固體物理對現代科學技術有什麼意義

Ⅰ 固體物理學

固體物理就是研討固體（主要是晶體）材料物理特性的一門科學。它是從固體中的原子和電子狀態的根本特點出發來討論固體的物理性質，所以是最基礎的、又同專業關系最密切的一門課程，它也討論非晶體材料的性質，是學習金屬物理、半導體物理、電介質物理、磁學等的基礎、先行課程。
雖然固體物理主要是討論固體材料的問題，但是實際上對於討論液體、氣體材料也有參考價值。對於物理類和電子科學類的專業，固體物理是必修課。

Ⅱ 固體物理學的展望

新的實驗條件和技術日新月異，正為固體物理不斷開拓新的研究領域。極低溫、超高壓、強磁場等極端條件、超高真空技術、表面能譜術、材料制備的新技術、同步輻射技術、核物理技術、激光技術、光散射效應、各種粒子束技術、電子顯微術、穆斯堡爾效應、正電子湮沒技術、磁共振技術等現代化實驗手段，使固體物理性質的研究不斷向深度和廣度發展。由於固體物理本身是微電子技術、光電子學技術、能源技術、材料科學等技術學科的基礎，也由於固體物理學科內在的因素，固體物理的研究論文已佔物理學中研究論文三分之一以上。其發展趨勢是：由體內性質轉向研究表面有關的性質；由三維體系轉到低維體系；由晶態物質轉到非晶態物質；由平衡態特性轉到研究瞬態和亞穩態、臨界現象和相變；由完整晶體轉到研究晶體中的雜質、缺陷和各種微結構；由普通晶體轉到研究超點陣的材料。這些基礎研究又將促進新技術的發展，給人們帶來實際利益。

Ⅲ 固體物理對材料科學研究有什麼作用

固體物理是挺抽象的理論，由於本人研究的是偏半導體器件方向。個人認為固體物理對材料科學的研究作用在於指導 材料研究的新方向，對材料的特性分析。應該算是一個工具吧。

Ⅳ 物理學對我們有什麼用

物理是一門自然科學。在生活中，處處都有物理現象。物理雖然很難學，但是你會發現，物理是一個很有趣的課程。

金屬球實驗

二、填報專業

在我們廣東，高考是3+1+2的模式，首選科目是物理和歷史中任選一門，對於理科生來說，會選擇物理課程。畢竟，在高校填報專業志願時，百分之九十多的專業條件必須是物理學科。

三、未來就業

就業方面很廣泛，例如：物理老師，傳授知識；科研工作人員，為國家做出貢獻；天文學家，識辨天文。

結束語：

雖然好玩，但是很多學生物理成績出現掛科，因此要培養起對物理感興趣，愛上物理，下定決心，認真復習，成績會有所飛躍。

Ⅳ 你認為物理學對人類的發展有什麼重要意義

物理學的作用與意義

物理學是一門基礎科學，它研究的是物質運動的基本規律。不同的運動形式具有不同的運動規律，因而要用不同的研究方法處理，基於此，物理學又分為力學、熱學、電磁學、光學和原子物理學等各個部分。按照物理學的歷史發展又可以分為經典物理與近代物理兩部分。近代物理是相對於經典物理而言的，泛指以相對論和量子論為基礎的20世紀物理學。由於物理學研究的規律具有很大的基本性與普遍性，所以它的基本概念和基本定律是自然科學的很多領域和工程技術的基礎。由於物理學知識構成了物質世界的完整圖象，所以它也是科學的世界觀和方法論賴以建立的基礎。

1、物理學是自然科學的帶頭學科

物理學作為嚴格的、定量的自然科學的帶頭學科，一直在科學技術的發展中發揮著極其重要的作用。它與數學、天文學、化學和生物學之間有密切的聯系，它們之間相互作用，促進了物理學及其它學科的發展。

物理學與數學之間有深刻的內在聯系。物理學不滿足於定性地說明現象，或者簡單地用文字記載事實，為了盡可能准確地從數量關繫上去掌握物理規律，數學就成為物理學不可缺少的工具，而豐富多彩的物理世界又為數學研究開辟了廣闊的天地。物理學與數學的關系密切，淵源流長。歷史上有許多著名科學家，如牛頓、歐拉、高斯等，對於這兩門科學都做出了重要貢獻。19世紀末、20世紀初的一些大數學家如彭加勒、克萊因、希爾柏特等，盡管學術傾向不同，但都精通理論物理。近代物理學中關於混沌現象的研究也是物理學與數學相互結合的結果。

物理學與天文學的關系更是密不可分，它可以追溯到早期開普勒與牛頓對行星運動的研究。現在提供天文學信息的波段已經從可見光頻段擴展到從無線電波到X射線寬廣的電磁波頻段，已採用了現代物理所提供的各種探測手段。另一方面，天文學提供了地球上實驗室所不具備的極端條件，如高溫、高壓、高能粒子、強引力等，構成了檢驗物理學理論的理想的實驗室。因此，幾乎所有的廣義相對論的證據都來自天文觀測。正電子和μ子都是首先在宇宙線研究中觀測到的，為粒子物理學的創建做出了貢獻。熱核反應理論是首先為解釋太陽能源問題而提出的，中子星理論則因脈沖星的發現得到證實，而現代宇宙論的標准模型——大爆炸理論，是完全建立在粒子物理理論基礎上的。

物理學與化學本是唇齒相依、息息相關的。化學中的原子論、分子論的發展為物理學中氣體動理論的建立奠定了基礎，從而能夠對物質的熱學、力學、電學性質做出滿意的解釋；而物理學中量子理論的發展，原子的電子殼層結構的建立又從本質上說明了各種元素性質周期性變化的規律。量子力學的誕生以及隨後固體物理學的發展，使物理學與化學研究的對象日益深入到更加復雜的物質結構的層次，對半導體、超導體的研究，愈來愈需要化學家的配合與協助，在液晶科學、高分子科學和分子膜科學取得的進展是化學家、物理學家共同努力的結果。另一方面近代物理的理論和實驗技術又推動了化學的發展。

物理學在生物學發展中的貢獻體現在兩個方面：一是為生命科學提供現代化的實驗手段，如電子顯微鏡、X射線衍射、核磁共振、掃描隧道顯微鏡等；二是為生命科學提供理論概念和方法。從19世紀起，生物學家在生物遺傳方面進行了大量的研究工作，提出了基因假設。但是，基因的物質基礎問題，仍然是一個疑問。在本世紀40年代，物理學家薛定諤對生命的基本問題感興趣，提出了遺傳密碼存儲於非周期晶體的觀點，由於在他的小冊子《生命是什麼？》中對此進行了闡述而廣為人知。40年代，英國劍橋大學的卡文迪什實驗室開展了對肌紅蛋白的X射線結構分析，經過長期的努力終於確定了DNA（脫氧核糖核酸）的晶體結構，揭示了遺傳密碼的本質，這是20世紀生物科學的最重大突破。分子生物學已經構成了生命科學的前沿領域，生物物理學顯然也是大有可為的。

