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1、-最新资料推荐-1/11 关于光学发展的哲学思考(精品)现代科技革命与马克思主义 关于光学发展的哲学思考 姓名：王聪 学号：200911688 信息科学与工程学院 关于光学发展的哲学思考关于光学发展的哲学思考 摘要摘要：光学既是物理学中最古老的一个基础学科，也是当前科学研究中最活跃的前沿阵地，它具有强大的生命力和不可估量的前途。光学的发展过程是人类认识客观世界的进程中一个重要的组成部分，是不断揭露矛盾和克服矛盾、从不完全和不确切的认识走向较完善和较确切认识的过程。关键词关键词：光学发展，哲学思考，研究探索 引言：引言：光学是一门既古老又年轻的学科，是物理学中一个重要的分支，是研究光（电磁波）的
2、行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。光学的发展大致可分为 5 个时期：一、萌芽时期；二、几何光学时期；三、波动光学时期；四、量子光学时期；五、现代光学时期。传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。通过分析 100 多年来的诺贝尔物理学奖我们发现：与光学直接或间接相关的获奖成果有 40 多项。这些获奖的光学研究工作对于物理学的发展起到了非常重要的作用。特别值得一提的是无论是相对论还是量子力学的建立，都与光学的发展密切相关。例如：相对论的基本假定之一就是光速
3、不变原理；而量子力学的建立则是从对普朗克的黑体辐射、玻尔的氢原子的光谱结构以及爱因斯坦的光电效应的讨论开始的1。1.生产实践中发现光本质的一般规律生产实践中发现光本质的一般规律 根据典籍记载，中国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。约在公元前 400 多年(先秦的代)，中国的墨经中记录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光学的记载，叙述影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。从墨翟开始后的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时-最新资料推荐-3/11 期，在此期间光学发展比较缓慢。光
4、学萌芽时期，在生产和社会需要的推动下，西方在光的反射和透镜的应用方面，逐渐有了些成果。克莱门德和托勒密研究了光的折射现象，最先测定了光通过两介质时的入射角和折射角。培根提出透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性，并描述了透镜焦点的位置。阿玛蒂发明了眼镜。波特研究了成像暗箱，并在 1589 年的论文自然的魔法中讨论了复合面镜以及凸透镜和凸透镜组的组合。综上所述，到 15 世纪末和 16 世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现。几何光学时期可以称为光学发展史上的转折点，在这个时期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了提高人眼的观察能力，人们发
5、明了光学仪器。荷兰的李普塞在 1608 年发明了第一架望远镜。笛卡儿约在 1630 年在折光学中给出了用正弦函数表述的折射定律。接着费马在 1657 年首先指出光在介质中传播时所走路程取极值的原理。2.发现矛盾与解决矛盾使事物不断发展发现矛盾与解决矛盾使事物不断发展 从十七世纪开始，就发现有与光的直线传播不完全符合的事实。意大利人格里马第首先观察到光的衍射现象，接着，胡克也观察到衍射现象，并且和波意耳独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹，这些都是光的波动理论的萌芽。牛顿于公元 1704 年出版的光学，提出了光是微粒流的理论。但是，这种微粒流的假设也难以说明光在绕过障碍物之后所发生的衍射现象。同
6、时，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了。关于光的微粒说和波动说的斗争，在逐渐形成，这种斗争在以后的过程中，一方面各自发展，另一方面时刻在剧烈斗争。由于牛顿当时已在物理学界中声望较高，而且他的微粒学说能解释光的许多现象，因此，有许多支持者，这时，微粒说占优势。惠更斯在 1678 年论光一书中从声和光的某些现象的相似性出发，认为光是在以太中传播的波 菲涅耳于 1818 年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。1860 年前后，麦克斯韦的指出，电场和磁场的改变，不能局限于空间的某一部分，而是以等于电
7、流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着，光就是这样一种电磁现象。-最新资料推荐-5/11 这个结论在 1888 年为赫兹的实验证实。光的电磁论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光和电磁现象的一致性，并且证明了各种自然现象之间存在这相互联系这一辩证唯物论的基本原理，使人们在认识光的本性方面向前迈进了一大步。在此期间，人们还用多种实验方法对光速进行了多次测定。1849 年斐索运用了旋转齿轮的方法及 1862 年傅科使用旋转镜法测定了光在各种不同介质中的传播速度。3.事 物 的 对 立 与 统 一 事 物 的 对 立 与 统 一 1900 年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概
8、念，提出了辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不但给光学，也给整个物理学提供了新的概念，所以通常把它的诞生视为近代物理学的起点。1905 年 9 月，爱因斯坦提出了狭义相对论的基本原理，指出：从伽利略和牛顿时代以来占统治地位的古典物理学，其应用范围只限于速度远远比光速小的情况2。从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象都确证了光是电磁波，且又从热辐射、光电效应、光压现象以及光的化学作用都无可怀疑
