固体物理对现代科学技术有什么意义

Ⅰ 固体物理学

固体物理就是研讨固体（主要是晶体）材料物理特性的一门科学。它是从固体中的原子和电子状态的根本特点出发来讨论固体的物理性质，所以是最基础的、又同专业关系最密切的一门课程，它也讨论非晶体材料的性质，是学习金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学等的基础、先行课程。
虽然固体物理主要是讨论固体材料的问题，但是实际上对于讨论液体、气体材料也有参考价值。对于物理类和电子科学类的专业，固体物理是必修课。

Ⅱ 固体物理学的展望

新的实验条件和技术日新月异，正为固体物理不断开拓新的研究领域。极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段，使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。其发展趋势是：由体内性质转向研究表面有关的性质；由三维体系转到低维体系；由晶态物质转到非晶态物质；由平衡态特性转到研究瞬态和亚稳态、临界现象和相变；由完整晶体转到研究晶体中的杂质、缺陷和各种微结构；由普通晶体转到研究超点阵的材料。这些基础研究又将促进新技术的发展，给人们带来实际利益。

Ⅲ 固体物理对材料科学研究有什么作用

固体物理是挺抽象的理论，由于本人研究的是偏半导体器件方向。个人认为固体物理对材料科学的研究作用在于指导 材料研究的新方向，对材料的特性分析。应该算是一个工具吧。

Ⅳ 物理学对我们有什么用

物理是一门自然科学。在生活中，处处都有物理现象。物理虽然很难学，但是你会发现，物理是一个很有趣的课程。

金属球实验

二、填报专业

在我们广东，高考是3+1+2的模式，首选科目是物理和历史中任选一门，对于理科生来说，会选择物理课程。毕竟，在高校填报专业志愿时，百分之九十多的专业条件必须是物理学科。

三、未来就业

就业方面很广泛，例如：物理老师，传授知识；科研工作人员，为国家做出贡献；天文学家，识辨天文。

结束语：

虽然好玩，但是很多学生物理成绩出现挂科，因此要培养起对物理感兴趣，爱上物理，下定决心，认真复习，成绩会有所飞跃。

Ⅳ 你认为物理学对人类的发展有什么重要意义

物理学的作用与意义

物理学是一门基础科学，它研究的是物质运动的基本规律。不同的运动形式具有不同的运动规律，因而要用不同的研究方法处理，基于此，物理学又分为力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等各个部分。按照物理学的历史发展又可以分为经典物理与近代物理两部分。近代物理是相对于经典物理而言的，泛指以相对论和量子论为基础的20世纪物理学。由于物理学研究的规律具有很大的基本性与普遍性，所以它的基本概念和基本定律是自然科学的很多领域和工程技术的基础。由于物理学知识构成了物质世界的完整图象，所以它也是科学的世界观和方法论赖以建立的基础。

1、物理学是自然科学的带头学科

物理学作为严格的、定量的自然科学的带头学科，一直在科学技术的发展中发挥着极其重要的作用。它与数学、天文学、化学和生物学之间有密切的联系，它们之间相互作用，促进了物理学及其它学科的发展。

物理学与数学之间有深刻的内在联系。物理学不满足于定性地说明现象，或者简单地用文字记载事实，为了尽可能准确地从数量关系上去掌握物理规律，数学就成为物理学不可缺少的工具，而丰富多彩的物理世界又为数学研究开辟了广阔的天地。物理学与数学的关系密切，渊源流长。历史上有许多着名科学家，如牛顿、欧拉、高斯等，对于这两门科学都做出了重要贡献。19世纪末、20世纪初的一些大数学家如彭加勒、克莱因、希尔柏特等，尽管学术倾向不同，但都精通理论物理。近代物理学中关于混沌现象的研究也是物理学与数学相互结合的结果。

物理学与天文学的关系更是密不可分，它可以追溯到早期开普勒与牛顿对行星运动的研究。现在提供天文学信息的波段已经从可见光频段扩展到从无线电波到X射线宽广的电磁波频段，已采用了现代物理所提供的各种探测手段。另一方面，天文学提供了地球上实验室所不具备的极端条件，如高温、高压、高能粒子、强引力等，构成了检验物理学理论的理想的实验室。因此，几乎所有的广义相对论的证据都来自天文观测。正电子和μ子都是首先在宇宙线研究中观测到的，为粒子物理学的创建做出了贡献。热核反应理论是首先为解释太阳能源问题而提出的，中子星理论则因脉冲星的发现得到证实，而现代宇宙论的标准模型——大爆炸理论，是完全建立在粒子物理理论基础上的。

物理学与化学本是唇齿相依、息息相关的。化学中的原子论、分子论的发展为物理学中气体动理论的建立奠定了基础，从而能够对物质的热学、力学、电学性质做出满意的解释；而物理学中量子理论的发展，原子的电子壳层结构的建立又从本质上说明了各种元素性质周期性变化的规律。量子力学的诞生以及随后固体物理学的发展，使物理学与化学研究的对象日益深入到更加复杂的物质结构的层次，对半导体、超导体的研究，愈来愈需要化学家的配合与协助，在液晶科学、高分子科学和分子膜科学取得的进展是化学家、物理学家共同努力的结果。另一方面近代物理的理论和实验技术又推动了化学的发展。

