量子力學(xué)重要概念精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)重要概念范文

本書的主要目的，就是要證明這樣的替代物是存在的，它與50年前人們討論的所謂唯象隨機(jī)量子力學(xué)以及隨機(jī)零點(diǎn)場(chǎng)理論密切相關(guān)。這是一種漲落場(chǎng)，屬于經(jīng)典Maxwell方程的解，但是在零溫下有非零平均能。作者們認(rèn)為量子化源于經(jīng)典物理與這種零點(diǎn)場(chǎng)漲落緊密聯(lián)系的深刻隨機(jī)過程，而量子力學(xué)的基本理論建筑在第一原理的基礎(chǔ)上，這個(gè)原理揭示從更深層次的隨機(jī)過程引發(fā)的涌現(xiàn)（Emergency，或譯突現(xiàn)）現(xiàn)象的量子化。

作者們?cè)诒緯尸F(xiàn)的理論觀點(diǎn)是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的努力尋找而獲得的答案。長(zhǎng)期以來，科研人員試圖尋找答案的以下問題：哪些概念對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展起重要作用；是什么為這些概念提供了物理基礎(chǔ)；量子力學(xué)背后的物理學(xué)的最新發(fā)現(xiàn)中，有哪些對(duì)這些問題的回答形成了綜合的和自洽的新的理論框架。

作者認(rèn)為任何物質(zhì)系統(tǒng)都是一個(gè)開放系統(tǒng)，它們永久地接觸隨機(jī)零點(diǎn)輻射場(chǎng)，并與其達(dá)到平衡狀態(tài)。從這個(gè)基礎(chǔ)出發(fā)，導(dǎo)出量子力學(xué)形式體系的核心以及非相對(duì)論QED的相對(duì)論修正，同時(shí)揭示了基本的物理機(jī)制。本書打開了通向進(jìn)一步探索并揭示物理的新大門。讀者會(huì)看到，這一任務(wù)遠(yuǎn)沒有結(jié)束，仍存在很多問題沒有考察到，期待進(jìn)一步研究。

本書闡明了量子理論一些核心特點(diǎn)的根源，諸如原子的穩(wěn)定性，電子自旋，量子漲落、量子非定域性和糾纏。這里發(fā)展的理論重新確認(rèn)了諸如實(shí)在性、因果性、局域性和客觀性等基本的科學(xué)原理

全書內(nèi)容共分10章：1.量子力學(xué)：某些問題；2.唯象隨機(jī)方法：通向量子力學(xué)的簡(jiǎn)捷途徑；3.普朗克分布，漲落零點(diǎn)場(chǎng)的一個(gè)必然推論；4.通向薛定諤方程的漫長(zhǎng)旅途；5.通向海森伯量子力學(xué)之路；6.超越薛定諤方程；7.解開量子糾纏； 8.量子力學(xué)的因果性、非定域性和糾纏； 10.零點(diǎn)場(chǎng)波（和）物質(zhì)。

本書適合熟悉量子力學(xué)的最基本概念和結(jié)果的讀者閱讀。其內(nèi)容適用于從事理論物理、數(shù)學(xué)物理、實(shí)驗(yàn)物理、量子化學(xué)和物理哲學(xué)的研究人員、研究生和教師參考。

丁亦兵，教授

（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)）

Ding Yibing，Professor

（The University，CAS）Ignatios Antoniadis et al

Supersymmetry After the

Higgs Discovery

2014

http：///book/

10.1007/978-3-662-44172-5

第2篇：量子力學(xué)重要概念范文

量子力學(xué)不同于以往力、熱、光、電這些經(jīng)典物理，它有自己獨(dú)特而全新的理論框架體系，初次接觸該課程的學(xué)生很難接受，量子力學(xué)的創(chuàng)建者之一波爾就曾說過“如果誰在第一次學(xué)習(xí)量子概念時(shí)不覺得糊涂，他就一點(diǎn)也沒有懂”。本人從2011年開始講授《量子力學(xué)》課程，先后教過5屆學(xué)生，對(duì)于如何教好普通地方工科院校的學(xué)生，有一些體會(huì)。

1 講授量子力學(xué)建立背景很重要

對(duì)于任何一門課程，只掌握書本里相關(guān)的公式、定律，能熟練地做課后題是不夠的，這些只能讓學(xué)生知其然而不知所以然。更何況正如波爾所說，初次接觸量子力學(xué)的人本身就很困惑，如果剛開學(xué)直接講授物質(zhì)波、波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋、不確定性原理，用薛定諤方程計(jì)算能級(jí)和波函數(shù)，學(xué)生會(huì)一頭霧水，不知道這些知識(shí)是什么，有什么用？如果我們回顧一下量子力學(xué)產(chǎn)生過程：開爾文的“兩朵烏云”、普朗克解釋“黑體輻射”、愛因斯坦解釋“光電效應(yīng)”（包括康普頓散射實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證）、波爾的氫原子理論，物理學(xué)的發(fā)展還是有規(guī)可循的，有這些前期成果作鋪墊，德布羅意物質(zhì)波理論、薛定諤方程、波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋容易被接受，再告訴學(xué)生勢(shì)阱看做簡(jiǎn)化的原子模型，得到的能級(jí)與原子發(fā)光機(jī)理相聯(lián)系，學(xué)生學(xué)起來就會(huì)明白一些。這樣適當(dāng)增加量子力學(xué)建立背景，使學(xué)生明白它不是憑空產(chǎn)生的，是人類認(rèn)識(shí)世界到了微觀層次，由實(shí)驗(yàn)和理論相互促進(jìn)的必然結(jié)果，教學(xué)效果會(huì)好很多。

