物理學 -自然科學

物理學

自然科學
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物理學(PHYSICS)是研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律及所使用的實驗手段和思維方法的自然科學,簡稱物理。物理學是人們對無生命自然界中物質的轉變的知識做出規律性的總結。現在,物理學已成為自然科學中最基礎的學科之一。物理理論通常是以數學的形式表達出來。經過大量嚴格的實驗驗證的物理學規律被稱為物理定律。然而如同其他很多自然科學理論一樣,這些定律不能被證明,其正確性隻能靠著反復的實驗和觀測來檢驗。

  • 中文名稱
    物理學
  • 外文名稱
    Physics
  • 學科門類
    自然科學
  • 學科分類
    一級學科
  • 研究內容
    物質、能量、空間、時間
  • 學科套用
    天文、電子、對稱性質等問題
  • 代表人物
    伽利略牛頓、愛因斯坦、阿基米德
  • 分支
    力、熱、聲、光、電

基本簡介

物理學(英語:Physicses)是一種自然科學,主要研究的是物質,聲光熱力電的科學,在時空中物質的運動,和所有相關概念,包括能量和作用力。更廣義地說,物理學是對于大自然的研究分析,目的是為了要明白宇宙的行為。

物理學物理學

物理學是最古老的學術之一。在過去兩千年,物理學與哲學,化學等經常被混淆在一起,相提並論。直到十六世紀科學革命之後,才單獨成為一門現代科學。

在物理學的領域中,研究的是宇宙的基本組成要素:物質、能量、空間、時間及它們的相互作用;借由被分析的基本定律與法則來完整了解這個系統。物理在經典時代是由與它極相像的自然哲學的研究所組成的,直到十九世紀物理才從哲學中分離出來成為一門實證科學。

物理學與其他許多自然科學息息相關,如數學、化學、生物、天文和地質等。特別是數學和化學。化學與某些物理學領域的關系深遠,如量子力學、熱力學和電磁學,而數學是物理的基本工具,也就是物理依賴著數學。  

現在,物理學已成為自然科學中最基礎的學科之一。物理理論通常是以數學的形式表達出來。經過大量嚴格的實驗驗證的物理學規律被稱為物理定律。然而如同其他很多自然科學理論一樣,這些定律不能被證明,其正確性隻能靠著反復的實驗和觀測來檢驗。

物理學的影響深遠,這是因為物理學的突破時常會造成新科技的出現,物理學的新點子很容易會引起其它學術領域產生共鳴。例如,在電磁學的進展,直接地導致像電視,電腦,家用電器等等新產品,大幅度地提升了整個社會的生活水準;核裂變的成功,使得核能發電不再是夢想。 

概念要素

物理學 (Physics):物理現象、物質結構、物質相互作用、物質運動規律

物理學研究的範圍 —— 物質世界的層次和數量級

空間尺度:

原子、原子核、基本粒子、DNA長度、最小的細胞、太陽山哈勃半徑、星系團、銀河系、最近恆星的距離、太陽系、超星系團等。人蛇吞尾圖形象地表示了物質空間尺寸的層次

微觀粒子Microscopic:質子 10-15 m

介觀物質mesoscopic

物理學

巨觀物質macroscopic

宇觀物質cosmological 類星體 10 26m

時間尺度:

基本粒子壽命 10-25 s

宇宙壽命 10 18 s

按空間尺度劃分:量子力學、經典物理學、宇宙物理學

按速率大小劃分: 相對論物理學、非相對論物理學

按客體大小劃分: 微觀、介觀、巨觀、宇觀

按運動速度劃分: 低速,中速,高速,超速

按研究方法劃分:實驗物理學、理論物理學、計算物理學

發展階段

​物理學是隨著人類社會實踐的發展而產生、形成和發展起來的,它經歷了漫長的發展過程。縱觀物理學的發展史,根據它不同階段的特點,大致可以分為物理學萌芽時期、經典物理學時期和現代物理學時期三個發展階段。

物理學萌芽時期

在古代,因為生產水準的低下,所以人們對自然界的認識主要依靠不充分的觀察,和在此基礎上進行的直覺的、思辨性猜測,來把握自然現象的一般性質,因而自然科學的知識基本上是屬于現象的描述、經驗的總結和思辨的猜測。那時,物理學知識是包括在統一的自然哲學之中的。在這個時期,首先得到較大發展的是與生產實踐密切相關的力學,如靜力學中的簡單機械、杠桿原理、浮力定律等。在《墨經》中,有力的概念(“力,形之所以奮也”)的記述;光學方面,積累了關于光的直進、折射、反射、小孔成像、凹凸面鏡等的知識。《墨經》上關于光學知識的記載就有八條。在古希臘的歐幾裏德(公元前450-380)等的著作中也有光的直線傳播和反射定律的論述,並且對光的折射現象也作了一定的研究。電磁學方面,發現了摩擦起電、磁石吸鐵等現象,並在此基礎上發明了指南針。聲學方面,由于音樂的發展和樂器的創造,積累了不少樂律、共鳴方面的知識。物質結構和相互作用方面,提出了原子論、元氣論、陰陽五行說、以太等假設。