物理学在生物学发展中的贡献体现在两个方面：一是为生命科学提供现代化的实验手段，如电子显微镜、X射线衍射、核磁共振、扫描隧道显微镜等；二是为生命科学提供理论概念和方法。从19世纪起，生物学家在生物遗传方面进行了大量的研究工作，提出了基因假设。但是，基因的物质基础问题，仍然是一个疑问。在本世纪40年代，物理学家薛定谔对生命的基本问题感兴趣，提出了遗传密码存储于非周期晶体的观点，由于在他的小册子《生命是什么？》中对此进行了阐述而广为人知。40年代，英国剑桥大学的卡文迪什实验室开展了对肌红蛋白的X射线结构分析，经过长期的努力终于确定了DNA（脱氧核糖核酸）的晶体结构，揭示了遗传密码的本质，这是20世纪生物科学的最重大突破。分子生物学已经构成了生命科学的前沿领域，生物物理学显然也是大有可为的。

2、物理学是现代技术革命的先导

一般说来，物理学与技术的关系存在两种基本模式：其一是由于生产实践的需要而创建了技术，例如18世纪至19世纪蒸汽机等热机技术，然后提高到理论上来，建立了热力学，再反馈到技术中去，促进技术的进一步发展；其二是先在实验室中揭示了基本规律，建立比较完整的理论，然后再在生产中发展成为一种全新的技术。19世纪电磁学的发展，提供了第二种模式的范例。在法拉第发现电磁感应和麦克斯韦确立了电磁场方程组的基础上，产生了今日的发电机、电动机、电报、电视、雷达，创建了现代的电力工程与无线电技术。正如美籍华裔物理学家李政道所说：“没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命”。

在当今世界中，第二种模式的重要性更为显着，物理学已成为现代高技术发展的先导与基础学科。反过来，高技术发展对物理学提出了新的要求，同时也提供了先进的研究条件与手段。所谓高技术指的是那些对社会经济发展起极大推动作用的当代尖端技术。下面就物理学的基础研究在当前最引人注目的高技术，即核能技术、超导技术、信息技术、激光技术、电子技术中所起的突出作用，作一概略的介绍。

能源的获取和利用是工业生产的头等大事，20世纪物理学的一项重大贡献就在于核能的利用，这可以说是由基础研究生长出来的一项全新的技术。1905年爱因斯坦质能关系式的提出，确立了核能利用的理论基础。物理学家1932年发现中子，1939年发现在中子引起铀核裂变时可释放能量，同时有更多的中子发射，于是提出利用“链式反应”来获得原子能的概念。40年代，根据重核裂变能量释放的原理，建立了原子反应堆，使核裂变能的利用成为现实。50年代，根据轻核在聚变时能量释放的原理，设计了受控聚变反应堆。聚变能不仅丰富，而且安全清洁。可控热核聚变能的研究将为解决21世纪的能源问题开辟道路。

在能源和动力方面，可以无损耗地传输电流的超导体的广泛应用，也可能导致一场革命。1911年荷兰物理学家昂尼斯（Onners）发现纯的水银样品在4.2K附近电阻突然消失，接着又发现其它一些金属也有这样的现象，这一发现开辟了一个崭新的超导物理领域。1957年BCS理论进一步揭示超导电性的微观机理，1962年约瑟夫森效应的发现又将超导的应用扩展到量子电子学领域。在液氦温区（1K～5.2K）工作的常规超导体所绕成的线圈已在加速器、磁流体发电装置及大型实验设备中用来产生强磁场，可以节约大量电能；在发电机和电动机上应用超导体，已经制成接近实用规模的试验性样机。由于这些成功的应用，再加上超导储能、超导输电和悬浮列车等的应用，可以看到高温超导体具有广阔的应用前景。自从1987年美籍华裔物理学家朱经武和中国科学院赵忠贤等人发现液氮温区（63K～80K）的高温超导体问世以来，超导材料的实用化已取得较大进展，它在大电流技术中的应用前景是最激动人心的。

信息技术在现代工业中的地位日趋重要，计算技术、通信技术和控制技术已经从根本上改变了当代社会的面貌。如果说第一次工业革命是动力或能量的革命，那么第二次工业革命就是信息或负熵的革命。人类迈向信息时代，面对着内容繁杂、数量庞大、形式多样的日趋增值的信息，迫切要求信息的处理、存储、传输等技术从原来依赖于“电”的行为，转向于“光”的行为，从而促进了“光子学”和“光电子学”的兴起。光电子技术最杰出的成果是在光通信、光全息、光计算等方面。光通信于60年代开始提出，70年代得到迅速发展，它具有容量大、抗干扰强、保密性高、传输距离长的特点。光通信以激光为光源，以光导纤维为传输介质，比电通信容量大10亿倍。一根头发丝细的光纤可传输几万路电话和几千路电视，20根光纤组成的光缆每天通话可达7.6万人次，光通信开辟了高效、廉价、轻便的通信新途径。以光盘为代表的信息存储技术具有存储量大、时间长、易操作、保密性好、低成本的优点，光盘存储量是一般磁存储量的1000倍。新一代的光计算机的研究与开发已成为国际高科技竞争的又一热点。21世纪，人类将从工业时代进入信息时代。

激光是20世纪60年代初出现的一门新兴科学技术。1917年爱因斯坦提出了受激辐射概念，指出受激辐射产生的光子具有频率、相、偏振态以及传播方向都相同的特点，而且受激辐射的光获得了光的放大。他又指出实现光放大的主要条件是使高能态的原子数大于低能态的原子数，形成粒子数的反转分布，从而为激光的诞生奠定了理论基础。50年代在电气工程师和物理学家研究无线电微波波段问题时产生了量子电子学。1958年汤斯等人提出把量子放大技术用于毫米波、红外以及可见光波段的可能性，从而建立起激光的概念。1960年美国梅曼研制成世界上第一台激光器。经过30年的努力，激光器件已发展到相当高的水平：激光输出波长几乎覆盖了从X射线到毫米波段，脉冲输出功率达1019W/cm2，最短光脉冲达6×10-15s等。激光成功地渗透到近代科学技术的各个领域。利用激光高亮度、单色性好、方向性好、相干性好的特点，在材料加工、精密测量、通信、医疗、全息照相、产品检测、同位素分离、激光武器、受控热核聚变等方面都获得了广泛的应用。