2 講授數(shù)學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備和課本的組織框架很重要

量子力學(xué)中微觀體系的狀態(tài)用波函數(shù)來描述，每一個(gè)狀態(tài)可以看成數(shù)學(xué)中的希爾伯特空間的一個(gè)矢量，線性代數(shù)中所學(xué)的矢量運(yùn)算法則（如矢量的加法、數(shù)乘、內(nèi)積等）成了量子力學(xué)中基本運(yùn)算。在矩陣力學(xué)中，態(tài)和力學(xué)量又可以用一個(gè)矩陣來表示，矩陣的運(yùn)算法則及相關(guān)概念也是掌握量子力學(xué)所必須的。薛定諤方程本身就是一個(gè)偏微分方程，量子力學(xué)中的期望值也需要與概率相關(guān)的知識(shí)?！读孔恿W(xué)》課程一般開設(shè)在本科大三年級(jí)，所有數(shù)學(xué)知識(shí)都已學(xué)過，同時(shí)學(xué)生也有所遺忘，如果在正式授課前帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)一下相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，不僅使學(xué)生學(xué)習(xí)更輕松，也有助于一些考研同學(xué)的復(fù)習(xí)，起到事半功倍的效果。

學(xué)生在接觸一門新課時(shí)，隨著學(xué)習(xí)的深入很容易陷入“只見樹木不見森林”的困境，所以講授一些書本的理論框架也比較重要。我們使用的是周世勛的《量子力學(xué)教程》，該書淺顯易懂，邏輯清晰，適合普通地方工科院校的學(xué)生作為量子力學(xué)的入門課本。如果學(xué)生明白課本的安排，包括這么幾部分：描述一個(gè)狀態(tài)及狀態(tài)隨時(shí)空的演化法則、狀態(tài)中物理量的獲取、微擾理論、自旋及多體，外加一獨(dú)立成章的矩陣力學(xué)，學(xué)習(xí)起來會(huì)清晰許多，明白自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度，前后章節(jié)的聯(lián)系，教學(xué)效果自然會(huì)得到提升。

3 講授名人軼事，聯(lián)系學(xué)科最新進(jìn)展

和其他理論課程一樣，《量子力學(xué)》抽象難懂、推導(dǎo)過程復(fù)雜，講授會(huì)枯燥乏味。所幸量子力學(xué)建立的年代是上世界物理學(xué)發(fā)展的黃金時(shí)代，英雄輩出，群星璀璨。量子力學(xué)的締造者如普朗克、愛因斯坦、波爾、德布羅意、薛定諤、海森堡、狄拉克、泡利等人身上都充滿了傳奇，從他們身上不僅可以學(xué)到知識(shí)、啟迪智慧，每一個(gè)物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)背后的故事、名人之間的師承門派還可以作為調(diào)節(jié)課堂氛圍的資料，讓學(xué)生感受到量子力學(xué)也是有血有肉的活生生的誕生在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，而不是如天外飛仙那般突然現(xiàn)世。學(xué)生有了這種親近感，學(xué)習(xí)起來也會(huì)有動(dòng)力。

盡管量子力學(xué)理論框架于20世紀(jì)30年代已經(jīng)基本建立，成功的解釋了很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也影響了諸如化學(xué)、生物、材料等諸多學(xué)科的發(fā)展，但圍繞量子力學(xué)基本概念、原理、物理圖像的理解一直爭(zhēng)論不斷，隨著實(shí)驗(yàn)手段的進(jìn)步，諸如量子通訊、量子計(jì)算、拓?fù)浣^緣體、量子霍爾效應(yīng)、外爾半金屬等許多新成果不斷涌現(xiàn)，成為當(dāng)今世界一個(gè)又一個(gè)的研究熱點(diǎn)，不斷提升人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的高度和深度。課堂上介紹這些學(xué)科的前沿進(jìn)展，讓學(xué)生感受量子力學(xué)的魅力和生命力，能極大的促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

4 合理實(shí)用多媒體課件教學(xué)

隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，多媒體課件豐富了教學(xué)手段和內(nèi)容，為教學(xué)帶來了諸多便利。在講授氫原子的量子理論時(shí)，公式繁瑣、推導(dǎo)冗長(zhǎng)，如果一一板書講授，學(xué)生很容易聽到后面忘了前面，如果提前做好課件，推導(dǎo)過程以幻燈片的形式播放，重點(diǎn)講授推導(dǎo)邏輯和幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來會(huì)省力很多。還有如果把電子衍射圖像形成過程用動(dòng)畫演示的方式播放，學(xué)生對(duì)波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋的理解會(huì)加深很多。

多媒體教學(xué)會(huì)加強(qiáng)課堂上教學(xué)的交流、提高學(xué)生信息獲取量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，但事物都具有兩面性，多媒體課件能為教學(xué)引入很多便利，也有一些不足。如過分的使用多媒體課件，一張張的過幻燈片，除了信息量太多，學(xué)生還會(huì)被課件中動(dòng)畫、視頻所吸引，忽視其中公式推導(dǎo)，及和老師的交流，這樣學(xué)習(xí)層次很容易流于表面，不能深入；反之如果教授板書講授，物理過程仔細(xì)推導(dǎo)，關(guān)鍵處點(diǎn)評(píng)交流，學(xué)生有時(shí)間去思考和參與討論，能夠加深對(duì)知識(shí)的理解，有利于構(gòu)建他們的知識(shí)體系?？傊俺哂兴檀缬兴L(zhǎng)”，只有傳統(tǒng)板書教學(xué)與多媒體教學(xué)有機(jī)結(jié)合，才能達(dá)到提高教學(xué)效果這一根本目標(biāo)。

《量子力學(xué)》在物理專業(yè)的課程體系中占有重要的地位，對(duì)學(xué)生的發(fā)展更為重要，讓學(xué)生更容易的認(rèn)識(shí)、接收、理解、應(yīng)用相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中加深對(duì)物理學(xué)的熱愛，是我們教學(xué)的最終目標(biāo)，也是我們教師的責(zé)任。希望這些粗淺的思考能為其他地方工科院校的教學(xué)提供一些參考。

