20世纪物理学发展的现状和展望

20世纪物理学发展的现状和展望

20世纪，物理学在众多领域得到了长足的发展，老的学科新芽满枝，新的学科蓬勃发展；并且开拓出广阔的应用领域。下面就这几个分支：即统计物理学、低温物理学、生物物理、原子分子和光物理学、受控热核聚变、宇宙线物理学、引力物理学等领域的进展作一些综述和展望。

1、统计物理学的发展

统计物理学的概念已有一百多年历史，它可以追溯到19与20世纪转折时期的玻尔兹曼，吉布斯以及许多其他现代物理学家的贡献。统计物理学它把原子尺度（埃的尺度）的物理性质与宏观尺度的物理性质，以及所有有关的介观与宏观现象联系起来。如果知道了原子之间的相互作用力，要计算所有感兴趣的宏观物理量，就需要处理涉及大数量的相互作用的问题。倘若这一任务能够完成，我们不仅理解了热力学的原理，而且具备了应用于许多其他领域，如工程、材料科学以及物理化学等的理论基础。

我们知道，在基本粒子和原子尺度描述系统随时间演化的基本方程已是熟知的了。在经典极限情况下，量子力学的运动方程还原为经典力学的牛顿方程，它们描述系统的态随时间的演化。因此，很自然的是把宏观系统的任何可观察量看成是相应的微观量沿着相空间中系统的相轨道的时间平均。根据统计力学的遍历性假设，时间平均可以代之以适当的统计系综的平均。例如，完全与其环境隔绝的孤立系统的能量是守恒的，因此系统的相轨道必定落在相空间的能量超曲面上。按照统计力学的微正则系综，在此能量超曲面上的所有区域是等几率的。由此可以建立统计力学定义的摘，并由熵极大原理导出相应的可观察量的系综平均值。当然，沿相轨道的时间平均与在能量超曲面上的系综平均的等价性，是高度非平庸的。因为它意味着能量超曲面上的相轨道是充分的混饨，以致于它能在足够短的时间内充分接近超曲面上的任意点。要使这些条件尽可能精确地实现，并认识到系统的哪些性质保证了遍历性假设得以满足，以及对少数几个相当特殊的反例，为什么遍历性假设不满足，这些都是长期以来具有挑战性的问题。

当我们处理平衡态统计力学问题时，各种统计系综（微正则、正则、巨正则）原则上均可提供描述原子及它们的相互作用的微观哈密顿量与平衡态物质的宏观性质之间的精确联系。然而要实际完成这一计算，只能对相当简单的系统（理想气体，稀溶液，谐振子集合，以及能用它们描述的系统，如低温下的晶体，理想顺磁体，等等）。而所有其他的系统，仍然是活跃的研究课题。熟知的一个例子是经历气－液凝聚的稠密流体：虽然早在一百年前就可以用范德瓦尔斯理论定性描述，但该理论却不能正确描述临界点邻域的行为，这一点五十多年前已从实验上知道了，但定量精确描述气－液相变的临界行为的理论直到60年代才出现。理论进展中非常重要的一步是对临界现象一些普遍性质的认识，它们包括：（l）趋近临界点时，序参量（上例中为液、气密度之差）可任意地小，然而自由能却不能按朗道理论所假定的那样展成泰勒级数，为什么会这样？（2）各种物理量的临界奇异性是如何相互联系的？什么是表征临界指数相互关系的标度律？（3）如何理解临界现象的普适性的物理基础？例如，为什么气－液临界点的临界指数与二元混合流体，各向异性磁体，以及某些二元合金的有序－无序转变的临界指数相同？

在过去40年中，统计物理理论最大的成功之一就是临界现象的上述问题得到了阐明。为此，玻尔兹曼奖颁发给了费希尔（M．E．Fisher，1983）、卡达诺夫（L．Kadanoff，1989）与威多姆（B．Widom，1988），以表彰他们在发展标度律和普适性等方面所做出的特殊贡献。尤其重要的成就是重正化群理论的建立，威尔逊（K．Wilson，1936～）因在这方面开拓性的工作而获得1977年玻尔兹曼奖与1982年诺贝尔物理奖。重正化群理论使我们能够理解哪些性质决定了普适类，临界指数及相关的普适量究竟与哪些性质有关，与哪些性质无关。

除了相当简单的“球模型”可以在任意空间维数严格求解外，我们还不知道有任何其他模型可以在三维空间严格求解，并具有临界点。因此，为了研究三维空间的临界现象与相图，发展数值方法非常有价值。例如蒙特卡罗方法（Metropolis等，1953年）以及分子动力学摸拟方法。这些方法仅在最近几十年才变成统计力学的最重要的工具之一。值得注意的是，尽管重正化群方法可以精确计算临界指数等普适量，但该方法不能预言非普适量，如临界温度和流体的临界密度，或临界振幅的绝对大小。现在这些任务可以用蒙特卡罗方法，借助于对有限大小的系统的计算机模拟结果的恰当的分析，并根据有限大小标度理论得出的

适当的参数作为输入，而满意地解决。

关于平衡态统计力学，我们想在这里强调的最后一个题目是“软凝聚物质”，它包括许许多多不同的系统，最突出的有液晶，高分子溶液与熔体，橡胶，高分子乳胶，气－液界面的肥皂分子以及与之相关的由类脂分子形成的朗缨尔薄膜，生物膜及由它们形成的超分子结构等。50年前，这些都被认为是化学研究的课题，早期的理论成就还被授予了诺贝尔化学奖，如1974年弗洛里（P．J．Flory）因研究高分子而得奖，但现在已形成统计物理很大的一个研究领域。特别是通过德让纳（de Gennes）开拓性的工作，他证明了研究临界现象所发展的理论（标度理论与重正化群）在这一领域是多么有用，并解决了一些长期悬而未决的问题，使他获得1991年诺贝尔物理奖。

非平衡统计力学是一个非常重要的、并日益活跃的分支领域。在讨论遍历性时我们曾提到“非线性动力学”，它推动了对湍流初现及流体动力学斑图（pattern）形成等的研究。虽然本世纪中已开始研究完全发展的湍流的标度性质，但仅在最近30年，非平衡凝聚物质中斑图形成的物理规律才成为研究焦点。平衡态问题可以用自由能函数的极小来表述，但远离平衡现象不存在这样统一的原理，而必须解动力学方程。如为了描述化学反应中的螺旋波等斑图，需解反应扩散方程。为了描述瑞利书纳尔圈等流体动力学斑图，需解纳维－斯托克斯（Navier－stokes）方程，或其简化形式，如振幅方程，后者与描述临界涨落动力学及相分离系统中的浓度涨落动力学的朗道－金兹堡方程类似。

尽管统计力学的某些应用是非常明显的，如工程师应用平衡态物态方程处理热力学过程，但是也有一些应用是事先并未预料到的“副产品”。例如对自旋玻璃的研究导致模拟退火的概念，它已成为优化问题的公认的原则。自旋玻璃的研究还促进了神经网络的发展，后者也有许多实际应用。目前，随机过程［从无规行走到利维（Levy）飞行］理论几乎都已得到应用，从生物学到股票市场分析，这许多看起来十分不同领域的相似性，难道仅仅是引起我们的好奇，而不值得探索其背后的本质吗？

统计物理领域具有巨大的潜力，还远远没有被完全发挥。统计物理必将在越来越多的科学领域中得到应用。以前是化学家而不是物理学家研究的“软凝聚物质”就是一个很好的例子。此外，统计物理学还经常使不同物理学领域之间联系起来，例如格点规范理论作为处理量子色动力学的一种方法，形式上与统计物理的配分函数的路径积分表述相似，它已在基本粒子理论与天体物理学，特别是早期宇宙的理论以及夸克－胶子等离子体相变中得到应用。

对于统计物理学的研究者，未来几十年究竟应考虑哪些研究课题。不过有一点可以肯定，这些课题必定是十分多样化的，从凝聚态物理到物理化学，从各种技术应用中提出的问题到生物学与经济学，等等。

2、低温物理学的发展

低温物理学首先是从1908年昂内斯（Onnes）在4 K温度下使氦液化开始的；1926年由德拜（Debye）和吉奥克（Giauqule）各自独立提出了的固体的磁致冷却方法；用3He稀释4He以达至0．002 K低温的方法是首先由伦敦（London）建议的，达斯（Das）在1964年实现，并经由许多人花费几十年时间才完善化；戈特（Gorier）于1934年建议，由科逖（Kurti）在1956年，以及众所周知的罗纳斯玛（Lounasmaa）在1970年，所实现的原子核磁冷却；最后是由汉施（Hansch）和施奥罗（Schawlow）建议，经朱橡文（Steven Chu）实现的μK原子激光冷却，而菲利浦”（Philips）借助磁致陷阶使激光冷却达到了更低的温度。而按照柯恩（Cohen）和谭诺吉（Tannoudji）在1989年的建议，这一技术还可以改进，达到亚μK的温区。

寻求更低的温度、由此导致的非同寻常的发现和各类宏观量子力学效应的研究是低温物理学的主要特点。粗略地说，在过去一个多世纪里，所创低温记录以每10年降低10倍的速率被刷新。1908年，比绝对零度只高3度的宇宙背景温度（3K）在实验室中获得。与此相比，粒子物理学家们取得了类似的进展。在世纪初，电子只能加速至千电子伏（keV），而现时在费米实验室（Fermilab）和欧洲联合核子中心（CERN），电子和质子的能量已达至万亿电子伏（TeV）。而在更短的时间里，半导体工业也向微型化发展。从第一只毫米长度的晶体管被安装进集成电子器件起，晶体管的尺度以每年缩小十倍的速率递减。这些都是其他人类成就所不能比拟的。

低温物理学家为他们在凝聚态物理领域里取得的一系列具有基本意义的发现而自豪。最伟大的发现是金属的超导电性。在足够低的温度下，周期表一半以上的金属，以及许多合金和化合物，进入一种无电阻状态。如果把超导体做成线圈，并在线圈内通入电流，电流将持续数年而没有明显的衰减。超导电流不受

杂质、原子振动或晶体缺陷影响。昂内斯在1911年的发现一直没有得到令人满意的解释，直到巴丁（Bardeen）、库柏（Cooper）和施里弗（Schrieffer）在1957年提出了他们的理论。从理论上来说，电子在低温下结合成对，而这些电子对的运动是彼此相关的。作为整体，电子对可以用一个波函数或更新的序参量Y＝e if来描写。由于极富创意，这个理论在许多其他物理领域里被采纳。按照巴丁等人的理论，超导转变温度的上限约为25～30 K。对于一些人来说，限制意味着挑战。尽管后来新类型的超导体陆续被发现，但它们的温度上限均不超过23 K。相形之下，柏诺兹（Bednorz）和缨勒（Mueller）在1986年发现了高温超导体，它激起了高度兴奋和许多人的后继发现。这些奇异的铜氧化合物把超导温度上限推至150 K，许多理论家在试图搞清潜在的超导机制。

卡皮察（Kapitza）和阿伦（Alien）于1938年发现低于2K的液氦4He的超流性。超流体显示了持续的流动性或零粘度，以及量子化的涡旋。提出一个完善的超流理论要面临更艰巨的挑战，然而，通过唯像理论，特别是朗道（Landau）和费曼（Feynman）等人的工作，我们对超流有了较好的理解。50年来，液氦3He被公认类似于与金属中的电子气体，3He原子和电子都可以被当作自旋为1/2的粒子气体。在搞清超导机制后，3He原子也可能配对，凝聚而成宏观量子态，这个想法曾引起一阵兴奋。然而，当欧士若夫（Osherbff）、李（Lee）和理查逊（Richardson）在1972年进行某项研究时，却意外发现了0． 003 K的超流转变。正如后来柏诺兹（Bednorz）和缨勒（Mueller）的发现刺激了超导领域的研究一样，这项发现开辟了一个新的研究领域，使极低温物理学的研究重新活跃起来。极低温下的3He转变，再使超流体进入一个新的状态，而新的超流体由于奇异的结构和磁性质，显得非常复杂。也许，3He超流研究所展示的显著特征是理论和实验之间的密切配合，理论显示了以相当的精确度解释奇异性质和指点新方向的能力。

1962年，一位名叫约瑟夫森的剑桥大学研究生用两个方程式来描述电子对如何产生超导“隧穿”，即电子对从一个超导体穿越非常狭窄的空隙进入另一个超导体。“隧穿电流”不是靠外加电压，而是靠电子对在两个不同超导体内相干因子的相位差f1－f2来维持。这又是一个在宏观尺度上展现出来的量子力学效应。如果在两超导体间加上电压（V），隧穿电流便会以频率（2e/h）V振荡。其中，e为电荷，h为普朗克作用量子。两个方程很快被证明，它开创了一个重要的研究领域。约瑟夫森方程显示f1－f2以及隧穿电流对微弱的外磁场敏感，这就为异常灵敏的探磁仪的发明铺平了道路。由于隧穿结和外空间的电感不匹配，外加电压导致的振荡电流不产生显著的电磁辐射。然而，微波辐射和隧穿电流可以相混，测得的沙皮诺（Shapiro）阶变电压与频率f＝（2e/h）V发生响应。约瑟夫森效应的一个重要的应用是通过方程定义，并由实际的约瑟夫森结测量的标准电压。约瑟夫森结一直被用来作为检测量子力学的基本手段，并由此导致量子电路理论，它对未来的电子学具有重要意义。