电子技术是在电子学的基础上发展起来的。1906年，第一支三极电子管的出现，是电子技术的开端。1948年物理学家发明了半导体晶体管，这是物理学家认识和掌握了半导体中电子运动规律并成功地加以利用的结果，这一发明开拓了电子技术的新时代。50年代末发明了集成电路，而后集成电路向微型化方向发展。1967年产生了大规模集成电路，1977年超大规模集成电路诞生。从1950年至1980年的30年中，依靠物理知识的深化和工艺技术的进步，使晶体管的图形尺寸（线宽）缩小了1000倍。今天的超大规模集成电路芯片上，在一根头发丝粗细的横截面积上，可以制备40个左右的晶体管。微电子技术的迅速发展使得信息处理能力和电子计算机容量不断增长。40年代建成的第一台大型电子计算机，自重达30t，耗电200kW，占地面积150m2，运算速度为每秒几千次，而在今天一台笔记本电脑的性能完全可以超过它。面对超大规模电路中图形尺寸不断缩小的事实，人们已看到，半导体器件基础上的微电子技术已接近它的物理上和技术上的极限。要求物理学家从微结构物理的研究中，制造出新的能满足更高信息处理能力要求的器件，使微电子技术得到进一步发展。

3、物理学是科学的世界观和方法论的基础

物理学描绘了物质世界的一幅完整的图象，它揭示出各种运动形态的相互联系与相互转化，充分体现了世界的物质性与物质世界的统一性，19世纪中期发现的能量守恒定律，被恩格斯称为伟大的运动基本定律，它是19世纪自然科学的三大发现之一及唯物辩证法的自然科学基础。着名的物理学家法拉第、爱因斯坦对自然力的统一性怀有坚强的信念，他们一生始终不渝地为证实各种现象之间的普遍联系而努力。

物理学史告诉我们，新的物理概念和物理观念的确立是人类认识史上的一个飞跃，只有冲破旧的传统观念的束缚才能得以问世。例如普朗克的能量子假设，由于突破了“能量连续变化”的传统观念，而遭到当时物理学界的反对。普朗克本人由于受到传统观念的束缚，在他提出能量子假设后多年，长期惴惴不安，一直徘徊不前，总想回到经典物理的立场。同样，狭义相对论也是爱因斯坦在突破了牛顿的绝对时空观的束缚，形成了相对论时空观的基础上建立的。而洛伦兹由于受到绝对时空观的束缚，他提出了正确的坐标变换式，但不承认变换式中的时间是真实时间，一直提不出狭义相对论。这说明正确的科学观与世界观的确立，对科学的发展具有重要的作用。

物理学是理论和实验紧密结合的科学。物理学中很多重大的发现，重要原理的提出和发展都体现了实验与理论的辩证关系：实验是理论的基础，理论的正确与否要接受实验的检验，而理论对实验又有重要的指导作用，二者的结合推动物理学向前发展。一般物理学家在认识论上都坚持科学理论是对客观实在的描述，着名理论物理学家薛定谔声称物理学是“绝对客观真理的载体”。

综上所述，通过物理教学培养学生正确的世界观是物理学科本身的特点，是物理教学的一种优势。要充分发挥这一优势，提高自觉性，把世界观的培养融会到教学中去。

一个科学理论的形成过程离不开科学思想的指导和科学方法的应用。正确的科学思维和科学方法是在人的认识途径上实现从现象到本质，从偶然性到必然性，从未知到已知的桥梁。科学方法是学生在学习过程中打开学科大门的钥匙，在未来从事科技工作时进行科技创新的锐利武器，教师在向学生传授知识时，要启迪引导学生掌握本门课程的方法论，这是培养具有创造性人才所必须的。

本门课程的方法论包括以下三方面的内容。

逻辑思维是科学抽象的重要形式，它是自然科学长期发展中形成的较严密的逻辑推理。在物理学中通常使用的有两种思维方法：分析—综合法，归纳—演绎法。在热力学中常使用反证法。

（1）分析—综合法 分析是把整体分解为部分；综合是把对象的各个部分结合起来，它是与分析相反的一种思维过程。例如抛射体运动就可以分解为竖直方向的匀加速运动和水平方向的匀速运动，二者的合成就是抛体运动。物理学中的元过程法是一种特殊的分析方法，如牛顿把一切物体间的吸引力归结为粒子间的引力，安培把电流之间的作用力归结为电流元之间的作用力等等。

（2）归纳—演绎法 归纳法是从个别到一般的认识方法，演绎法则相反，它是从一般到个别的认识方法，即从已知的一般原理出发来考察某一特殊对象，从而推演出有关这个对象的结论的方法。归纳和演绎是科学认识过程中两个相互独立又相互依存的思维方法，都是科学认识过程中不可缺少的。