2、物理學是現代技術革命的先導

一般說來，物理學與技術的關系存在兩種基本模式：其一是由於生產實踐的需要而創建了技術，例如18世紀至19世紀蒸汽機等熱機技術，然後提高到理論上來，建立了熱力學，再反饋到技術中去，促進技術的進一步發展；其二是先在實驗室中揭示了基本規律，建立比較完整的理論，然後再在生產中發展成為一種全新的技術。19世紀電磁學的發展，提供了第二種模式的範例。在法拉第發現電磁感應和麥克斯韋確立了電磁場方程組的基礎上，產生了今日的發電機、電動機、電報、電視、雷達，創建了現代的電力工程與無線電技術。正如美籍華裔物理學家李政道所說：「沒有昨日的基礎科學就沒有今日的技術革命」。

在當今世界中，第二種模式的重要性更為顯著，物理學已成為現代高技術發展的先導與基礎學科。反過來，高技術發展對物理學提出了新的要求，同時也提供了先進的研究條件與手段。所謂高技術指的是那些對社會經濟發展起極大推動作用的當代尖端技術。下面就物理學的基礎研究在當前最引人注目的高技術，即核能技術、超導技術、信息技術、激光技術、電子技術中所起的突出作用，作一概略的介紹。

能源的獲取和利用是工業生產的頭等大事，20世紀物理學的一項重大貢獻就在於核能的利用，這可以說是由基礎研究生長出來的一項全新的技術。1905年愛因斯坦質能關系式的提出，確立了核能利用的理論基礎。物理學家1932年發現中子，1939年發現在中子引起鈾核裂變時可釋放能量，同時有更多的中子發射，於是提出利用「鏈式反應」來獲得原子能的概念。40年代，根據重核裂變能量釋放的原理，建立了原子反應堆，使核裂變能的利用成為現實。50年代，根據輕核在聚變時能量釋放的原理，設計了受控聚變反應堆。聚變能不僅豐富，而且安全清潔。可控熱核聚變能的研究將為解決21世紀的能源問題開辟道路。

在能源和動力方面，可以無損耗地傳輸電流的超導體的廣泛應用，也可能導致一場革命。1911年荷蘭物理學家昂尼斯（Onners）發現純的水銀樣品在4.2K附近電阻突然消失，接著又發現其它一些金屬也有這樣的現象，這一發現開辟了一個嶄新的超導物理領域。1957年BCS理論進一步揭示超導電性的微觀機理，1962年約瑟夫森效應的發現又將超導的應用擴展到量子電子學領域。在液氦溫區（1K～5.2K）工作的常規超導體所繞成的線圈已在加速器、磁流體發電裝置及大型實驗設備中用來產生強磁場，可以節約大量電能；在發電機和電動機上應用超導體，已經製成接近實用規模的試驗性樣機。由於這些成功的應用，再加上超導儲能、超導輸電和懸浮列車等的應用，可以看到高溫超導體具有廣闊的應用前景。自從1987年美籍華裔物理學家朱經武和中國科學院趙忠賢等人發現液氮溫區（63K～80K）的高溫超導體問世以來，超導材料的實用化已取得較大進展，它在大電流技術中的應用前景是最激動人心的。

信息技術在現代工業中的地位日趨重要，計算技術、通信技術和控制技術已經從根本上改變了當代社會的面貌。如果說第一次工業革命是動力或能量的革命，那麼第二次工業革命就是信息或負熵的革命。人類邁向信息時代，面對著內容繁雜、數量龐大、形式多樣的日趨增值的信息，迫切要求信息的處理、存儲、傳輸等技術從原來依賴於「電」的行為，轉向於「光」的行為，從而促進了「光子學」和「光電子學」的興起。光電子技術最傑出的成果是在光通信、光全息、光計算等方面。光通信於60年代開始提出，70年代得到迅速發展，它具有容量大、抗干擾強、保密性高、傳輸距離長的特點。光通信以激光為光源，以光導纖維為傳輸介質，比電通信容量大10億倍。一根頭發絲細的光纖可傳輸幾萬路電話和幾千路電視，20根光纖組成的光纜每天通話可達7.6萬人次，光通信開辟了高效、廉價、輕便的通信新途徑。以光碟為代表的信息存儲技術具有存儲量大、時間長、易操作、保密性好、低成本的優點，光碟存儲量是一般磁存儲量的1000倍。新一代的光計算機的研究與開發已成為國際高科技競爭的又一熱點。21世紀，人類將從工業時代進入信息時代。

激光是20世紀60年代初出現的一門新興科學技術。1917年愛因斯坦提出了受激輻射概念，指出受激輻射產生的光子具有頻率、相、偏振態以及傳播方向都相同的特點，而且受激輻射的光獲得了光的放大。他又指出實現光放大的主要條件是使高能態的原子數大於低能態的原子數，形成粒子數的反轉分布，從而為激光的誕生奠定了理論基礎。50年代在電氣工程師和物理學家研究無線電微波波段問題時產生了量子電子學。1958年湯斯等人提出把量子放大技術用於毫米波、紅外以及可見光波段的可能性，從而建立起激光的概念。1960年美國梅曼研製成世界上第一台激光器。經過30年的努力，激光器件已發展到相當高的水平：激光輸出波長幾乎覆蓋了從X射線到毫米波段，脈沖輸出功率達1019W/cm2，最短光脈沖達6×10-15s等。激光成功地滲透到近代科學技術的各個領域。利用激光高亮度、單色性好、方向性好、相乾性好的特點，在材料加工、精密測量、通信、醫療、全息照相、產品檢測、同位素分離、激光武器、受控熱核聚變等方面都獲得了廣泛的應用。

電子技術是在電子學的基礎上發展起來的。1906年，第一支三極電子管的出現，是電子技術的開端。1948年物理學家發明了半導體晶體管，這是物理學家認識和掌握了半導體中電子運動規律並成功地加以利用的結果，這一發明開拓了電子技術的新時代。50年代末發明了集成電路，而後集成電路向微型化方向發展。1967年產生了大規模集成電路，1977年超大規模集成電路誕生。從1950年至1980年的30年中，依靠物理知識的深化和工藝技術的進步，使晶體管的圖形尺寸（線寬）縮小了1000倍。今天的超大規模集成電路晶元上，在一根頭發絲粗細的橫截面積上，可以制備40個左右的晶體管。微電子技術的迅速發展使得信息處理能力和電子計算機容量不斷增長。40年代建成的第一台大型電子計算機，自重達30t，耗電200kW，佔地面積150m2，運算速度為每秒幾千次，而在今天一台筆記本電腦的性能完全可以超過它。面對超大規模電路中圖形尺寸不斷縮小的事實，人們已看到，半導體器件基礎上的微電子技術已接近它的物理上和技術上的極限。要求物理學家從微結構物理的研究中，製造出新的能滿足更高信息處理能力要求的器件，使微電子技術得到進一步發展。

3、物理學是科學的世界觀和方法論的基礎

物理學描繪了物質世界的一幅完整的圖象，它揭示出各種運動形態的相互聯系與相互轉化，充分體現了世界的物質性與物質世界的統一性，19世紀中期發現的能量守恆定律，被恩格斯稱為偉大的運動基本定律，它是19世紀自然科學的三大發現之一及唯物辯證法的自然科學基礎。著名的物理學家法拉第、愛因斯坦對自然力的統一性懷有堅強的信念，他們一生始終不渝地為證實各種現象之間的普遍聯系而努力。

