21世纪是知识经济社会，世界经济的全球化，使得国与国之间的竞争越来越激烈国家的综合国力和国际竞争力也越来越取决于教育、科技和知识创新的发展水平，各国都把教育放在优先发展的战略地位。如何应对挑战，加快我国教育的改革和发展，为我国的现代化建设培养出符合时代需要的新型人才，已是我国教育面临的重大课题，也成为教育工作者肩负的重大历史使命。作为物理教育工作者应对物理学科的地位和作用有个清醒的认识。

物理学的研究对象

物理学是研究物质运动的最一般规律及其基本结构和它们相互作用的学科。物理学的研究领域极其广泛：在空间标度上，它从基本粒子的亚核世界（10^-15厘米）到整个宇宙（10²⁸厘米）；在时间标度上，从小于10^-21秒的短寿命到宇宙纪元（10¹⁷秒）。

在未来，物理学研究领域将继续朝着时空尺度的极端方向和复杂系统的方向发展，粒子物理学、核物理学、凝聚态物理学、原子分子物理学、光物理学以及引力物理学和宇宙物理学等都将成为得到充分发展的分支学科；研究复杂多体系统为主的凝聚态物理学将会有更多的机会得到突破性的进展；以研究物质结构和运动在各个层次上的基本行为，提出基本概念、发现基本规律为目标的理论物理学将始终处于学科发展的前沿；一些和应用技术结合紧密的分支学科也将会有更多的发展和突破的机会。

物理学的开放性

物理学一直是一门生气勃勃的学科，这和它具有高度的开放性是密切相关的，它和其他的自然科学没有截然的分界线。它的门户总是开放的，鼓励跨学科的交流与沟通。

物理学和技术关系密切。当今的许多工程学科都是植根于经典物理学的某一分支，而20世纪的物理学进而诱发许多新兴的技术科学，如原子能技术、微电子技术、光电子技术等。即使像高能物理学那样的以基础研究为主的学科，由于它采用了大量和高技术有关的研究手段，对当代信息、网络技术作出了重要贡献。

在促进学科交叉方面，物理学更是大有可为。物理学是严格的定量科学。卢瑟福有句戏言，“一切科学，要么是物理学，要么就是集邮术”，显然其他自然科学早已摆脱了类似于集邮术的情况，在定量化方面，向物理学靠扰。20世纪的化学是巩固地建立在量子力学基础上的，和物理学已密不可分，有许多共同的研究对象。当然在观点上的差别还是有的，正如著名化学家赫许巴赫（D. Herschbach）所指出的，“典型化学家高于一切的愿望是理解为什么一种物质和其他物质行为不同；而物理学家则通常期望寻找出超出特定物质的规律”，使双方的研究互相补充。现代生物学早已面目一新，将它的基础建立在分子生物学上。而分子生物学诞生在卢瑟福的后继者主持的剑桥大学卡文迪什实验室。诚如著名生物学家吉尔伯特所说的，“传统生物学解决问题的方式是完全实验的。而正在建立的新模式是基于全部基因都将知晓，并以电子技术可操作的方式驻留在数据库中，生物学研究模式的出发点应是理论的。一个科学家将从理论推测出假定，然后回到实验中去，追踪或验证这些假定”。看来物理学家在交叉科学方面尚大有可为。

物理学与其他自然科学的关系

物理学是自然科学的基础。20世纪以来，理学的发展对现代社会的影响和人类对自然规律认识的深化尤为突出。以量子力学和相对论的创立为标志的物理学革命，不仅导致了人类宇宙观的重大转变，诱发或促进了整个自然科学的改观，而且带来了人类社会空前的技术进步，极大地改变了人类的生产方式乃至生活方式。电学和磁学现象的研究以及麦克斯韦的电磁理论为建立现代的电力工业和通讯系统奠定了基础，无线电、电视、雷达的发明极大地改变了人们的生活；20世纪物理学的另一重大进展是量子力学的建立，量子力学为描述自然现象提供了一个全新的框架，现在，人们认识到量子力学不仅是现代物理学的基础，而且也是化学、生物学等其他学科的基础。此外，量子力学还导致了半导体、光通讯等新兴工业的崛起，并为激光技术的发展新材料发现和研制以及新型能源开发等开辟了新的技术途径。半导体材料、半导体物理和半导体器件研究的进展为计算机革命铺平道路，而计算机革命给人类社会和技术进步所带来的影响是无法估计的。

今天物理学的作用仍然是多方面的。一方面，物理学将继续通过它和其他一切学科的交叉、渗透和相互作用产生出许多新的边缘学科；另一方面，物理学仍会不断地提供新的理论、实验技术和新材料来影响其他学科、技术和社会的进步。今天和将来的许多新技术都来源于物理学的基础研究，物理学仍将是自然科学的基础。

当今物理学的研究领域里有两个尖端，一个是高能或粒子物理，另一个是天体物理。前者在最小的尺度上探索物质更深层次的结构，后者在最大的尺度上追寻宇宙的演化和起源。近几十年的进展表明，这两个极端竟奇妙地衔接在一起，成为一对密不可分的姊妹学科。