归纳法在科学发现和理论建立的过程中起着重要的作用。对于物理学家来说，真正使人兴奋的因素来自归纳过程。比如牛顿通过对运动的研究，探索自然界的力的定律，从而发现了万有引力定律。安培通过观测电流之间相互作用的实验建立了电流元相互作用的定律。运用演绎法，由已知力的规律做出明确的预见，海王星的发现就是一个突出例证，它对万有引力理论又起了巨大的支持作用。

2.与物理学基本原理相联系的基本方法

通过本书的学习，我们可以掌握来源于原理概念的基本方法。例如来源于能量守恒原理的能量方法，正因为我们坚持在任何物理过程中能量守恒定律应当成立，乃至可预言一种新的能量形式。泡利在分析β射线能谱时，为了坚持能量守恒，预言了中微子的存在，就是一个突出的例子。在分子运动论中有来源于统计平均原理的统计平均方法，在电磁学中有来源于高斯定理和安培环路定律的对称性分析方法，还有来源于叠加原理的分析方法，在力学中有来源于牛顿定律的隔离体受力分析法等等。

3.科学发现中创造性的思维方法

在实际的科学发现中，不存在严格的逻辑通道，科学的创造常常是由于科学家们独特的创造性思维的结果。在以往的教学中，大都是只讲授前人的研究成果，而对于前人如何得到这些成果的思路和研究方法却很少提到。这好像只给学生“点石成金”的金子，而没有使学生练出这种“手指”。学习在科学探索中的方法的重要性，正如法国物理学家拉普拉斯所说：“认识一位巨人的研究方法，对于科学的进步……并不比发现本身更少用处，科学研究的方法通常是极富兴趣的部分。”现把科学研究中常用的方法列举如下。

（1）物理模型 物理模型是为了便于研究而建立的高度抽象的反映事物本质特征的理想物体。人们运用物理模型便于计算推理，探索物质运动的规律，建立物理方程。在构造物理模型时，要对复杂事物加以抽象简化，突出研究对象的主要特征。例如，牛顿在发现万有引力定律的过程中，就使用了抽象简化建立理想模型的方法：从圆运动到椭圆运动，从质点到球体，从单体问题到两体问题。他将理想模型与实际事物比较，再适当加以修正，最后使物理模型与物理世界基本符合。

物理学中有许多通过物理模型建立物理方程的实例，比如克劳修斯提出理想气体模型，推导出气体压强公式；范德瓦尔斯分子模型的提出，导致真实气体方程的建立；卡诺提出理想热机模型和理想循环过程，导致卡诺定理的确立；安培提出分子电流模型，对物质磁性的本质作了解释；麦克斯韦用分子涡旋的力学模型，导出了磁力公式、磁能公式，解释了电磁感应现象。物理学中还有质点、刚体、单摆、点电荷、绝对黑体以及各种原子模型都是物理模型。分析前人在研究过程中建立模型的根据和思路，有助于增进对科学思想的理解。

（2）理想实验 理想实验是一种按照实验的模型展开的思想推理过程，是逻辑推理的一种方法和形式。它避免了现实实验中的许多困难，为揭露旧理论的缺陷、探索新的理论提供了简便的方法。例如伽利略为说明惯性原理提出的球沿光滑斜面下滑又上升的理论实验，牛顿为揭示天体运动与地上运动的统一性而构思的在山巅上作平抛运动的理想实验等等。物理学发展史上，在一些重大概念产生的过程中，或者新旧理论交替的重要时刻，理想实验都起着重要作用。例如，爱因斯坦为说明同时性相对性的“火车”，为说明等加速力场与引力场等价、惯性质量与引力质量等价的“升降机”，以及为说明热力学规律是统计性规律的“麦克斯韦妖”等等。这些理想实验都形象、生动、具体，使人们更便于接受新的物理思想，更容易理解新的物理概念。

（3）物理类比 物理类比方法是利用一种科学定律和另一种科学定律之间的部分相似性，用它们中的一个去说明另一个。类比是建立在两类定律在数学形式上相似的基础上。类比可以沟通不同领域的研究方法，可以在解析的抽象形式和假设之间提供媒介，还可以启发新的物理思想，帮助人们去认识和发展一些尚待研究的物理过程和规律。例如，麦克斯韦通过把力线和不可压缩流体的流线加以类比，找到了法拉第力线的数学描述；德布罗意通过力学和光学类比，引进了波粒二象性概念，提出了“物质波”假设；薛定谔通过力学与光学类比，创立了波动力学；普利斯特利通过电力与引力的类比，根据金属容器内表面上没有任何电荷，在内部也没有任何电力和早已做出的均匀球壳内万有引力为零的论证，早在库仑定律提出18年前，就提出了一个机智的猜测：电的吸引力遵从万有引力相同的规律，即与距离的平方成反比。

（4）物理假说 假说是根据一定的科学事实和科学理论对研究中的问题所提出的假定性的看法和说明。假说在科学发展过程中具有十分重要的作用。恩格斯在《自然辩证法》中明确指出：“只 要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”假说既是科学研究的主要方法，又是科学认识发展的必要环节。例如麦克斯韦为了解释在变化磁场中的导体回路上所产生的感应电流的现象，提出了感生电场的假说；为了解决安培环路定律在传导电流不连续时所遇到的困难，提出了位移电流的假说。这两个假说在电磁场理论的建立过程中起着极为重要的作用。又如20世纪初物理学上一系列重大发现：X射线、放射性、电子的发现等，与原子不可分的学说发生冲突，于是产生了各种原子结构的假说。又如普朗克为了解释他导出的与实验结果完全一致的辐射公式提出了能量量子化的假说。又如爱因斯坦解释光电效应实验提出的光量子假说。德布罗意从X射线所表现出来的波和粒子的双重特性出发，在光的波粒二象性思想的启示下，提出了物质波的假说。