物理學史告訴我們，新的物理概念和物理觀念的確立是人類認識史上的一個飛躍，只有沖破舊的傳統觀念的束縛才能得以問世。例如普朗克的能量子假設，由於突破了「能量連續變化」的傳統觀念，而遭到當時物理學界的反對。普朗克本人由於受到傳統觀念的束縛，在他提出能量子假設後多年，長期惴惴不安，一直徘徊不前，總想回到經典物理的立場。同樣，狹義相對論也是愛因斯坦在突破了牛頓的絕對時空觀的束縛，形成了相對論時空觀的基礎上建立的。而洛倫茲由於受到絕對時空觀的束縛，他提出了正確的坐標變換式，但不承認變換式中的時間是真實時間，一直提不出狹義相對論。這說明正確的科學觀與世界觀的確立，對科學的發展具有重要的作用。

物理學是理論和實驗緊密結合的科學。物理學中很多重大的發現，重要原理的提出和發展都體現了實驗與理論的辯證關系：實驗是理論的基礎，理論的正確與否要接受實驗的檢驗，而理論對實驗又有重要的指導作用，二者的結合推動物理學向前發展。一般物理學家在認識論上都堅持科學理論是對客觀實在的描述，著名理論物理學家薛定諤聲稱物理學是「絕對客觀真理的載體」。

綜上所述，通過物理教學培養學生正確的世界觀是物理學科本身的特點，是物理教學的一種優勢。要充分發揮這一優勢，提高自覺性，把世界觀的培養融會到教學中去。

一個科學理論的形成過程離不開科學思想的指導和科學方法的應用。正確的科學思維和科學方法是在人的認識途徑上實現從現象到本質，從偶然性到必然性，從未知到已知的橋梁。科學方法是學生在學習過程中打開學科大門的鑰匙，在未來從事科技工作時進行科技創新的銳利武器，教師在向學生傳授知識時，要啟迪引導學生掌握本門課程的方法論，這是培養具有創造性人才所必須的。

本門課程的方法論包括以下三方面的內容。

邏輯思維是科學抽象的重要形式，它是自然科學長期發展中形成的較嚴密的邏輯推理。在物理學中通常使用的有兩種思維方法：分析—綜合法，歸納—演繹法。在熱力學中常使用反證法。

（1）分析—綜合法 分析是把整體分解為部分；綜合是把對象的各個部分結合起來，它是與分析相反的一種思維過程。例如拋射體運動就可以分解為豎直方向的勻加速運動和水平方向的勻速運動，二者的合成就是拋體運動。物理學中的元過程法是一種特殊的分析方法，如牛頓把一切物體間的吸引力歸結為粒子間的引力，安培把電流之間的作用力歸結為電流元之間的作用力等等。

（2）歸納—演繹法 歸納法是從個別到一般的認識方法，演繹法則相反，它是從一般到個別的認識方法，即從已知的一般原理出發來考察某一特殊對象，從而推演出有關這個對象的結論的方法。歸納和演繹是科學認識過程中兩個相互獨立又相互依存的思維方法，都是科學認識過程中不可缺少的。

歸納法在科學發現和理論建立的過程中起著重要的作用。對於物理學家來說，真正使人興奮的因素來自歸納過程。比如牛頓通過對運動的研究，探索自然界的力的定律，從而發現了萬有引力定律。安培通過觀測電流之間相互作用的實驗建立了電流元相互作用的定律。運用演繹法，由已知力的規律做出明確的預見，海王星的發現就是一個突出例證，它對萬有引力理論又起了巨大的支持作用。

2.與物理學基本原理相聯系的基本方法

通過本書的學習，我們可以掌握來源於原理概念的基本方法。例如來源於能量守恆原理的能量方法，正因為我們堅持在任何物理過程中能量守恆定律應當成立，乃至可預言一種新的能量形式。泡利在分析β射線能譜時，為了堅持能量守恆，預言了中微子的存在，就是一個突出的例子。在分子運動論中有來源於統計平均原理的統計平均方法，在電磁學中有來源於高斯定理和安培環路定律的對稱性分析方法，還有來源於疊加原理的分析方法，在力學中有來源於牛頓定律的隔離體受力分析法等等。

3.科學發現中創造性的思維方法

在實際的科學發現中，不存在嚴格的邏輯通道，科學的創造常常是由於科學家們獨特的創造性思維的結果。在以往的教學中，大都是只講授前人的研究成果，而對於前人如何得到這些成果的思路和研究方法卻很少提到。這好像只給學生「點石成金」的金子，而沒有使學生練出這種「手指」。學習在科學探索中的方法的重要性，正如法國物理學家拉普拉斯所說：「認識一位巨人的研究方法，對於科學的進步……並不比發現本身更少用處，科學研究的方法通常是極富興趣的部分。」現把科學研究中常用的方法列舉如下。

（1）物理模型 物理模型是為了便於研究而建立的高度抽象的反映事物本質特徵的理想物體。人們運用物理模型便於計算推理，探索物質運動的規律，建立物理方程。在構造物理模型時，要對復雜事物加以抽象簡化，突出研究對象的主要特徵。例如，牛頓在發現萬有引力定律的過程中，就使用了抽象簡化建立理想模型的方法：從圓運動到橢圓運動，從質點到球體，從單體問題到兩體問題。他將理想模型與實際事物比較，再適當加以修正，最後使物理模型與物理世界基本符合。

物理學中有許多通過物理模型建立物理方程的實例，比如克勞修斯提出理想氣體模型，推導出氣體壓強公式；范德瓦爾斯分子模型的提出，導致真實氣體方程的建立；卡諾提出理想熱機模型和理想循環過程，導致卡諾定理的確立；安培提出分子電流模型，對物質磁性的本質作了解釋；麥克斯韋用分子渦旋的力學模型，導出了磁力公式、磁能公式，解釋了電磁感應現象。物理學中還有質點、剛體、單擺、點電荷、絕對黑體以及各種原子模型都是物理模型。分析前人在研究過程中建立模型的根據和思路，有助於增進對科學思想的理解。

（2）理想實驗 理想實驗是一種按照實驗的模型展開的思想推理過程，是邏輯推理的一種方法和形式。它避免了現實實驗中的許多困難，為揭露舊理論的缺陷、探索新的理論提供了簡便的方法。例如伽利略為說明慣性原理提出的球沿光滑斜面下滑又上升的理論實驗，牛頓為揭示天體運動與地上運動的統一性而構思的在山巔上作平拋運動的理想實驗等等。物理學發展史上，在一些重大概念產生的過程中，或者新舊理論交替的重要時刻，理想實驗都起著重要作用。例如，愛因斯坦為說明同時性相對性的「火車」，為說明等加速力場與引力場等價、慣性質量與引力質量等價的「升降機」，以及為說明熱力學規律是統計性規律的「麥克斯韋妖」等等。這些理想實驗都形象、生動、具體，使人們更便於接受新的物理思想，更容易理解新的物理概念。