1980年克利青（Klitzing）在研究低温下二维半导体的霍尔电阻时做出了一项重要发现。霍尔电阻定义为外加磁场下，横向电压和纵向电流之比。这个电阻应正比于外磁场，反比于载流子数。而他却发现，当他改变载流子数时，霍尔电阻显示出一系列很平的台阶，这些电阻平台的高度等于（h/2e）/N，N为整数。测量的精确度不超过十万分之一。精确度后来又被提高至亿分之一。对于一个存在杂质，缺陷和原子振动的固体来说，这样精确的测量是惊人的。经过理论家们几番错误的尝试，劳夫林（Laughlin）给出了处于磁场下的二维电子气的拓扑量子描述而找到了问题的答案。现在，电阻的单位已经由量子霍尔效应来定义。按照过去的方法定义的标准电阻单位——欧姆，其精确度为每年随时间线性变化亿分之五。量子霍尔效应使标准电阻可以用量子模型来定义。斯托莫（Stormer）和崔倚（Dan Tsui）使用了非常纯净的半导体，外加强磁场和低温，从而发现了分数值N的电阻平台。这意味着基本电荷不是e，而是e的分数值。理论上，劳夫林用电子关联作用而产生的复合准粒子阐明了这一点。

不久前，一项涉及极高的实验技巧而安排周密的研究计划最终使非凡的发现诞生了。研究的初衷缘自爱因斯坦（Einstein）75年前的一个预言。1924年玻色（Bose）寄给爱因斯坦一篇关于他所建立的量子统计力学论文。爱因斯坦很欣赏这篇论文，一边安排出版，同时进一步发展了玻色的思想。他通过一些方程式发现，如果具有整数自旋的粒子气体（如氢原子）被冷却至足够低的温度，所有原子将凝结在同一量子态上。而超流氦中的4He原子和超导体中的电子对的行为都与玻色—爱因斯坦凝聚类似，但由于它们之间存在有强相互作用，这使得它们的描述不能简单地照搬爱因斯坦模型。许多年来，有几个研究组通过使用氢气和标准低温技术，以实现获得玻色凝聚体这一神圣梦想。后来，由克勒普尼（Kleppner）和格瑞塔克（Greytak）在1998年获得成功。而在此之先，一群原子物理学家采用了不同的方法。一开始，他们采用

稀释的铷原子气体，用六台激光器去减慢原子的运动。激光器经调制便可以使向激光器方向运动的原子失去速度。一组磁线圈被用来捕获磁性铷原子，一旦气体原子被捕获，其最外层的部分被强迫蒸发，气体就会冷却下来，并缩小运动范围。令人惊奇的是这个精心设计的、可以置于桌面上作的实验，最终使两千个原子冷却到了20 nK，低于玻色—爱因斯坦凝聚转变温度170nK。这项由科罗拉多大学NIST中心的魏曼（Weiman）和康奈尔（Cornel）研究组取得的成就很快被麻省理工学院的由凯特勒（Ketterle）领导的研究组重复，原子数增至500万个而转变温度达到了2μK。随后的实验通过使两个凝聚体相互叠加并观察量子干涉条纹，从而证实了凝聚体的量子相干效应。这是一个充满物理趣味、具有创新潜力和应用原子激光的新领域。

未来低温物理学领域是新现象、新思想不断涌现的领域，如稀薄玻色凝聚体，强关联电子理论，纳米尺度结构和器件，以及非常规物质等。快速发展的微电机技术，将实现芯片降温，这可能会导致超导电子学的广泛应用。超导探磁仪将随磁共振成象技术之后走出实验室，在临床诊断中使用，特别是脑功能显象。

3、生物物理的发展

在许多方面，物理学也正迅速地扩展进入生物学，导致两个领域接触的增加。现已清楚，不存在违反物理学定律的生物学现象。生物学在20世纪中经历了两个重要时期。在接近20世纪中叶的时候，生物学迅速发展达到分子水平，鉴别出许多在生物体系中起重要作用的分子。往往在不同物种中发现同样的分子或一组非常类似的分子。与生物物种的极其多样性相对立，这一发现诞生了生物体系化学统一性的概念。在这段时期中做到的是鉴别出在分子的和生物的进化中所积累的信息。20世纪的后半叶见证了以存储在核酸中的遗传信息为基础的分子生物学的爆炸性发展。在生物进化的历史中，生物体系所得到的信息存储在脱氧核糖核酸（DNA）的碱基序列中。这一事实的阐明和随后序列阅读操控技术的发展，导致分子生物学的爆炸性发展。

生物学正在进入对各种生物功能不仅在遗传信息的水平上而且在分子机器的三维原子分辨率结构的水平上进行研究的结构生物学时代。在这一景观改变背后的事实是用实验的方法测定生物高分子三维结构的速度正在加快，这是由于诸如用遗传操控的办法来制备样品、X射线晶体学和核磁共振这样一些技术的发展。基于遗传信息的分子生物学爆炸性发展非常有说服力地证明了遗传信息的重要性。物理学与生物学的关系以两种方式变得更紧密了。首先，三维结构和它们的动力学行为的观测需要在本质上基本是物理学的技术。通过提供重要的技术，物理学在这方面正帮助生物学。其次，在鉴别了对许多生物现象负责的特定分子之后，对生物现象的研究正以对真实的分子机器的动力学行为的观察的方式提出本质上是物理学的问题。所观察到的行为并不违背已知的物理学定律。

把原子和分子聚在一起形成的凝聚态是具有新性质和能出现新现象的复杂系统。用凝聚态物理中发展起来的方法和取得的结果促进相近学科分支的发展已有久远的传统，已经有过向化学、材料科学、电机工程、生物物理和化学工程的自然转变。在已经建立起来的学科分支间的领域里，要取得重要进展，通常只能靠多个领域里的科学家的密切合作才有可能，而利用物理学中发展起来的方法和概念，则往往是在相邻学科中提出新理解的基础。生物学中的许多重要的新结果，如脱氧核糖核酸（DNA），血红球蛋白和光合中心的结构等，都是利用了凝聚态物理中发展起来的方法才取得的。

从临界现象的理论中发展起来的概念大大地推动了对聚合物的结构和动力学的定量描写的发展。光与中子衍射是在过去几十年里在研究更加典型的凝聚态系统中完善起来的实验方法，如今已被用于证明有关这些复杂大分子系统的理论模型的正确性。对相关的材料如胶体和溶液中的自组织表面活化剂，也取得了类似的进展并仍在活跃地推进中。所有这些材料在技术上都有很大的重要性。而且在实际上有可能通过对分子特性的认识来增强对它们的宏观功能的理解，进而推动技术发展。

物质的液态是一个很活跃的研究领域。虽然对简单液体如稀有气体液体已了解得很清楚，但还存在有更复杂的液体，如液体金属和电介质，以及各种溶液。它们的共同特性是强相关性及无序性，但要从原子或分子间的互作用的基础上去理解它们的宏观热力学性质，往往还是个困难的任务。即使是对所有液体中最重要的水的液态的理解也还只是部分的。水在溶质近邻的结构会对悬浮颗粒的性质有重要的影响。统计物理和计算实验的发展使液态物理得到很大的推进。蒙特卡罗和分子动力学模拟方法发展起来后的最早应用之一就是对液体的研究，而这些计算技术现在在凝聚态物理中已十分普遍。模拟对于研究理论方案的适

用性往往是十分关键的。这些数值方法现已被用于越来越复杂的系统，而更快计算机的发展无疑将增进对更复杂系统的了解。

在凝聚态物理中的大多数研究是“小”科学，并由小的科学家小组所开展的，为了研究固体和液体的原子和电子结构以及元激发，像热中子散射和同步辐射实验所需的那种大型设备仍是十分重要的，因为材料的这些微观特性对了解它们的宏观行为是十分必要的。我们现今对固体和液体的结构及动力学的知识，主要是基于中子和X射线散射实验的结果，而这些方法预期还会进一步增进我们对凝聚态的了解。除了在物理的基础研究中的重要意义外，这些方法在相邻学科如物理化学，生物学和材料科学中都受到重视，并用来解决它们各自领域中的问题。

今后在凝聚态物理中将研究比理想晶体复杂得多的材料。对半导体异质结构及在纳米尺度上被加工了的重要金属材料的研究将继续下去。它们的有趣的宏观特性是由它们的晶状畴的有限尺寸所决定的。对这样与技术有关的材料的定量了解还需进一步增进，以便能够系统地设计它们的特性。一个与这样的介观系统的物理有关的问题是，为了获得典型的固体性质到底要将多少个原子安排成怎样一种构型才可以。这个从原子、分子到固体物理的过渡区与很多技术上很重要的系统有关，例如具有人造结构的半导体、金属和磁体，以及量子阶，“人造原子”，衬底上的薄膜。这些系统的共同主题是它们的低维度以及它们的有限尺度带来的效应。虽然目前已有很多物理学家在研究这样的问题，这方面的研究仍会继续并将扩大。对由小分子以及复杂大分子构成的非晶态，玻璃态和液态系统的研究将有增加的趋势。它们的许多性质很不同于理想的周期结构所具有的，而对这些不同之处的详细了解至今还只获得了一部分。除了能提供技术上重要的结果以外，对这样的物体的研究基本上需要新的方法来对它们作理论描写，从而能丰富物理学的普遍知识。

4、原子分子和光物理学的发展

现代物理的两块基石，相对论和量子力学，它们早期的起源都应归功于对于原子和光的研究。在19世纪晚期，迈克耳孙—莫雷实验，汤姆逊发现电子，对原子光谱规律性的观测，和普朗克解释黑体辐射性质的量子假设，已经为这个时期做了很好的准备。在这些研究的基础上爱因斯坦1905年的著名的三篇文章改变了我们对物理世界的思考方式。除了狭义相对论，他还提出了光电效应的量子解释，并用分子随机碰撞解释布朗运动，从而给予光量子和物质的分子结构以实在的本质。

1911年卢瑟福在α粒子散射方面的工作证明了原子就像一个微型的太阳系，行星似的电子围绕着小而致密的核运动，几乎所有的质量都集中在核上。有了这个模型，玻尔和索末菲在经典力学的基础上成功地建造了量子化的规则并解释了简单原子的光谱结构。到1925年，当德布罗意的物质波的设想被薛定谔、海森伯、玻尔以及其他人发展成现代量子力学。这个基本的理论，结合电子具有自旋以及泡利不相容原理，能够解释原子、分子的结构和光谱，稍迟甚至能够解释固体的结构和能谱。狄拉克在1928年的工作达到了早期阶段的顶点，他统一了量子力学和狭义相对论。得到的狄拉克方程提供了对自旋为1/2的粒子（如电子）的基本描述和它们与外部电磁场的相互作用。作为第一个检验，它提供了氢原子光谱的近乎精确的描述，但是最值得注意的是狄拉克由负能量态联想到反物质——这个预言在四年后由安德逊所证实，1932年他在宇宙射线产生的衰变物中发现了正电子。

在早期最初的激动后，原子和分子光谱继续在30年代起着非常重要的作用。首先是作为一个对较粗糙的计算方法的检验，进而对求解多电子原子的薛定谔方程的有效性的检验，其次作为数据源能够提供给天体物理学由太阳光谱中辨认化学元素，并确定宇宙中元素的丰度。

在20年代早期，斯特恩（Stern）和盖拉赫（Gerlach）开始发展原子束方法，并且用它来证实原子具有与电子自旋相关联的磁矩。在30年代，拉比（I．I．Rabi）把原子束带到了哥伦比亚，并用新出现的微波技术把它与磁共振方法结合。有了这种原子束磁共振技术，他和他的学生得到了大量关于核（自旋和磁矩）、原子和分子的磁性质的惊人的结果。在这些工作的基础上，布洛赫（Felix Bloch，1905～1983）和珀塞尔（Edward Purcell，1912～1997）发展了核磁共振（NMR）吸收方法，从而获得了关于核的性质的丰富的数据，并广泛应用于其他科学领域，如化学分析和生物、医学的磁共振成像。

在40年代后期，库什（Polykarp Kusoh，1911～1993）实验发现电子的磁矩比狄拉克相对性理论预言的要略大。几乎是同时，兰姆（Willis Eugene Lamb，1913～）和雷瑟福（R．C．Retherford）观测到氢原

子的两个能级有微小的能量差（兰姆位移），而在秋拉克理论中它们应当是精确简并的。这两个效应，电子的反常磁矩和兰姆位移，使施温格、费曼和朝永振一郎（Sin-Itiro Tomonaga，1906～1979）创建了新的量子电磁理论和电子一正电子场理论。这个新的叫做量子电动力学（QED）的理论被称为“最成功的理论”。不断发展着的原子物理学的测量精度证实了它有极高的精确性，直到今天仍是如此。它还为建造基本粒子相互作用的其他理论提供了基本模型，包括核的强、弱相互作用，以及电弱统一理论。

除了原子结构和光谱，原子分子物理学还有着第二个广阔的领域，在这个领域中涉及大量不同的弹性、非弹性碰撞截面，包括有原子、离子、电子、分子、分子离子和光子。这些截面非常重要，因为它们在从工业等离子体到恒星大气、甚至地球大气的广阔领域内决定着过程的速率和最终的化学成分。原子束的发展，以及与此平行的控制和操纵离子和电子束的技术的发展，使得测量越来越多样化和完善化。同时，理论家们开始发展近似方法的武库，从高能玻恩近似到低能碰撞的密耦合方法。不过，没有有效的高速计算机，能够达到的精确度将是十分有限。