物理学的研究方法还有佯谬法，如爱因斯坦的追光悖论，伽利略的落体佯谬，还有科学想象、试探猜测以及科学直觉等创造性的思维方法，它们在物理原理的建立中都起了重要作用。

Ⅵ 固体物理对微电子有多重要

固体物理是微电子的理论基础，当然很重要。
如果你是搞理论做科研写论文的，那么固体物理就是必修课且非常重要。但如果你是学工科，搞实践不写论文的，那只需了解一下，就像几乎所有理论一样，它们都很重要，但也很基础，基础到没法直接运用到实践中来。但是没有它们，也就没有了那些新技术。

Ⅶ 我是电子信息科学与技术的学生 有门选修课是固体物理 请问这门课对于我这个专业来说重要不 可不可以不学

我是学微电子的，学过这门课。至于用处么，还是有的，比如分析半导体材料晶体结构什么的很有用。电子系接触材料方面比微电子要少，但完全不接触材料么，也未必。其实很多学科在实践中都不见得用得上，但是有一点，有时候学别的课时会有交叉的情况，你学了就知道是怎么回事，不学就一头雾水。
楼主你要想考研的话，学学没坏处；如果不考研，那就算了，学分够了就好。

Ⅷ 请问物理发展的意义是什么啊

物理学是自然科学的带头学科：物理学作为严格的、定量的自然科学的带头学科，一直在科学技术的发展中发挥着极其重要的作用。它与数学、天文学、化学和生物学之间有密切的联系，它们之间相互作用，促进了物理学及其它学科的发展。物理学与数学之间有深刻的内在联系。物理学不满足于定性地说明现象，或者简单地用文字记载事实，为了尽可能准确地从数量关系上去掌握物理规律，数学就成为物理学不可缺少的工具，而丰富多彩的物理世界又为数学研究开辟了广阔的天地。物理学与数学的关系密切，渊源流长。历史上有许多着名科学家，如牛顿、欧拉、高斯等，对于这两门科学都做出了重要贡献。19世纪末、20世纪初的一些大数学家如彭加勒、克莱因、希尔柏特等，尽管学术倾向不同，但都精通理论物理。近代物理学中关于混沌现象的研究也是物理学与数学相互结合的结果。物理学与天文学的关系更是密不可分，它可以追溯到早期开普勒与牛顿对行星运动的研究。现在提供天文学信息的波段已经从可见光频段扩展到从无线电波到X射线宽广的电磁波频段，已采用了现代物理所提供的各种探测手段。另一方面，天文学提供了地球上实验室所不具备的极端条件，如高温、高压、高能粒子、强引力等，构成了检验物理学理论的理想的实验室。因此，几乎所有的广义相对论的证据都来自天文观测。正电子和μ子都是首先在宇宙线研究中观测到的，为粒子物理学的创建做出了贡献。热核反应理论是首先为解释太阳能源问题而提出的，中子星理论则因脉冲星的发现得到证实，而现代宇宙论的标准模型——大爆炸理论，是完全建立在粒子物理理论基础上的。物理学与化学本是唇齿相依、息息相关的。化学中的原子论、分子论的发展为物理学中气体动理论的建立奠定了基础，从而能够对物质的热学、力学、电学性质做出满意的解释；而物理学中量子理论的发展，原子的电子壳层结构的建立又从本质上说明了各种元素性质周期性变化的规律。量子力学的诞生以及随后固体物理学的发展，使物理学与化学研究的对象日益深入到更加复杂的物质结构的层次，对半导体、超导体的研究，愈来愈需要化学家的配合与协助，在液晶科学、高分子科学和分子膜科学取得的进展是化学家、物理学家共同努力的结果。另一方面近代物理的理论和实验技术又推动了化学的发展。物理学在生物学发展中的贡献体现在两个方面：一是为生命科学提供现代化的实验手段，如电子显微镜、X射线衍射、核磁共振、扫描隧道显微镜等；二是为生命科学提供理论概念和方法。从19世纪起，生物学家在生物遗传方面进行了大量的研究工作，提出了基因假设。但是，基因的物质基础问题，仍然是一个疑问。在本世纪40年代，物理学家薛定谔对生命的基本问题感兴趣，提出了遗传密码存储于非周期晶体的观点，由于在他的小册子《生命是什么？》中对此进行了阐述而广为人知。40年代，英国剑桥大学的卡文迪什实验室开展了对肌红蛋白的X射线结构分析，经过长期的努力终于确定了DNA（脱氧核糖核酸）的晶体结构，揭示了遗传密码的本质，这是20世纪生物科学的最重大突破。分子生物学已经构成了生命科学的前沿领域，生物物理学显然也是大有可为的。

Ⅸ 现代科学革命的基本内容

现代科学革命的主要内容

现代科学革命是以物理学革命为先导，以现代宇宙学、分子生物学、系统科学、软科学的产生为重要内容，以自然科学、社会科学和思维科学相互渗透形成交叉学科为特征的一次新的科学革命。

（一） 物理学革命的扩展

现代物理学革命在产生了研究高速（接近光速）物理现象的相对论和研究微观现象的量子力学两大基础理论之后，迅速向宏观、宇观和微观的更深层次扩展，并向着大统一的方向推进。天体物理学、原子核物理学、粒子物理学、凝聚态物理学和统一场论都是现代物理学中十分活跃的学科。尤其在第二次世界大战以后，从宇宙天体物理的探索到物质结构之谜的揭示，都取得了飞速发展。现代物理学的每一个重大突破和发展都广泛而深远地影响其他学科的发展，极大地推动着生产和技术革命，使人类进入到能源、信息、材料、生物工程等高新技术的时代。