在這個時期,觀察和思辨雖然是人們認識自然的主要手段和方法,但也出現了一些類似于用實驗來研究物理現象的方法。例如,我國宋代沈括在《夢溪筆談》中的聲共振實驗和利用天然磁石進行人工磁化的實驗,以及趙友欽在《革象新書》中的大型光學實驗等就是典型的事例。

總之,從遠古直到中世紀歐洲通常把五世紀到十五世紀叫做中世紀末,由于生產的發展,雖然積累了不少物理知識,也為實驗科學的產生準備了一些條件並做了一些實驗,但是這些都還稱不上系統的自然科學研究。在這個時期,物理學尚處在萌芽階段。

經典物理學時期

十五世紀末葉,資本主義生產關系的產生,促進了生產和技術的大發展;席卷西歐的文藝復興運動,解放了人們的思想,激發起人們的探索精神。近代自然科學就在這種物質的和思想的歷史條件下誕生了。系統的觀察實驗和嚴密的數學演繹相結合的研究方法被引進物理學中,導致了十七世紀主要在天文學和力學領域中的“科學革命”。牛頓力學體系的建立,標志著近代物理學的誕生。整個十八世紀,物理學處在消化、積累、準備的漸進階段。新的科學思想、方法和理論,得到了傳播、完善和擴展。牛頓力學完成了解析化工作,建立了分析力學;光學、熱學和靜電學也完成了奠基性工作,成為物理學的幾門基礎學科。人們以力學的模型去認識各種物理現象,使機械論的自然觀成為十八世紀物理學的統治思想。到了十九世紀,物理學獲得了迅速和重要的發展,各個自然領域之間的聯系和轉化被普遍發現,新數學方法被廣泛引進物理學,相繼建立了波動光學、熱力學和分子運動論、經典電磁場理論等完整的、解析式的理論體系,使經典物理學臻于完善。由物理學的巨大成就所深刻揭示的自然界的統一性,為辨證唯物主義的自然觀提供了重要的科學依據。

經典物理學經典物理學

現代物理學時期

十九世紀末葉,物理學上一系列重大發現,使經典物理學理論體系本身遇到了不可克服的危機,從而引起了現代物理學革命。由于生產技術的發展,精密、大型儀器的創製以及物理學思想的變革。這一時期的物理學理論呈現出高速發展的狀況,研究對象由低速到高速,由巨觀到微觀,深入到廣垠的宇宙深處和物質結構的內部,對巨觀世界的結構、運動規律和微觀物質的運動規律的認識,產生了重大的變革。

相對論和量子力學的建立,克服了經典物理學的危機,完成了從經典物理學到現代物理學的轉變,使物理學的理論基礎發生了質的飛躍,改變了人們的物理世界圖景。1927年以後,量子場論、原子核物理學、粒子物理學、天體物理學和現代宇宙學,得到了迅速的發展。物理學向其它學科領域的推進,產生了一系列物理學的新部門和邊緣學科,並為現代科學技術提供了新思路和新方法。現代物理學的發展,引起了人們對物質、運動、空間、時間、因果律乃至生命現象的認識的重大變化,對物理學理論的性質的認識也發生了重大變化。現在越來越多的事實表明,物理學在揭開微觀和巨觀深處的奧秘方面,正醞釀著新的重大突破。現代物理學的理論成果套用于實踐,出現了象原子能、半導體、電腦、雷射、宇航等許多新技術科學。這些新興技術正有力地推動著新的科學技術革命,促進生產的發展。而隨著生產和新技術的發展,又反過來有力地促進物理學的發展。這就是物理學的發展與生產發展的辯證關系。

基本分類

● 牛頓力學(Mechanics)研究物體機械運動的基本規律及關于時空相對性的規律

● 電磁學(Electromagnetism)研究電磁現象,物質的電磁運動規律及電磁輻射等規律

● 熱力學(Thermodynamics)研究物質熱運動的統計規律及其巨觀表現

相對論(Relativity)研究物體的高速運動效應以及相關的動力學規律

量子力學(Quantum mechanics)研究微觀物質運動現象以及基本運動規律

此外,還有:

