以将生活中所有常见的疾病通通治愈，被延长了寿命的人们，拥有更多的时间去拓展生命、享受生命。生物、化学等自然学科技术发展的突飞猛进，给原本好奇心强烈的人们带去了丰富多彩的精神食粮。人类在探索与发明的同时给自我价值以肯定，人们在享受科技带来的福祉的同时也收获着快乐。

人类拥有如此伟大的智慧，发现、创造了那么多的“奇迹”。 因特网施益于千家万户，第一宇宙速度送航天飞机进入宇宙，克隆技术发展助疾病患者重获新生。

科学，让生活更美好。但是与此同时，它又将那么多附加的忧虑与恐慌带入了原本纯粹的生活。这样说并不假，但又实实在在冤枉了科技。让人们对科技的感情变得复杂的并不见得就是科技本身，而是去选择如何运用它的人。

科技是一门永无止境的学科，它的发展是无法用简单的好坏去评判的。它可以挽救人类，那么它也同样可以毁灭生灵。当爱因斯坦研究出核能量，欲将其运用于宇宙科学研究的同时，法西斯那边已经有人在苦思冥想该怎样将这种技术运用于战争了。就核技术本身而言是无所谓好与坏的，但由于它而在世界上引发出来的争端，使得整个世界上国家间的关系少了一份融洽。就拿二十世纪的美苏冷战来讲，在反导条约签订之前，整个世界都为之紧绷着神经，一颗导弹的爆炸，毁灭的是一个城市、一个国家，更是千年积淀下来的人类文明。但是人类对核能的恐慌与紧张是完全可以避免的，核能本身一点也不可怕，甚而至于它可以帮助人类缓解甚至解决能源危机，它能作为一门辅助学科，成为其它领域里重要的研究工具。只要没有人动邪念，一切科学技术都将是美好的，它们都将有助于世界的和平与和谐发展。照这么看来，为什么我们还会担心机器人技术的进步和克隆技术的突破呢？

科学，之所以能使生活更美好，是因为有一批又一批合理使用科学技术的善良人们。他们将美丽的科技运用于对社会和谐的建设、对人类物质及精神的丰富与塑造、对真理永不停息地正确的追求。

