|
首先，它使牛頓力學(xué)變得完整。在牛頓力學(xué)中，力有兩個(gè)效應(yīng): 改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及使物體發(fā)生形變。然而牛頓運(yùn)動(dòng)定律只闡述了力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變之間的關(guān)系，并沒(méi)有說(shuō)明力跟物體形變之間的關(guān)系。形變可以分為彈性形變、塑型形變以及液體的流動(dòng)。彈性形變?cè)谑芰Τ蜂N后能恢復(fù)原狀，其他的形變則不能。而胡克定律就描述了物體受力與發(fā)生的彈性形變之間的關(guān)系。另外對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)，牛頓其實(shí)也進(jìn)行過(guò)研究，比如著名的牛頓剪切定律就是這方面的理論。 此外，滿足胡克定律的材料在受力之后可以發(fā)生簡(jiǎn)諧振動(dòng)，而簡(jiǎn)諧振動(dòng)又可以激發(fā)簡(jiǎn)諧波。因此胡克定律跟簡(jiǎn)諧振動(dòng)和波動(dòng)有緊密的聯(lián)系。 將簡(jiǎn)諧振動(dòng)的諧振子模型引入到量子力學(xué)中，可以得到分子的振動(dòng)理論，從而引出分子的振動(dòng)光譜等內(nèi)容，這為通過(guò)光學(xué)手段鑒定分子結(jié)構(gòu)提供了理論基礎(chǔ)，從而發(fā)展出紅外光譜法等分析化學(xué)技術(shù)。另外，解有周期性外力作的振動(dòng)方程可以研究受迫振動(dòng)并解釋共振等現(xiàn)象，而這些理論還可以推廣到交變電流。 而在研究簡(jiǎn)諧波時(shí)推導(dǎo)出了波動(dòng)方程，并發(fā)展出波的衍射、干涉等理論。麥克斯韋根據(jù)電磁理論的麥克斯韋方程組推導(dǎo)出一個(gè)跟波動(dòng)方程形式一樣的方程，然后想到電磁場(chǎng)也會(huì)以波的形式傳播，從而提出電磁波的概念。并發(fā)現(xiàn)描述電磁波的方程中從形式上有個(gè)跟傳統(tǒng)的簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)方程中的波速一致的常量，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)該常數(shù)跟光速非常接近，從而推測(cè)光是一種電磁波。而前面提到的簡(jiǎn)諧波相關(guān)的波動(dòng)理論一樣的適用于光的傳播。 由于它推導(dǎo)出的光速?zèng)]有參考系，這引起了學(xué)界很大的反響。最終相當(dāng)一部分物理學(xué)家認(rèn)為光相對(duì)于任何慣性參考系的速度都一樣大，這就是光速不變?cè)?，?ài)因斯坦以它和相對(duì)性原理為基礎(chǔ)發(fā)展出狹義相對(duì)論。 另外在量子理論的發(fā)展早期，德布羅意認(rèn)為一般的實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即所謂的物質(zhì)波，德拜看到這個(gè)觀點(diǎn)之后認(rèn)為既然實(shí)物粒子具有波動(dòng)性那就應(yīng)該有個(gè)波動(dòng)方程。不久之后薛定諤就真給物質(zhì)波找到了個(gè)波動(dòng)方程，現(xiàn)在叫做薛定諤方程。這個(gè)方程奠定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)。通過(guò)解氫原子的薛定諤方程，氫的原子光譜得到了很好的解釋。通過(guò)方程的解還可以推導(dǎo)出化學(xué)元素周期表中元素的排布，這跟實(shí)際情況完全吻合。值得一提的是我們現(xiàn)在日常生活不可或缺的電子產(chǎn)品中的半導(dǎo)體材料以及相關(guān)理論也可以說(shuō)是解薛定諤方程得到的產(chǎn)物。 看來(lái)，科學(xué)的發(fā)展都是連續(xù)的，每一個(gè)過(guò)程都和前面的過(guò)程緊密銜接。既不存在革命，也很少有真正的學(xué)者大張旗鼓地宣稱要改變研究范式。 |
|
|