（3）物理類比 物理類比方法是利用一種科學定律和另一種科學定律之間的部分相似性，用它們中的一個去說明另一個。類比是建立在兩類定律在數學形式上相似的基礎上。類比可以溝通不同領域的研究方法，可以在解析的抽象形式和假設之間提供媒介，還可以啟發新的物理思想，幫助人們去認識和發展一些尚待研究的物理過程和規律。例如，麥克斯韋通過把力線和不可壓縮流體的流線加以類比，找到了法拉第力線的數學描述；德布羅意通過力學和光學類比，引進了波粒二象性概念，提出了「物質波」假設；薛定諤通過力學與光學類比，創立了波動力學；普利斯特利通過電力與引力的類比，根據金屬容器內表面上沒有任何電荷，在內部也沒有任何電力和早已做出的均勻球殼內萬有引力為零的論證，早在庫侖定律提出18年前，就提出了一個機智的猜測：電的吸引力遵從萬有引力相同的規律，即與距離的平方成反比。

（4）物理假說 假說是根據一定的科學事實和科學理論對研究中的問題所提出的假定性的看法和說明。假說在科學發展過程中具有十分重要的作用。恩格斯在《自然辯證法》中明確指出：「只 要自然科學在思維著，它的發展形式就是假說。」假說既是科學研究的主要方法，又是科學認識發展的必要環節。例如麥克斯韋為了解釋在變化磁場中的導體迴路上所產生的感應電流的現象，提出了感生電場的假說；為了解決安培環路定律在傳導電流不連續時所遇到的困難，提出了位移電流的假說。這兩個假說在電磁場理論的建立過程中起著極為重要的作用。又如20世紀初物理學上一系列重大發現：X射線、放射性、電子的發現等，與原子不可分的學說發生沖突，於是產生了各種原子結構的假說。又如普朗克為了解釋他導出的與實驗結果完全一致的輻射公式提出了能量量子化的假說。又如愛因斯坦解釋光電效應實驗提出的光量子假說。德布羅意從X射線所表現出來的波和粒子的雙重特性出發，在光的波粒二象性思想的啟示下，提出了物質波的假說。

物理學的研究方法還有佯謬法，如愛因斯坦的追光悖論，伽利略的落體佯謬，還有科學想像、試探猜測以及科學直覺等創造性的思維方法，它們在物理原理的建立中都起了重要作用。

Ⅵ 固體物理對微電子有多重要

固體物理是微電子的理論基礎，當然很重要。
如果你是搞理論做科研寫論文的，那麼固體物理就是必修課且非常重要。但如果你是學工科，搞實踐不寫論文的，那隻需了解一下，就像幾乎所有理論一樣，它們都很重要，但也很基礎，基礎到沒法直接運用到實踐中來。但是沒有它們，也就沒有了那些新技術。

Ⅶ 我是電子信息科學與技術的學生 有門選修課是固體物理 請問這門課對於我這個專業來說重要不 可不可以不學

我是學微電子的，學過這門課。至於用處么，還是有的，比如分析半導體材料晶體結構什麼的很有用。電子系接觸材料方面比微電子要少，但完全不接觸材料么，也未必。其實很多學科在實踐中都不見得用得上，但是有一點，有時候學別的課時會有交叉的情況，你學了就知道是怎麼回事，不學就一頭霧水。
樓主你要想考研的話，學學沒壞處；如果不考研，那就算了，學分夠了就好。

Ⅷ 請問物理發展的意義是什麼啊

物理學是自然科學的帶頭學科：物理學作為嚴格的、定量的自然科學的帶頭學科，一直在科學技術的發展中發揮著極其重要的作用。它與數學、天文學、化學和生物學之間有密切的聯系，它們之間相互作用，促進了物理學及其它學科的發展。物理學與數學之間有深刻的內在聯系。物理學不滿足於定性地說明現象，或者簡單地用文字記載事實，為了盡可能准確地從數量關繫上去掌握物理規律，數學就成為物理學不可缺少的工具，而豐富多彩的物理世界又為數學研究開辟了廣闊的天地。物理學與數學的關系密切，淵源流長。歷史上有許多著名科學家，如牛頓、歐拉、高斯等，對於這兩門科學都做出了重要貢獻。19世紀末、20世紀初的一些大數學家如彭加勒、克萊因、希爾柏特等，盡管學術傾向不同，但都精通理論物理。近代物理學中關於混沌現象的研究也是物理學與數學相互結合的結果。物理學與天文學的關系更是密不可分，它可以追溯到早期開普勒與牛頓對行星運動的研究。現在提供天文學信息的波段已經從可見光頻段擴展到從無線電波到X射線寬廣的電磁波頻段，已採用了現代物理所提供的各種探測手段。另一方面，天文學提供了地球上實驗室所不具備的極端條件，如高溫、高壓、高能粒子、強引力等，構成了檢驗物理學理論的理想的實驗室。因此，幾乎所有的廣義相對論的證據都來自天文觀測。正電子和μ子都是首先在宇宙線研究中觀測到的，為粒子物理學的創建做出了貢獻。熱核反應理論是首先為解釋太陽能源問題而提出的，中子星理論則因脈沖星的發現得到證實，而現代宇宙論的標准模型——大爆炸理論，是完全建立在粒子物理理論基礎上的。物理學與化學本是唇齒相依、息息相關的。化學中的原子論、分子論的發展為物理學中氣體動理論的建立奠定了基礎，從而能夠對物質的熱學、力學、電學性質做出滿意的解釋；而物理學中量子理論的發展，原子的電子殼層結構的建立又從本質上說明了各種元素性質周期性變化的規律。量子力學的誕生以及隨後固體物理學的發展，使物理學與化學研究的對象日益深入到更加復雜的物質結構的層次，對半導體、超導體的研究，愈來愈需要化學家的配合與協助，在液晶科學、高分子科學和分子膜科學取得的進展是化學家、物理學家共同努力的結果。另一方面近代物理的理論和實驗技術又推動了化學的發展。物理學在生物學發展中的貢獻體現在兩個方面：一是為生命科學提供現代化的實驗手段，如電子顯微鏡、X射線衍射、核磁共振、掃描隧道顯微鏡等；二是為生命科學提供理論概念和方法。從19世紀起，生物學家在生物遺傳方面進行了大量的研究工作，提出了基因假設。但是，基因的物質基礎問題，仍然是一個疑問。在本世紀40年代，物理學家薛定諤對生命的基本問題感興趣，提出了遺傳密碼存儲於非周期晶體的觀點，由於在他的小冊子《生命是什麼？》中對此進行了闡述而廣為人知。40年代，英國劍橋大學的卡文迪什實驗室開展了對肌紅蛋白的X射線結構分析，經過長期的努力終於確定了DNA（脫氧核糖核酸）的晶體結構，揭示了遺傳密碼的本質，這是20世紀生物科學的最重大突破。分子生物學已經構成了生命科學的前沿領域，生物物理學顯然也是大有可為的。