爱因斯坦1917年发表的著名文章为“量子电子学”的领域打下了基础。他发现为了说明光子发射和吸收过程的细致平衡引入了“受激发射”的新概念。将近40年以后，这种受激发射过程才在第一台微波激射器和激光器中显示、这样的高强度相干光源不仅仅给原子分子物理带来改革，而且它也打开了许多新领域的大门。激光器和它的许多应用持续地成为主要的增长着的工业项目，在科学和商业意义上都是如此。激光窄的线宽，可调谐和高强度使它成为可用于如燃烧研究和大气遥感的理想的光谱设备。它还使一些全新的技术成为可能，如双光子光谱和兰姆凹陷谱（光学烧孔），可消除由于吸收光的原子或分子的热运动而导致的谱线的多普勒宽度。有了这种技术，我们得到了空前的精确度，并可分辨分子复杂光谱的结构。新的理论上的表达如“缀饰原子”图象也被发展，它用来描述被激光场强烈驱动的原子，和它们所显示的大量的新现象。

近年来，超短脉冲（达到飞秒量级）的高功率激光器出现了，开创了快化学过程的时间分辨研究和激光诱导化学反应的方法。激光中的电磁场现在可以产生到这样强，以至于可以逐个地从原子中剥离出电子并且加速到很高的能量。对这种极端情况下的物质性质的研究始终是保持着活力的一个领域。通过预先促使碰撞对象在特定的量子态上，激光大大拓宽了散射现象研究的范围。这样，结合改进了的散射产物角分布的测量技术，使得所谓“完全的”散射实验成为可能，其中所有的参数都将被测量和控制。这样的实验对理论计算提供了严格的检验。

60年代以来，高速电子计算机的出现，对原子、分子的结构和散射现象的理论同样有着相当巨大的影响。在原子结构方面，60年代，对于氦和其他双电子离子用变分方法求解薛定愕方程，得到了能接近光谱学精度的结果。最重要的是从核物理借用来的组态相互作用方法，以及多体微扰理论，被成功地应用于相对论效应明显重要的高电离态原子系统中。丰富的原子分子数据的重要性对等离子体也是同样正确的，不论是对材料处理的工业等离子体，还是对磁束缚聚变实验的极高温等离子体。在确定等离子体温度、密度、电磁场强度和识别等离子体中杂质时，原子和分子的数据是非常重要的。

最近用激光束囚禁和冷却原子和离子提供了一种操纵和控制原子的有效的新方法。现在原子基本上能停留在原子断中，相应的温度低于1μK，特殊的速度选择技术可以使温度更低。1997年，朱棣文（1948～），科恩-塔诺季（Claude Cohen Tannoudji，1933～）和菲利普斯（William C．Phillips，1948～）“由于他们发展了用激光冷却和囚禁原子方法”被授予诺贝尔物理奖。

原子囚禁开辟了极高精度光谱测量的道路，结果提高了基本物理量的测定精度，如：里德伯常数，精细结构常数和兰姆位移。它还为研究原子间长程相互作用和极低能量的碰撞过程提供了独特的机会。基于囚禁和冷却原子的改进的原子钟将极大地增加卫星全球定位系统的精确度。一个建立原子钟的吸引人的途径是基于所谓“原子喷泉”，即原子从势阶中轻轻向上抛出通过一个调谐微波腔，然后在重力的作用下下降通过同一个微波腔。

激光冷却和囚禁的最重要的成果是玻色—爱因斯坦凝聚（BEC）的实现。在充分低的温度下，总自旋为整数的原子能够并入到相同的基态形成一个量子力学相干“凝聚体”。1995年使用磁囚禁，激光冷却铷（Rb），钠（Na）和锂（Li）原子首次实现了凝聚。这开创了对新物质形态的性质及其应用的热烈的而且迅速地扩展着的研究的新纪元。一个重要的新结果，显示当从这种陷饼中释放出来时，凝聚体形成一个相干束，即形成所谓“原子激光”。它的增益机制的证据已经得到。原子激光将给原子光学和原子干涉带来

革命，同样有益于如计算机芯片的微制版术这样的应用。观察氢原子的玻色—爱因斯坦凝聚这个目标经过多年的努力，终于在1998年实现。这种玻色—爱因斯坦凝聚的实现非常地重要，因为氢原子的性质可以精确地计算。

在现代原子物理学中高精度测量和计算继续扮演最重要的角色。例如，使用先进的激光技术，氢的1s 至2s跃迁频率制定的精度达到3/1013。这创下了光谱的可见区或紫外区频率测量的新记录。加上可提供的最精确的里德伯常数和氢的1s能级的兰姆位移值，一个从现在起重复一年的测量将能够为精细结构常数随时间可能的宇宙学变化设定一个新的极限。在氦和其他三体系统的光谱研究中，不论在理论还是实验上都有类似的进展。在理论方面，问题的非相对论部分现在对所有的实际目的来讲都已解决，兴趣正转移到比氢复杂的系统的量子电动力学效应的首次精确检验。在散射理论中，诸如“收敛密耦合方法”的技术现在能为某些基本问题如电子—氢散射提供基本准确的截面。

在远超过20年的时间里，原子物理学一直在检验温伯格—萨拉姆标准模型。很多基于激光的实验被进行，用来探测非常精细的宇称不守恒（PNC）现象，通常是在重原子中。通过结合PNC数据和复杂原子结构的计算结果，这种所谓弱荷可被确定。在1997年的一个CS的原子束—激光实验中探测到宇称不守恒，其精度为0．035％。大约50年以前，卡西密尔（H．Casimir）预言在两个平行的、不带电的、由真空分开的金属平板之间存在吸引力。当许多计算和实验对卡西密尔效应的存在提供支持时，直接的观测也在1997年被首次报道。

5、受控热核聚变的探索

早在1919年，英国化学家和物理学家阿斯顿在实验中发现He-4的质量大约比组成氦的4个氢原子的质量之和小1%。根据爱因斯坦质能关系，其质量差恰好等于四个氢原子核聚合成一个氦-4时释放的能量。卢瑟福也几乎在同一时期证明了足够大能量的轻原子核相互碰撞可以发生核反应。天体物理学家也提出设想：太阳这样的恒星其能量来源于原子核的聚变反应。1920年，英国天体物理学家爱丁顿预言：“有一天人类将设法把核能释放出来为人类造福。”1929年，阿特金森和豪特迈斯从理论上计算了氢原子在几千万度高温下聚变成氦的可能性，认为太阳上进行的可能就是这种核聚变反应。1934年，奥立芬特发现了第一个氘——氘核反应。1942年，施莱伯和金在美国普渡大学首次发现了氘——氘核反应。第二次世界大战期间，美国集中了一批来自各国的优秀科学家在洛斯·阿拉莫斯实验室研制原子弹。在这过程中，他们就开始注意到了核聚变反应的可能性，开展了一些有关核聚变研究的早期学术活动。第二次世界大战结束后，英国和苏联也秘密地开展有关受控热核聚变的研究工作。

1951年3月末，美国普林斯顿大学天体物理学教授斯必泽在克罗拉多的埃斯伯安滑雪场度假时开始思考如何实现受控热核聚变问题，假期结束后，斯必泽回到普林斯顿大学开始总结自己的想法，5月末，他和他的同事维勒联名发表了一篇论文，并设想了一种将环状容器巧妙地扭成8字形，让核聚变的基本燃料等离子体沿8字形装置内部运动的装置，并取名为仿星器（Stellarator），意思是这种装置内将以类似于星球上的方式发生聚变核反应，释放能量。该年7有，斯必泽获得5万美元资助开始理论计算工作。1952年1月，他申请并获得了开展实验研究的经费，他建立了第一个伪星器是个供桌面上试验的原理性小型仿星器Model-A，后来又建造了规模较大的Model-B和Model-C。

英国最早进行受控热核聚变研究是在1946年，伦敦大学帝都学院的物理学教授G·P·汤姆逊和他的同事布莱克曼提出了环形箍缩（Toroidel Pinch）的原理。利用环形等离子体自身产生的磁场约束等离子体，使其与器壁脱离。1951年，另一位英国物理学家塔克在美国洛斯·阿拉莫斯实验室进行实验时发现环形箍缩装置在开始的几微秒内便出现了不稳定性，而后便很快破裂。

1952年，美国旧金山东南小镇利弗莫郊外的辐射实验室的年轻的核物理学家约克吸收了斯必译仿星器和塔克环形箍缩装置的长处，与斯坦大学刚毕业的年青的博士波斯特制造了一个直线型等离子体装置，并利用磁镜效应避免了以前所设计的直线型聚变装置中等离子体从终端泄漏的问题。所谓磁镜效应，就是当宇宙射线中带电粒子进入地球磁场后，由于地球两极附近区域内磁场强，其它区域内磁场弱，因此宇宙射线在沿磁力线作螺旋运动过程中遇到强磁场区便被反射回来，并被捕获在两极强磁场区域之间来回反射的现象，后来人们便将类似于这种装置都称为磁镜装置，但以后这种装置并未得到进一步的发展。

50年代初，苏联物理学家塔姆和萨哈罗夫提出，在环形等离子体中通过大电流感应产生的极向磁场跟

很强的环向磁场结合起来，便可实现等离子体平衡位形。莫斯科的库尔恰托夫研究所在阿齐莫维奇的领导下，以环形磁场、真空室、磁的头、线圈为主要部件，并以这些部件的开头字母命名为托卡马克（Tokamak）装置，但最初这种装置的运行效果并不理想。1957年，英国的芬孙计算了高温聚变等离子体能量平衡关系。他的考虑如下：若等离子体的密度为n，在其温度为Tc时，如果不从外部获得能量，由于各种能量损失，等离子体最终将从高温降到室温，所维持的时间称为能量约束时间τ。等离子体达到聚变温度后，为了实现聚变反应的能量收支相当，对等离子体密度n，约束时间τ都应有一定的要求，概括起来，这个条件应满足两点：这就是极高的温度和充分长的时间。例如：氘—氚反应时，Tc>5Kev,nτ≥6×1013cm-3.s；而对氘—氘反应就更苛刻，Tc>100Kev, nτ=1016cm-3.s，这些数据称为劳孙判据。劳孙判据的得出，标志着受控热核聚变理论研究的重要进展。它向人们提出，实现受控热核聚变反应的两个最基本问题就是：等离子体的加热和等离子体的约束。此外，劳孙判据中的nτ值与等离子体的Tc的乘积nτTc称为聚变品质因素，它已被列作判断聚变研究水平高低的标志。核聚变的初期研究的目标是比较分散的，由于二战结束后的冷战形势，世界各国相互之间严加保密，国与国之间不可能进行必要的学术交流，因而往往导致错误的分析和判断。1956年，美国曾认为苏联已经能够批量生产微型聚变反应堆，因此，马上增加财政投资，过高地可望在1958年9月在日内瓦召开的第二届和平利用原子能会议上展示出他们制造的能够产生热核中子的聚变装置，但事实上是不可能做到的，苏联实际上也并没有能力研制出所谓的“微型聚变反应堆”。

1958年是核聚变研究发生重大转折的一年，研究初期的过高期望没有实现，严格保密，各国之间互相封锁情报当然是阻碍核聚变研究发展的重要原因，并且在当时没有一位科学家对受控热核聚变和高温等离子体物理有比较全面深刻的了解，在遭受挫折后，人们普遍感受到各国之间的学术交流和相互合作是极其必要的，并调整了当时的研究重点，把从急于建成聚变反应堆转向对高温等离子体进行系统的基础性研究上来。1958年9有1日至13日，在日内瓦举行了第二届和平利用原子能国际会议，美国、苏联和英国在会议上展出了各种各样的核聚变实验装置，并相互公布了所有研究资料，从此以后，国际学术交流日趋频繁。1960年5月和6月，苏联和美国互派科学家代表团访问对方的聚变研究实验室，国际原子能委员会于1960年创办了《核聚变》杂志，专门发表核聚变研究方面的高质量的科学论文。1962年国际原子能委员会在萨尔茨伯格（Salzburg）召开了关于等离子体物理和受控热核聚变研究的第一届国际会议，以后每三年举行一次，从1976年起改为每二年召开一次，此外，还有定期召开的核聚变工程会议以及有关高温等离子体的约束和加热等方面的各种专题学术会议。

1968年，苏联的托卡马克装置首次取得了令人震惊的重要进展，它将电子温度1Kev，离子温度0.5Kev，等离子体约束时间超过了“玻姆扩散时间”（Bohm diffusion time）的50倍，这一重要成就为核聚变研究提供了光辉的前景。这一神速进展在1968年召开的第三届等离子体和受控热核聚变研究国际会议上一公布，立刻引起轰动。1969年，英国卡拉姆实验室主任皮斯带领等离子体专家小组，对上述结果做了实地验证核实，证明准确无误后引起了极大的反响，使困惑多年的等离子体学家受到了巨大的鼓舞，从此以后核聚变研究在世界范围内受到了广泛的支持，并不断取得重大进展。目前，人们在实验室里研究核聚变反应主要采用磁约束（如托卡马克装置）和惯性约束这两种方法，下面对这两种方法作简要介绍。