1.宇宙射线的新发现

1945年，宇宙射线正式成为宇宙线物理学一个分支学科的研究对象。它使用无线电电子学的技术方法，通过对宇宙天体所发射和反射电波的观测研究，来进一步揭露宇宙天体的奥秘。1940年以前，人们对来自地球以外的宇宙射线开始有所认识。40年代末，发现混有氦、碳、氮、铁等元素的宇宙射线在银河系内慢慢加速，推测这些能量很高的宇宙射线是超新星爆炸时的飞散物，它们是在银河磁场中加速的。人们观测到太阳磁暴后地球上宇宙射线增加，说明低能宇宙射线来自太阳。英国鲍威尔、意大利奥查林尼、巴西拉蒂斯等科学家观察到了宇宙射线的运动轨迹。60年代以来，由于科学技术的飞速发展，高灵敏度和高分辩率的巨型射电望远镜日益增多，发现并研究了许多新颖奇特的宇宙射电辐射，如微波背景辐射、类星体、脉冲星等。1963至1974年相继发现星际分子30多种，其中包括多种组成生命结构的有机分子，如羟基（OH）、水分子、氨分子（NH3）、甲醛分子（CH2O）、甲酸分子（HCOOH）等，为探索生命的起源开辟了新的途径。这些新成果，为天体演化、生命起源和基本粒子这三大基础理论的研究，提供了极其重要的资料，促进了诸如X射线天文学、红外天文学、中微子天文学等许多新学科的产生，使天文学的发展进入一个重要转折时期，从而打破了对浩瀚宇宙的狭小视野，由原来的几十亿光年一下子扩展到100亿光年、150亿光年甚至更远，为人们进一步认识无限的宇宙提供了新的科学证明。

2.粒子物理学的发展

第二次世界大战以后，粒子物理学得到迅速发展，使人们对微观物质的性质、结构、基本相互作用和运动规律的认识进入到新的阶级。

1932年以前，人们对物质微观结构的认识，已经历了原子结构和原子核结构两个阶级。

30年代后期发现了μ子，50年代发现中微子。电子、μ子、中微子和它们的反粒子统称为轻子。40年代末50年代初，陆续发现了一批质量超过质子和中子的基本粒子，称为超子。如∧超子、∑超子、Ξ超子，又称为重子。40年代末还发现一类质量介于重子和轻子之间的介子，如π介子、K介子等。60年代前期，小型高能加速器的建成又发现了200多种寿命极短的共振态粒子，平均寿命只有10-24～10-23秒，它们都是强子。1974年，丁肇中和美国物理学家里赫特几乎同时发现质量比质子重3倍多，而寿命比普通介子长约1000倍的新介子，后来合称为J/ψ粒子，至今，已发现的基本粒子有300多种。根据它们的性质不同可分为：普通粒子、奇异粒子、共振粒子和新粒子。各种基本粒子在相互作用的条件下，遵循一定的对称性和守恒定律，可以相互转化。这些基本粒子的发现，把对物质微观结构的认识推进到第三个阶段。

基本粒子是不是物质微观结构的最后一个层次？“基本”粒子能否再分？近20年来不少物理实验说明基本粒子有其内在结构，基本粒子之间存在着某种内在联系。人们曾先后提出多种关于重子和介子内部结构的模型。主要有：1949年的费米-杨振宁模型，1956年日本的坂田模型。这些模型能够说明一些情况，但是在系统地解释重子的性质方面遇到了困难。1964年盖尔曼等人分析了重子和介子的对称性质，提出了“夸克（Quark）模型”。他们提出了三种类型的夸克（u、d、s）和反夸克（ū、d、S ）。这一模型能很好地解释重子和介子的性质，预言Ω一超子的存在。1970年格拉肖等人又提出第4种夸克-粲夸克（c、）。1977年莱德曼发现一种比质子重10倍的中性介子γ，是由第5种夸克-底夸克（b、）所组成。为了形象和方便，人们又从量子规范理论来描述，把u、d、s、c、b称为5种味夸克，每种味又分红、黄、蓝三“色”。“色”和“味”都代表不同的量子态。这样，正、反夸克的数目就成了30种。

与夸克理论的提出差不多同时，1965年中国北京基本粒子理论组提出“层子模型”，从结构的角度来研究重子和介子的衰变和转化现象。认为重子、介子都是由更为基本的层子、反层子所组成，重子、介子的相互作用归结为它们内部的层子的相互作用。还提出组成重子、介子的层子的波函数，并假定量子场论对层子也适用。这一模型对重子、介子的各种相互作用，特别对弱相互作用和电磁相互作用的衰变，进行了大量的计算，提出了一些预言，其中绝大部分计算和预言同当时实验结果相吻合。夸克模型和层子模型的提出，标志对微观物质结构认识的第四阶段的到来。可是，夸克（或层子）曾长时间没有获得实验上的支持，出现了所谓“夸克禁闭”现象。70年代，丁肇中等科学家在实验室发现了胶子存在的迹象，为夸克层次的存在提供了间接证明。1994年4月26日美国费米国家加速器实验室宣布：科学家们已发现了在物质理论中迄今尚未找到的亚原子结构单元—顶夸克的证据。他们用质子与反质子对撞的独特方式，找到的“顶夸克”约174GeV，质量是质子的180多倍。粒子物理学使人类的认识已深入到亚原子（或亚原子核）阶段，了解到物质构成的单元已小到夸克和轻子，其尺度都小于10-17 cm，认识的尺度缩小到原子的十亿分之一。