【參考文獻(xiàn)】

第3篇：量子力學(xué)重要概念范文

關(guān)鍵詞：量子力學(xué) 教學(xué)改革 物理思想

“量子力學(xué)”作為學(xué)習(xí)“固體物理”、“材料科學(xué)”、“材料物理與化學(xué)”和“激光原理”等課程的重要基礎(chǔ)，同時(shí)也是物理學(xué)專業(yè)及相關(guān)工科專業(yè)最核心的基礎(chǔ)課程之一。20世紀(jì)，“量子學(xué)說”被作為物理科學(xué)研究和人類文明進(jìn)步的標(biāo)志性貢獻(xiàn)，引起了廣泛地重視。通過對(duì)量子學(xué)說的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生充分利用到所學(xué)的理論知識(shí)，對(duì)問題進(jìn)行分析和尋求解決方法，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。盡管如此，但該門課程所涉及的內(nèi)容較為空洞、抽象，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)造成阻礙，使學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生也很難熟練掌握量子學(xué)說課程的要點(diǎn)。因此，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的關(guān)鍵，但是如何調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，成為了廣大教師很棘手的問題。筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)模式，綜合長(zhǎng)江大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┑慕虒W(xué)現(xiàn)狀，在“量子學(xué)說”教學(xué)方面，整理出一套符合我校教學(xué)實(shí)際的改革和嘗試，并取得了較好的效果。

1.“量子力學(xué)’’教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)。量子學(xué)說的理論與以往所學(xué)的傳統(tǒng)物理體系大有不同，重點(diǎn)表現(xiàn)在處理問題的方式上，但是卻又與傳統(tǒng)物理有著不可分割的關(guān)系，可以說，量子學(xué)說中很多的概念和理論都來源于傳統(tǒng)的物理學(xué)說。這就要求在學(xué)習(xí)量子學(xué)說的同時(shí)，既要摒棄以往學(xué)習(xí)物理形成的固有思考方式，又要遵循某些與傳統(tǒng)物理中相通之處的原理和學(xué)習(xí)法則。然而，這種思維上的反差必然導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)的困惑，除此之外，量子學(xué)說較強(qiáng)的理論性也誤導(dǎo)學(xué)生陷于數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的煩惱中，從而使學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)這些教學(xué)中存在的問題，筆者提出了以下相應(yīng)的有益改進(jìn)。

（1）知識(shí)條理化，強(qiáng)化知識(shí)背景，增強(qiáng)趣味性。量子學(xué)說從誕生到最終建立，每一步的發(fā)展都經(jīng)過了縝密、細(xì)致、實(shí)事求是的分析，并不斷地完善和改進(jìn)。通過介紹量子學(xué)說的發(fā)展背景，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并有利于學(xué)生明確量子學(xué)說與傳統(tǒng)物理之間的區(qū)別，同時(shí)讓學(xué)生在發(fā)展歷程中尋找合適的學(xué)習(xí)方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。在解釋某些理論和原理時(shí)，可以穿插講述其歷史背景，方便學(xué)生理解。通過這種方式，既能讓學(xué)生掌握理論知識(shí)，又有利于學(xué)生區(qū)分量子學(xué)說與傳統(tǒng)物理的區(qū)別[1]。

（2）重在物理思想，壓縮數(shù)學(xué)推導(dǎo)。數(shù)學(xué)在其相關(guān)學(xué)科的運(yùn)用，所起到的作用只是一種輔助工具。在物理研究中也不例外，如果過分強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的地位和作用，只會(huì)本末倒置。因此，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)著重加強(qiáng)基本概念和蘊(yùn)含的區(qū)里實(shí)質(zhì)，而不能將物理思想埋沒在數(shù)學(xué)公式之中，應(yīng)把重點(diǎn)放在物理意義和實(shí)際運(yùn)用上，只有這樣，學(xué)生才能保持較好的學(xué)習(xí)熱情。

2.教學(xué)方法改革。傳統(tǒng)的教學(xué)模式使學(xué)生一直處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)下，抑制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，不僅不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取，更阻礙了其創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，而且量子學(xué)說的理論抽象，很難被學(xué)生理解，傳統(tǒng)的教學(xué)方法，無法被學(xué)生接受，并會(huì)引起學(xué)生的反感，甚至厭學(xué)。如此一來，必然打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，更降低了學(xué)習(xí)效率。為了促進(jìn)學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)，筆者在教學(xué)模式上，探索出一些有效的措施。

（1）發(fā)揮學(xué)生主體作用。教師在課堂學(xué)習(xí)中有著舉足輕重的作用，除了傳授學(xué)生知識(shí)以外，還有著更重要的引導(dǎo)作用。在講解完規(guī)定的教學(xué)任務(wù)之外，還應(yīng)設(shè)定教師與學(xué)生的互動(dòng)環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)設(shè)問題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和分析，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)。另外，還可以通過以問題的形式結(jié)束未講授的內(nèi)容，引起學(xué)生的興趣，并鼓勵(lì)學(xué)生課下利用課外資源尋求答案；還可以以小組的形式，讓學(xué)生團(tuán)結(jié)合作，對(duì)感興趣的物理理論進(jìn)行探討分析，并完成相關(guān)的小組論文。

（2）注重構(gòu)建物理圖像。由于物理理論都比較抽象，不利于理解，所以構(gòu)建圖像很重要，它不僅能夠完整地表達(dá)所要傳達(dá)的信息，而且能夠方便學(xué)生理解和記憶。圖像簡(jiǎn)潔、清新的特點(diǎn)，使學(xué)生更熟練地掌握物理圖像的構(gòu)建能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維也有促進(jìn)作用。

3.教學(xué)手段和考核方式改革。（1）用多種先進(jìn)的教學(xué)模式。采用小組討論課，可安排小組內(nèi)討論，然后是小組之間進(jìn)行辯論，最后由教師對(duì)辯論進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和更正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時(shí)，有的學(xué)生認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)的波。這些問題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，從而進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)一些不易理解的概念和量子原理進(jìn)行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外布置課外論文和邀請(qǐng)知名專家進(jìn)行講座都是不錯(cuò)的方式。

（2）堅(jiān)持研究型教學(xué)方式。教學(xué)中不再單一地只講授課堂知識(shí)，而是把科研融入到課堂學(xué)習(xí)之中，結(jié)合最新的科研動(dòng)態(tài)，向?qū)W生介紹所學(xué)的原理在其相關(guān)領(lǐng)域中的運(yùn)用，以引起學(xué)生的興趣。

