物理学是一门以实验为本的自然科学。自然科学物理学是一门以实验为本的自然科学。自然科学 的发展开始于观察，当人们不满足于在自然条件下去的发展开始于观察，当人们不满足于在自然条件下去 观察研究对象，要求对研究对象进行积极干预时，就观察研究对象，要求对研究对象进行积极干预时，就 要使用实验的方法。要使用实验的方法。科学从观察阶段进入实验阶段是一种质的飞跃。科学从观察阶段进入实验阶段是一种质的飞跃。 特别是在现代物理学的研究中，物理学的实验方法不特别是在现代物理学的研究中，物理学的实验方法不 仅促进了理论的诞生，而且愈来愈成为现代物理学各仅促进了理论的诞生，而且愈来愈成为现代物理学各 分支领域研究的重要工具。分支领域研究的重要工具。4-3 物理实验方法的延伸总之，提供事实、验证理论总之，提供事实、验证理论 ，测定常数，推广应用这四个方，测定常数，推广应用这四个方 面基本上概括了实验在物理学发面基本上概括了实验在物理学发 展中的作用。展中的作用。张文裕张文裕正如我国著名物理学家张文正如我国著名物理学家张文 裕教授所指出的：裕教授所指出的：“ “科学实验是科学实验是 科学理论的源泉，是自然科学的科学理论的源泉，是自然科学的 根本，也是工程技术的基础。根本，也是工程技术的基础。” ”他还说：他还说：“ “基础研究、应用研究、开发研究基础研究、应用研究、开发研究 和生产四方面要紧密结合在一起，必需有一条红和生产四方面要紧密结合在一起，必需有一条红 线，这条红线就是科学实验。线，这条红线就是科学实验。” ”伽利略倡导实验理论相结合，用实验来检伽利略倡导实验理论相结合，用实验来检 验理论的正确性，开创了以实验为基础具有严验理论的正确性，开创了以实验为基础具有严 密逻辑理论体系的近代科学，他进行的一系列密逻辑理论体系的近代科学，他进行的一系列 杰出的实验，为物理学迅速发展成为一门真正杰出的实验，为物理学迅速发展成为一门真正 独立的科学作出了巨大贡献。独立的科学作出了巨大贡献。 可以说物理学是实验方法的发源地，可以说物理学是实验方法的发源地，伴随伴随 着物理学发展的实验方法内容极其丰富多彩，着物理学发展的实验方法内容极其丰富多彩， 技术精妙绝伦。技术精妙绝伦。由于物理学中实验方法取得的辉煌成果，由于物理学中实验方法取得的辉煌成果， 此后，自然科学的研究，逐步推广了通过专门此后，自然科学的研究，逐步推广了通过专门 设计的科学实验，以寻找科学规律，建立科学设计的科学实验，以寻找科学规律，建立科学 理论的科学方法。理论的科学方法。同时，物理学的实验方法也同时，物理学的实验方法也 在社会科学中延伸，发挥了巨大的作用。在社会科学中延伸，发挥了巨大的作用。4-3-1 4-3-1 物理实验方法在生命科学中的应用物理实验方法在生命科学中的应用十九世纪五十年代初期，英国物理学家克里十九世纪五十年代初期，英国物理学家克里 克和美国生物化学家华特生利用克和美国生物化学家华特生利用X X光衍射实验，光衍射实验， 对脱氧核糖核酸对脱氧核糖核酸( (DNA)DNA)分子进行分析。分子进行分析。阐明了存在于细胞核中的阐明了存在于细胞核中的DNADNA分子是染色体分子是染色体结构的主要组成部分，其基本空间结构是双链的结构的主要组成部分，其基本空间结构是双链的 螺旋结构，以及它的四种核苷酸中所含碱基的配螺旋结构，以及它的四种核苷酸中所含碱基的配 对规律，从而提出了生物遗传的内部机制。对规律，从而提出了生物遗传的内部机制。在生物界，用动物来模拟人的生理过程或病理在生物界，用动物来模拟人的生理过程或病理 过程，应用的就是物理模拟实验。例如为了研究气过程，应用的就是物理模拟实验。例如为了研究气 管炎发病的自然条件，可以将猴子、大白鼠等实验管炎发病的自然条件，可以将猴子、大白鼠等实验 动物置于烟熏、低温等条件下观察其发病的过程。动物置于烟熏、低温等条件下观察其发病的过程。