粒子物理學、原子核物理學、原子分子物理學、固體物理學、凝聚態物理學、雷射物理學、電漿物理學、地球物理學、生物物理學、天體物理學等等。

歷史起源

從石器時代起,人們就嘗試著理解這個世界:為什麽物體會往地上掉,為什麽不同的物質有不同的性質等等。宇宙的性質同樣是一個謎,比如地球、太陽以及月亮這些星體究竟是遵循著什麽規律在運動,並且是什麽力量決定著這些規律。人們提出了各種理論嘗試解釋這個世界,然而其中的大多數都是錯誤的。這些早期的理論在今天看來更像是一些哲學理論,它們不像今天的理論通常需要被有系統的實驗證明。像托勒密(Ptolemy)和亞裏士多德(Aristotle)提出的理論,其中有些與我們日常所觀察到的事實是相悖的。當然也有例外,譬如印度的一些哲學家和天文學家在原子論和天文學方面所給出的許多描述是正確的,再舉例如希臘的思想家阿基米德(Archimedes)在力學方面導出了許多正確的結論,像我們熟知的阿基米德定律。

在十七世紀末期,由于人們樂意對原先持有的真理提出疑問並尋求新的答案,最後導致了重大的科學進展,這個時期現在被稱為科學革命。科學革命的前兆可回溯到在印度及波斯所做出的重要發展,包括:印度數學暨天文學家Aryabhata以日心的太陽系引力為基礎所發展而成的行星軌道之橢圓的模型、哲學家Hindu及Jaina發展的原子理論基本概念、由印度佛教學者Dignāga及Dharmakirti所發展之光即為能量粒子之理論、由穆斯林科學家Ibn al-Haitham(Alhazen)所發展的光學理論、由波斯的天文學家Muhammad al-Fazari所發明的星象盤,以及波斯科學家Nasir al-Din Tusi所指出托勒密體系之重大缺陷。

同樣是在十七世紀,學者開始慎密地研查這性質。古中國人觀測到某些石頭(磁石),會通過某種看不見的作用力互相吸引,這性質後來稱為磁性。也是在十七世紀,學者開始嚴格地窮究。經過燃膏繼晷、廢寢忘食的努力,物理學者終于明白了這兩種自然現象的基本原因——電和磁。但是,在二十世紀,經過更高深的研究,物理學者發現這兩種作用力是電磁力的兩個不同方面。今天,這統一各種各樣作用力的程式仍舊方興未艾,物理學者認為電磁力和弱核力是電弱作用(electroweak interaction)的兩個不同方面。物理學者的終極目標是找到一個完美的萬有理論,能夠解釋大自然的一切本質。

學科歷史

伽利略(1564年-1642年)人類現代物理學的創始人,奠定了人類現代物理科學的發展基礎。

● 1900-1926年 建立了量子力學。

● 1926年 建立了費米狄拉克統計。

● 1927年 建立了布洛赫波的理論。

● 1928年 索末菲提出能帶的猜想。

● 1929年 派爾斯提出禁帶、空穴的概念,同年貝特提出了費米面的概念。

● 1947年 貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克萊發明了電晶體,標志著信息時代的開始。

● 1957年 皮帕得測量了第一個費米面超晶格材料納米材料光子。

● 1958年 傑克.基爾比發明了積體電路。 

● 20世紀70年代出現了大規模積體電路。

物理與物理技術的關系:

● 熱機的發明和使用,提供了第一種模式:技術—— 物理—— 技術

● 電氣化的進程,提供了第二種模式:物理—— 技術—— 物理

當今物理學和科學技術的關系兩種模式並存,相互交叉,相互促進“沒有昨日的基礎科學就沒有今日的技術革命”。例如:核能的利用、雷射器的產生、層析成像技術(CT)、超導電子技術、粒子散射實驗、X 射線的發現、受激輻射理論、低溫超導微觀理論、電子電腦的誕生。幾乎所有的重大新(高)技術領域的創立,事先都在物理學中經過長期的醞釀。

物理學的方法和科學態度:提出命題 → 理論解釋 → 理論預言 → 實驗驗證 →修改理論。

現代物理學是一門理論和實驗高度結合的精確科學,它的產生過程如下:

①物理命題一般是從新的觀測事實或實驗事實中提煉出來,或從已有原理中推演出來;

②首先嘗試用已知理論對命題作解釋、邏輯推理和數學演算。如現有理論不能完美解釋,需修改原有模型或提出全新的理論模型;

④新理論模型必須提出預言,並且預言能夠為實驗所證實;

⑤⑥一切物理理論最終都要以觀測或實驗事實為準則,當一個理論與實驗事實不符時,它就面臨著被修改或被推翻。

● 怎樣學習物理學?