在基本粒子领域中，量子电动力学、量子味动力学和量子色动力学的建立，极大地简化了自然界相互作用的描述。但人们希望求得把所有已知的基本相互作用都包括进来的理论，即所谓大统一理论和超大统一理论。这一理论既能说明各种力的区别，又能揭示它们之间的深刻联系。近年来已取得一些进展。如1961年美国物理学家格拉肖首先提出电、弱相互作用统一的模型。1967、1968年，美物理学家温伯格和巴基斯坦物理学家萨拉姆独立地在量子规范理论基础上把这一模型发展完善后统称为GWS理论，已得到实验的支持。现在人们正在进一步探讨三种相互作用甚至四种相互作用统一起来的可能性。根据大统一理论，在低能量下，强、弱、电作用分别满足SUc(3)和SU(2) ×U(1对称性；当能量高到1014～1016GeV时，强、弱、电三种作用统一为一种相互作用，满足统一的SU（5）的对称性。目前正在孕育着的物理学上的超弦论。超弦的尺度比基本粒子还小1019，而且所用的时空是10维的。如果这一理论一旦建立，就能把目前发现的一百多种基本粒子统一起来，还能把强力、弱力、电磁力、引力这四种基本作用力统一起来。（中国科协学会工作部编。《学科发展与科技进步学术研讨会简报》第1期，1994年4月28日）

3.凝聚态物理学的发展

凝聚态物理学是研究物质凝聚态（主要是液体和固体）的物理性质、结构及其内部规律的学科。对物质凝聚态的研究发现，固态有晶态和非晶态之分；液态有液晶和非晶液态之分。固体的非晶态和液晶具有许多优异特性。由于几乎一切材料都是凝聚态，因而对凝聚态物理的研究具有重要意义。

1945年以后，固体物理学进入一个新阶段。固体物理学中最重要的是结晶问题、超低温问题和磁性问题。由于电子显微镜、电子衍射、中子衍射等技术的迅速发展，对于不完整晶体，进行各种晶体缺陷（诸如空位、杂质原子和位错）的研究取得了很大进展，而这些同很多工业领域关系密切。1957年，J·巴丁、J·施里佛、L·库波三个人共同发表了超导电性的量子力学微观理论，即有名的BCS理论。同时前苏联柏哥留包夫用不同方法成功地说明了超导现象。1986年以来，瑞士的G·贝德诺兹和A·缪勒发现了更有前途的氧化物超导体：超导转变温度在40K左右的陶瓷化合物—镧钡铜氧化物系列。美籍中国物理学家朱经武和中国物理学家赵忠贤等在寻找更高转变温度材料方面有突出贡献，1988年发现了转变温度高于90K的钇钡铜氧化物系列。近年来，人们越来越重视研究无序固态材料，如无序合金、非晶材料、陶瓷材料等；也注意研究缺陷态、杂质态、表面态、界面态的性质。这些研究已深入到量子层次，已导致无序固态物理学的产生。总之，凝聚态物理学的每一步发展，都在不断深化人们对物质客体的有序结构和无序结构以及各种材料理化性质的认识，丰富了辩证唯物主义的自然观，并极大地推动了新技术革命的发展。

4. 量子化学的产生

应用量子力学的原理和方法研究分子的微观结构的量子化学，是现代化学的重要理论基础。它主要研究原子、分子和晶体的电子结构，分子间的相互作用，分子与分子间的相互碰撞及相互反应，以及微观结构与宏观性质的相互关系等。自1927年用量子力学原理研究氢分子获得成功以来，量子化学发展极其迅速，使化学也由经验性科学转化为一门理论科学。目前已建立了比较健全的理论体系，发展了各种计算方法，并在各个领域中发挥重要作用。它和其他学科相互渗透形成一些边缘学科，如量子生物化学、量子药物化学，表面量子化学和固体量子化学等。

（二） 现代宇宙学的发展

现代宇宙学的任务是探索比星系更高的宇宙层次，研究目前观测所及的大尺度宇宙的时空特性、物质及其运动规律。近几十年来，科学家们提出了一些较有价值的宇宙理论。主要有：爱因斯坦的静态宇宙模型、稳恒态宇宙学、膨胀宇宙模型、物质—反物质宇宙模型、大爆炸宇宙学和暴胀宇宙论。静态宇宙模型已被天文观测所否定。稳恒态宇宙学未被广泛接受。

1927年比利时天文学家勒梅特根据河外星系都有谱线红移现象，提出大尺度空间随时间膨胀的概念。1929年美国哈勃和英国爱丁顿提出膨胀宇宙的假说。40年代末美国伽莫夫根据太阳能源是来自热核反应的发现，提出了大爆炸宇宙说，认为宇宙是约在100亿年前由高温、高密度的“原始火球”的一次大爆炸形成的。并于1954年预言，大爆炸以后存在“宇宙灰烬”，它产生弥漫于整个空间的、相应于绝对温度5度的辐射。1965年，美国A·桑德奇提出，宇宙以大约820亿年为一周期进行脉动（膨胀和收缩）。大爆炸宇宙学由于得到河外星系的谱线红移、氦元素的丰度、3K微波背景辐射三个重要观测事实的支持，使它成为公认的标准模型。但是在说明宇宙年龄小于一秒时，却碰到了诸如视界问题、空间平直性问题，均匀性（因果性）问题、平度（能量密度）总是重子不对称问题和磁单极子问题等无法克服的困难，于是导致了暴胀宇宙论的产生。

