下面将做一趟时空旅行（假设有时光机器哈）从两千年前开始顺着历史的河流观看沿岸上的物理遗迹。
时光机器：“时光机器马上开动，第一站古希腊，请系好安全带否则你有可能被甩到遍地恐龙的侏罗纪公园...”
I古代物理（德谟克利特，亚里士多德时代）：
前面也曾经说过古时欧洲人称呼物理学作“自然哲学”而最早的物理学家非创造了原子论的德谟克利特莫属了。
“他认为万物的本原是原子和虚空。原子是一种最后的不可分割的物质微粒，它的基本属性是"充实性"，每个原子都是毫无空隙的。虚空的性质是空旷，原子得以在 其间活动，它给原子提供了运动的条件。原子的数目是无穷的，它们之间没有性质的区别，只有形状、体积和序列的不同。运动是原子固有的属性。原子永远运动于 无限的虚空之中，它们互相结合起来，就产生了各种不同的复合物。”
现代的物理已经可以证明上面所说《原子论》的思想是正确的。事实上现代粒子物理的很多理论的基础还是《原子论》也就是说认为世界万物有基本的粒子组成。但这种粒子已经不是上面所说的原子了而是比他更小的夸克或者弦。但是早在2000多年前的德谟克利特怎么可能知道有这么一种东西呢？当时的科技还没有发达到产生可以让我们“看”到肉眼看不到的电子显微镜。当然也许有人认为这是碰上的正如20世纪70年代NASA在火星上拍到的“猿猴”脸部照片，又如遍布苍穹的有各种形状的星座。而这实际上可以说和我们前面的《原子论》不同后者可以说是随机的必然性即在大量事件的情况下任何单次不可能的事件都是可能的。这已经被数学所证明而叫做“拉姆塞理论”，而《原子论》可以说是纯哲学性的推论也就是说是通过逻辑推理得出的。所以我们可以看到即使没有实验的验证纯的逻辑推理也是很有作用的。
时光机器：“下一站工业革命时期的欧洲，请不要乱扔垃圾否则可能会改变历史的进程，这有可能会改变我们时代的文明。”
II经典物理（1564年 -1920年 ）
下面来看下经典物理时代的物理与物理学家。
之所以把1564年看做经典物理时代的开始是因为这年是由于历史上最伟大的物理学家之一的伽利略在这一年诞生的，而他则是第一位运用精确的物理方法打破亚里士多德思想的枷锁。所以理所当然的认为经典物理时代由其开创。下面简述下他所做的打破亚里士多德的力学体系的工作和其思想，伽利略认为选择得当的数学证明可以用来探索任何牵涉到定量性的问题，他也是最早使用科学实验和数学分析的方法研究力学的人。其所研究的中心问题就是在重力影响下的落体运动问题，从而引出了他的最有名的原理之一——惯性原理（另外一条是伽利略相对性原理）。而其实验则是每一个中学生都能说出的理想实验——斜面试验。即由亚里士多德的物理学保持物体以均速运动的是力的持久作用。于是伽利略通过实验结果证明物体在引力的持久影响下并不以匀速运动，而是相反地每次经过一定时间之后，在速度上就有所增加。物体在任何一点上都继续保有其速度并且被引力加剧。以上即斜面实验。每天从斜面上走过的人不计其数而能通过定量计算发现速度会由地球引力而增加的当时只有他一人！可以看出其“实验－模型”思想方法多么的重要。而此方法至今还是由很广泛的应用的。
再来看看伽利略的接班人：伟大的牛顿。我相信这个世界上有很多人可能会不认识伽利略不过我想不认识牛顿的人应该很少很少。顺便一提，对于一般人来说认为牛顿比爱因斯坦还更有影响力。关于牛顿的事迹毋庸多说，有谁不知道他从《自然哲学的数学原理》出发推出了他著名的牛顿三大定律和万有引力定律？而通过他的理论从而发现了当时没有观测到的海王星。
从上面这两位物理学家也能看到的逻辑推理的重要性：如果伽利略只有实验数据而没有对理想情况合理的推理的话是得不到惯性原理的；而没有牛顿理论计算的预测不知道还要有多少年才能观测到海王星。