（3）將人文教育與專業(yè)教學(xué)相結(jié)合。量子概念誕生于1900年，它首次由德國(guó)物理學(xué)家普朗克引入；1905年，愛因斯坦進(jìn)一步完善了量子的概念；1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中；1924年，德布羅意通過量子的概念提出微觀粒子具有波粒二象性；由此可見，物理學(xué)史上，力學(xué)從誕生到發(fā)展所蘊(yùn)含的創(chuàng)新思維是迄今為止任何一門學(xué)科都難以比擬的，教師和學(xué)生一起回顧量子力學(xué)的發(fā)展之路，讓學(xué)生了解到量子力學(xué)的魅力所在，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

第4篇：量子力學(xué)重要概念范文

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)探討；能力提高

1 引言

生產(chǎn)力的發(fā)展客觀需要，推動(dòng)人們探索微觀世界的奧妙，掐指算來，量子概念的誕生已經(jīng)超過整整100年。但隨著科技日新月異的發(fā)展，可以毫不夸張地說，沒有量子物理，就沒有人們今天的生活方式。量子物理的應(yīng)用已經(jīng)滲透到現(xiàn)代化生產(chǎn)的許多方面，如半導(dǎo)體材料與器件，磁性材料與器件，原子能技術(shù)、激光技術(shù)等等?！读孔恿W(xué)》課程的學(xué)習(xí)已成為國(guó)內(nèi)高等理工科院?！皯?yīng)用物理”“電子科學(xué)與技術(shù)”“光信息科學(xué)與技術(shù)”等專業(yè)的必修學(xué)科基礎(chǔ)課。通過該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義世界觀，獨(dú)立分析問題和解決問題的科學(xué)素養(yǎng)，并為“固體電子導(dǎo)論”“光電子學(xué)”等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2 對(duì)《量子力學(xué)》課程的探討

《量子力學(xué)》涵蓋了基礎(chǔ)物理、數(shù)學(xué)物理方法、概率論、線性代數(shù)、矩陣等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容，特別是基本概念、規(guī)律與方法與經(jīng)典物理截然不同，不能憑借我們所熟悉的經(jīng)典概念去證明。這些現(xiàn)狀導(dǎo)致學(xué)生在該課程學(xué)習(xí)中感覺到難度更大。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)容易陷入純粹的數(shù)學(xué)推導(dǎo)而忽略物理情景的建立。

種種現(xiàn)象表明，現(xiàn)存的“單純授課式”教學(xué)方式不符合本課程的教學(xué)規(guī)律，無法實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)，必須在各方面加以充分改進(jìn)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)《量子力學(xué)》課程的教學(xué)方法已經(jīng)作了大量的嘗試和研究，提出了多種教學(xué)方法，如開發(fā)生動(dòng)的多媒體課件、課堂分組討論、模塊化教學(xué)等。如何讓學(xué)生在偏微分方程為主線的教學(xué)體系中，理解抽象的量子物理基本框架，并激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是任課教師需要探索和實(shí)踐的重要課題，值得花力氣去研究。此外，隨著時(shí)代的發(fā)展，量子物理所帶來的新技術(shù)又層出不窮，大量前言研究成果脫穎而出，如量子通信，量子糾纏，量子密碼等。如何將這些最近量子應(yīng)用技術(shù)融入到日常課堂教學(xué)中，無疑對(duì)教師的教學(xué)能力、教學(xué)方法和綜合素質(zhì)以及學(xué)生的課程學(xué)習(xí)方式等都提出了更高要求。

問題既是學(xué)習(xí)的起源，也是選擇知識(shí)的依據(jù)，又是掌握知識(shí)的手段，因此在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，可以嘗試以“問題導(dǎo)向”作為切入口，將案例教學(xué)、視頻教學(xué)、科研成果等融入《量子力學(xué)》的教學(xué)過程，克服抽象的物理圖景給學(xué)生帶來的困擾，增強(qiáng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解釋現(xiàn)實(shí)、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考和實(shí)踐創(chuàng)新能力，進(jìn)而提高教學(xué)效果。鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的興趣與基礎(chǔ)，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行專題研究，用現(xiàn)有的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室條件，針對(duì)課程理論知識(shí)帶著問題和專業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用問題，在科研實(shí)踐中加深知識(shí)的理解和運(yùn)用，逐步提高其創(chuàng)新能力。

3 《量子力學(xué)》課程問題導(dǎo)向型教學(xué)實(shí)施建議

3.1 學(xué)習(xí)狀態(tài)的調(diào)查與分析

量子力學(xué)可謂無處不數(shù)學(xué)，因此需要以無記名答卷調(diào)查和課間交談方式，對(duì)學(xué)生的之前數(shù)學(xué)物理知識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)興趣等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，從而為制定合適的教學(xué)計(jì)劃、選取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式打下基礎(chǔ)。如果沒有對(duì)具體問題進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，就無法真正深刻理解基本原理，量子物理的實(shí)際應(yīng)用也就更無從談起。課程系統(tǒng)學(xué)習(xí)之前，教師應(yīng)該把知識(shí)點(diǎn)中可能運(yùn)用到的數(shù)學(xué)知識(shí)梳理后作為參考資料發(fā)給學(xué)生，便于學(xué)生在平時(shí)練習(xí)中使用。

3.2 建立“問題為導(dǎo)向的交互式教學(xué)模式”

第5篇：量子力學(xué)重要概念范文

這只貓生活在一個(gè)不透明的盒子里，在這個(gè)盒子中放有貓喜歡吃的食物，還有一個(gè)毒藥瓶。毒藥瓶上有一個(gè)錘子，錘子由一個(gè)電子開關(guān)控制，電子開關(guān)由放射性原子控制。如果原子核衰變， 則放出阿爾法粒子， 觸動(dòng)電子開關(guān)， 錘子落下， 砸碎毒藥瓶， 釋放出里面的毒氣， 此貓必死無疑。如果原子核未衰變，則不會(huì)激發(fā)這一系列的連鎖反應(yīng)，貓就不會(huì)被毒死。這個(gè)殘忍的裝置由大物理學(xué)家薛定諤所設(shè)計(jì)， 所以此貓便叫做薛定諤貓。