所谓磁约束核聚变（Magnetic confinement fusion——MCF）主要依靠强有力的磁场将低密度、高温度的等离子体约束足够长的时间以使氘——氚等离子体达到核聚变反应所需要的条件；磁镜装置和托卡马克装置都属于这一类；磁镜装置由于缺点很多而被淘汰，托卡马克装置由于成就卓著而受到世界众多国家的重视。自70年代以后，世界范围内掀起了研究托卡马克的高潮。美国普林斯顿大学实验室将仿星器Model-C改装成ST托卡马克；橡树岭实验室则建成了奥尔马克（Ormark）；法国冯克奈-奥-罗兹研究所建成了克利奥（Cleo）；日本原子能研究所建立了JFT-11托卡马克；西德的普朗克研究所建立了普尔萨特托卡马克；几年以后，中国科学院物理所也开始了托卡马克的研究，第一台小型托卡马克CT-6于1975年投入运行。1984年6月，位于四川成都的核工业西南物理研究院又建成了目前国内最大的托卡马克装置——中国环流1号（HL-1），它们为中国核聚变研究做出了开创性的贡献，在其上所取得的实验成果，都已经达到国际同类装置等离子物理品质参数水平。

1986年，美国的TFTR托卡马克装置在Suporshot放电创造了离子温度的世界纪录，最高温度高达20Kev，超过了聚变点火要求，而且约束性也有了很大的改善，实现了“H模约束特征”的稳定放电。近年来，科学家们用劳孙判据nτ值与离子温度Ti的乘积来判断聚变研究的进展情况。nτTi这一聚变品质

因素到1988年已达到3.2×1020m-3.S.Kev。离聚变点火仅差10倍左右，这是十分令人鼓舞的消息，基本上证明了核聚变的科学可行性。20世纪90年代初，我国又对中国环流1号（HL-1）进行改建工作，从而诞生中国环流新1号（HL-1M）受控热核聚变实验研究的中型托卡马克装置其主要物理目标是研究高功率辅助加热、低杂波电流驱动和弹丸注入加料，研究在这些条件下的高温等离子体性质。1994年至1995年调试阶段的物理实验结果分析表明，HL-1M装置设计精良、实现了典型的平衡稳定的托卡马克放电，电子温度、中子离子温度、能量约束时间都达到了较高国际要求。

1998年，我国首次进行高能中性粒子注入，即获成功，在一次注入功率320Kev，到达准稳定态后，中心区域离子温度从400Kev上升到631Kev，等离子体中心电子温度为1.2Kev。中国环流器新1号（HL-1M）的正常运行，为受控热核聚变实验研究提供了很好的装备条件，几年来不断取有新成果；而且在建造装置过程中发展的新技术，对促进我国的科技进步和工业技术改造起到了很好的作用。经过几代科学家的努力，目前的磁约束实验装置已经分别可以将较低温度、较低密度的等离子体约束足够长的时间或者在短时间内将等离子体加热，但是，如何使磁约束实验装置中的等离子体在实现长约束时间的同时也达到核聚变反应所需要的高温，日前仍是一个极大的难题。

所谓惯性约束核聚变（inertial confinement fusion—ICF）则是利用高功率激光束（或粒子束）均匀辐射氘氚等热核燃料组成的微型靶丸，在极短时间内靶丸表面在高功率激光的辐射下，会发生电离和消融而形成包围靶芯的高温等离子体，等离子体膨胀向外爆炸的反作用力会产生极大的向心聚爆的压力，这个压力大约相当于地球上的大气压力的10亿倍，在这个巨大的压力作用下，氘氚等离子体实验压缩到极高的密度和极高的温度（相当于恒星内部的条件）引起氘氚燃烧的核聚变反应。惯性约束核聚变（ICF）和磁约束核聚变（MCF）的共同点是它们都要求高达1亿度的反应温度。二者的不同有于：惯性约束核聚变等离子体的密度极高（1026cm-3），约束时间为纳秒（10-9s）量级，与氢弹的热核反应的条件类似，而磁约束核聚变等离子体的密度则低得多，仅为1015cm-3的量级，因此，其约束时间必须长达秒的量级，以满足劳森判据。惯性约束核聚变主要依靠对氘氚靶丸的均匀向心压缩，加热而产生的中心热斑来实现。这一条件可以通过用多束激光直接或间接地辐射靶丸而产生的快速、高度球对称的聚心内爆——压缩——热斑来达到。惯性约束核聚变对激光辐射的球对称和均匀性有极高的要求，而且要求总能量为百万焦耳量级的巨型激光器才能实现输出能量大于输入能量（增益>0）的聚变。这样的巨型激光器，如美国国家点火装置（National ignition facility NIF）日前正在建造之中。NIF共有192路激光束，使中心处2%-3%质量的氘氚燃料形成热斑，实现“中心点火”，这个装置的占地面积将超过一个中型体育场，其总输出功率大约相当于美国全国发电量的1000倍。当然，由于激光输出是在极短的时间内完成的，所以，并不会对电网造成任何影响，造价预算高达12亿美元的NIF装置计划于2003年建成。

我国著名的核物理学家王淦昌先生是世界上最早的惯性约束核聚变的建议者之一，早在1964年他就独立地提出了惯性约束核聚变的概念，我国从60年代起就把惯性约束核聚变研究和高功率激光技术作为主要方向，并在这些方面取得重大进展。先后建成了“六路装置”、“星光”、“天光”和“神光”等大型高功率激光装置，我国的巨型激光装置也将于21世纪初建成并投入使用。能源，它给人类带来了辉煌的文明，并使人类进入了现代化的时代。但是，随着原古储备的不断枯竭，人类对热核聚变能的呼唤声音越来越强烈。这一功在于秋、利在于后的伟业，吸引了世界上一大批有才华的科学家的注意力，虽然今天我们还不能预言受控热核聚变这匹“野马”何时被训服，但我们坚信：人类对受控聚变能的利用时日不会太久远。

6、宇宙线物理学的发展

宇宙线的研究始于20世纪初，它是为探索当时普遍用于放射性测量仪器的静电计出现的本底漏电之谜而发展起来的。正如物理学中常见的，由于人们对某种无法解释的本底进行仔细观测而导致惊人的发现一样，地球不断地被来自天外的高能粒子撞击，这些粒子就是宇宙线。

早年的研究兴趣，大多集中在这些粒子来自何方，以及它们在大气层中引发的种种现象。这些科学兴趣使研究发展为实验粒子物理学和高能物理学。但是，大约从20世纪中叶开始，这类研究几乎全部都被新的地面上的粒子加速器所替代，因为加速器的粒子束可以精密控制，靶的制备又十分完善。然而，正电子、μ子、π介子和其他几种介子，还有最初发现的奇异粒子，都是在加速器上产生这些粒子前由宇宙线

实验发现的。甚至像1972年集粒子存在的证据，最初也是在宇宙线实验中发现的。

利用太阳和日冕作为对宇宙线物理学基本过程进行小规模观测的实验室一直是一个不断进行的研究课题。空间实验可以直接观察太阳风中动力学结构与宇宙线之间的相互作用，特别是当太阳风打在物体上形成的无碰撞等离子体激波。这种现象给爆发时费米加速理论提供了实验基础。这种过程正是现在看作天体物理学系统那样广大的范围内宇宙线形成的主要过程。同样，长期对太阳起伏的研究可以对宇宙线传输理论的修正提供观测数据。

1997年高新太阳风成分探测器（Advanced Composition Explorer）发射的另一个任务是送回有关太阳风的成分、太阳高能粒子、太阳磁场和日地间环境等的数据，也要测量星系宇宙线中的原子核。它可利用其有利的条件，在地面以上百万英里远的太阳风中对太阳活动作实时监测。从星系宇宙线中测到的镍和钴原子核的发现，它们各自的核合成与被加速之间有一个相当长的时间差（大于10万年）。这说明宇宙线相对来说是由古老的物质加速而成的，不是超新星爆发刚喷发的。

近十多年内物理学的最值得称道的新成果可能要算中微子振荡的发现。而它的有力的证据绝大部分是日本神冈的超神冈研究集团（Super－Kamiokade Collaboration）提供的。这个实验是在日本神冈的一个很深的锌矿中进行的，用了5万吨纯净水、11000多个（直径50厘米）的大型光电倍增管。这种光电倍增管是早年观测到SN1987A超新星中微子爆发所用的探测器的后代。宇宙线在大气层中发生核相互作用产生的中微子在这些探测器中引起的相互作用，最初是当作质子衰变本底来研究的。由于探测到的中微子束遍及大批的中微子径迹长度，包括大约从探测器上面15000米直接产生的中微子到从下面穿过地球大于1000万米到达探测器的中微子，这样的实验对发展探索中微子振荡很有意义。

中微子振荡（如在电子中微子和μ子中微子之间，或μ子中微子和τ子中微子之间，或某些组合）只有在中微子具有有效质量的条件下才能发生。一些决定组合程度和中微子质量大小的参数可能是搞清楚基本粒子质量来源的关键。因此，可以想像这些结果的重要性。弄明白中微子振荡的这一证据与其他的振荡征兆（特别是太阳中微子丢失）的一致性，是当前基本粒子理论工作的一个主要焦点。

三十多年前，叶伦（J．Jelley）首先在地平面上测到能量在ITeV左右的粒子与高层大气相互作用产生的切连科夫辐射的闪光。这就意味着从地面上研究TeV能量的γ射线天文学是可能的。然而，由于宇宙线带电粒子产生的大量本底闪光的干扰，使这种方法实际上没有某种附加的鉴别措施还是无法实现的。最近十年来由于在切连科夫望远镜上引用了精确成象系统（sophisticated imagingsysterns），使这项实验技术出现了重大的突破，它在降低本底上改进如此之大，只要用惠普尔（Whipple）望远镜，在TeV能量范围真正地实测天文学现在也成为可能了。惠普尔和相继出现的某些研究集体，发现了两个密近的布拉札星体（Blazar）有很强的快速变化的发射。这些星体是河外星系天体，它们具有发射物质的核。除了河外星系的发射源外，还有几个银河星系发射源已被探测到，其中包括最早由惠普尔集团用他们的成象技术测到而公布的蟹状星云。也曾从一个贝壳形超新星的遗迹（SN1006）边缘处探测到TeV能量的发射，这与电子被加速到100TeV量级的能量是一致的。

1965年发现了宇宙大爆炸引起的微波背景辐射后不久，美国的格雷森（Greisen）、俄国的扎茨平（Zatsepin）和库茨明（Kuzmin）分别独立地提出，能量大于1020eV的质子与微波背景辐射可以发生相互作用，通过光子－π介子反应，并在5个百万秒差距量级长度上丢掉能量。这长度在宇宙学范围只是相当短的距离。这就可以认为超高能宇宙线能谱在此将出现中断。然而现在看来，这显然也不正确。阿瑞斯（Arrays）在美国和日本都已探测到少量的粒子，其能量明显超过了1020eV。对高能粒子来说，用“常规”发射源来构建可行的模型是有不可克服的困难的。从此引发出了大批关于可能的新物理学的构想。当然，这还需要更多的数据来验证，但这样能量的粒子只有每一百年每平方公里一粒的流量！

未来在空间粒子探测器方面，一个磁谱仪（AMS）已在穿梭飞行的航天飞机上进行测试，并将计划安放在筹建中的空间站上接收粒子。重点是寻找反物质和测量宇宙线中的反质子，随后还要用气球上的探测器进行系列的不间断测量。星际介质中，高能宇宙线产生的反质子是探索宇宙线传播的有力工具。宇宙间暗物质湮灭，也可能形成更奇特的成分。直接研究能量大于1014eV宇宙线原子核的组成，是一个重要挑战性的课题，通常的加速模型已不能用了。研究此项目的空间计划正在进行之中。

在对最高能量宇宙线粒子的探索方面，对最高能量宇宙线的知识，是要在覆盖较大天空范围内获得一组能量超过1020eV，能用作统计的事例。为此目的奥格（Auger）课题的任务是建造两组非常巨大的探测

器组，其中一组放在北半球，另一组放在南半球。有人提出一种新奇的设想，就是从空间合适的观测点对大气层中高能宇宙线粒子产生的大范围大气簇射形成的荧光，进行成象和观测。有几个建议已经发表了，这些建议用上了自适应光学。计算功能、图象识别和信号处理等领域不断发展的新成果，可以想像，这定是新千年的一项激动人心的、具有挑战性的科研项目。

另一种激动人心的研究，是要利用这些新仪器用来发现高能γ射线径迹的可能性。河外星系的转动曲线表示，在星系体的晕中应有大量和我们知道的物质一样的暗物质存在。有一种可能的情况是，这种物质是以十分奇特、很重的中性χ粒子的形式存在，是加速器实验中至今尚未发现的。湮灭通道可包括高能γ射线或粒子的喷发，这将产生过多的反质子或高能中微子。因为在地球或太阳的核心处，中性χ粒子（neutralinos）会被俘获而集中，从而造成中微子产生的反应事例过多。