如果说古代物理的推理还只是逻辑推理的那么到了经典物理时代则已转变成数学推理的。拉格朗日通过他发展的拉格朗日力学可以宣称“在我的书中找不到一张图表”而哈密顿更是通过最小作用量原理得到了以他的名字命名的哈密顿正则方程，而方程的解法更是需要做数学变换从而得到可遗积分和能量积分才可以得到求解。需要一提的是上面提到的四位物理学家中有三位（伽利略除外）其实做的是数学工作而非物理的。而在经典物理中还有大量的这样的从数学出发而得到物理结果的例子比如从经典力学正则变换出发而得到在热力学中基础的Paff方程即热力学四个基本方程和吉布斯一亥姆霍茨方程，又如在电动力学中求解拉普拉斯方程 矢量亥姆霍兹方程 等等大量的物理问题其实都是通过最初的“实验-模型”方法再通过对模型的定量计算再次“模型-实际”可见数学推理至少占了物理研究方法的一半而另外一半是由最开始的实验分析数据和最后的分析情况均分的。由此可见“伽利略思想”的作用同时也可以看到数学分析推理的强大作用。
时光机器：“从上面我们看到两位"垂帘听政的皇后"的权利中心已经从"实验"偏向了"数学"，下一站近代的欧洲！”
III近代物理（1920年- ）
近代物理是起源于1920年左右的也就是当经典物理已经发展到巅峰时刻。在1900年当时已经76岁的的开尔文勋爵在英国皇家物理学会上曾经这么说过：“哎~~我们都要面临失业的问题啊~现在的物理理论基本做完了而在物理学的天空中也就漂着两朵小黑云了”但事实证明正是这两朵小黑云——以太问题和黑体辐射问题导致了物理学上最大的一次革命！前者导致了相对论的出现而后者则间接引出了量子力学。
而这两个作为近代物理基石的理论对于当时的物理学家来说是罕有能接受的。主要是因为他们和我们所习惯的经典物理的理论的主要思想都是相悖的。更别说在实验设备落后的当时这些理论也是无法得到实验验证的。
但是正如在亚里士多德时代的人无法理解伽利略的理论和天体运动论一样。在常年受到经典物理学思想熏陶的那一代物理学家同样是无法理解相对论的时空关系与量子力学中的测不准原理。这主要是由于实验设备准确度和技术低下导致的。正如当时的理论物理学家不会明白为什么在空间中只能通过测量平均值而无法同时精确测定一个对象的位置和动量，而现在任何一个数字信号处理者也可以通过一个傅立叶变换从而得到精确的瞬时数据，而她们在数据处理前是无法“看”清的她们都是时间平均的。
当然数字信号处理者一样不会明白为什么在信号处理前无法精确观测的时间域上（时间平均）的信号通过傅里叶变换变换到频率域上后就可以精确观测。而且其精确度还要远比瞬时测量的高。这可以从国际长度计量标准改为通过激光的频率和波长来定义说明。
但究竟为什么时间平均测量（电磁测量）会比瞬时测量（经典测量）准确度还要高呢？这是因为在欧几里德空间中的“瞬时测量“并非真正的瞬时她必定是平均测量的极限情况。所以其必定导致不精确。而“时间平均测量”不同于“瞬时测量”的根本所在是她采取的空间是把时间域转换到频率域，不同于一般的欧几里德空间这是在波函数空间中进行的。这与量子力学的空间——希尔伯特空间是同源的，或者说实际上她们都是数学上广义函数空间之中的平方可积空间的子集。（一般来说希尔伯特空间就是波函数空间，不过量子力学的希尔伯特空间是经过狄拉克扩充过的广义希尔伯特空间她还包括无限维的情况）
也许你会认为空间是客观存在的怎么可能可以在不同的空间进行相同的物理测量呢？但是就算是几何中最基础的假设——直线线也是虚构的就算是现实中最理想的“直线”：光，但是她也是原子发出的有限长的波列而不是真正的理想的直线。
“几何是不真实的，但是她是有用的”这是彭加莱写在他那本有名的小册子《科学与假设》上的。空间一样是虚构的概念，她对科学研究是有用的但是不真实的！所以说实际上空间的概念是数学性的，是人们虚构的。
时光机器：“至此我们的时光旅行告一段落。”
IV回到现实
上面通过我们虚构的时间旅行 我们大致欣赏了下从2000多年前到近代的几个标志物理“遗迹”——原子论、经典物理、量子物理。当然物理上的标志性“遗迹”绝对不止这几个....还有很多很多，但是限于篇幅（实际上已经够多的了）不再展开讨论了，而且实际上这些也足够我们领略物理发展的过程了，自从经典物理开始借用数学中力学（事实上我更习惯说牛顿哈密顿等人的工作是数学工作而非物理工作 虽然他们在物理上有很深刻的影响）的研究方法做严密的推导，再到量子物理研究无法直接被实验验证而需要理论（数学）作为“指导。”——物理从最开始的重实验的科学已经变的越来越不科学、越来越数学化了。