著名物理學家費曼說:科學是一種方法,它教導人們:一些事物是怎樣被了解的,什麽事情是已知的,現在了解到了什麽程度,如何對待疑問和不確定性,證據服從什麽法則;如何思考事物,做出判斷,如何區別真偽和表面現象?著名物理學家愛因斯坦說:發展獨立思考和獨立判斷的一般能力,應當始終放在首位,而不應當把專業知識放在首位.如果一個人掌握了他的學科的基礎理論,並且學會了獨立思考和工作,他必定會找到自己的道路,而且比起那種主要以獲得細節知識為其培訓內容的人來,他一定會更好地適應進步和變化 。

● 學習的觀點:從整體上邏輯地,協調地學習物理學,了解物理學中各個分支之間的相互聯系。

● 物理學的本質:物理學並不研究自然界現象的機製(或者根本不能研究),我們隻能在某些現象中感受自然界的規則,並嘗試以這些規則來解釋自然界所發生任何的事情。我們有限的智力總嘗試在理解自然,並嘗試改變自然,這是物理學,甚至是所有學科所共同追求的目標。

以物理學為基礎的相關科學:化學天文學,自然地理學及生物學等。

學科性質

基本性質

物理學是人們對無生命自然界中物質的轉變的知識做出規律性的總結。這種運動和轉變應有兩種。一是早期人們通過感官視覺的延伸,二是近代人們通過發明創造供觀察測量用的儀器,實驗得出的結果,間接認識物質內部組成建立在的基礎上。物理學從研究角度及觀點不同,可分為微觀巨觀兩部分,巨觀是不分析微粒群中的單個作用效果而直接考慮整體效果,是最早期就已經出現的,微觀物理學隨著科技的發展理論逐漸完善。

其次,物理又是一種智慧型。

誠如諾貝爾物理學獎得主、德國科學家玻恩所言:“如其說是因為我發表的工作裏包含了一個自然現象的發現,倒不如說是因為那裏包含了一個關于自然現象的科學思想方法基礎。”物理學之所以被人們公認為一門重要的科學,不僅僅在于它對客觀世界的規律作出了深刻的揭示,還因為它在發展、成長的過程中,形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因為如此,使得物理學當之無愧地成了人類智慧型的結晶,文明的瑰寶。

大量事實表明,物理思想與方法不僅對物理學本身有價值,而且對整個自然科學,乃至社會科學的發展都有著重要的貢獻。有人統計過,自20世紀中葉以來,在諾貝爾化學獎、生物及醫學獎,甚至經濟學獎的獲獎者中,有一半以上的人具有物理學的背景;——這意味著他們從物理學中汲取了智慧型,轉而在非物理領域裏獲得了成功。——反過來,卻從未發現有非物理專業出身的科學家問鼎諾貝爾物理學獎的事例。這就是物理智慧型的力量。難怪國外有專家十分尖銳地指出:沒有物理修養的民族是愚蠢的民族!

總之物理學是概括規律性的總結,是概括經驗科學性的理論認識。

六大性質

1.真理性:物理學的理論和實驗揭示了自然界的奧秘,反映出物質運動的客觀規律。

2.和諧統一性:神秘的太空中天體的運動,在開普勒三定律的描繪下,顯出多麽的和諧有序。物理學上的幾次大統一,也顯示出美的感覺。牛頓用三大定律和萬有引力定律把天上和地上所有巨觀物體統一了。麥克斯韋電磁理論的建立,又使電和磁實現了統一。愛因斯坦質能方程又把質量和能量建立了統一。光的波粒二象性理論把粒子性、波動性實現了統一。愛因斯坦的相對論又把時間、空間統一了。

3.簡潔性:物理規律的數學語言,體現了物理的簡潔明快性。如:牛頓第二定律,愛因斯坦的質能方程,法拉第電磁感應定律

4.對稱性:對稱一般指物體形狀的對稱性,深層次的對稱表現為事物發展變化或客觀規律的對稱性。如:物理學中各種晶體的空間點陣結構具有高度的對稱性。豎直上拋運動、簡諧運動、波動鏡像對稱、磁電對稱、作用力與反作用力對稱、正粒子和反粒子、正物質和反物質、正電和負電等。

5.預測性:正確的物理理論,不僅能解釋當時已發現的物理現象,更能預測當時無法探測到的物理現象。例如麥克斯韋電磁理論預測電磁波存在,盧瑟福預言中子的存在,菲涅爾的衍射理論預言圓盤衍射中央有泊松亮斑,狄拉克預言電子的存在。