原子核的衰變是隨機(jī)事件，我們所能精確知道的只是放射性原子的半衰期——衰變一半所需要的時(shí)間。但是， 我們卻無法知道， 它在什么時(shí)候衰變。因?yàn)樵拥臓顟B(tài)不確定，所以貓的狀態(tài)也不確定。我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切的知道此貓是死是活。如果沒有揭開蓋子進(jìn)行觀察，我們永遠(yuǎn)也不會(huì)知道此貓是死是活，它將永遠(yuǎn)處于半死不活的狀態(tài)。這與我們的日常經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重相違，要么死，要么活，怎么可能不死不活，半死半活呢？

其實(shí)，薛定諤的貓是關(guān)于量子理論的一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。量子力學(xué)是描述原子、電子等微觀粒子的理論，它所揭示的微觀規(guī)律與日常生活中看到的宏觀規(guī)律很不一樣。量子力學(xué)認(rèn)為一切微觀粒子既有波動(dòng)性又有粒子性，既所謂的波粒二象性。所有的微觀粒子諸如電子、質(zhì)子、光子等都有一個(gè)奇怪的性質(zhì)：它們?cè)谕粋€(gè)時(shí)刻可以既在這里，又在那里，既是粒子又是波，就像有分身法術(shù)一樣。微觀粒子是粒子和波兩象性矛盾的統(tǒng)一。為了描述微觀粒子的狀態(tài)，人們引入了波函數(shù)，微觀粒子的波動(dòng)呈現(xiàn)出它運(yùn)動(dòng)的一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此稱此波動(dòng)為概率波或概率波幅（即量子態(tài)）。概率波幅是量子力學(xué)世界里最基本最重要的概念，微觀世界千奇百怪的特性就起源于這個(gè)量子態(tài)。微觀粒子的量子態(tài)可以是線性疊加的，比如電子的軌道疊加?！隘B加態(tài)”就是有幾種本征態(tài)疊加在一起的粒子狀態(tài)，這時(shí)這個(gè)粒子的狀態(tài)是不確定的，只有當(dāng)一個(gè)“測(cè)量”被進(jìn)行的時(shí)候，才會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)被測(cè)量到的狀態(tài)，可能是該粒子的任何一種本征態(tài)。

在薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)中，放射源何時(shí)放射粒子是不確定的，按量子力學(xué)解釋是處于0和1的疊加態(tài)，那么在未打開盒子進(jìn)行觀察前，按量子力學(xué)解釋這只貓也應(yīng)處于死貓和活貓的疊加態(tài)，我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切地知道此貓是死是活。此時(shí)，貓的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮到某一個(gè)本征態(tài)。量子理論認(rèn)為：如果沒有揭開蓋子，進(jìn)行觀察，我們永遠(yuǎn)也不知道此貓是死是活，它將永遠(yuǎn)處于半死不活的疊加態(tài)。

第6篇：量子力學(xué)重要概念范文

一、凝聚態(tài)物理的重要性

凝聚態(tài)物理主要從兩個(gè)方面體現(xiàn)其重要性：一方面體現(xiàn)為與相鄰學(xué)科（如粒子物理學(xué)）之間在概念、方法、技術(shù)等方面的滲透，促進(jìn)材料科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等交叉學(xué)科的發(fā)展，并日益顯現(xiàn)出其強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?。另一方面為研發(fā)和制備新型材料提供了強(qiáng)有力的理論數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)支持，同時(shí)也為開發(fā)和拓展新領(lǐng)域提供了極具實(shí)用性的科學(xué)理論依據(jù)。

二、凝聚態(tài)物理的主要研究方向

隨著交叉學(xué)科的發(fā)展和技術(shù)需求的提高，凝聚物理的研究范圍更加廣闊，技術(shù)要求更加精密。凝聚態(tài)物理的主要研究方向有以下幾種。

1.軟物質(zhì)物理學(xué)

軟物質(zhì)概念于1991年提出，也稱為復(fù)雜液體。軟物質(zhì)一般是由大分子或基團(tuán)組成的，介于固體和液體之間的物相。一些常?的物質(zhì)，如液晶、膠體、膜，生命體系物質(zhì)諸如蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞等，都屬于軟物質(zhì)。和由內(nèi)能驅(qū)動(dòng)的硬物質(zhì)不同，軟物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)變化主要由熵驅(qū)動(dòng)，變化過程中內(nèi)能的變化很微小。

2.宏觀量子態(tài)

宏觀量子態(tài)是指用量子力學(xué)來描述宏觀體系的狀態(tài)，如超導(dǎo)中的電子庫(kù)珀對(duì)。宏觀量子態(tài)具有典型的量子力學(xué)性質(zhì)，當(dāng)前宏觀量子態(tài)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)為耗散現(xiàn)象和退相干現(xiàn)象。

3.介觀物理與納米結(jié)構(gòu)

介觀是指介于宏觀和微觀之間的體系。介觀物理學(xué)所研究的物質(zhì)大小與納米科技的研究尺度有很大重合，所以這一研究方向也常稱之為“介觀物質(zhì)和納米科技”。

4.固體電子論中的關(guān)聯(lián)區(qū)

凝聚態(tài)物理的前身――固體物理學(xué)研究的核心問題，就是固體中的電子行為。固體中的電子行為可根據(jù)電子間相互作用的大小分為三個(gè)區(qū)域，分別是強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)、中等關(guān)聯(lián)區(qū)和弱關(guān)聯(lián)區(qū)?，F(xiàn)今研究固體電子論的大部分學(xué)者研究方向都是強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。

三、凝聚態(tài)物理的主要研究現(xiàn)象及其理論依據(jù)

目前凝聚態(tài)物理的主要研究現(xiàn)象有超導(dǎo)、光譜、弱相互作用、磁性研究（微磁學(xué)、鐵磁學(xué)、相圖、磁阻、巨磁阻抗效應(yīng)等）、多向異性、子晶格、態(tài)密度、能隙、強(qiáng)關(guān)聯(lián)、激發(fā)態(tài)、量子通信、冷原子、霍爾效應(yīng)等。

凝聚態(tài)物理所用的理論依據(jù)主要源于相變與臨界現(xiàn)象的理論，成熟完備的量子力學(xué)則是其堅(jiān)定可靠的理論基石，在這兩種理論之下，凝聚態(tài)物理根植于相互作用的多粒子理論。凝聚態(tài)物理的前身――固體物理學(xué)中的一個(gè)重要理論依據(jù)是能帶理論。目前來說一些常用的理論方法有很多，比如蒙特?卡洛方法、波爾茨曼模型、分子動(dòng)力學(xué)模擬、伊辛模型、有效場(chǎng)、平均場(chǎng)，等等。

四、目前凝聚態(tài)物理研究取得的一些成就

第7篇：量子力學(xué)重要概念范文

1 力學(xué)

經(jīng)典物理的理論力學(xué)按照研究方法不同可分為：牛頓力學(xué)、分析力學(xué).牛頓力學(xué)與分析力學(xué)是兩套平行的力學(xué)理論體系，他們用不同的數(shù)學(xué)語言表達(dá)了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的同一客觀規(guī)律.