为了考察尼古丁的毒害，可以将尼古丁从烟草为了考察尼古丁的毒害，可以将尼古丁从烟草 中提取出来，注射到实验动物体内，观察由此引起中提取出来，注射到实验动物体内，观察由此引起 的各种病理变化。的各种病理变化。用实验动物作为人体的生理模型和病理模型进用实验动物作为人体的生理模型和病理模型进 行实验，可以达到比较大的规模，并且可以根据实行实验，可以达到比较大的规模，并且可以根据实 验的需要不断重复和进行剖检。验的需要不断重复和进行剖检。现代医学总是首先现代医学总是首先 在实验动物即物理模型上进行大量工作，得到可靠在实验动物即物理模型上进行大量工作，得到可靠 的结论，然后再应用于临床。的结论，然后再应用于临床。光光一直是人类认识和改造自然的有力工具一直是人类认识和改造自然的有力工具。2020世纪世纪6060年代激光技术出现后，人类利用光年代激光技术出现后，人类利用光的本领达到了一个新的高度。的本领达到了一个新的高度。激光技术应用的历史虽然不长，然而效果激光技术应用的历史虽然不长，然而效果也相当显著，下面是激光技术在一些主要领域也相当显著，下面是激光技术在一些主要领域的基本作用。的基本作用。(1) (1) 工业材料加工。工业材料加工。激光束经聚焦后，在工激光束经聚焦后，在工 作面上可以形成直径为作面上可以形成直径为1010 m1m1 mm的光斑，加的光斑，加工点可以获得极高的能量密度，可以对过去难工点可以获得极高的能量密度，可以对过去难 以处理的硬度大、熔点高、脆性大的材料进行以处理的硬度大、熔点高、脆性大的材料进行 打孔、切割、焊接等加工。打孔、切割、焊接等加工。例如激光可以在例如激光可以在1 1mmmm的汽冷高温反应堆燃的汽冷高温反应堆燃 料颗粒上打出料颗粒上打出0.80.8mmmm的孔。的孔。7070年代，在工业的年代，在工业的许多领域已经实现了利用激光的常规生产。许多领域已经实现了利用激光的常规生产。( (2) 2) 农牧业应用农牧业应用。用激光照射种子，农作物用激光照射种子，农作物不仅对促进当代农作物增产、早热、诱变育成不仅对促进当代农作物增产、早热、诱变育成 小麦、水稻、蔬菜等新品种或新品系方面取得小麦、水稻、蔬菜等新品种或新品系方面取得 了很多成果，有的新品种还已大面积推广，而了很多成果，有的新品种还已大面积推广，而 且对提高农畜精液品质，提高母牛繁殖力，促且对提高农畜精液品质，提高母牛繁殖力，促 进家禽胚胎发育，提高孵化率和成活率等方面进家禽胚胎发育，提高孵化率和成活率等方面 也做出了许多成绩。也做出了许多成绩。尤其值得提出的是，近几年来应用激光束尤其值得提出的是，近几年来应用激光束 进行细胞融合、染色体切割、外源基因转移等进行细胞融合、染色体切割、外源基因转移等 遗传工程中取得了可喜的进展。遗传工程中取得了可喜的进展。( (3) 3) 医学治疗。医学治疗。利用激光的高温高压作业利用激光的高温高压作业表现的性能优势，可将二氧化碳激光用作手表现的性能优势，可将二氧化碳激光用作手术刀，与普通手术刀相比具有自动止血，伤术刀，与普通手术刀相比具有自动止血，伤口基本无菌、感染率小等优点。口基本无菌、感染率小等优点。因此，在眼科、胸科、牙科、皮肤科、妇因此，在眼科、胸科、牙科、皮肤科、妇科等的手术中都有广泛的应用。科等的手术中都有广泛的应用。( (4) 4) 光通讯。光通讯。激光通讯具有容量大、保密激光通讯具有容量大、保密性好、抗干扰能力强、结构轻便等优点。性好、抗干扰能力强、结构轻便等优点。19601960年英国提出了用玻璃纤维进行远距年英国提出了用玻璃纤维进行远距 离光信息传输的可能性，离光信息传输的可能性，19701970年美国康宁公年美国康宁公 司研制出衰减率低于司研制出衰减率低于2020分贝分贝/ /公里的纯二氧化公里的纯二氧化硅光学纤维。硅光学纤维。同年，诞生了适用于光纤通讯的光源同年，诞生了适用于光纤通讯的光源双异质结半导体激光器，由此使光纤通讯成双异质结半导体激光器，由此使光纤通讯成 为现实。为现实。