6.精巧性:物理實驗具有精巧性,設計方法的巧妙,使得物理現象更加明顯。

其他資料

研究方法

對于物理學理論和實驗來說,物理量的定義和測量的假設選擇,理論的數學展開,理論與實驗的比較是與實驗定律一致,是物理學理論的唯一目標。

人們能通過這樣的結合解決問題,就是預言指導科學實踐,這不是大唯物主義思想,其實是物理學理論的目的和結構。

物理變化

1.物理變化:物質隨時間而發生變化的變化;

化學變化:舊化學鍵破裂,新化學鍵形成。

2.物理變化現象:很廣的,隻要物質在時間上發生變化都是;化學變化:發光,發熱,生成沉淀,生成氣體是中學階段常規的現象,但有些反應是肉眼看不到的,如二氧化碳和水反應。

3.物理變化包括化學變化:化學變化就看有沒有新舊化學鍵的破裂與形成。

物理性質是物質化學鍵沒有被破壞和形成而表現出來的性質:化學性質是通過破壞物質化學鍵而表現出來的性質(就是物質要通過化學反應才說他有這個化學性質)。

思想理論

物理與形而上學的關系

在不斷反思形而上學而產生的非經驗主義的客觀原理的基礎上,物理學理論可以用它自身的科學術語來判斷。而不包括依賴于它們可能從屬于哲學學派的主張。在著手描述的物理性質中選擇簡單的性質,其它性質則是群聚的想象和組合。通過恰當的測量方法和數學技巧從而進一步認知事物的本來性質。實驗選擇後的數量存在某種對應關系。一種關系可以有多數實驗與其對應,但一個實驗不能對應多種關系。也就是說,一個規律可以體現在多個實驗中,但多個實驗不一定隻反映一個規律。

對于物理學來說理論預言與現實一致與否是真理的唯一判斷標準。

物理學家

歷屆諾貝爾物理學獎得主:

1901年 威爾姆·康拉德·倫琴(德國人)

發現X 射線

1902年 H.A.洛倫茲、P. 塞曼(荷蘭人)

研究磁場對輻射的影響

1903年 A.H.貝克勒爾(法國人)

發現物質的放射性

皮埃爾·居裏、瑪麗·居裏(法國人)

瑪麗·居裏瑪麗·居裏

從事放射性研究

1904年 J.W.瑞利(英國人)

從事氣體密度的研究並發現氬元素

1905年 P.E.A.雷納爾德(德國人)

從事陰極線的研究

1906年 J.J.湯姆森(英國人)

對氣體放電理論和實驗研究作出重要貢獻

1907年 A.A.邁克爾遜(美國人)

發明了光學幹涉儀並且借助這些儀器進行光譜學和度量學的研究

1908年 G.李普曼(法國人)

發明了彩色照相幹涉法(即李普曼幹涉定律)

1895年 G.馬克尼(義大利人)、 K . F. 布勞恩(德國人)

發明無線電,並開發了無線電通信

O.W.理查森(英國人)

從事熱離子現象的研究,特別是發現理查森定律

1910年 J.O.範德瓦爾斯(荷蘭人)

從事氣態和液態議程式方面的研究

1911年 W.維恩(德國人)

發現熱輻射定律

1912年 N.G.達倫(瑞典人)

發明了可以和燃點航標、浮標氣體蓄電池聯合使用的自動節裝置

1913年 卡末林-昂內斯(荷蘭人)

從事液體氦的超導研究

1914年 M.V.勞厄(德國人)

發現晶體中的X射線衍射現象

1915年 W.H .布拉格、W.L.布拉格(英國人)

借助X射線,對晶體結構進行分析

1916年 未頒獎

1917年 C.G.巴克拉(英國人)

發現元素的次級X 輻射的特征

1900年 馬克斯·普朗克(德國人)

對確立量子理論作出巨大貢獻

1919年 J.斯塔克(德國人)

發現極隧射線的多普勒效應以及電場作用下光譜線的分裂現象

1920年 C.E.紀堯姆(瑞士人)

發現鎳鋼合金的反常現象及其在精密物理學中的重要性

1921年 阿爾伯特·愛因斯坦(德國人)

發現了光電效應定律等

1922年 N.玻爾(丹麥人)

從事原子結構和原子輻射的研究

1923年 R.A.米利肯

從事基本電荷和光電效應的研究

1924年 K.M.G.西格巴恩(瑞典人)

發現了X 射線中的光譜線

1925年 J.弗蘭克、G.赫茲(德國人)

發現原子和電子的碰撞規律

1926年 J.B.佩蘭(法國人)

研究物質不連續結構和發現沉積平衡

1927年 A.H.康普頓(美國人)

發現康普頓效應(也稱康普頓散射)

C.T.R.威爾遜(英國人)