自从伽利略、牛顿以来，物理学与天文学已是精密的理论科学，然而长期以来，包括化学在内的其他自然科学却一直是经验性科学。1998年的诺贝尔化学奖颁给了科恩和波普，以表彰他们在量子化学方面所做的开创性贡献。颁奖的公报说，量子化学将化学带入一个新的时代，化学不再是纯实验科学了。此前，如果说物理化学还是物理学和化学在较唯象层次上的结合，则量子化学已深入到化学现象的微观机理。近年来，量子化学、激光化学、分子反应动力学、固体表面催化和功能材料等物理学与化学间的交叉学科，取得了长足的进展。

物理学研究的是物质世界普遍而基本的规律，这些规律对有机界和无机界同样适用。物理学构成所有自然科学的理论基础。早在上世纪40年代，量子力学的创始人之一薛定谔在《生命是什么？》一书里预言：“生命的物质载体是非周期性晶体，遗传基因分子正是这种有大量原子秩序井然地结合起来的非周期性晶体；这种非周期性晶体的结构，可以有无限可能的排列，不同样式的排列相当于遗传的微型密码；"他所说的这种“非周期性晶体”，就是存在于细胞核染色体中的DNA分子。1953年沃森和克里克共同发现DNA分子的双螺旋结构。薛定谔在《生命是什么？》书中还有另一段名言：“生命之所以能存在，就在于从环境中不断得到‘负熵’”，“有机体是依赖负熵为生的”。这就是生命的热力学基础。60年代比利时科学家普里高津的耗散结构理论，证实了薛定谔的预言。当前生命科学中分子生物学、量子生物学、遗传信息学、蛋白质结构等新兴学科的研究正方兴未艾。人们说21世纪是生命科学的世纪，一位物理学家则说，21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪。

翻阅一下现在物理学的许多重要期刊，或看看许多国际物理学术会议的日程，就会发现，诸如蛋白质折叠、免疫网络化学键断裂、水土流失、交通堵塞等，大量本不属于物理学内容的标题，赫然入目。人们不禁要问：“什么是物理学？”的确，今天再从研究对象来回答这个问题已很困难。我们的看法是，不管什么问题，当物理学家用物理学的方法去研究它时，就把它变成了物理问题。物理学，是一门理论和实验高度结合的精确科学。物理学中有一套最全面最有效的科学方法。

物理学对培养学生的科学素养

20世纪，是科学技术空前高速发展的世纪，人类社会在科技进步上经历了一个又一个划时代的变革。世纪之初，无论在动力和信息交流方面，人类社会就全面地进入了“电气化时代”。这是19世纪安培、法拉第、麦克斯韦等一批物理学家和爱迪生等发明家努力的结果。从上个世纪之交放射性的发现，经过近半个世纪原子物理、核物理的研究，40年代物理学使人类掌握了核能的奥秘，把人类社会带进了“原子时代”。今天核技术的应用远不止于为社会提供长久可靠的能源，放射性与核磁共振在医学上的诊断与治疗作用，已为人所共知。这个成果是和卢瑟福、玻尔、爱因斯坦、居里夫人、海森伯、费米、哈恩等一大串光辉的名字分不开的。到了50、60年代，物理学家又发明了激光，它的理论基础是爱因斯坦1916年提出的光的受激发射过程。今天激光技术已广泛应于工业、农业、医学、通讯、计算、军事和日常生活，成为几十亿、上百亿的巨大产业。”20世纪科学技术给人类社会带来的最大的冲击，莫过于以现代计算机为基础发展起来的信息技术。号称“信息时代”的到来被誉为“第二次产业革命”。的确，计算机给人类社会带来如此广泛而深刻的变化，这在20~30年前是难以预料的。半个多世纪前，巴丁、肖克菜、布赖顿等三位物理学家发明了晶体管，标志着信息时代的诞生。从物理学家的眼光看来，这个婴儿在娘胎里至少孕育了20年。这就是说，20年代建立量子力学之后，物理学家发展了费米-狄拉克统计、能带论，从此有了电子和空穴的概念。尔后用掺杂的办法产生了N型和P型的半导体，这才为晶体管的发明打下基础。

以上成果又是和一连串物理学家光辉的名字——薛定谔、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等联系在一起的。自从40年代末晶体管问世以来，60年代制成了集成电路，从70年代后期起，发展成为大规模集成电路，而后是超大规模集成电路，集成度以每10年1000倍的速度增长着。

在有的人看来，物理学对高技术的贡献属于过去，今天我国发展：高技术的关键在于新材料、新工艺。殊不知，微电子加工和分析手段本身，如离子注入、激光退火、卢瑟福背散射谱、俄歇电子谱、X射线发光光谱、二次发射离子质谱，以及高分辨的电子刻蚀、同步辐射光刻，哪一样不是从物理学各分支的实验室里移植到工业上去的！现在教育界所谈素质教育和培养学生的创新精神没有正确的物理思想做支撑完整吗？

（参考文献略）