9、地证明了光的量子性微粒性。这样，光的波动说和微粒说的矛盾又提出了，我们可以看到，它们又各自统治着自己的领域。事物是相互联系的。对于光的本性问题，是否能找到一个把两种理论联系起来的理论呢？1924 年，德布罗意创立了物质波学说，他大胆设想物质的粒子都和一定的波相联系。光不仅具有波动性还具有微粒性，即波粒二象性。这样，对光的本性的认识就更完美了。这个认识促进了原子核和粒子研究的发展，也推动人们去进一步探索光和物质的本质，包括实物和场的本质问题。实际上，这也是微观物质所共有的属性。对于宏观世界中连续的波动和不连续的量子，在经典物理学中的简化的、机械概念中，是互相排斥的，而在客观实际的自然现象中，它们
10、却是统一的、共处的。4.科学与真理的探索永无止境科学与真理的探索永无止境 现代光学和其他学科和技术的结合，在人们的生产和生活中发挥这日益重大的作用和影响，以我的专业激光物理为例。从 20 世纪中叶起，随着新技术的出现，新的理论也不断发展，已逐步形成了许多新的分支学科或边缘学科，光学的应用十分广泛。特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里程-最新资料推荐-7/11 碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自从它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息检测、医疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。此外，激光还为同位素分离、储化，信息处
11、理、受控核聚变、以及军事上的应用，展现了光辉的前景。在现代光学本身，由强激光产生的非线性光学现象正为越来越多的人们所注意。激光光谱学，包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可调谐激光技术的出现，已使传统的光谱学发生了很大的变化，成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的研究提供了前所未有的技术支持。结论：结论：科学本身是探索，是认识世界的过程。爱因斯坦说：人类只能发现现象，但不能发现现象存在的原因。3当我们认为似乎找到了某个现象存在的原因时，随后就会发现，这个原因仍然是个现象，它的背后仍然还有原因。人类在探索太多的为
12、什么的过程中已经找到了答案但仍然有很多未知的问题需要解答。科学探索推动人类社会科学发展，人类社会科学发展促进和要求人类进行新的科学探索。参考文献：参考文献：1 李多，杨婷，刘大禾，从诺贝尔物理学奖看光学的发展，大学物理，25(5)，2006。2 苏斯捷潘诺夫 光学 300 年 M.科学普及出版社，1981，213 页。3 爱因斯坦 A爱因斯坦文集【C】北京：商务印书馆，1976。致谢：致谢：非常感谢孙老师在炎热的夏天坚持给我们上课。孙老师的教学方法打破了以往思想政治课的固定模式，使课堂气氛十分活跃，同学们都不自觉地融入其中。我们不再是被动的接受知识，而是开始学会自己思考和评论。孙老师结合时事和
13、历史、图片和视频、讨论和发言给我们上了一堂堂生动的课程，使我开始对哲学感兴趣。孙老师广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。感谢我的导师张行愚老师，张老师渊博的专业知识，严谨-最新资料推荐-9/11 的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力深深影响了我。在课程学习中得到了许多同学的帮助和支持，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友！王聪 200911688 信息学院 光学工程 前沿简介神光工程 人类的能源从根本上说来自核聚变反应，即发
14、生在太阳上的轻核聚变。人类已经在地球上实现了不可控的热核反应，即氢弹爆炸。要获得取之不尽的新能源，必须使这一反应在可控条件下持续地进行。为实现可控核聚变有两种方法，一是科学家们用托卡马克装置开展磁约束聚变的研究。另一条技术路线于 20 世纪 60 年代初提出的激光惯性约束核聚变。惯性约束核聚变(Inertial Confined Fusion ICF）的基本原理是：使用强大的脉冲激光束照射氘、氚燃料的微型靶丸上，在瞬间产生极高的高温和极大的压力，被高度压缩的稠密等离子体在扩散之前，向外喷射而产生向内聚心的反冲力，将靶丸物质压缩至高密度和热核燃烧所需的高温，并维持一定的约束时间，完成全部核聚变反
15、应，释放出大量的聚变能。然而聚变反应所要求的条件却极为苛刻。首先要有 1 亿度左右的高温；其次，参与反应的粒子密度要足够高并能维持一定的反应时间。ICF 研究中关键设备是大功率的激光器。神光在时间上分为 I，II，III 代，2007 年 2 月 4 日，中物院神光激光装置实验室工程举行了盛大的开工奠基仪式。规划中的神光-装置是一个巨型的激光系统，比当前世界最大的 NOVA 装置还要大一倍多。原计划它具有 60 束强光束,紫外激光能量达 60KJ，质量和精密性要达到廿一世纪的国际先进水平，现在该计划可能已经进一步修改，以提高能量规模。惯性约束聚变点火工程（2020 年）被已确定为国家中长期科学和技术发展规划的十六项重大专项之一。神光装置是世纪之交我国历史上光学领域最宏伟的科学工程，必将全面带动相关科学技术攀登世界水平，是我国综合国力在科技领域的标志性体现，其作用和意义不亚于当年的两弹。这是挑战也是机遇，在王淦昌、王大珩、于敏等老一辈科学家带领下，已奋斗了三十多年，取得瞩目成果，而这只不过是序幕，需要几代人的不懈努力。根据规划，我国在 2010 年前后还将研制神光 IV 核聚变点火装置。-最新资料推荐-11/11 王聪 200911688 信息学院 光学工程