發明了雲霧室 ,能顯示出電子穿過空氣的徑跡

1928年 O.W 理查森(英國人)

從事熱離子現象的研究,特別是發現理查森定律

1929年 L.V.德布羅意(法國人)

發現物質波

1930年 C.V.拉曼(印度人)

從事光散方面的研究,發現拉曼效應

1931年 未頒獎

1932年 W.K.海森堡(德國人)

建立了量子力學

1933年 E.薛定諤(奧地利人)、P.A.M.狄拉克(英國人)

發現原子理論新的有效形式

1934年 未頒獎

1935年 J.查德威克(英國人)

發現中子

1936年 V.F.赫斯(奧地利人)

發現宇宙射線;

C.D.安德森(美國人)

發現正電荷

1937年 C.J.戴維森(美國人)、G.P.湯姆森(英國人)

發現晶體對電子的衍射現象

1938年 E.費米(義大利人)

發現中子轟擊產生的新放射性元素並發現用慢中子實現核反應

1930年 E.O.勞倫斯(美國人)

發明和發展了回旋加速器並以此取得了有關人工放射性等成果

1940年 1942年 未頒獎

1943年 O.斯特恩(美國人)

開發了分子束方法以及質子磁矩的測量

1944年 I.I.拉比(美國人)

發明了著名氣核磁共振法

1945年 W.泡利(奧地利人)

發現不相容原理

1946年 P.W.布裏奇曼(美國人)

發明了超高壓裝置,並在高壓物理學方面取得成就

1947年 E.V.阿普爾頓(英國人)

從事大氣層物理學的研究,特別是發現高空無線電短波電離層(阿普爾頓層)

1948年 P.M.S.布萊克特(英國人)

改進了威爾遜雲霧室方法,並由此導致了在核物理領域和宇宙射線方面的一系列發現

1949年 湯川秀樹(日本人)

提出核子的介子理論,並預言介子的存在

1950年 C.F.鮑威爾(英國人)

開發了用以研究核破壞過程的照相乳膠記錄法並發現各種介子

1951年 J.D.科克羅夫特(英國人)、E.T.S.沃爾頓(愛爾蘭人)

通過人工加速的粒子轟擊原子,促使其產生核反應(嬗變)

1952年 F.布洛赫、E.M.珀塞爾(美國人)

從事物質核磁共振現象的研究並創立原子核磁力測量法

1953年 F.澤爾尼克(荷蘭人)

發明了相襯顯微鏡

1954年 M.玻恩

在量子力學和波函式的統計解釋及研究方面作出貢獻

W. 博特(德國人)

發明了符合計數法,用以研究原子核反應和γ射線

1955年 W.E.拉姆(美國人)

發明了微波技術,進而研究氫原子的精細結構

P.庫什(美國人)

用射頻束技術精確地測定出電子磁矩,創新了核理論

1947年 W.H.布拉頓、J.巴丁、W.B.肖克利(美國人)

從事半導體研究並發現了電晶體效應

1957年 李政道楊振寧(美籍華人)

對宇稱定律作了深入研究

1958年 P.A.切倫科夫、I.E.塔姆、I.M.弗蘭克(俄國人)

發現並解釋了切倫科夫效應

1959年 E .G. 塞格雷、O. 張伯倫(美國人)

發現反質子

1960年 D.A.格拉塞(美國人)

發現氣泡室,取代了威爾遜的雲霧室

1961年 R.霍夫斯塔特(美國人)

利用直線加速器從事高能電子散射研究並發現核子

R.L.穆斯保爾(德國人)

從事γ射線的共振吸收現象研究並發現了穆斯保爾效應

1962年 L.D.蘭道(俄國人)

開創了凝集態物質特別是液氦理論

1963年 E. P.威格納(美國人)

發現基本粒子的對稱性以及原子核中支配質子與中子相互作用的原理

M.G.邁耶(美國人)、J.H.D.延森(德國人)

從事原子核殼層模型理論的研究

1964年 C.H.湯斯(美國人)、N.G.巴索夫、A.M.普羅霍羅夫(俄國人)

發明微波射器和雷射器,並從事量子電子學方面的基礎研究

1965年 朝永振一郎(日本人)、J. S . 施溫格、R.P.費曼(美國人)

在量子電動力學方面進行對基本粒子物理學具有深刻影響的基礎研究

1966年 A.卡斯特勒(法國人)

發現和開發了把光的共振和磁的共振合起來,使光束與射頻電磁發生雙共振的雙共振法

1967年 H.A.貝蒂 (美國人)

以核反應理論作出貢獻,特別是發現了星球中的能源

1968年 L.W.阿爾瓦雷斯(美國人)