在天体物理学领域内，不论在什么地方，高能质子发生相互作用，总会有π介子产生。每一个中性。介子衰变成一对γ光子。在这类过程中，也会产生带电π介子，它们的继续衰变中还会有中微子产生。任何一种宇宙的加速机构，只要附近有气体，就有可能成为一个能产生高能光子和高能中微子的发射源。光子也能在纯电磁过程中由电子产生（例如初致辐射）。因而，中微子天文学也是一种对γ射线天文学的补充，它具有把强子源与纯电磁作用的光子源区分开的能力。为了克服中微子相互作用概率很小的困难，需要使用很大的探测器。至今实现了最大的灵敏区体积的探测器是南极的μ子和中微子探测器组群。它是用来寻找在探测器灵敏区及其下面区域，由中微子相互作用产生的，向上运动的μ子发射的切连科夫辐射闪光的。中微子探测器组群用了一块透明的大冰块，实际上就是在南极的冰盖下深处安装了光探测器。欧洲有几个研究集体用的是另一种方法，他们把探测器安放在海洋深处。这两项研究最终目标都是为了实现大型灵敏区体积（1立方千米）的目的。这些探测装置，也许能使我们找到从遥远的天体物理学源射来的，几倍TeV能量的中微子的机会有所增大。宇宙线物理学正在非加速器粒子物理学和粒子天体物理学两个方面，对我们认识宇宙做出重要的贡献。新千年的前几十年内，一批设计和建造中的新仪器设备定将不断研制出来。

7、引力物理学的进展和展望

广义相对论作为引力和时空几何动力学的盛行的理论，它是爱因斯坦的智慧产物。引力理论在经过1919年的初期激动之后被冷落了近半个世纪，因为相对论对牛顿理论的偏离在当时一切天体物理条件下都几乎小得不可观测。到60年之后，由于X射线源、活动星系核、类星体、脉冲星和宇宙微波辐射的发现，展现了我们宇宙中有强引力和壮观的相对论效应存在，才把广义相对论推上了中心位置。企图把相对论与量子论相协调，以及把引力纳入一切基本力的统一理论都遇到了困难，它表明当时空曲率变得如此大，以至曲率半径逼近普朗克尺度，即约10－33厘米时，广义相对论必须让位于某种更基本的理论。这种量级的曲率只能出现在黑洞内部的深处，或宇宙的创始时。人们越来越意识到，广义相对论应对引力的一切可观测的方面做出准确的描述。

从1915年以来，理论的实验证实已有巨大的进步。1974年科克（W．J．Cocke）和泰勒（J．Taylor）发现的脉冲双星是一个里程碑。这双星是一颗脉冲星以8小时的非圆轨道绕另一颗中子星转动。广义相对论对其轨道的影响远比对太阳系大（近日点进动达每年4°），并一切都已证实到了1％以上。最有意义的是其轨道周期在减小，减小率正比于引力辐射能耗的平方。它与用爱因斯坦的四极矩公式算出的一样。这个关于引力波真实性的间接而迫使人相信的证据鼓励了国际性的努力来直接地探测和分析这种波。

若干即将完成的探测器将测量引力波通过时引起的空间几何的变形。方法是用激光干涉仪来监视三面悬镜的间距。离我们约6千万光年的室女座超星系团是最近的恒星集中区，它大到足以至少每年几次地产生引力波暴。为探测这样的波暴，干涉仪须对臂长的相对变化敏感到10－21。激光干涉仪引力波实验室将有两个相同的臂长为4 m的干涉仪，分别放置在美国华盛顿路易斯安娜（Livingston）。在日本、德国和澳大利亚，一些更小的装置正在建造或考虑之中。

两个致密天体（例如中子星和黑洞）的并合也是难以理解的伽玛射线暴起源的可能模型。因此引力波观测也是伽玛射线天文家的有兴趣的期待。无论如何，多数伽玛射线暴发生在宇宙学距离上，它远超出了第一代干涉仪的测量范围，因此两者的相符性不像能立即被发现。从60年代起人们就猜想活动星系核和类星体内包含有超重黑洞，但直到最近5年才获得强烈而有决定意义的证据。在1994年，哈勃Hubble空

间望远镜测量了气体谱线的多普勒移动，气体轨道高室女团巨星系M87的中心为60光年。由测到的轨道速（550 km/s）结合开普勒定律推断，在这半径内藏着20亿倍太阳质量的物质！

约在30年前认识到黑洞像一种浇铸出来的物体，其性质完全由其质量、角动量和电荷标志。（其中电荷的标志没有天文意义，一个带电的黑洞将很快被来自星际等离子体的电流中性化了。）这所谓的“无毛性”极大地简化了做模型者的任务，并且它成了理论物理家、天体物理家和引力波理论家对黑洞的一切研究的基础。最近几年对引力坍缩的成熟的数字模拟揭开了一个意料之外并有迷惑力的图景，至今仍很少被解析地理解。黑洞形成过程在接近其临界点（零质量）时与相变的许多性质是一样的。

1974年哈威肯（Hawking）的著名发现：黑洞是“热”的，并能通过量子隧道效应而热蒸发。（对天体物理的质量，其温度很低，实际蒸发时间是无穷。）人们继续努力在更深层次上了解神秘的哈威肯公式：它等效地把黑洞的摘与其面积等同。人们已在为超弦理论的成就而欢呼。近来用这理论证明，可以从平坦空间中弦的研究来重新导出这公式和黑洞的其他（散射）性质。显著地重于太阳的冷星的引力不稳定性，及会坍缩形成中子星或黑洞的观念，已比60多年前瑞士天文学家茨威基（Zwicky）和美国物理学家奥本海默（Oppenheimer）的理解有了提高。很久以来，这问题被忽视或嘲弄着。它从那时以来的发展已是20世纪科学的许多成功经历之一。

暗物质问题是本世纪三十年代兹威基首先提出来的。三十年代初叶，兹威基用两种方法，即光度方法和动力学方法测量星系团的质量。用光度方法测出的质量只包含发光区的质量，而用动力学方法测量的质量既包括发光区同时也包括不发光区的所有物质的质量。兹咸基发现：用这两种方法得出的质量差别极大。例如，对于后发星系团，动力学质量要比光度质量大400倍。这个结果只能解释为；后发星系团的主要质量并不是完全由可视的星系贡献的，而是由其中大量不可视物质的质量贡献。因而，只要在星系中含有大量的不可视成量，光度凝量就会比动力学质量小得多。至于这些质量到底是由什么物质贡献的，在鼓威基时代是全然不知的。所以，他称这些质量为“下落不明的质量”或者叫“短缺质量”。兹威基的大胆推测，一直没有得到公认。二十年以后，支持兹威基观点的事实开始增多。

五十年代初叶，人们用广义相对论来研究宇宙的开闭性质，用类星体的视星等红移关系来确定宇宙的平均密度二一从而得出宇宙是有限的、封闭的、将来会坍缩的结论，这一结论与用光度学有关的经典理论得到的结果相悼，它暗示着宇宙应存在着暗物质。1970年，科学家们进一步发现，对银河系而言，若按其总光量估计，银河系质量约为1000亿个太阳质量；但通过研究它与其它星系之间的引力，发现它的质量至少十倍于这个估计质量，这说明银河系中也“失踪”了大量物质。1978年，天文学家们利用星系的转动曲线得到了暗物质存在的更强有力的证据。

按照牛顿万有引力定律可知：星系转动的速度与该星系列星系团中心的距离的平方根成反比。因而，距星系中心越远的物体，转动速度应越小。”但天文观测发现；在星系发光区域之外，物体的转动速度与距离无关。对于这个“反常”的结果，唯一可能的解释是：在星系周围空间里并不是真空，而是存在着质量可观的晕，这些晕是不发光的。这个无歧义的证据使人们相信，在宇宙间可能存在着质量很大的不可视物质。随后，天文观测又发现其他许多存在暗物质的证据。例如：1983年发现，在距银河中心20万光年的距离上，有颗名为R15的星，它的视向速度值高达465千米／秒。要产生如此大的速度，银河的总质量至少比光学区的质量大十倍。由此可见，银河的质量中十分之九是属于暗物质的。

暗物质到底是什么呢？最初有人猜想，暗物质是由弥漫的气体贡献的。实际上只要在星系团中平均每立方厘米体积里有百分之一个氢原子，它们的总和就足以给出兹威基所需的短缺质量。如果在地球上的物理实验室里有这样低密度的气体，的确可以说是不可视的，但对天文观测来说，这种密度已算相当高了。

众所周知，中性的氢气会发射或者吸收波长为21厘米的射电波，探测这种信号就可以判断氢气的密度。在射电背景辐射中，没有搜寻到21厘米的发射线，在一些射电源的诗中也没有21厘米的吸收线。这些观测证明，氢气密度不能高于每立方厘米百万分之一个。另外，当可见光通过氢气云时，也会发生光学波段上的吸收。由于氢原子对某些可见光的吸收本领极强，所以光学方法比21厘米波的方法更加灵敏，结果得到，星系际氢原子的密度不会高于每立方厘米10－12个。用光度学方法还可以判定星系际空间里，有没有银、碳、氧、镁、铝、硅、硫、及铁等原子，结果全是否定的。

上述两种方法还都不能排除电高气体的存在，因为电离氢等并不产生21厘米的吸收或发射线。然而，高温的电离气体会发射X射线，由X射线观测的确证实星系团会发射X射线。但是，由此得出的电离气

体的密度也很小，远不足以说明质量短缺的存在。如果短缺的质量以尘埃的形式存在，那就会引起星光的昏暗。定量估算得到，弥漫尘埃的质量最多只占星系团中恒星质量的百分之一；所以，尘埃也不会是暗物质的主要成分。还可以猜想：“下落不明”者是一些已经变暗的，“死”去的星或星系，如果今天的宇宙中有如此之多的“死”星，那么，在早一些时代活星的数目一定比现在多得多。可是，天文观测已经观测到了“远一点”的地方，也就是“早一些”的时代（因为光需要用一定时间才能传到我们这里）。虽然，我们不能直接看到“远”的星体，但这些遥远天体都对天空的背景光有贡献。倘若远处曾有过很多“活”星的活，就会使天空的背景辐射比观测值大得多。因此，宇宙间有很多“死星”这种看法也不能成立。有人进一步推想，这些“下落不明”的物质可能是黑洞，英国剑桥大学天文学家霍金认为。原始爆炸时产生了数百万个微黑洞，每个虽小如沙滩上的小石块，但却包含了木星那样多的质量躲藏在星系间的真空中，但这也仅是理论上的猜想，何况到今为止，黑洞的存在还尚无充足的证据。

从气体、尘埃到“死”星，即由化学元素所可能构成的各种形态的物质一个个都被否定了；这样，我们就排除了暗物质是某种形态的重子物质的任何可能。1980年，美国和苏联的一些粒子物理学家宣称，中微子的静质量可能不为零；苏联的一个实验小组更具体地说，中微子的静质量约为6×10－32克。这个消息在天体物理学界引起的反响似乎比在粒子物理学界还要大。这是因为，许多人马上想到短缺的质量也许是中微子。中微子不是重子，中微子在宇宙间很多，只要每个中微子有很小的静质量，其总和就会远大于重子物质的质量，成为宇宙质量中的主导成分。人们推测，在目前的宇宙中光子数和中微子数大体是一样的，即每立方厘米的体积中平均约有四百个光子，每个光子的质量平均为1．1×10－36克，它在宇宙中的总质量并不太大。若中微子的静质量为9×10－32克，它比光子的静质量大四个数量级之多，因而它在宇宙中的总质量是可观的，照这样计算，它比发光星系的总质量要大十倍之多。如果中微子质量真是如此的活，最终既找到了鼓威基的短缺质量，又将得到宇宙有限而且封闭的肯定结论。

近年来，物理学家们又冥想出暗物质的轴子模型：在宇宙大爆炸的混沌伊始时期，宇宙中突然产生大量的重子和非常稳定的冷“微子”，这些冷“微子”物理学家称之为“轴子”；初始宇宙是一坛重子和轴子混合交融的块汤。后来重子由于辐射能量，慢慢地沉没到团块中心去了，结果普通发光物质的核被冷轴子晕包围，形成了星系似的天体。这个模型简洁美妙，得到了美国和苏联一些科学家强有力的支持。几年前，美国天文学家艾伦森发现，距我们30万光年的天龙座矮星系中，许多碳星周围存在着稳定的暗物质，这些暗物质受到严格的束缚。高能热粒子和能量适中的暖粒子是很难束缚得住的，它们会到处乱窜，只有运动很慢的“冷粒子”才能束缚住，这种“冷粒子”也许就是物理学家们所说的“轴子”，这被看成支持轴子模型的一个例证，轴子模型是否正确，还有待于天体物理学家进一步证实。

最近几年，在粒子物理学领域兴起的超对称，超引力等理论，预言了许多“新的粒子，如引力微子和中微子，它们格不是重子，不可能在目前的实验室发现它们。所有这些，都很符合不可视物质应有的性质，因而，它们都属于暗物质的候选者。到目前为止，轴子模型虽未在实验室里得到验证，中微子到底有无质量也．尚未定论，但人们可以肯定；宇宙中十分之九以上的物质可能是微子，而不是化学元素，因而宇宙是开放的还是封闭的问题主要决定中微子的多少了。这一问题的研究，现在已成为一个十分活跃的领域，一个有待于天体物理学家和粒子物理学家们共同开发的土地。