( (5) 5) 全息照相。全息照相。普通照相得到的是平面象，普通照相得到的是平面象， 因为感光胶片上记录的只是物体辐射或反射光因为感光胶片上记录的只是物体辐射或反射光 的强度分布，而无法记录光的位相信息。的强度分布，而无法记录光的位相信息。19471947年，英国科学家盖伯年，英国科学家盖伯( (D.D. GaborGabor) )提出了提出了 记录光的强度和位相从而得到物体三维立体像记录光的强度和位相从而得到物体三维立体像 的全息照相理论。的全息照相理论。19611961年年1010月，美国的利恩月，美国的利恩( (E.N.E.N. LeithLeith) )和乌和乌 帕特尼克斯帕特尼克斯( (J. J.UpatnieksUpatnieks) )利用激光拍摄到了第一利用激光拍摄到了第一 张实用的离轴全息图，用激光参考波照射时，张实用的离轴全息图，用激光参考波照射时， 实现了逼真的三维物体像。实现了逼真的三维物体像。2020世纪世纪7070年代后，年代后， 激光全息摄影开始走向实用。激光全息摄影开始走向实用。( (6) 6) 准直、测距和制导。准直、测距和制导。许多工程都需要一条直线许多工程都需要一条直线 基准，利用激光的良好的方向性可以制成准直仪。在调基准，利用激光的良好的方向性可以制成准直仪。在调 准了准了3 3km km 长的直线加速器时，总的偏差不超过长的直线加速器时，总的偏差不超过0.250.25mmmm 。处用稳频激光作为长度标准，比用传统的光源星处用稳频激光作为长度标准，比用传统的光源星 程长、亮度高、精度高，测量程长、亮度高、精度高，测量1 1mm的长度，精度可达的长度，精度可达 1010 7 7 10 10 8 8mm。由于这种优良的测距性能，加之激光的抗由于这种优良的测距性能，加之激光的抗 干扰能力，配备激光制导系统的炮弹和导弹，基本能够干扰能力，配备激光制导系统的炮弹和导弹，基本能够 百发百中。百发百中。20022002年年7 7日美国又首次试飞了载有激光炮的波音日美国又首次试飞了载有激光炮的波音 747-400747-400型飞机，这种装载着型飞机，这种装载着“ “激光炮激光炮” ”的波音飞机，据的波音飞机，据 说可在说可在1.21.2万米高空巡逻。万米高空巡逻。“ “激光炮激光炮” ”射程可达射程可达300-600300-600公公 里，能击毁被五角大数列入威胁名单的里，能击毁被五角大数列入威胁名单的2929种导弹中的任种导弹中的任 何一种。何一种。由于科学的发展，人们已经认识到生命在地由于科学的发展，人们已经认识到生命在地球上是由非生命物质在适宜条件下，逐渐发展演球上是由非生命物质在适宜条件下，逐渐发展演化来的，生命是物质的一种运动形式。化来的，生命是物质的一种运动形式。在地球上，由没有生命的无机物演化、发展在地球上，由没有生命的无机物演化、发展成为具有生命特征的蛋白质，这个过程可分为三成为具有生命特征的蛋白质，这个过程可分为三个阶段：由无机物到有机物；由简单的有机物到个阶段：由无机物到有机物；由简单的有机物到生物大分子；由生物大分子到蛋白体出现。生物大分子；由生物大分子到蛋白体出现。在在地球形成初期，地面温度很高，原始大气和原地球形成初期，地面温度很高，原始大气和原 始海洋中几乎没有氧，而含有一些象甲烷、氯化氢、始海洋中几乎没有氧，而含有一些象甲烷、氯化氢、 一氧化碳、二氧化碳、氮、氨、氢和水蒸气等物质。一氧化碳、二氧化碳、氮、氨、氢和水蒸气等物质。 陨石及火山爆发也不断提供一些碳化物和其他物质。陨石及火山爆发也不断提供一些碳化物和其他物质。 这些物质就是化学进化的物质条件。这些物质就是化学进化的物质条件。 以后在太阳紫外光、电离辐射、闪电、火山、高以后在太阳紫外光、电离辐射、闪电、火山、高 温、局部高压等因素的长期作用下，使这些物质以及温、局部高压等因素的长期作用下，使这些物质以及 从地球内部冲出的金属碳化物相互作用，形成了大