当有人提问你，是觉得生活在什么时期的人更快乐的时候，请不要犹豫地告诉他，现在。因为你将用你自己的力量，去约束自己并影响他人，使科学让生活更美好。

我们也有理由相信，科学技术的迅猛发展将百分百用于造福人类、造福自然、造福世界，让科学绽放最美丽、最纯粹的光彩！

2撰写一篇高质量的科技小论文，要注意以下几点： 一、 选好课题 撰写科技小论文，首先要考虑写什么，也就是课题的选择。选择课题是写好论文的关键。要注意以下原则：价值原则，即选题的理论价值和实用价值。要对其他的同学有启发、指导和参考的意义；可行原则，指主观和客观条件的可能性，即撰稿者个人的专业知识、理论修养、知识面、手头资料、实验条件、周围环境，不可贪大求深，应该量力而行；新颖原则，指课题应是他人未曾研究或研究过但未解决或完全解决，要注意“文贵创新”。 二、 拟定题目 文题如目，好的题目能够叫人拍案叫绝，一眼难忘。它好似推销产品的广告词，对吸引读者起着关键作用。好的科技小论文题目要讲求三个字：准、小、新。准，指的是题目要用精练的文字将论文内容确切的揭示出来。如某位同学撰写的科技小论文的题目是《肥皂的去污原理和最佳洗衣浓度》，一看题目，就可以知道论文阐述的内容，一目了然。小，指的是题目的角度小。角度小，就具有较好的指向性，文章的思路随之明朗，容易写得集中、紧凑。题目过宽，往往由于我们投入研究的精力少，范围窄，专业知识不深，而难以驾驭。如某位中学生撰写的科技小论文的题目是《静电除尘黑板擦的研究与制作》，题目小且具体，学生可以作深刻的阐述。新，指的是力求在题目中透露出新鲜的立意。选题新鲜，才有阅读价值。没有独特的见解，没有新的发现，即使表达再好，论证再有力，也是瞎子点灯白费蜡。 三、 写好开篇 文章开头处于定调的特殊位置，历来为写作者们重视。古人云：”若起不得法，则杂乱浮泛”。开头部分虽短，却是全篇的有机组成部分，提示作者的思绪和对众多材料的截取，因此落笔之前必须对全篇有总体把握。 科技小论文的开头，不一而足，并无固定的格式，但却有章法可循，这就需要对各种开头的技法细加领悟，根据写作实际灵活运用。 1、 例题引路法 写作科技小论文，开篇引题，显示了研究问题的实在性，激发读者顺藤摸瓜的愿望。如某同学撰写的《一道容易解错的力学题》一文，作者开头就摆出了一道同学们很熟悉而又容易出错的力学题，并将错误的解答过程陈述给读者，引起读者的强烈的兴趣，而急于读完全文，以知道这道题究竟错在何处。 2、 揭示背景法 将研究的问题，放置到当前社会经济发展的大环境和大背景下，让读者在较高的层次体味其研究的意义乃至方向性。如《乡镇工业环境污染防治对策》一文是这样开头的：“改革开放以来，乡镇企业迅速崛起和蓬勃发展创造了大量的物质财富，使农村经济发生了一系列深刻变化。在一些发达和比较发达地区，乡镇企业已成为农村经济的重要支柱和国民经济的重要组成部分。但是，伴随着乡镇企业的迅速发展，乡镇工业对环境的污染和对生态的破坏影响日益突出。 这一开头就将研究的问题与命题的发展趋势，当今乡镇工业对环境的污染和对生态的破坏影响紧扣一起，使人们认识到治理环境污染的紧迫性。 3、 指出危害法 许多争鸣、纠错的小论文，常常指出某些弊端，让人们骤然心惊，晓知解决问题的紧迫性。 4、 概述论点法 在前言部分，作者将主要观点集中呈现给读者，给人一种整体感，这无异于交给读者一串钥匙，往下阅读便是尝试去打开一扇扇大门。 5、 设置疑问法 设置疑问主要是给读者留下悬念，让其在好奇心的驱使下迫不及待地关注研讨的问题。 以上是写好科技小论文开头的五种方法，值得说明的是开头的方法不胜枚举，且各种方法常常是有机结合，渗透并用。 四、 分述要点 经验材料繁多复杂，怎样使它们井井有条地统一于中心论点呢？在小论文的主体部分，采用分条论述的方法，往往得心应手。这种写法的好处是条理性强，层次清楚，给人全面深刻的立体感。当然，每个观点，都必须是深思熟虑的结晶，概述性要强，客观性要强，创新性也要强。 五、 用好材料 科技小论文不是简单地将手头材料罗列成文，深透的说理，规律的导引是其本质特征。观点和材料是相辅相成的，论文的价值体现在论题的价值，论题的价值又通过材料的论证体现，二者的有机融合，就会形成一篇很好的科技小论文。 六、文稿写作常识 为了减少编辑发稿时的困难，也为了减少论文排版时的差错，作者在撰写科技小论文时，还要注意掌握一些文稿写作常识。 一般来说，要注意以下问题：文稿用标准稿纸书写清楚（或者用电脑打印）。每格一字，标点单独占一格。不需排印的说明文字一律用铅笔标注。书写时应使用规范的简化字，防止错别字，更不要杜撰生字。除成语、古文和引用文献的数字外，一般数字用阿拉伯数字。公元的世纪、年、月、日、时、分、秒均用阿拉伯数字。年份不能简写（如1999年不能简写成99年）。五位以上的数字可用“亿”、“万”作单位。四位以上的数字连写，不用分节点；外文字母、化学符号等要写得端正清楚。外文应用印刷体书写，大小写必须分明，并用铅笔标明玩儿文种，正斜体和上下角标。此项内容请以中学教材中的写法为准，化学结构式中各个线条位置的排列必须准确；数学公式和化学方程式应另行居中书写，并使用规范字体；使用规范的标点和其它的符号。书写时，破折号占两格、省略号占两格、连接号占半格，其余符号占一格。并注意顿号、逗号、冒号、分号、引号的书写位置；文稿中涉及到的计量单位应使用法定计量单位，文字叙述中用法定汉语名称；文稿中的表格应由作者填写清楚。表号和表名一般在表前，说明在表后。同一表格另页再写时，前面应注明“续表”字样。表内文字末尾不加标点符号，回行顶格；文字能叙述清楚的内容，一般不用插图。使用插图必须起到图文并茂的作用。要注意文字与插图的衔接搭配，插图均应按序编号。

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不是的，一般来说高校的选修课难度都不大，主要以更多的普及学生文化知识为目的，所以课业难度会相应的下降许多，只要稍微认真听课是不会挂课的，望楼主采纳。