Ⅸ 現代科學革命的基本內容

現代科學革命的主要內容

現代科學革命是以物理學革命為先導，以現代宇宙學、分子生物學、系統科學、軟科學的產生為重要內容，以自然科學、社會科學和思維科學相互滲透形成交叉學科為特徵的一次新的科學革命。

（一） 物理學革命的擴展

現代物理學革命在產生了研究高速（接近光速）物理現象的相對論和研究微觀現象的量子力學兩大基礎理論之後，迅速向宏觀、宇觀和微觀的更深層次擴展，並向著大統一的方向推進。天體物理學、原子核物理學、粒子物理學、凝聚態物理學和統一場論都是現代物理學中十分活躍的學科。尤其在第二次世界大戰以後，從宇宙天體物理的探索到物質結構之謎的揭示，都取得了飛速發展。現代物理學的每一個重大突破和發展都廣泛而深遠地影響其他學科的發展，極大地推動著生產和技術革命，使人類進入到能源、信息、材料、生物工程等高新技術的時代。

1.宇宙射線的新發現

1945年，宇宙射線正式成為宇宙線物理學一個分支學科的研究對象。它使用無線電電子學的技術方法，通過對宇宙天體所發射和反射電波的觀測研究，來進一步揭露宇宙天體的奧秘。1940年以前，人們對來自地球以外的宇宙射線開始有所認識。40年代末，發現混有氦、碳、氮、鐵等元素的宇宙射線在銀河系內慢慢加速，推測這些能量很高的宇宙射線是超新星爆炸時的飛散物，它們是在銀河磁場中加速的。人們觀測到太陽磁暴後地球上宇宙射線增加，說明低能宇宙射線來自太陽。英國鮑威爾、義大利奧查林尼、巴西拉蒂斯等科學家觀察到了宇宙射線的運動軌跡。60年代以來，由於科學技術的飛速發展，高靈敏度和高分辯率的巨型射電望遠鏡日益增多，發現並研究了許多新穎奇特的宇宙射電輻射，如微波背景輻射、類星體、脈沖星等。1963至1974年相繼發現星際分子30多種，其中包括多種組成生命結構的有機分子，如羥基（OH）、水分子、氨分子（NH3）、甲醛分子（CH2O）、甲酸分子（HCOOH）等，為探索生命的起源開辟了新的途徑。這些新成果，為天體演化、生命起源和基本粒子這三大基礎理論的研究，提供了極其重要的資料，促進了諸如X射線天文學、紅外天文學、中微子天文學等許多新學科的產生，使天文學的發展進入一個重要轉折時期，從而打破了對浩瀚宇宙的狹小視野，由原來的幾十億光年一下子擴展到100億光年、150億光年甚至更遠，為人們進一步認識無限的宇宙提供了新的科學證明。

2.粒子物理學的發展

第二次世界大戰以後，粒子物理學得到迅速發展，使人們對微觀物質的性質、結構、基本相互作用和運動規律的認識進入到新的階級。

1932年以前，人們對物質微觀結構的認識，已經歷了原子結構和原子核結構兩個階級。

30年代後期發現了μ子，50年代發現中微子。電子、μ子、中微子和它們的反粒子統稱為輕子。40年代末50年代初，陸續發現了一批質量超過質子和中子的基本粒子，稱為超子。如∧超子、∑超子、Ξ超子，又稱為重子。40年代末還發現一類質量介於重子和輕子之間的介子，如π介子、K介子等。60年代前期，小型高能加速器的建成又發現了200多種壽命極短的共振態粒子，平均壽命只有10-24～10-23秒，它們都是強子。1974年，丁肇中和美國物理學家裡赫特幾乎同時發現質量比質子重3倍多，而壽命比普通介子長約1000倍的新介子，後來合稱為J/ψ粒子，至今，已發現的基本粒子有300多種。根據它們的性質不同可分為：普通粒子、奇異粒子、共振粒子和新粒子。各種基本粒子在相互作用的條件下，遵循一定的對稱性和守恆定律，可以相互轉化。這些基本粒子的發現，把對物質微觀結構的認識推進到第三個階段。

基本粒子是不是物質微觀結構的最後一個層次？「基本」粒子能否再分？近20年來不少物理實驗說明基本粒子有其內在結構，基本粒子之間存在著某種內在聯系。人們曾先後提出多種關於重子和介子內部結構的模型。主要有：1949年的費米-楊振寧模型，1956年日本的坂田模型。這些模型能夠說明一些情況，但是在系統地解釋重子的性質方面遇到了困難。1964年蓋爾曼等人分析了重子和介子的對稱性質，提出了「誇克（Quark）模型」。他們提出了三種類型的誇克（u、d、s）和反誇克（ū、d、S ）。這一模型能很好地解釋重子和介子的性質，預言Ω一超子的存在。1970年格拉肖等人又提出第4種誇克-粲誇克（c、）。1977年萊德曼發現一種比質子重10倍的中性介子γ，是由第5種誇克-底誇克（b、）所組成。為了形象和方便，人們又從量子規范理論來描述，把u、d、s、c、b稱為5種味誇克，每種味又分紅、黃、藍三「色」。「色」和「味」都代表不同的量子態。這樣，正、反誇克的數目就成了30種。

與誇克理論的提出差不多同時，1965年中國北京基本粒子理論組提出「層子模型」，從結構的角度來研究重子和介子的衰變和轉化現象。認為重子、介子都是由更為基本的層子、反層子所組成，重子、介子的相互作用歸結為它們內部的層子的相互作用。還提出組成重子、介子的層子的波函數，並假定量子場論對層子也適用。這一模型對重子、介子的各種相互作用，特別對弱相互作用和電磁相互作用的衰變，進行了大量的計算，提出了一些預言，其中絕大部分計算和預言同當時實驗結果相吻合。誇克模型和層子模型的提出，標志對微觀物質結構認識的第四階段的到來。可是，誇克（或層子）曾長時間沒有獲得實驗上的支持，出現了所謂「誇克禁閉」現象。70年代，丁肇中等科學家在實驗室發現了膠子存在的跡象，為誇克層次的存在提供了間接證明。1994年4月26日美國費米國家加速器實驗室宣布：科學家們已發現了在物質理論中迄今尚未找到的亞原子結構單元—頂誇克的證據。他們用質子與反質子對撞的獨特方式，找到的「頂誇克」約174GeV，質量是質子的180多倍。粒子物理學使人類的認識已深入到亞原子（或亞原子核）階段，了解到物質構成的單元已小到誇克和輕子，其尺度都小於10-17 cm，認識的尺度縮小到原子的十億分之一。

