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世界观与物理教学的关联

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到了十九世纪,麦克斯韦建立了电磁波理论,使电、磁及光学现象得到了统一,这是物理学上第二次大统一;在二十世纪初,爱因斯坦抛弃了绝对空间概念,建立了狭义相对论,使力学和电磁学达到了统一;到六十年代,人们将物理学的研究对象分成两大类,一类称为“物质”,另一类称为“相互作用”。人们寻找电磁作用、弱作用及强作用都包含在内的统一理论,这就是“大统一理论”,企图把引力和其综力统一起来,称为“超统一”,他将传统的“物质”与“相互作用”的界限打破,是今天物理学的前沿。这样,纵观物理学史研究,使学生认识到支配宇宙万物的最根本规律是统一,人们为“统一”而执着追求。

1加强学生对对立统一规律的认识

对立统一规律是唯物辩证法的实质和核心,它揭示了事物内部矛盾是事物发展的动力,矛盾的双方既对立又统一,即具有斗争性和统一性。在物理学中,矛盾是普遍存在着,正如正电荷和负电荷,引力和斥力,作用力和反作用力,膨胀和压缩,辐射和吸收等都是相互的矛盾方面。矛盾着的双方即斗争又统一于一个整体之中,正是这种矛盾运动推动了事物的发展。同一性不能离开斗争性而存在,没有斗争性就没有同一性。斗争性也不能脱离同一性而存在,斗争性总是和同一性相连接,为同一性所制约的。如作用力和反作用力总是大小相等,同时存在,同时消失就是矛盾的同一性,而作用力和反作用力的方向总是相反是矛盾的斗争性,二者共存。又如非均匀变化的电场产生变化的磁场,这个磁场总是阻碍原电场的变化,非均匀变化的磁场产生变化的电场,这个电场总是阻碍原磁场的变化,这样就形成统一的电磁场及电磁场在空间的传播———电磁波。这就是矛盾的斗争性和同一性的表现。虽然矛盾的斗争性和同一性对事物的发展都起作用,但是同一性和斗争性在事物发展中的地位是不同的。同一性是相对的,斗争性是绝对的,矛盾的斗争性使事物从量变到质变,从而推动事物的发展。如在水分子的引力和斥力的矛盾中,当引力突破斥力的限制,达到冰点,水就凝结成冰,当斥力突破引力的限制,达到沸点,水就变成蒸汽。此外,物理学所研究的临界温度、临界压力、临界电流等临界状态,均反映了从量变到质变的规律,也是两个对立因素所处地位发生转化的反映,是对立统一规律的生动体现。

2加强学生对“实践———认识———再实践———再认识”的认识

毛泽东把人类认知的总过程科学地概括为:“实践、认识、再实践、再认识,这种形式,循环往复,以至无穷,而实践和认识之每一循环的内容,都比较地进到了高一级的程度。”这是人类认知的总规律,它揭示了人类认识是一个日新月异、永无止境的辩证过程。在物理学的发展过程中,对物理现象和规律的认识及理论的形成的过程均遵循这一认识规律。如对原子结构的认识,首先是发现了电子,建立了汤姆逊模型,随后经过α粒子散射实验,卢瑟福建立了原子核式模型,再次根据原子光谱的实验规律,建立了波尔模型,一直到量子力学建立起来之后,人们才对原子结构有了基本正确的认识。又如对光的本质认识,更是经历了很长时间,跨越了几个世纪,经历了若干阶段。十七世纪对光的认识有两种学说,一种是以牛顿为代表的微粒说,另一种是以惠更斯等人为代表的波动说,这两种理论各有成功的一面,但都不能圆满的解释当时所知的各种光现象。到1801年托马斯观察到光的干涉现象,不久又从实验上观察到“泊松亮斑”等光的衍射现象,使波动理论战胜了微粒说,波动说取得了空前的成功。但当时的波动理论认为光是一种机械波,而机械波的传播传播是需要介质的,于是人们就假定宇宙间存在一种叫“以太”的介质来传播光,但迈克尔逊———莫雷却否定了“以太”的存在,波动说陷入了不可克服的困境。十九世纪六十年代麦克斯韦建立了电磁波的理论,并大胆的预言光是一种电磁波,就是光的电磁论。1898年,实验证实了电磁波本性———光是频率很高的电磁波,使对光的本性的认识前进了一大步。但电磁波不能解释当时发现的光电效应现象。1905年爱因斯坦在普朗克量子说的启发下提出了光子说,他把光看成一份一份的具有能力的光子,指出了光的粒子性,但这决不是微粒说的光“粒子”,而是具有不连续性能量的“光量子”。粒子说并不排除光的波动性,因为一份光子能量hυ中的υ是光的频率,其包含了波的特性。从光子说出现后,人们逐渐认识到光具有波粒二相性。人们对光的本质的认识达到更高级的程度,光是波粒二相性的统一体,但这种波是一种几率波,这种“粒”是量子。现在我们不能认为光的本性的认识就完成了,可以预言随着物理学的发展,人们关于光的本性的认识会提高到更高的程度。

作者:李合祥马福奎单位:沧州师范学院

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