通過發展液態氫氣泡和資料分析技術,從而發現許多共振態

1969年 M.蓋爾曼(美國人)

發現基本粒子的分類和相互作用

1970年 L.內爾(法國人)

從事鐵磁和反鐵磁方面的研究

H.阿爾文(瑞典人)

從事磁流體力學方面的基礎研究

1971年 D.加博爾(英國人)

發明並發展了全息攝影法

1972年 J. 巴丁、L. N. 庫柏、J.R.施裏弗(美國人)

從理論上解釋了超導現象

1973年 江崎玲于奈(日本人)、I.賈埃弗(美國人)

通過實驗發現半導體中的“隧道效應”和超導物質

B.D.約瑟夫森(英國人)

發現超導電流通過隧道阻擋層的約瑟夫森效應

1974年 M.賴爾、A.赫威斯(英國人)

從事射電天文學方面的開拓性研究

1975年 A.N. 玻爾、B.R.莫特爾森(丹麥人)、J.雷恩沃特(美國人)

從事原子核內部結構方面的研究

1976年 B. 裏克特(美國人)、丁肇中(美籍華人)

發現很重的中性介子– J /φ粒子

1977年 P.W. 安德林、J.H. 範弗萊克(美國人)、N.F.莫特(英國人)

從事磁性和無序系統電子結構的基礎研究

1978年 P.卡爾察(俄國人)

從事低溫學方面的研究

A.A.彭齊亞斯、R.W.威爾遜(美國人)

發現宇宙微波背景輻射

1979年 S. L.格拉肖、S. 溫伯格(美國人)、A. 薩拉姆(巴基斯坦

預言存在弱中性流,並對基本粒子之間的弱作用和電磁作用的統一理論作出貢獻

1980年 J.W.克羅寧、V.L.菲奇(美國人)

發現中性K介子衰變中的宇稱(CP)不守恆

1981年 K.M.西格巴恩(瑞典人)開發出高解析度測量儀器

N.布洛姆伯根、A.肖洛(美國人)對發展雷射光譜學和高解析度電子光譜不做出貢獻

1982年 K.G.威爾遜(美國人)

提出與相變有關的臨界現象理論

1983年 S.昌德拉塞卡、W.A.福勒(美國人)

從事星體進化的物理過程的研究

1984年 C.魯比亞(義大利人)、S. 範德梅爾(荷蘭人)

對導致發現弱相互作用的傳遞者場粒子W±和Z 0的大型工程作出了決定性貢獻

1985年 K. 馮·克裏津(德國人)

發現了霍耳效應並開發了測定物理常數的技術

1986年 E.魯斯卡(德國人)

在電光學領域做了大量基礎研究,開發了第一架電子顯微鏡

G.比尼格(德國人)、H.羅雷爾(瑞士人)

設計並研製了新型電子顯微鏡——掃描隧道顯微鏡

1987年 J.G.貝德諾爾斯(德國人)、K.A.米勒(瑞士人)

發現氧化物高溫超導體

1988年 L.萊德曼、M.施瓦茨、J.斯坦伯格(美國人)

發現μ子型中微子,從而揭示了輕子的內部結構

1989年 W.保羅(德國人)、H.G.德默爾特、N.F.拉姆齊(美國人)

創造了世界上最準確的時間計測方法——原子鍾,為物理學測量作出傑出貢獻

1990年 J.I.弗裏德曼、H.W.肯德爾(美國人)、R.E.泰勒(加拿大人)

通過實驗首次證明了誇克的存在

1991年 皮埃爾-吉勒·熱納(法國人)

從事對液晶、聚合物的理論研究

1992年 G.夏帕克(法國人)

開發了多絲正比計數管

1993年 R.A.赫爾斯、J.H.泰勒(美國人)

發現一對脈沖雙星,為有關引力的研究提供了新的機會

1994年 BN.布羅克豪斯(加拿大人)、C.G.沙爾(美國人)

在凝聚態物質的研究中發展了中子散射技術

1995年 M.L.佩爾、F.萊因斯(美國人)

發現了自然界中的亞原子粒子:Υ輕子、中微子

1996年 D. M . 李(美國人)、D.D.奧謝羅夫(美國人)、R.C.理查森(美國人)

發現在低溫狀態下可以無摩擦流動的氦- 3

1997年 朱棣文(美籍華人)、W.D.菲利普斯(美國人)、C.科昂–塔努吉(法國人)

發明了用雷射冷卻和俘獲原子的方法

1998年 勞克林(美國)、斯特默(美國)、崔琦(美籍華人)

發現了分數量子霍爾效應

1999年 H.霍夫特(荷蘭)、M.韋爾特曼(荷蘭)

闡明了物理中電鍍弱互動作用的定量結構.