1.1 牛頓力學(xué)

牛頓力學(xué)把系統(tǒng)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)或剛體作為研究對(duì)象，然后根據(jù)研究對(duì)象的不同，分別建立不同形式的動(dòng)力學(xué)方程.系統(tǒng)中各研究對(duì)象的位置和運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系則通過附加方程來體現(xiàn).當(dāng)力學(xué)體系受有約束時(shí)，還需補(bǔ)充約束方程，約束越多，需要求解的方程越多.

1.2 分析力學(xué)

分析力學(xué)把系統(tǒng)作為一個(gè)整體來處理，所以動(dòng)力學(xué)方程描述了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.動(dòng)力學(xué)方程的形式不隨廣義坐標(biāo)的選取而發(fā)生變化.

1.3 分析

從理論上看，牛頓力學(xué)是從物體受力的角度導(dǎo)出其動(dòng)力學(xué)方程的，分析力學(xué)則是從能量的角度來導(dǎo)出其動(dòng)力學(xué)方程的.力僅是力學(xué)范圍內(nèi)的一個(gè)物理量，而能量則是整個(gè)物理學(xué)的一個(gè)基本物理量.分析力學(xué)通過虛位移原理、拉格朗日方程、最小作用原理，把全部力學(xué)建立在能量不滅原理基礎(chǔ)之上，從而為現(xiàn)代力學(xué)奠定了基礎(chǔ).同牛頓力學(xué)相比，分析力學(xué)的表述方法具有更大的普遍性，在解決許多復(fù)雜的力學(xué)問題時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)越性.哈密頓原理更是深刻揭示了客觀事物之間的緊密聯(lián)系，把力學(xué)原理歸結(jié)成了一般的形式，不僅給出了解決力學(xué)問題的統(tǒng)一的觀點(diǎn)和方法，而且成為新的科學(xué)研究的起點(diǎn)，為自然科學(xué)的發(fā)展提供了新的思路.分析力學(xué)在量子力學(xué)和相對(duì)論力學(xué)中都有重要應(yīng)用.分析力學(xué)特性充分表明了它的重要性和生命力.分析力學(xué)架起了通往近代物理的橋梁，成為處理整個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域的方法.

2 熱力學(xué)第二定律

2.1 克勞修斯表述

不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其它影響.

2.2 開爾文的表述

不可能從單一熱源吸熱，使之完全變成有用功而不產(chǎn)生其它影響.

2.3 熵增加定律

任何物理過程中各個(gè)參與者的總熵必定不會(huì)減少.

2.4 微觀表述

一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行的.

2.5 分析

熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述，從表面上看互不相干，其實(shí)是等效的.它們表述了功變熱和熱傳導(dǎo)兩種典型的熱現(xiàn)象的不可逆性.自然中一切不可逆過程都存在內(nèi)在聯(lián)系，可以從一個(gè)不可逆過程推導(dǎo)另一個(gè)不可逆過程，而且這些不可逆過程完全是等效的，可以任選一種不可逆過程作為熱力學(xué)第二定律的表述，所以熱力學(xué)第二定律有多種表述方式，不論采用何種表述方式，其實(shí)質(zhì)都是揭示熱現(xiàn)象過程的不可逆性.

3 黑體輻射規(guī)律

科學(xué)家對(duì)黑體輻射的能量密度分布實(shí)驗(yàn)研究得知：當(dāng)黑體熱平衡時(shí)，其輻射能量密度按波長(zhǎng)分布的曲線形狀和位置，僅與黑體的絕對(duì)溫度有關(guān)，而與空腔的形狀和組成物質(zhì)無關(guān).

3.1 瑞利-金斯公式(經(jīng)典公式)

1900年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利利用統(tǒng)計(jì)力學(xué)與經(jīng)典電磁理論推導(dǎo)出一個(gè)經(jīng)典分布公式，后由美國(guó)物理學(xué)家金斯于1905年對(duì)它作了修改，即瑞利-金斯公式.與實(shí)驗(yàn)圖線的對(duì)比，顯示瑞利-金斯公式僅在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)相符，而在短波部分與實(shí)驗(yàn)極其不符.并且在波長(zhǎng)較短時(shí)，能量密度趨向無窮大，這即是物理學(xué)史上的“紫外區(qū)災(zāi)難”.

3.2 維恩公式(經(jīng)典公式)

1896年，德國(guó)物理學(xué)家維恩通過熱力學(xué)的討論，得出一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的能量密度分布公式.與實(shí)驗(yàn)曲線對(duì)比，顯示維恩公式僅在短波部分與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符.

3.3 普朗克黑體輻射公式

1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克引進(jìn)能量子概念提出了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好的黑體輻射公式——普朗克黑體輻射公式.

3.4 分析

普朗克黑體輻射公式，當(dāng)輻射頻率較低時(shí)，可簡(jiǎn)化為瑞利-金斯公式；當(dāng)輻射頻率較高，可簡(jiǎn)化為維恩公式.

從黑體輻射規(guī)律的研究過程可以看出，如果在科學(xué)研究中，對(duì)同一現(xiàn)象的描述不能得到符合整體的結(jié)論，那結(jié)論只是近似的、經(jīng)驗(yàn)的結(jié)論.由于自然的簡(jiǎn)單性、統(tǒng)一性，如果我們研究得出的結(jié)論不能簡(jiǎn)單地、統(tǒng)一地解釋自然現(xiàn)象，說明結(jié)論不能反映自然現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，還需建立新的概念體系，才可能找到符合物理規(guī)律的正確理論.