8、计算物理的发展

计算物理在物理学中是相对年轻的部分，因为这个领域依赖的自动计算工具在二次大战前还不存在。现代计算机的发展是和物理学中的计算紧密相联系的，它们的发展是通过他们之间的相互作用进行的。计算物理已经很快成为与实验和理论并列的第三种科学手段。近年来，研究人员越来越多地以前所未有的精确性和细致程度用计算机研究物理学的基本问题。例如，旨在理解湍流的三维流体动力学模拟最近已经以2000亿个自由度进行。这使得他们能够在长度量纲上以超过三个数量级的精度来考察涨落。采用蒙特卡罗模拟，现在可以极为精确和详细地进行统计力学模拟。近年来，研究多电子问题的最精确的方法是量子蒙特卡罗方法。用今天较快的计算机和由于解决费米子符号问题对计算程序的改进，量子蒙特卡罗模拟已经足够可信，使得量子蒙特卡罗方法在精确性是首要问题时，已足以替代哈特里—福克或密度泛函近似方法。

诸如声致发光这样的疑难问题通过分子动力学和连续冲击波物理学组合的模拟也得到了理解。阻尼磁流体力学与辐射输运相结合的高度细致的四维模拟已能够实现。这些工具有助于理解恒星的生灭过程，还

被用来设计旨在从实验室的核聚变中获得净能量输出的惯性约束聚变实验。在生物物理中，复杂蛋白质折叠的模拟已有革命性的进展。这些模拟有助于揭示包含在DNA基本结构（基因序列）起信息作用的物理过程，并探究DNA次级结构（分支和环）的作用。研究者还越来越仔细地构造酶催化物理的模型。最近，在采用经典密度泛函理论构造细胞中离子通道的模型方面取得了关键性的进展。

计算物理远远不只包含用模拟来提供洞察和解释。它还包含实验数据海洋的获得、处理和理解。这方面有两个领域是比较突出的。在高能物理中，获取、储存和解释万亿字节的数据集的能力在加速器实验中起着关键的作用。类似地，在环球大气的地球物理模型中，气象卫星数据对环球大气的整个状态提供了关键的信息，并为改进模型和证实理论方法提供所需的关键性的环球参数。获取和处理这些数据集对实时数据获取、大规模数据处理和数据可视化提出了巨大的挑战。

展望未来，在最近几年里我们可以期待量子色动力学（QCD）的格点规范理论模拟将以足够的精确度证实或否定目前流行的理论模型和近似。在生物物理中，我们应该看到在细胞基石的微观演化中的很多动力学过程的从头计算和经典分子动力学模拟方面将有重大的进展。在材料物理中，我们应该看到在介观物理中由在带有实际缺陷的固体和熔体模型中的微观计算机实验引起的一场革命。

物理学习心得体会精选范例大全

( 心得体会 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 物理学习心得体会精选范例大 全 Experience in physics learning

物理学习心得体会精选范例大全 范文一 新课程标准把以学生发展为本；作为新课程的基本理念，以提高学生科学素养，满足全体学生的终身发展需求为培养目的，现代课程目标，都是从知识和能力，过程和方法，情感态度和价值观这三个维度提出来的，三个维度相互渗透，融为一体，具有很强的整体性和立体感，改变过去强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于研究、勤于思考，通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神，提高学生的物理素养。因此，在教学的过程中应积极引导学生转变学习方式， 一、“要我学”转变为“我要学”。当今的课堂教学应当成为学生自主、合作、探究学习的天地。“自主学习”是指学生在学习的过

程中有较强的主体作用，能够自我定向，自我选题，自我激励，自我监控和自我评价。“合作学习”是指学生在学习的过程中，借助小组和团队的力量，共同完成学习任务，更加有效地进行学习。“探究学习”是指学生在学习的过程中采用探究的方式我在平时的教学中，注意根据不同的教学内容、不同的教学目标，结合不同班级学生的学习能力和特点选用不同的教学方法，精心设计教学过程和练习。在课堂内外让学生自主探究、合作交流、动手操作、动脑思考，让学生充分发表自己的意见和见解。对不同的学生提出不同的要求和目的，因材施教，让每位学生都能体会到成功的感觉，激发其对物理的好奇心、求知欲以及学习物理的兴趣，使他们觉得物理不再那么高高在上，不再那么枯燥、乏味，教学过程中紧密联系实际，使学生真正体会到生活中处处有物理，生活离不开物理从思想上变要我学为我要学了。 二、“学物理”转变为“用物理”。新课程标准提倡学生初步学会从物理学的角度提出问题、理解问题，并能综合应用所学的知识和技能解决简单实际问题，发展应用物理知识的意识。但物理课程

物理学发展简史

物理学发展简史 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

一、古典物理学与近代物理学： 1、古典物理学：廿世纪以前所发展的物理学称为古典物理学，以巨观的角度研究物理，可分为 力学、热学、光学、电磁学等主要分支。 2、近代物理学：廿世纪以后(1900年卜朗克提出量子论后)所发展的物理学称为近代物理学， 以微观的角度研究物理，量子力学与相对论为近代物理的两大基石。

一、古典物理学对人类生活的影响： 1、力学：简单机械(杠杆、轮轴、滑轮、斜面、螺旋、劈) …… 2、光学： (一)反射原理： (1)平面镜：镜子…… (2)凹面镜：手电筒、车灯、探照灯…… (3)凸面镜：路口、商店监视镜…… (二)折射原理： (1)凸透镜：放大镜、显微镜、相机…… (2)凹透镜：眼镜、相机…… 3、热学：蒸汽机、内燃机、引擎、冰箱、冷(暖)气机…… 4、电学： (一)利用电能运作：一般电器用品，如：电视机、冰箱、洗衣机…… (二)利用电磁感应：发电机、变压器…… (三)利用电磁波原理：无线通讯、雷达…… 二、近代物理学对人类生活的影响： 1、半导体： (一)半导体：导电性介于导体和绝缘体间之一种材料，可分为元素半导体(如：硅、锗等)和 化合物半导体(如：砷化镓等)两种。 (二)用途： (1)半导体制成晶体管，体积小、耗电量少，具有放大电流讯号功能。 (2)半导体制成二极管具整流能力。 (3)集成电路(IC)： (A)1958年发展出「集成电路」技术，系利用长晶、蚀刻、蒸镀等方式于一小芯片上容 纳上百万个晶体管、二极管、电阻、电感、电容等电子组件之技术，而此电路即称为 集成电路。 (B)IC之特性：体积小、效率高、耗电低、稳定性高、可大量生产。 (C)IC之应用：计算机、手机、电视、计算器、手表等电子产品。 (4)计算机信息科技之扩展大辐改变了人类的生活习惯，故俗称第二次工业革命。 2、雷射： (一)原理：利用爱因斯坦「原子受激放射」理论，诱发大量原子由受激态同时做能态之跃迁 并放射同频率之光子，藉以将光加以增强。 (二)特性：聚旋光性好、强度高、光束集中、频率单一(单色光)。 (三)应用：

心得体会 物理学史的读后感

物理学史的读后感 物理学史的读后感范文（精选3篇） 物理学史的读后感1 物理学史是人类对自然界中各种物理现象的认识史，它研究的是物理学发生、发展的规律，说明了物理学中的基本概念、定律和理论体系的酝酿、产生和发展的辩证过程。它是一座知识财富的宝库，不仅展示了物理学理论形成的前因后果、来龙去脉，而且深刻的揭示了物理学的研究方法；它也是一块精神财富的宝地，物理学的发展极大地改变着人们的自然观、世界观，升华了人们对人与自然，人与社会的认识。与此同时，物理学家在探求真理的过程中展现出的人格力，不畏艰险献身科学的高尚品格，也给后人增添了无穷的榜样力量。物理学不仅以其知识、方法和思想极大的促进了自身的发展，而且在更广阔的领域深刻的影响着人类文明的进程，成为人类文化的一部分。 学习物理学史就是为了了解物理学所走过的道路，它将有助于我们更深刻地认识物理学，更有效地应用和发展物理学。过去很多人总是在说“以史为鉴”，但我们认为对物理学史的学习仅仅“以史为鉴”还远不能满足时代的要求，更应该在“以史为鉴”的基础上“以史为器”去发展、去创新。物理学史和自然科学史告诉我们，历史上的一些发明、创造并不是前人研究内容的简单重复，而往往是前人研究方法、思维特征的重现，并且它更是螺旋形上升的。

在物理教学中适当引入物理学史教育，让学生更多的了解科学发展的历程，并从前人的经验中受到启发、教益，从而感悟科学方法，提升人文素养，培养创新意识，是素质教育全面发展观的基本要求，也是落实新课标“三维目标”的必然选择。 下面，从几个方面简述物理学史的作用： 一、感悟科学方法 物理学的发展史是一部物理学方法论的发展史，物理学在发展过程中，不仅产生了宝贵的理论成果，更留给后人值得深思的物理学的研究方法。物理发展的历史证明，每一次重大科学理论的突破，往往都伴随着新的科学方法的诞生，而新的科学方法又反过来促进物理学的发展。 力学是物理学中发展最早的一个分支，机械运动是力学中最直观、最简单、也是最便于观察因而也最早得到研究的一种运动形式。然而，和物理学的其他部门相比，力学的研究却经历了更为漫长的过程。从古希腊时代算起，这个过程几达二千年之久。只所以会如此漫长，一个很重要的原因就是人类缺乏经验，缺乏正确的科学研究方法，因而也就难以得出正确的科学结论。亚里士多德是古希腊时代人类历史上少数百科全书式的大哲学家，而且是通过观察自然，运用形而上学的哲学思想方法试图解释自然，奠定物理学思想萌芽的人。然而，由于历史的局限，亚里士多德对自然的研究仅仅停留在“观察”和“思辩”的层面上，致使像“力是维持物体物运动的原因，重的物体下落得快，轻的物体下落得慢”等错误长期统治着人们的思想。

新型功能材料发展趋势

新型功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等

物理学概论学习心得

物理学概论学习心得 篇一：学习物理学概论的心得体会 学习物理学概论的心得体会 还记得刚进入大学开始学习时，我对物理学感到很迷茫，我不知道自己将要学的是什么。但是通过高老师详细的讲解之后，我发现原来物理学对我们的生活很重要，原来物理学是这样慢慢壮大的，原来是有那么多先辈的伟大付出的，原来有那么多充满乐趣的故事。那种对未知的探索，那种对科学的执着，那种探索的乐趣，一切都深深的吸引了我。 物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。物理学可以分为经典力学、电磁学、热力学和统计力学、相对论和量

子力学。 其中经典力学是研究宏观物质做低速机械运动的现象和规律的学科。而牛顿则是经典力学的主要创作者，他深入研究了伽利略的现象行理论以及行星绕日运动的经验规律，发现了宏观低速机械运动的基本规律。 热学是研究热的产生和传导，研究物质处于热状态下的性质及其转化的科学。对于热现象的研究逐步澄清了关于热的一些模糊概念，并在此基础上开始探索热现象的本质和普遍规律。而关于热现象的普遍规律的研究就称为热力学。到19世纪，热力学已趋于成熟。19世纪中期，焦耳等人用实验确定了热量和功之间的定量关系，从而建立了热力学第一定律。在卡诺研究结果的基础上克劳修斯等科学家提出了热力学第二定律，表达了宏观非平衡过程的不可逆性。深入研究热现象的本质，就产生了统计力学。统计力学应用数学中统计分析的方法，研究大量粒子的平均行为。

经典电磁学是研究宏观电磁现象和客观物体的电磁性质的学科。在18世纪，人们早已发现电荷有两种，而在18世纪末发现电荷能够流动，这就是电流。在19世纪前期，奥斯特发现电流可以使小磁针偏转，而后安培发现作用力的方向和电流的方向，以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直。不久之后，法拉第又发现，当磁棒插入导线圈时，导线圈中就产生了电流。在电和磁的联系被发现以后，法拉第引进力线的概念并产生了电磁场的概念。19世纪下半叶，麦克斯韦总结了宏观电磁学的规律并引进了位移电流的概念，在此基础上他提出了一组偏微风方程来表达电磁现象的基本规律，并预言了存在以光速传播的电磁波。而后，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的电磁波具有光速和反射、折射、干涉、衍射、偏振等一切光波的性质。从而完成了电磁学和光学的综合。 19世纪末期经典物理学已经发展到很完美的阶段，许多物理学家认为物理

功能材料发展趋势

材料】功能材料发展趋势 功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 1、新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等