2000年 阿爾費羅夫(俄羅斯人)、基爾比(美國人)、克雷默(美國人)

因其研究具有開拓性,奠定資訊技術的基礎,分享今年諾貝爾物理獎。

2001年 克特勒(德國)、康奈爾(美國)和維曼(美國)

在“鹼性原子稀薄氣體的玻色-愛因斯坦凝聚態”以及“凝聚態物質性質早期基礎性研究”方面取得成就。

2002年 雷蒙德·戴維斯(美)、小柴昌俊(日)、裏卡爾多·賈科尼(美)

在天體物理學領域做出的先驅性貢獻,開啟了人類觀測宇宙的兩個新“視窗”。

2003年 阿列克謝·阿布裏科索夫(美俄雙重國籍)、維塔利·金茨堡(俄)、安東尼·萊格特(英美雙重國籍)

在超導體和超流體理論上作出的開創性貢獻。

2004年 戴維·格羅斯、戴維·波利澤、弗蘭克·維爾澤克(均為美國人)

這三位科學家對誇克的研究使科學更接近于實現它為“所有的事情構建理論”的夢想。

2005年 美國科羅拉多大學的約翰·L·霍爾、哈佛大學的羅伊·J·格勞貝爾,以及德國路德維希·馬克西米利安大學(簡稱慕尼黑大學)的特奧多爾·亨施

研究成果可改進GPS技術

2006年 約翰·馬瑟 喬治·斯穆特(均為美國人)

發現了黑體形態和宇宙微波背景輻射的擾動現象

2007年 阿爾貝·費爾(法) 彼得·格林貝格爾(德)

先後獨立發現了“巨磁電阻”效應。這項技術被認為是“前途廣闊的納米技術領域的首批實際套用之一”。

相關院校

中國的理論物理院校

國內設有理論物理的院校

[北京] 清華大學北京大學北京科技大學、北方交通大學、北京郵電大學北京理工大學北京航空航天大學北京工業大學中國農業大學、石油大學、中央民族大學

[天津] 南開大學天津大學、天津理工學院

[河北] 河北工業大學河北大學、河北科技大學、燕山大學、河北師範大學

[山西] 太原理工大學山西大學

[內蒙古] 內蒙古大學赤峰學院

[遼寧] 東北大學大連理工大學沈陽工業大學

[吉林] 吉林大學、吉林工業大學、長春光學精密機械學院

[黑龍江] 哈爾濱工業大學哈爾濱理工大學黑龍江大學

[上海] 復旦大學上海交通大學、同濟大學、華東理工大學、東華大學上海大學

[江蘇] 南京大學東南大學中國礦業大學南京理工大學河海大學

[浙江] 寧波大學浙江工業大學、杭州電子工業學院

[安徽] 中國科學技術大學、安徽大學、合肥工業大學、安徽理工大學.

[福建] 福州大學華僑大學

[江西] 南昌大學、南昌航空工業學院

[山東] 山東大學煙台大學青島大學

[河南] 鄭州大學、洛陽工學院

[湖北] 武漢大學華中科技大學華中師範大學、中國地質大學(武漢)、江漢石油學院

[湖南] 湖南大學中南大學

[廣東] 暨南大學華南理工大學汕頭大學、深圳大學

[重慶] 重慶大學

[四川] 四川大學電子科技大學、西南民族大學

[貴州] 貴州民族學院

[雲南] 雲南大學雲南師範大學

[陝西] 西北大學西安交通大學西北工業大學西安電子科技大學、西安理工大學

[甘肅] 蘭州大學

[新疆] 新疆大學

其中北京大學、南京大學、中科大學、蘭州大學和北京師範大學的物理學比較好。    

專業設定

培養目標

本專業培養掌握物理學的基本理論與方法,具有良好的數學基礎和實驗技能,能在物理學或相關的科學技術領域中從事科研、教學、技術和相關的管理工作的高級專門人才。

培養要求

本專業學生主要學習物質運動的基本規律,接受運用物理知識和方法進行科學研究和技術開發訓練,獲得基礎研究或套用基礎研究的初步訓練,具備良好的科學素養和一定的科學研究與套用開發能力。

主要課程

高等數學、力學、熱學、光學、電磁學、原子物理學、數學物理方法、理論力學、熱力學與統計物理、電動力學、量子力學、固體物理學、結構和物性、計算物理學入門等。

主幹學科:物理學

就業方向

本專業的學生畢業後可到高校從事教學工作,或是到研究所從事理論研究、實驗研究和技術開發與套用工作;另外還可以到企業中從事材料科學與工程、電子信息技術等領域的技術開發及套用研究工作。​

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