4 波粒二象性

4.1 光的波粒二象性

牛頓提出了光的微粒說；托馬斯?揚(yáng)利用“雙縫”實(shí)驗(yàn)觀察到光的干涉圖案，證明光具有波動(dòng)性.愛因斯坦在普朗克的量子假說基礎(chǔ)上，提出光量子假說，得出光的波粒二象性結(jié)論.

4.2 實(shí)物粒子的波粒二象性

德布羅意從幾何光學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的相似性出發(fā)，根據(jù)類比的方法，提出微觀粒子具有波粒二象性.實(shí)物粒子都是粒子性和波動(dòng)性的對(duì)立統(tǒng)一體.

4.3 分析

20世紀(jì)前的光的微粒說、波動(dòng)說與現(xiàn)代物理學(xué)的光具有波粒二象性，只是概念的名稱相同而已.現(xiàn)在我們知道：光既不是經(jīng)典的機(jī)械波，也不是經(jīng)典的實(shí)物粒子，更不是兩者的混合.實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，這里說的波也不是經(jīng)典的機(jī)械波，是物質(zhì)波，是具有新物理含義的全新物理概念.實(shí)物粒子的波粒二象性(包括光子)是在新概念建立后更高層次上、賦予新內(nèi)涵的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律.

5 量子力學(xué)

量子力學(xué)有兩種表述方式，即波動(dòng)力學(xué)表述方式和矩陣力學(xué)表述方式.

第8篇：量子力學(xué)重要概念范文

天體物理學(xué)屬于應(yīng)用物理學(xué)的范疇，是研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的天文學(xué)分支學(xué)科。由于天體物理學(xué)是一門很廣泛的學(xué)問，天文物理學(xué)家通常應(yīng)用很多不同學(xué)術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)，包括力學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)、相對(duì)論、粒子物理學(xué)等。

本書作者Leonard S Kisslinger是美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)教授，他意在使任何學(xué)科的學(xué)生對(duì)于近幾十年天體物理學(xué)取得的那些令人興奮和感到神秘的發(fā)展有一些了解。本書解釋了宇宙從早期到現(xiàn)在的演化過程，運(yùn)用通俗易懂的講述方式使任何一個(gè)擁有高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的大學(xué)生都能夠理解。

全書由10章組成：1.天體物理學(xué)的物理概念：速度、加速度、動(dòng)量和能量的基本概念，溫度（作為一種能量形式），力和牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)定律；2.力和粒子：基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型，原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨脹：首先定義和討論了光的多普勒頻移和紅移，然后從星系中光的多普勒頻移的測(cè)量回顧了哈勃定律，最后討論了宇宙的膨脹；4.恒星、星系等：地球怎樣繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)（作為一個(gè)熔爐）的特性，大質(zhì)量恒星由于引力坍塌導(dǎo)致脈沖星和黑洞形成的過程；5.中微子振蕩、對(duì)稱性和脈沖星沖擊：稱為中微子振蕩的中微子相互轉(zhuǎn)化的三種標(biāo)準(zhǔn)模型的重要屬性，怎樣利用中微子振蕩來測(cè)量宇稱性、電荷共軛和時(shí)間演化對(duì)稱性，通過中微子發(fā)射來解釋脈沖星沖擊的可能原因；6.愛因斯坦狹義和廣義相對(duì)論：狹義相對(duì)論中的重要假設(shè)，以及由此產(chǎn)生的長(zhǎng)度收縮和時(shí)間膨脹，由洛倫茲變換得到的附加速度的愛因斯坦方程與假設(shè)的相一致性，利用相對(duì)動(dòng)量和張量簡(jiǎn)單討論了廣義相對(duì)論；7.從廣義相對(duì)論得到的宇宙的半徑和溫度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨脹的引力輻射和重力波，以及引力量子場(chǎng)理論；8.宇宙微波背景輻射：宇宙微波背景輻射相關(guān)的一些概念，重點(diǎn)是溫度和時(shí)間的相關(guān)性；9.電弱相變（Electroweak phase Transition）：定義了量子力學(xué)的相變和潛伏熱，重點(diǎn)討論了電弱理論和電弱相變，電弱相變和其產(chǎn)生的重力波間磁場(chǎng)的建立過程；10.量子色動(dòng)力學(xué)相變：量子色動(dòng)力學(xué)相變和銀河系和星系團(tuán)之間磁場(chǎng)的關(guān)系，由于相對(duì)論性的重離子碰撞量子色動(dòng)力的產(chǎn)生。

本書的目的是使大學(xué)生理解描述宇宙演化的基本物理概念，并基于此講述早期到現(xiàn)在宇宙演化背后的天文物理學(xué)理論。本書不要求學(xué)生有太深的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，適用于所有對(duì)科學(xué)尤其是天文科學(xué)感興趣的大學(xué)生，同時(shí)也適合于對(duì)這些話題感興趣的讀者。

第9篇：量子力學(xué)重要概念范文

1物理學(xué)的發(fā)展過程

1.1 宏觀低速階段

研究宏觀低速的理論是牛頓力學(xué),研究對(duì)象為宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體。例如:汽車、火車的運(yùn)動(dòng),地球衛(wèi)星的發(fā)射。在牛頓力學(xué)中,牛頓認(rèn)為:質(zhì)量、時(shí)間、空間都是絕對(duì)的。也就是說,對(duì)于時(shí)間來講不存在延長(zhǎng)和收縮的問題,即時(shí)間是在一秒鐘,一秒鐘地或一個(gè)小時(shí),一個(gè)小時(shí)地均勻流失。對(duì)于空間和質(zhì)量來講也不存在著變大或變小的問題。牛頓力學(xué)的三大定律,就是在這樣的基礎(chǔ)上建立的。

1.2 宏觀高速階段

研究宏觀高速的理論是愛因斯坦的相對(duì)論力學(xué),愛因斯坦在1905年發(fā)表了論文相對(duì)論力學(xué)。愛因斯坦認(rèn)為空間、質(zhì)量、時(shí)間都是相對(duì)的。并且找出了動(dòng)質(zhì)量和靜質(zhì)量之間的關(guān)系:其中m0為靜質(zhì)量;m為動(dòng)質(zhì)量。