中医药治疗原发性骨质疏松症现状与展望

作者：刘海全，秦佳佳，赵王林，付海燕，杨海韵 【关键词】原发性骨质疏松；中医药；化学药物 原发性骨质疏松症是以骨量减少、骨组织显微结构改变和骨折危险频度增加为特征的一种全身性骨骼系统疾病。由于相应的骨量减少、骨质量的降低及老年人对创伤的易感性等导致骨折危险性增加。我国60岁以上的老年人原发性骨质疏松症发病率为59.89％，而每年因骨质疏松症并发骨折者约为9.6％，并有逐年增加的趋势。 1 中医对原发性骨质疏松症病名的认识中医对原发性骨质疏松症定性、定位较准确的当属“骨痿”。“骨痿”的提法最早见于《内经》，《素问·痿论》中亦有关于“骨痿”的论述。至汉代，张仲景在《金匮要略·骨痿》中进一步指出了“骨痿”与“骨痹”间的差异，认为“骨痹”是“骨痿”的进一步发展，其后张从正则从临床症状角度谈到了两者的不同，他在《儒门事亲·指风痹痿厥近世差无说》中指出两者应分而论治。现代大多数学者认为原发性骨质疏松症应当属于“骨痿”。 2 中医对原发性骨质疏松症病因病机的认识本病为本虚标实之症，即以肾虚为主，同时伴有脾虚、肝虚、血淤之候的多虚多淤的疾病。《素问·六节脏象论》中说：“肾者，封藏之本，精之处也，其华在发，其充在骨”。《不居集》中：“诸般腰痛皆属肾虚，……腰肢痿弱，身体疲倦，脚膝酸软，脉或大或细，痛亦隐隐而不甚，是其候也”均说明肾虚精亏，不能主骨生髓，骨失濡养而致腰脊酸痛，因其为虚痛，故痛势隐隐，绵延不绝；精舍神，精衰则神弱而致神疲乏力；精虚则不能化气，鼓动血脉无力，气血不行，痹阻经络而致腰背疼痛。现代研究亦证实［1］，肾虚骨质疏松症的病理机制为肾精不足，骨髓、脑髓失养，表现在下丘脑——垂体——靶腺轴的调控失常，包括下丘脑组织的细胞因子及其信号传导通路的异常。脾胃为后天之本，主四肢肌肉。中气受损，则受纳、运化、输布的功能失常，气血津液生化之源不足，无以充养五脏、运行血气，以致筋骨失养、关节不利、肌肉消瘦、肢体痿弱不用，久痿必致骨无所用，进而导致骨质疏松。由于老年人机体功能衰退，体虚气弱，易受外邪侵袭，导致气机不利，气虚无力推动血行脉中，使经络不通、气血不畅，故老年人脾肾俱虚的同时，往往伴随血淤的存在。原发性骨质疏松症除虚为主的病因病机，血淤与淤血也是其重要病因，而淤血更为重要病理［2］。肝虚与骨质疏松症也存在一定的关联。肝藏血，肾藏精。血的生化，有赖于肾中精气的气化；肾中精气的充盛，亦有赖于血液的滋养。精与血的病变亦常相互影响。如肾精亏损，可导致肝血不足；反之，肝血不足，也能引起肾精亏损，肾亏则髓空，骨骼虚损，而形成骨质疏松症。 3 辨证分型研究中医传统的八纲辨证、脏腑辨证等辨证系统是中医长期临床实践的经验总结。中医证型的划分是依据中医理论对疾病的病因、病理、病位及其发展、转归、预后等特点进行分辨和概括的结果。江湧等［3］根据本病临床特征，把原发骨质疏松症按痿、痹、淤痉辨病分类。以无痛为痿，疼痛为痹，外伤为淤，抽搐为痉，再根据病因病机、四诊合参辨证施治。刘庆思［4］根据中医理论及多年积累的临床资料，对原发骨质疏松症的辨证分型归纳总结为4型，即肾阳虚衰型，肝肾阴虚型，脾肾阳虚型和气滞血淤型。苏培基将原发性骨质疏松症分为肾阳虚、肾阴虚、脾肾阳虚、肝肾阴虚、气血亏虚、淤血阻络6型进行辨证论治［5］。徐祖健等［6］通过临床调查发现，在其临床调查对象中，中医证型分布规律为肝肾阴虚型占47.25％，肾阴虚型占16.48％，肾阳虚型占10.99％，脾肾阳虚型占9.89 ％，脾胃虚弱型占5.49％，其他类型占9.89％。除上述几种辨证分型以外，国内学者根据对骨痿病因病机的认识，对本病尚有其他几种不同的辨证分型。虽然这些辨证分型不尽相同，但其总体均以肾虚为主，并与脾虚、肝虚、血淤相关。 4 辨证论治研究中医药采用整体调整的疗法，多以补肾、健脾、活血为主要治则，辨证加减治疗本病，临床均取得较好的疗效。李茵等［7］通过文献检索分析得出，在治疗骨质疏松症的104首中药复方中，共使用106种药物1 204频次。其中，使用频次在10

中国光伏发电的现状和展望

中国光伏发电的现状和展望 一、中国光伏发电的战略地位 1.1 中国的能源资源和可再生能源现状和预测； 无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10％。图一给出了世界和中国主要常规能源储量预测。 从长远来看，可再生能源将是未来人类的主要能源来源，因此世界上多数发达国家和部分发展中国家都十分重视可再生能源对未来能源供应的重要作用。在新的可再生能源中，光伏发电和风力发电是发展最快的,世界各国

都把太阳能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向。根据欧洲JRC 的预测，到2030年太阳能发电将在世界电力的供应中显现其重要作用，达到10%以上，可再生能源在总能源结构中占到30％；2050 年太阳能发电将占总能耗的20%，可再生能源占到50％以上，到本世纪末太阳能发电将在能源结构中起到主导作用。图二是欧洲JRC 的预测。 中国是一个能源生产大国，也是一个能源消费大国。2003 年能源消费总量约为16.8 亿吨，比2002 年增长13%，其中：煤炭占67.1%、石油占22.7%、天然气占2.8%、水电等占7.3%，石油进口达到9700 万吨。由于能源需求的强劲增长，煤炭在能源消费结构中的比例有所提高，比2002 年提高1 个百分点。图三给出了我国2003 年一次能源消费构成。

我国政府重视可再生能源技术的发展，主要有水能、风能、生物质能、太阳能、地热能和海洋能等。我国目前可再生能源的发展现状如下： 水能：我国经济可开发的水能资源量为3.9 亿千瓦，年发电量1.7 万亿千瓦时，其中5 万千瓦及以下的小水电资源量为1.25 亿千瓦。到2003 年底，我国已建成水电发电装机容量9000 万千瓦，其中小水电容量3000 万千瓦。 风能：我国濒临太平洋，季风强盛，海岸线长达18000 多公里，内陆还有许多山系，改变了气压的分布，形成了分布很广的风能资源。根据全国气象台风能资料估算，我国陆地可开发装机容量约2.5 亿千瓦，海上风能资源量更大，可开发装机容量在7.5 亿千瓦,总共可开发装机容量10 亿千瓦。目前全国已建成并网风力发电装机容量57 万千瓦，此外，还有边远地区农牧民使用的小型风力发电机约18 万台，总容量约3.5 万千瓦。

读《物理学史》有感

读《物理学史》有感 摘要：在实施新课程和新教材过程中，又读《物理学史》，使我们深深觉得课改必须遵循敢于质疑、勇于探究、善于思维、勤于实验的四条原则，我们不能偏离这个方向。我们必须坚持这四条原则不动摇，如同我国正在进行的改革开放必须坚持四项基本原则一百年不动摇一样，新课程改革不论以何种方式进行，不管如何做新的尝试，我们都应该投以赞许的目光，但是有一点不能变，那就是敢于质疑、勇于探究、善于思维、勤于实验的四条原则不能变，偏离了这四条原则，也就违背了物理学历史的发展规律，必然会偏离正确的方向。这点一定要切记、切记。 关键词：新课程新教材物理学史四条原则 随着教学改革的不断深化，全面实施以培养学生的创新精神和实践能力为重点的素质教育已成为教育界的共识。对物理学科而言，在实施新课程和新教材过程中，不断地有许多新的观点，好的做法出现，并且也涌现出成功的典型。但是，也有许多尝试偏离了物理学科发展的原则，值得我们共同来关注和探讨。纵观物理学史，结合新课程改革的理念，在实施新课程和新教材的过程中，教师除了要具有扎实的专业知识和渊博的综合性知识之外，还必须遵循以下四条原则： 一、敢于质疑 20世纪物理学革命告诉我们，科学的每一次崭新境界的开辟，都必须要有敢地向旧理论说“不”的勇气。爱因斯坦，玻尔用他们年轻的心，沸腾的血和活跃的头脑，带领海森伯等一批又一批的年轻人，勇敢地向旧理论思想挑战。在此期间，每一个“不”字的出现都响彻云霄，宛如春雷一般。普朗克提出能量是“不”连续的；爱因斯坦更深入地提出了辐射也是不连续的；海森伯更是提出了量子力学中最关键的一个关系式即“测不准关系式”；此外华裔物理学家李政道，杨振宁又向守恒说出了“不”，提出了“宇称不守恒”。每一个“不”字都给物理学以飞跃，可见，挑战孕育了创新，勇气孕育了力量，信心带来了成功。 在实施物理新课程与新教材过程中，教师要努力培养学生敢于质疑，勇于创新的科学精神。在物理课堂上，教师要鼓励学生敢于向权威挑战，要努力营造一个民主，平等的课堂气氛，让学生们用一个开放的，喜欢探究和充满活力的头脑去不断提出新观点，否定旧理论。充分发挥学生探究学习，自主学习，合作学习的能力。教师应该树立理性的权威观。 随着信息时代的到来，为学生提供了广泛摄取知识与锻炼思维的机会。因而他们也完全可能在某方面甚至是本学科领域领先于教师。在物理教学中，学生会常跟老师谈及他们从网络信息中获取的一些知识与信息，其中可以有很多对教师来说是全新的感受。“闻道有先后，术业有专攻”，“青出于蓝而胜于蓝”。因此我们在教学中应永远保持谦虚进取的态度。在教育学生的同时，也应自觉地接受学生的“教育”，并把自己置身于终身学习的状态。因此，教师在教学中应充分表现出严谨务实，批判进取的科学精神，努力展示自己的教学智慧及内在的精神气质，教师的热情和同情心，教师善于鼓励和想像的倾向性，为学生的发展具有极大的影响力。教师在教学中应该有强烈的好奇心和求知欲，有远大的理想和锲而不舍的钻研精神，要有热情洋溢、情绪饱满、富于激情的想象力，并以此来树立自己在学生心目中的崇高地位。

物理学发展简史

物理学发展简史 摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。 关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展 0 引言 物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。 1 古代物理学时期 古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。 物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。 古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。 直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致科学逐渐从哲学中分裂出来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。 2 近代物理学时期 近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。 近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。

中国光伏产业发展现状与展望

中国光伏产业发展现状与展望 光伏制造是我国为数不多的具有国际竞争力的新兴产业之一，中长期前景广阔。随着全球市场竞争的不断加剧，光伏产业普遍出现产能过剩、核心技术缺失、依赖政府扶持、忽略品牌建设、缺乏战略思维等问题，在很大程度上阻碍了光伏产业的稳健发展。本文分析了我国光伏产业发展的现状，指出了光伏产业的发展策略，以期为光伏企业发展提供借鉴与参考。 标签：光伏产业；发展现状；展望；对策 1.光伏产业发展现状 1.1产业链中游产能集中，光伏产业呈现“两头小，中间大”的格局 由于太阳能电池的生产及组件封装属于劳动密集型产业，对技术没有过高的要求，进入门槛低，因此中游企业发展迅猛。而产业链上游的多屏，硅在短暂的迅速发展后，速度明显放缓并出现了负增长，已无法满足中游产业生产的需要，需大规模从国外进口；下游的太阳能电站新增装机量虽然发展势头良好，在一定程度上消化了部分过剩产能，但仍然无法改变我国光伏产业不协调发展的格局。 1.2产能过剩问题严重 由于光伏产业在各级政府的政策扶持下大肆擴张，企业投资者一哄而上，一时间“光伏基地”遍地开花。由于产能快速扩张，行业陷入无序竞争状态，导致我国光伏产品产能过剩问题不断加剧。虽然近几年光伏制造业市场小幅回暖，但是整体产能依然过剩，光伏制造业正由绝对过剩向结构性过剩转化。 1.3出口规模增加，国际贸易摩擦不断 由于我国光伏产品产量与出口迅速增加，使得产品价格快速下降。2011年以来，关国和欧洲等国家为保护本国的光伏产业，相继对我国光伏产品发起频繁的“双反”调查，设置贸易壁泉，打压我国光伏产业，国际贸易争端持续不断。在产品价格下行和贸易壁泉的双重影响下，我国光伏制造企业遭受重创，不少企业资不抵债而破产。尽管近几年市场逐渐回暖，但是我国光伏企业在海外市场的发展却不容乐观。国际贸易保护主义挑战不断，欧关双反仍然持续，印度也于2017年7月发出公告，对来自我国进口的光伏电池及组件进行反倾销调。种种贸易摩擦使我国未来出口贸易充满了太多的不确定性。 1.4中小光伏企业发展困难 近年来，全国360个城市当中有将近一半的城市把发展目光锁定在光伏产业上，并提出了建设千亿级光伏产业园区的目标，盲目扩大项目投资，终将导致产品价格下滑、产能资源过剩等问题，进而丧失市场主动权。一些不具备竞争力或