在基本粒子領域中，量子電動力學、量子味動力學和量子色動力學的建立，極大地簡化了自然界相互作用的描述。但人們希望求得把所有已知的基本相互作用都包括進來的理論，即所謂大統一理論和超大統一理論。這一理論既能說明各種力的區別，又能揭示它們之間的深刻聯系。近年來已取得一些進展。如1961年美國物理學家格拉肖首先提出電、弱相互作用統一的模型。1967、1968年，美物理學家溫伯格和巴基斯坦物理學家薩拉姆獨立地在量子規范理論基礎上把這一模型發展完善後統稱為GWS理論，已得到實驗的支持。現在人們正在進一步探討三種相互作用甚至四種相互作用統一起來的可能性。根據大統一理論，在低能量下，強、弱、電作用分別滿足SUc(3)和SU(2) ×U(1對稱性；當能量高到1014～1016GeV時，強、弱、電三種作用統一為一種相互作用，滿足統一的SU（5）的對稱性。目前正在孕育著的物理學上的超弦論。超弦的尺度比基本粒子還小1019，而且所用的時空是10維的。如果這一理論一旦建立，就能把目前發現的一百多種基本粒子統一起來，還能把強力、弱力、電磁力、引力這四種基本作用力統一起來。（中國科協學會工作部編。《學科發展與科技進步學術研討會簡報》第1期，1994年4月28日）

3.凝聚態物理學的發展

凝聚態物理學是研究物質凝聚態（主要是液體和固體）的物理性質、結構及其內部規律的學科。對物質凝聚態的研究發現，固態有晶態和非晶態之分；液態有液晶和非晶液態之分。固體的非晶態和液晶具有許多優異特性。由於幾乎一切材料都是凝聚態，因而對凝聚態物理的研究具有重要意義。

1945年以後，固體物理學進入一個新階段。固體物理學中最重要的是結晶問題、超低溫問題和磁性問題。由於電子顯微鏡、電子衍射、中子衍射等技術的迅速發展，對於不完整晶體，進行各種晶體缺陷（諸如空位、雜質原子和位錯）的研究取得了很大進展，而這些同很多工業領域關系密切。1957年，J·巴丁、J·施里佛、L·庫波三個人共同發表了超導電性的量子力學微觀理論，即有名的BCS理論。同時前蘇聯柏哥留包夫用不同方法成功地說明了超導現象。1986年以來，瑞士的G·貝德諾茲和A·繆勒發現了更有前途的氧化物超導體：超導轉變溫度在40K左右的陶瓷化合物—鑭鋇銅氧化物系列。美籍中國物理學家朱經武和中國物理學家趙忠賢等在尋找更高轉變溫度材料方面有突出貢獻，1988年發現了轉變溫度高於90K的釔鋇銅氧化物系列。近年來，人們越來越重視研究無序固態材料，如無序合金、非晶材料、陶瓷材料等；也注意研究缺陷態、雜質態、表面態、界面態的性質。這些研究已深入到量子層次，已導致無序固態物理學的產生。總之，凝聚態物理學的每一步發展，都在不斷深化人們對物質客體的有序結構和無序結構以及各種材料理化性質的認識，豐富了辯證唯物主義的自然觀，並極大地推動了新技術革命的發展。

4. 量子化學的產生

應用量子力學的原理和方法研究分子的微觀結構的量子化學，是現代化學的重要理論基礎。它主要研究原子、分子和晶體的電子結構，分子間的相互作用，分子與分子間的相互碰撞及相互反應，以及微觀結構與宏觀性質的相互關系等。自1927年用量子力學原理研究氫分子獲得成功以來，量子化學發展極其迅速，使化學也由經驗性科學轉化為一門理論科學。目前已建立了比較健全的理論體系，發展了各種計算方法，並在各個領域中發揮重要作用。它和其他學科相互滲透形成一些邊緣學科，如量子生物化學、量子葯物化學，表面量子化學和固體量子化學等。

（二） 現代宇宙學的發展

現代宇宙學的任務是探索比星系更高的宇宙層次，研究目前觀測所及的大尺度宇宙的時空特性、物質及其運動規律。近幾十年來，科學家們提出了一些較有價值的宇宙理論。主要有：愛因斯坦的靜態宇宙模型、穩恆態宇宙學、膨脹宇宙模型、物質—反物質宇宙模型、大爆炸宇宙學和暴脹宇宙論。靜態宇宙模型已被天文觀測所否定。穩恆態宇宙學未被廣泛接受。

1927年比利時天文學家勒梅特根據河外星系都有譜線紅移現象，提出大尺度空間隨時間膨脹的概念。1929年美國哈勃和英國愛丁頓提出膨脹宇宙的假說。40年代末美國伽莫夫根據太陽能源是來自熱核反應的發現，提出了大爆炸宇宙說，認為宇宙是約在100億年前由高溫、高密度的「原始火球」的一次大爆炸形成的。並於1954年預言，大爆炸以後存在「宇宙灰燼」，它產生彌漫於整個空間的、相應於絕對溫度5度的輻射。1965年，美國A·桑德奇提出，宇宙以大約820億年為一周期進行脈動（膨脹和收縮）。大爆炸宇宙學由於得到河外星系的譜線紅移、氦元素的豐度、3K微波背景輻射三個重要觀測事實的支持，使它成為公認的標准模型。但是在說明宇宙年齡小於一秒時，卻碰到了諸如視界問題、空間平直性問題，均勻性（因果性）問題、平度（能量密度）總是重子不對稱問題和磁單極子問題等無法克服的困難，於是導致了暴脹宇宙論的產生。

1980年以來，曾先後建立了多個宇宙暴脹模型，其中有影響的是3個。第一個是美國A·古斯於1980年提出的，並於1981年發表了《暴脹宇宙：對視界和平直問題的可能解》一文。第二個是1981年底，前蘇聯的A·林德、美國的P·斯坦哈特與A·奧爾布雷特分別獨立提出的。第三個是由林德等發展的，被稱為混沌暴脹模型。暴脹宇宙論繼承和發展了以往宇宙理論中有價值的成果。它認為：在宇宙演化的極早期，當宇宙發生大爆炸以前，宇宙年齡處於10-30秒的瞬息中，經歷了一個按指數規律急劇膨脹階段（暴脹階段），以致它在極短的時間內膨脹了1050倍，完成了從對稱的假真空自發破缺轉化為大量的如誇克、輕子以及傳遞相互作用的玻色子等基本粒子。暴脹宇宙論還認為在我們所在的宇宙之外還存在有許許多多與我們所在宇宙不同的宇宙，有人算出多達1050個。由於暴脹宇宙論建立在粒子物理學等最新成就的基礎上，能夠不斷提出新概念和新方法，不斷解決各種難題，因而受到廣大科學家的關注。暴脹模型在哲學上也帶來一些新的內容，如關於宇宙的無限性問題。它從科學上把宇宙大大地擴大了，為宇宙的無限性提供了科學依據。還提出了在已知的物質形式之外還有新的物質形式存在，即設想在粒子之前還有其他物質形式存在，因而極大地豐富了人們關於物質的認識。

現代宇宙學是一門方興未艾的學科，正處於百家爭鳴的進期，提出的模型很多，有的已被否定，有的已得到一定程度的支持，但都還有待進一步的檢驗與發展。

（三） 生命科學的革命

20世紀，由於物理學和化學的滲透，各種強有力的研究手段的運用，生命科學的發展更為深入和迅速。一方面在微觀領域的分子水平上產生的分子生物學，進一步證實生物界的統一和聯系，實現了生物學上的又一次大綜合；另一方面，在宏觀、群體和綜合研究的基礎上產生了生態系統的概念，為環境保護、生物資源和土壤資源的合理利用等提供了理論基礎。與此同時，生命科學還向人類自身的大腦進軍，使腦科學獲得迅速發展。