1.3 微觀低速階段

其理論是薛定諤,海森堡兩個(gè)創(chuàng)立的量子力學(xué)。研究對(duì)象為分子、原子、電子、粒子等肉眼所看不見的物質(zhì)。

1.4 微觀高速階段

理論是量子場(chǎng)論,研究對(duì)象為宇宙射線,放射性元素。例如:“鐳”。量子場(chǎng)論就是粒子通過相互作用而被產(chǎn)生,湮滅或相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。例如:通過對(duì)天外射線射向地球宇宙射線的研究發(fā)現(xiàn)“反粒子”,即電子的反粒子正電子。負(fù)電子與正電子相互作用湮沒—— 轉(zhuǎn)化為二個(gè)γ光子,例如“閃電”。

2物理學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系

物理學(xué)與工程技術(shù)有著密切的關(guān)系,他們之間是相互促進(jìn)共同發(fā)展的。我們平時(shí)常說科學(xué)技術(shù),實(shí)際上科學(xué)和技術(shù)是兩個(gè)不同的概念。科學(xué)解決理論問題,而技術(shù)解決實(shí)際問題?？茖W(xué)是發(fā)現(xiàn)自然界當(dāng)中確實(shí)存在的事實(shí),并且建立理論,把這些理論和現(xiàn)象聯(lián)系起來?？茖W(xué)主要是探索未知,而技術(shù)是把科學(xué)取得的成果和理論應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中,從而解決實(shí)際問題。所以技術(shù)是在理論相對(duì)比較成熟的領(lǐng)域里邊工作?？茖W(xué)與工程技術(shù)相互促進(jìn)的模式主要有以下兩種。

2.1 技術(shù)—— 物理—— 技術(shù)

例如:蒸汽機(jī)的發(fā)明和蒸汽機(jī)在工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用形成了第一次工業(yè)革命—— 熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理—— 蒸汽機(jī)效率的提高,內(nèi)燃機(jī),燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)明。這一次主要是這樣:由于蒸汽機(jī)的發(fā)明,在當(dāng)初工業(yè)應(yīng)用上,出現(xiàn)了很多應(yīng)用技術(shù)的問題。例如蒸汽機(jī)發(fā)明的初期熱效率很低,大概不到5％。這樣,就對(duì)物理提出了很尖銳的問題。那就是熱機(jī)的效率最高能達(dá)到多少？熱機(jī)的效率有沒有上限？上限是多少？再一個(gè)就是通過什么樣的方式來提高熱機(jī)的效率？由于這些問題就促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展,正是在這些問題解決的過程當(dāng)中,逐漸形成和建立了熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理。而熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理很好地回答了提高熱機(jī)效率的途徑,以及提高熱機(jī)效率的限度等等這些理論上的問題。

2.2 物理—— 技術(shù)—— 物理

例如:(1)電磁學(xué)—— 發(fā)電機(jī),電力電器,無線電通信技術(shù)—— 電磁學(xué);電磁學(xué)從庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn),以及法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律,直到1865年麥克斯韋建立電磁學(xué)基本理論,這些都是科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里邊逐漸形成的,這都是理論建立的過程,而這些理論應(yīng)用于實(shí)際就發(fā)明了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等其它電器以及無線電通信技術(shù),而這些實(shí)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展又給電磁學(xué)提出來了許多需要解決的實(shí)際問題。正是這些問題的逐步解決,使得電磁學(xué)更加的完善和在理論上進(jìn)一步得到了提高。(2)量子力學(xué),半導(dǎo)體物理—— 晶體管超級(jí)大規(guī)模集成電路技術(shù),電子計(jì)算機(jī)技術(shù),激光技術(shù)—— 量子力學(xué),激光物理;量子力學(xué)是20世紀(jì)初期為了解決物理上的一些疑難問題而建立起來的一種理論,這種理論應(yīng)用于解決晶體的問題就形成了半導(dǎo)體技術(shù),而半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展就發(fā)明了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路,而超大規(guī)模集成電路的發(fā)明是產(chǎn)生電子計(jì)算機(jī)的主要物質(zhì)基礎(chǔ),而正是由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展又向量子力學(xué)提出了一些其他更加深刻需要解決的問題,而這些問題的解決就促進(jìn)了量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。(3)狹義相對(duì)論,質(zhì)能關(guān)系E=mc2,E=mc2—— 原子彈及核能的利用—— 核物理,粒子物理,高能物理;狹義相對(duì)論是20世紀(jì)初期愛因斯坦建立的一種理論,他是為了解決電磁學(xué)等其他物理學(xué)科上的一些經(jīng)典物理當(dāng)中理論上的一些不協(xié)調(diào)和不自恰這樣一種矛盾而提出的一種理論,這種理論當(dāng)中有一個(gè)很重要的理論結(jié)果,那就是質(zhì)能關(guān)系E=mc2,E=mc2。而這種質(zhì)能關(guān)系被我們稱為打開核能寶庫(kù)的鑰匙,這一理論結(jié)果的應(yīng)用直接導(dǎo)致了或者指導(dǎo)了核能的應(yīng)用,而對(duì)于核能的進(jìn)一步應(yīng)用又提出了許多新的問題,而這些新問題的進(jìn)一步解決使得理論更加完善而得到進(jìn)一步提高,從而形成像核物理,粒子物理,以及高能物理等等,那么實(shí)際技術(shù)上問題的解決又進(jìn)一步促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展。

3結(jié)語

應(yīng)該說物理和技術(shù)有著密切的聯(lián)系,物理原理及理論的初創(chuàng)式開發(fā)和應(yīng)用都形成了當(dāng)時(shí)的高新技術(shù),物理學(xué)仍然是當(dāng)代高新技術(shù)的主要源泉。所有新技術(shù)的產(chǎn)生都在物理學(xué)中經(jīng)歷了長(zhǎng)期醞釀。例如:1909年盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)—— 40年后的核能利用;1917年愛因斯坦的受激發(fā)射理論—— 1960年第一臺(tái)激光器的誕生等,整個(gè)信息技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展,其硬件部分都是以物理學(xué)為基礎(chǔ)的。

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