学习物理学概论的心得体会

学习物理学概论的心得体会 还记得刚进入大学开始学习时，我对物理学感到很迷茫，我不知道自己将要学的是什么。但是通过高老师详细的讲解之后，我发现原来物理学对我们的生活很重要，原来物理学是这样慢慢壮大的，原来是有那么多先辈的伟大付出的，原来有那么多充满乐趣的故事。那种对未知的探索，那种对科学的执着，那种探索的乐趣，一切都深深的吸引了我。 物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。物理学可以分为经典力学、电磁学、热力学和统计力学、相对论和量子力学。 其中经典力学是研究宏观物质做低速机械运动的现象和规律的学科。而牛顿则是经典力学的主要创作者，他深入研究了伽利略的现象行理论以及行星绕日运动的经验规律，发现了宏观低速机械运动的基本规律。 热学是研究热的产生和传导，研究物质处于热状态下的性质及其转化的科学。对于热现象的研究逐步澄清了关于热的一些模糊概念，并在此基础上开始探索热现象的本质和普遍规律。而关于热现象的普遍规律的研究就称为热力学。到19世纪，热力学已趋于成熟。19世纪中期，焦耳等人用实验确定了热量和功之间的定量关系，从而建立了热力学第一定律。在卡诺研究结果的基础上克劳修斯等科学家提出了热力学第二定律，表达了宏观非平衡过程的不可逆性。深入研究热现象的本质，就产生了统计力学。统计力学应用数学中统计分析的方法，研究大量粒子的平均行为。 经典电磁学是研究宏观电磁现象和客观物体的电磁性质的学科。在18世纪，人们早已发现电荷有两种，而在18世纪末发现电荷能够流动，这就是电流。在19世纪前期，奥斯特发现电流可以使小磁针偏转，而后安培发现作用力的方向和电流的方向，以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直。不久之后，法拉第又发现，当磁棒插入导线圈时，导线圈中就产生了电流。在电和磁的联系被发现以后，法拉第引进力线的概念并产生了电磁场的概念。19世纪下半叶，麦克斯韦总结了宏观电磁学的规律并引进了位移电流的概念，在此基础上他提出了一组偏微风方程来表达电磁现象的基本规律，并预言了存在以光速传播的电磁波。而后，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的电磁波具有光速和反射、折射、干涉、衍射、偏振等一切光波的性质。从而完成了电磁学和光学的综合。 19世纪末期经典物理学已经发展到很完美的阶段，许多物理学家认为物理学已接近尽头，以后的工作只是增加有效数字的位数。开尔文在除夕夜的新年祝词中说：“物理大厦已经落成······现在它的美丽而晴朗的天空出现两朵乌云，一朵出现在光的波动理论，另一朵出现在麦克斯韦和玻尔的能量均分理论”而恰恰是这两个基本问题和开尔文所忽略的放射性孕育了20世纪的物理革命。 1905年，爱因斯坦为了解决电动力学应用于动体的不对称创建了狭义相对论，即适用于一切惯性参考系的相对论，推出了同时的相对性和动系中的尺缩、钟慢的结论，完美地解释了洛伦兹变换公式，从而完成了动力学和电动力学的综合，并彻底否认以太的存在。1915年，爱因斯坦又创造了广义相对论。把相对论推广到非惯性系。广义相对论解释了用牛顿引力理论不能解释的一些天文现象。 另一方面，普朗克提出了黑体辐射公式，并用能量量子化假设从理论上导出，首次提出物理量的不连续性。1905年，爱因斯坦以光的波粒二象性解释了光电

工程材料的历史、现状与发展

工程材料的历史、现状与发展 §1 工程材料的历史、现状和发展 材料：人类用以制作有用物件的物质 新材料：主要是指最近发展起来或正在发展之中的具有特殊功能和效用的材料。 人类先后经历了:石器时代——铁器时代——钢铁时代（高分子时代半导体时代先进陶瓷时代复合材料时代）,这说明以学一种类材料为主导的时代已经一不复返了。材料的发展已进入丰富多采的时代，而以保护资源、环境和生态为目的的材料设计思想已形成新的潮流，即“生态环境材料”。 材料分类：金属材料无机非金属材料（陶瓷）有机高分子材料复合材料 一、金属材料 1、特点：由于其主要通过金属键结合而成，因此金属有比高分子材料高得多的模量，有比陶瓷高得多的韧性、可加工性、磁性和导电性。 2、近年来金属材料的纵深发展： 1）高纯材料 2）高强度及超高强度金属材料 3）超易切削钢和超高易切削钢 4）硬质合金和金属陶瓷 5）高温合金与难熔合金 6）纤维增强金属基复合材料 7）共晶合金定向凝固材料 8）快速冷凝金属非晶及微晶材料 9）有序金属间化合物 10）超细纳米颗粒金属材料 11）形状记忆合金 12）贮氢合金 3、金属材料的发展趋势 二、无机非金属材料（陶瓷ceramic）的特点 陶瓷是泛指一切经高温处理而获得的无机非金属材料，除先进（特种）陶瓷外，还包括玻璃、搪瓷、水泥和耐火材料等。从狭义上讲，用无机非金属化合物粉体，经高温烧结而成，以多晶聚积体为主的固态物均称为陶瓷，即先进的陶瓷。 先进陶瓷的化学键是由共价键与离子键组成，具有优良的耐高温、耐磨、耐腐蚀的特点。 三、复合材料的特点 复合材料，是指由不同材料组合而成，在新制成的材料中，原来各材料的特性得到了充分的应用，而且复合后可望获得单一材料得不到的新功能材料。 近代复合材料包括： 1、软质复合材料，具有高强度、高质量的特点。如橡胶与纺织材料结合在一起，人造丝、尼龙、金属纤维 2、硬质复合材料，“玻璃钢”代表（又增强纤维与合成树脂制成的复合材料。 §2 制造（工艺）技术发展的历史、现状和趋势

学物理学史的体会

学物理学史的体会 院系：物理与信息技术学院 班级：2011级物理学班 学号：201105110134 姓名：牛亮亮 摘要：物理学史，顾名思义，万物之理。他是研究我们周围世界的一切现象，并努力的对其作出合理的科学解释，他承载的是人类对未知的好奇，用自己的行动去探索，去实践。从而揭示出世界的本质，使人们可以尽最大限度的了解我们生活的环境，了解我们的物理。 关键词：物理学史德育的火花教学的催化剂 科学史现在已是世界公认的一门独立学科。其中物理学史是科学史的重要组成之一，它是研究物理学辩证发展过程规律的一门学科。作为人类对自然界各种物理现象的认识史，它将揭示物理学作为一个整体的发展进程，特别是揭示物理学思想的发展和沿革的历史，研究物理学发生和发展的基本规律。 在《科学史与新人文主义》一书中萨顿曾说：“在旧人文主义者同科学家之间只有一座桥梁，那就是科学史，建造这座桥梁是我们这个时代的主要文化需要。”萨顿去世已近半个世纪了，但他70年前的话同样是适用于今天的时代的，对我们仍有启发：物理学史的教育价值不容忽视。记得有人曾说过：物理学是一门科学，是一门智慧，是一门文化。物理学是以物质基本结构、相互作用和基本运动规律为研究对象的自然科学，是人们认识物质世界的本质，揭示物质世界的规律，具有基础性和应用性的重要学科。物理学的知识和方法促进了许多相关学科和生产技术的发展，有力地推动了人类社会文明的进步。 关于物理学史，歌德曾说过：“一门科学的历史，就是这门科学本身。”而美国科学史家萨顿将科学史定义为“如果把科学定义为系统的实证知识或看作是在不同时期、不同地点所系统化了的这样一种知识，那么科学史就是这种知识发展的描述和说明”，从这一意义上讲物理学史就是：人类在长期的社会实践活动中对自然的物理知识系统的历史的描述，是物理学家征服世界、改造自然、创造发明的奋斗史，记述了物理知识的累积过程，以及物理科学的发展演变规律的发展史。

浅谈物理学之感悟

物理期中小结 通过物理一词的来源，物理学的定义及发展史简述了我对物理学的认识；进而阐述了我对物理学的心得体会，物理就在我们身边以及物理的博大思想，衍生出的启示感想；最后表达了我对物理的几点看法与建议。希望通过撰写对物理学感悟论文的过程，让我对物理学由更进一步的了解与体会，受益终身。 开始正式接触到物理这门课程是在初中的时候。那时对物理是何概念并无一个系统清晰的认识，只是单纯地跟着老师的思路读课本做习题。升到高中，我念的是职高所以就没有在学习下去。因而，在这学期，看到课程安排上明晃晃的“大学物理”四字时，心中哀号一片。经过半个学期的学期，在这里，我将浅谈一下本学期以来对物理的认识，体会以及对本门课程的几点建议。 1、物理”一词的最先出自希腊文φυσικ，原意是指自然。古时欧洲人称呼物理学作“自然哲学”。从最广泛的意义上来说即是研究大自然现象及规律的学问。 2、汉语、日语中“物理”一词起自于明末清初科学家方以智的百科全书式着作《物理小识》。 物理学的定义： 1、古老的定义——物理学最先称为自然哲学，是一门既古老又现代涉猎广泛的自然科学。 2、寻常的定义——物理学是研究物质基本结构，基本相互作用及基本运动规律的科学学科。 3、抽象的定义——物理学是研究能量及时空基本性质的科学。 4、玄奥的定义——物理学家所研究的就是物理学。 综上可见，物理学的研究性质随着物理学自身的发展而深化着，物理学是发展着的动态的概念。其实，整个科学也是发展着的。 物理学的发展史： 1、古代时期（1600年以前） 这是物理学的萌芽时期。大体上是在文艺复兴时期，即我国明末以前，这个时期我国和希腊成为了东西方两个科学技术发展中心。当时物理学还没有从哲学中

功能材料及其发展趋势

材料】功能材料发展趋势??功能材料发展趋势??功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分,可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域,所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。? 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,在全球新材料研究领域中,功能材料约占85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料,成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。??鉴于功能材料的重要地位,世界各国均十分重视功能材料技术的研究。1９89年美国20０多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告,建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从199５年至２001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题，而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。? 1、新型功能材料国外发展现状??当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破,诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。 超导材料以NbTi、Nｂ3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像(NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用;SQＵIＤ作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用,其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用,因而严重地限制了低温超导应用的发展。? 高温氧化物超导体的出现,突破了温度壁垒,把超导应用温度从液氦（４.2Ｋ）提高到液氮(77K）温区。同液氦相比,液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场［Ｈc2 (４Ｋ)＞50T]，能够用来产生20T以上的强磁场,这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些由本征特性Ｔｃ、Ｈc2所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力,吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高Tc超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，在研究过程中遇到了涉及多种领域的重要问题，这些领域包括凝聚态物理、晶体化学、工艺技术及微结构分析等。一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体，其中许多研究工作都涉及了材料科学的前沿问题。高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展。

(行业分析)中药行业市场现状及发展方向分析

中药行业市场现状及发展趋势分析 医药工业是世界公认的永不衰落的朝阳产业。90年代以来，一直保持7.7%的年均增长率，是世界贸易中增长最快的五类产品之一。 在全球性回归大自然的今天，纯天然药物（民族民间药和中药属天然药物类）是继化学药物、生物制药、基因工程类药品之后，最具发展前景的药物。天然药物因无明显毒副作用，在治疗局部疾病的同时，能明显地调节人体的免疫功能，给药途径方便等优势，广泛地受到世界不同肤色人们的青睐。 中药产业一直以来都是我国的传统优势产业，其有几千年悠久历史，是中华民族的瑰宝，多年来，中药都以其产量多、分布广、毒副作用小等优势占据着我国医药产业的半壁江山，但是另一方面，我国对中药产业的重视程度不足，中药产业的技术标准体系也不健全，导致中药产业发展缓慢。 近年来，我国的中药产业在充满挑战与威胁的世界环境中渐渐迎来了希望的曙光。2006年，国家出台《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，要求我国要在中药产业中重点开展理论创新和研究；2007年，《中医药创新发展规划纲要》指出要建立中医药标准规范体系，出台新医改政策；随后席卷全球的金融危机与甲型H1N1在世界范围内爆发都将给我国的中药行业的发展产生深远的影响。 1、我国中药行业的历史发展状况 1.1国内市场状况 我国的中医药历史悠久，经过数千年的发展，国内早已经形成了相对

比较成熟的民族医药体系。改革开放以来，我国医药工业发展迅速，产值年均递增16 6％，远高于GDP增速，是国民经济中发展最快的行业之一。而中药在医药行业中增长又最为强劲，仅2005年国内中药企业达1000多家，可生产中成药4000余种，产量也由1998年的3428万吨增长到的6O。29万吨，中成药和中药饮片的销售占国内医药市场份额的三成以上。 中药产业一直处于不断的发展和扩张中。2003年，中药工业实现总产值800亿元，继续保持了持续扩张的发展势头。2004年，中药行业在国家实施宏观调控的大背景下依然呈现出平稳增长的态势。与2003年比较，2004年医药制造业总体和化学药的增长步伐都明显回落，而中药行业则与上期基本持平，利润增速还有所提升，行业的经营稳定性相对突出。1997到2004年，中药工业总产值增长3倍多，占整个医药工业生产总值的比例由1997年的18.60%增长到2004年的26.10%。由于支持中药行业长期发展的因素，如人口增长、老龄化、城镇化等持续存在，可以预计中药行业的这种稳定增长态势仍将持续。 1.2国际市场状况 中药在国际市场上的竞争力也逐渐强化，我国中药的出口额在1995年达到创纪录的7.7亿美元之后，曾持续走低，连年大幅度滑坡，落后于我国外贸出口的平均增长速度。2002年之后这种势头有所好转，出口额开始回升，2003年，则取得稳定增长，于8年后再次突破7亿美元，2008年更是突破了10亿美元大关。可以说国产中药在国际