1. 分子生物學的誕生

分子生物學是在分子水平上研究生命現象的物質基礎的科學。主要研究蛋白質和核酸等生物大分子的結構與功能，其中包括對各種生命過程，如光合作用、肌肉收縮、神經興奮和遺傳特徵傳遞等的研究，並深入到分子水平對它們進行物理、化學分析。目前，分子生物學已成為現代生物學發展的主流，它所取得的成果，已在實際工作中獲得某些重要的應用，為工農業及醫葯事業開辟了前所未有的廣闊前景。

1953年沃森和克里克提出了遺傳物質——DNA的雙螺旋結構模型，這是生物學中的一次偉大革命。60年代又搞清了核酸、蛋白質、酶等生物大分子的結構，同時揭示了遺傳密碼和核酸信息控制蛋白質特異結構的合成機制，由此建立了生物遺傳變異的信息概念。這表明從病毒、細菌、動植物到人類都具有一套共同的遺傳密碼、共同的信息符號。50年代「中心法則」的提出，70年代逆轉錄酶的發現，以及重組DNA技術的建立，為分子生物學的發展開辟了新的前景。這些成就，不僅為在分子水平上研究復雜的基因調節控制提供重要手段，而且在分子生物學的基礎上，產生了一個新的技術科學領域——遺傳工程，它已為人類定向改變生物遺傳性狀與創造新物種開辟了新途徑。

本世紀50年代，隨著蛋白質和核酸的化學結構測定方法的進展，人們發現只要把不同種屬生物體內起相同作用的蛋白質或核酸的結構進行比較，根據蛋白質或核酸在結構上差異的程度，就可以確定不同種屬的生物在親緣關繫上的遠近。親緣關系越近的種屬，其蛋白質或核酸的結構越相似；反之，其差異越大。據此，能得到反映生物進化的譜系。蛋白質分子細胞色素C在各種呼吸氧氣的物種細胞中均能找到。分析它就能知道不同物種的親緣關系。目前已對100多種生物的細胞色素C的化學結構進行了測定，並藉助計算機測定出平均700萬年改變一個氨基酸殘基。據此可以分析判斷，較高等的生物大約在25億萬年前同細菌分離。同樣，大約在15億年前植物和動物有共同的祖先。大約在10億年前昆蟲和脊椎動物有共同的祖先。對100多種生物的細胞色素C的化學結構進行比較後，已畫出了部分生物種屬的進化譜系。運用這種方法來確定物種間的親緣關系，要比過去依靠形態和解剖上的差異來確定有著更大的優越性。它不僅使得形態結構上非常簡單的微生物的進化有了判斷的依據，而且更能反映出生命活動的本質，更為精確地推算出物種趨異的時間。

2. 腦科學的進展

近年來，腦科學的研究取得了一系列新進展。主要有：（1）發現與某種思維活動相應的大腦區域，利用正電子層析攝影手段發現：人們辯別音符時用左腦，而在記住樂曲時多半用右腦；（2）腦電波與思維活動有一定的對應關系，可以從電波分析思維的內容；（3發現大腦內影響思維的生化物質——促腎上腺皮質激素和促黑素細胞激素能對思維產生重要影響；（4）對裂腦人的研究，發現大腦兩個半球的分工，左半球主要從事邏輯思維，右半球主要從事形象思維、空間定位、圖象識別、色彩欣賞等。還發現了裂腦科學的這些成就，從理論上提出了一些新觀點。如：思維的大腦神經迴路說，思維互補說等。這些新成就和新觀點，對工人智能的研究有著重要意義。

（四） 系統科學的產生和發展

系統科學是在第二次世界大戰前後興起的。它是以系統及其機理為對象，研究系統的類型、一般性質和運動規律的科學，包括系統論、資訊理論、控制論等基礎理論，系統工程等應用學科以及近年來發展起來的自組織理論。它具有橫斷科學的性質，與以往的結構科學（以研究「事物」為中心）、演化科學（以研究「過程」為中心）不同。它涉及許多學科研究對象中某些共同的方面。系統論、資訊理論、控制論就是把不同對象的共同方面，如系統、組織、信息、控制、調節、反饋等性質和機理抽取出來，用統一的、精確的科學概念和方法來描述，並力求用現代的數學工具來處理。所以，系統科學是現代科學向系統的多樣化、復雜化發展的必然產物。它在現代科學技術和哲學、社會科學的發展中具有十分重要的意義，為人們認識世界和改造世界提供了富有成效的、現代化的「新工具」。

1. 系統論、資訊理論、控制論的產生

在人類思想史上，早已有關於系統的觀念。古希臘思想家已提出「秩序」、「組織」、「整體」、「部分」等概念來認識世界。中國古代陰陽五行學說把事物看成相生相剋的整體。馬克思主義經典著作中也有關於系統的深刻思想。但作為研究各種系統一般原則的系統論則是於本世紀20～30年代，由美籍奧地利生物學家貝塔朗菲提出的。在現代科學技術和生產發展的沖擊下，科學家們已不能容忍用那種孤立、靜止，片面的觀點和方法來觀察世界，尤其是機械論和活力論已嚴重阻礙生物學的發展。於是，貝塔朗菲和一些科學家在20年代中期提出了機體論，創立了機體系統論的生物學研究方法，把協調、秩序和目的性等概念和數學模型應用於有機體的研究，主張把有機體作為一個整體或系統，用生物與環境相互關系的觀點來說明生命現象的本質，從而解釋以往機械論所無法解釋的生命現象。貝塔朗菲機體論的基本思想是：（1）整體觀點；（2）動態結構與能動觀點；（3）組織等級性觀點。這些基本思想已包含了貝塔朗菲後來提出的一般系統論的基本內容。1932年～1937年他先後發表了《理論生物學》、《現代發展理論》、《關於一般系統論》等著作，對系統概念、整體性、集中性、終極性以及封閉系統、開放系統等都作了深刻論述，從而奠定了現代系統論的基礎。

資訊理論是本世紀40年代在現代通信技術發展的基礎上誕生的，是研究信息的獲取、儲存、傳遞、計量、處理和利用等問題的一門新興學科。本世紀30年代以前，科學技術革命和工業革命主要表現在能量方面，如新的動力機、工具機的出現。其實質是人的感覺器官和效應器官的延長，是人的體力勞動的解放。本世紀30年代以後，科學技術所發生的革命性變化，主要表現在信息方面，表現在信息的傳遞、儲存、加工、處理等技術和通信、控制機以及人工智慧的發展。其實質是人的思維器官的伸展，是人的腦力勞動的解放。

1924年美國奈奎斯特和德國居普夫、繆勒等人發現電信號的傳輸速率與信道帶寬度成比例關系，從而最早提出了信息問題。1928年，哈特萊發表《信息傳輸》，首先提出信息是包含在消息中的信息量，而代碼、符號這類消息是信息的具體方式。他還提出了信息定量問題，認為可以用消息出現概率的對數來度量其中所包含的信息。如從S個符號中選出N個符號組成一組消息。則共有SN個可能性。其信息量為H = N logS。這一理論是現代信息理論的起源，但當時未引起人們的注意。直到第二次世界大戰期間，一些與通信技術有關的新技術陸續出現，如雷達、無線電通訊、電子計算機、脈沖技術等，為資訊理論的建立提供了技術基礎。同時，作為資訊理論數學基礎的概率論也得到飛速發展。在這種條件下，許多科學家從不同角度對資訊理論的基本理論進行了研究。1948年申農發表《通訊的數學理論》，把物理學中的數學統計方法用於通訊領域，提出了作為負熵的信息公式、信息量概念，給出了信息的定義，為現代信息理論奠定了基礎。從此，資訊理論作為一門獨立學科而出現。但是，這時的資訊理論還主要限於通訊理論。隨著資訊理論滲透到心理學、神經生理學、生物學和語言學等領域，資訊理論的含義越來越廣泛。40多年來，資訊理論與系統論、控制論交織在一起獲得迅速發展，形成一種綜合性的信息科學。其主要內容包括：（1）資訊理論，探討信息的質、量、傳輸等問題，這是理論基礎；（2）計算機科學，研究對信息進行加工處理的自動機械；（3）情報學，主要研究信息的記錄、儲存和檢索，研究信息儲存密度、速度等。

控制論也是本世紀40年代未在通訊技術發展的基礎上產生的。美國數學家維納被認為是現代控制論和信息科學的創立者。申農是他的學生，在創立資訊理論過程中曾得到他的幫助。第二次世界大戰期間，維納從事防空火力裝置的設計工作，需要使用自動機器控制高炮瞄準。於是維納將數學工具應用於火炮控制系統，處理飛行軌跡的時間序列，提出了一套預測飛機將要飛到的位置，使火炮准確擊中的最優辦法。而火炮控制系統中一個重要問題就是如何將控制裝置的誤差反饋回來作為修正下一步控制的依據。維納從生理學家羅森勃呂特那裡了解到人的神經系統與火炮控制系統有相似之處，都有反饋不足和過度的問題，本質上是對信息的一種處理。於是開始找到了人、動物與機器在控制、通訊方面的共同點。1943年維納與羅森勃呂特合作發表《行為、目的和目的論》一文，論證了目的性就是負反饋活動。1948年，維納所著的《控制論》一書出版，它標志著控制論的正式建立。1950年，維納發表《人有人的用處——控制論與社會》一書，對控制論作了更廣泛通俗的闡述。與信息科學的發展緊密聯系，控制論的基本概念和方法被應用於各個具體科學領域，研究對象從人和機器擴展到環境、生態、社會、軍事、經濟等許多部門，使控制論向應用科學方面迅速發展。其分支學科主要有：（1）工程式控制制論；（2）生物控制論；（3）社會控制論和經濟控制論；（4）大系統理論；（5）人工智慧，即智能模擬。

2．系統科學的新進展

20世紀50年代以後，形成了一股研究現代系統理論的熱潮，相繼出現了各種新的系統理論，如：普利高津的耗散結構理論、哈肯的協同學、費根鮑姆等的混沌理論、愛根的超循環理論、米勒的生命系統理論。

耗散結構理論是比利時理論生物學家普利高津於1969年「理論物理與生物學」國際會議上首次提出來的。1850年德國物理學家克勞修斯提出的熱力學第二定律，無法解釋生物系統從無序到有序、從簡單到復雜、從低級到高級的進化過程。這引起了普利高津的廣義熱力學派的興趣。從1946年到1967年整整20年中，普利高津學派把物理系統或生物系統的有序結構形成的條件當作一個新方向展開理論探索，並把重點放在新結構的產生是否與平衡中心的距離有關這一問題上。1969年，他們終於發現：一個開放系統在從平衡態到近平衡態再到遠離平衡態的非線性區時，系統內某個參量的變化達到一定閾值，通過漲落，系統就可能發生突變，由原來的無序狀態變為在時間上、空間上或功能上的有序狀態，形成一種動態穩定的有序結構。這種新的有序狀態必須不斷地與外界進行物質、能量和信息的交換，才能維持一定的穩定性，而且不因外界微小的擾動而被破壞，因而稱為耗散結構。這種耗散結構能夠產生自組織現象，所以耗散結構理論也叫「非平衡系統的自組織理論」。它解決了開放系統如何從無序轉化為有序的問題，對於處理可逆與不可逆、有序與無序、平衡與非平衡、整體與局部、決定論與隨機性等關系提出了良好的思考方法，從而把一般系統論向前推進了一大步。

協同學是由德國物理學家H·哈肯於1970年創立的。它以資訊理論、控制論、突變論等為基礎，採用統計學和動力學考察相結合的方法，通過類比，對各類系統中從無序到有序的現象建立一整套數學模型和處理方案。它是耗散結構理論的突破與推廣，也是一門關於自組織的理論。它進一步指出了一個系統從無序向有序轉化的關鍵並不在於熱力學平衡還是不平衡。也不在於離平衡態有多遠，而在於只要是一個由大量子系統構成的開放系統。耗散結構理論只討論了遠離平衡態系統從無序向有序的轉化，而協同學除了分析系統的「協同作用」外，進一步解決了近平衡態系統從無序向有序的轉化。協同學開始只限於研究一個非平衡開放系統在時間和空間方面的有序問題。1978年，哈肯在《協同學：最新趨勢與發展》一文中將協同學的內容擴展到功能有序。1979年，哈肯又注意到混沌現象的重要性，認為一個非平衡的開放系統不僅可以從無序到有序，而且也可以從有序到混沌（指由決定性方程所描述的不規則運動）。這一發現使協同學進入到一個新階段。1981年，哈肯在《20世紀80年代的物理思想》一文指出，在宇宙中也呈現有序結構。這些說明，無論是在宏觀領域還是在微觀領域，只要是開放系統，就可以在一定條件下呈現出非平衡的有序結構，都可以成為協同學的研究內容。

Ⅹ 固體物理學 學習收獲、感想與建議

新的實驗條件和技術日新月異，正為固體物理不斷開拓新的研究領域。極低溫、超高壓、強磁場等極端條件、超高真空技術、表面能譜術、材料制備的新技術、同步輻射技術、核物理技術、激光技術、光散射效應、各種粒子束技術、電子顯微術、穆斯堡爾效應、正電子湮沒技術、磁共振技術等現代化實驗手段，使固體物理性質的研究不斷向深度和廣度發展。由於固體物理本身是微電子技術、光電子學技術、能源技術、材料科學等技術學科的基礎，也由於固體物理學科內在的因素，固體物理的研究論文已佔物理學中研究論文三分之一以上。其發展趨勢是：由體內性質轉向研究表面有關的性質；由三維體系轉到低維體系；由晶態物質轉到非晶態物質；由平衡態特性轉到研究瞬態和亞穩態、臨界現象和相變；由完整晶體轉到研究晶體中的雜質、缺陷和各種微結構；由普通晶體轉到研究超點陣的材料。這些基礎研究又將促進新技術的發展，給人們帶來實際利益。同時，固體物理學的成就和實驗手段對化學物理、催化學科、生命科學、地學等的影響日益增長，正在形成新的交叉領域。