1980年以来，曾先后建立了多个宇宙暴胀模型，其中有影响的是3个。第一个是美国A·古斯于1980年提出的，并于1981年发表了《暴胀宇宙：对视界和平直问题的可能解》一文。第二个是1981年底，前苏联的A·林德、美国的P·斯坦哈特与A·奥尔布雷特分别独立提出的。第三个是由林德等发展的，被称为混沌暴胀模型。暴胀宇宙论继承和发展了以往宇宙理论中有价值的成果。它认为：在宇宙演化的极早期，当宇宙发生大爆炸以前，宇宙年龄处于10-30秒的瞬息中，经历了一个按指数规律急剧膨胀阶段（暴胀阶段），以致它在极短的时间内膨胀了1050倍，完成了从对称的假真空自发破缺转化为大量的如夸克、轻子以及传递相互作用的玻色子等基本粒子。暴胀宇宙论还认为在我们所在的宇宙之外还存在有许许多多与我们所在宇宙不同的宇宙，有人算出多达1050个。由于暴胀宇宙论建立在粒子物理学等最新成就的基础上，能够不断提出新概念和新方法，不断解决各种难题，因而受到广大科学家的关注。暴胀模型在哲学上也带来一些新的内容，如关于宇宙的无限性问题。它从科学上把宇宙大大地扩大了，为宇宙的无限性提供了科学依据。还提出了在已知的物质形式之外还有新的物质形式存在，即设想在粒子之前还有其他物质形式存在，因而极大地丰富了人们关于物质的认识。

现代宇宙学是一门方兴未艾的学科，正处于百家争鸣的进期，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，但都还有待进一步的检验与发展。

（三） 生命科学的革命

20世纪，由于物理学和化学的渗透，各种强有力的研究手段的运用，生命科学的发展更为深入和迅速。一方面在微观领域的分子水平上产生的分子生物学，进一步证实生物界的统一和联系，实现了生物学上的又一次大综合；另一方面，在宏观、群体和综合研究的基础上产生了生态系统的概念，为环境保护、生物资源和土壤资源的合理利用等提供了理论基础。与此同时，生命科学还向人类自身的大脑进军，使脑科学获得迅速发展。

1. 分子生物学的诞生

分子生物学是在分子水平上研究生命现象的物质基础的科学。主要研究蛋白质和核酸等生物大分子的结构与功能，其中包括对各种生命过程，如光合作用、肌肉收缩、神经兴奋和遗传特征传递等的研究，并深入到分子水平对它们进行物理、化学分析。目前，分子生物学已成为现代生物学发展的主流，它所取得的成果，已在实际工作中获得某些重要的应用，为工农业及医药事业开辟了前所未有的广阔前景。

1953年沃森和克里克提出了遗传物质——DNA的双螺旋结构模型，这是生物学中的一次伟大革命。60年代又搞清了核酸、蛋白质、酶等生物大分子的结构，同时揭示了遗传密码和核酸信息控制蛋白质特异结构的合成机制，由此建立了生物遗传变异的信息概念。这表明从病毒、细菌、动植物到人类都具有一套共同的遗传密码、共同的信息符号。50年代“中心法则”的提出，70年代逆转录酶的发现，以及重组DNA技术的建立，为分子生物学的发展开辟了新的前景。这些成就，不仅为在分子水平上研究复杂的基因调节控制提供重要手段，而且在分子生物学的基础上，产生了一个新的技术科学领域——遗传工程，它已为人类定向改变生物遗传性状与创造新物种开辟了新途径。

本世纪50年代，随着蛋白质和核酸的化学结构测定方法的进展，人们发现只要把不同种属生物体内起相同作用的蛋白质或核酸的结构进行比较，根据蛋白质或核酸在结构上差异的程度，就可以确定不同种属的生物在亲缘关系上的远近。亲缘关系越近的种属，其蛋白质或核酸的结构越相似；反之，其差异越大。据此，能得到反映生物进化的谱系。蛋白质分子细胞色素C在各种呼吸氧气的物种细胞中均能找到。分析它就能知道不同物种的亲缘关系。目前已对100多种生物的细胞色素C的化学结构进行了测定，并借助计算机测定出平均700万年改变一个氨基酸残基。据此可以分析判断，较高等的生物大约在25亿万年前同细菌分离。同样，大约在15亿年前植物和动物有共同的祖先。大约在10亿年前昆虫和脊椎动物有共同的祖先。对100多种生物的细胞色素C的化学结构进行比较后，已画出了部分生物种属的进化谱系。运用这种方法来确定物种间的亲缘关系，要比过去依靠形态和解剖上的差异来确定有着更大的优越性。它不仅使得形态结构上非常简单的微生物的进化有了判断的依据，而且更能反映出生命活动的本质，更为精确地推算出物种趋异的时间。

2. 脑科学的进展

近年来，脑科学的研究取得了一系列新进展。主要有：（1）发现与某种思维活动相应的大脑区域，利用正电子层析摄影手段发现：人们辩别音符时用左脑，而在记住乐曲时多半用右脑；（2）脑电波与思维活动有一定的对应关系，可以从电波分析思维的内容；（3发现大脑内影响思维的生化物质——促肾上腺皮质激素和促黑素细胞激素能对思维产生重要影响；（4）对裂脑人的研究，发现大脑两个半球的分工，左半球主要从事逻辑思维，右半球主要从事形象思维、空间定位、图象识别、色彩欣赏等。还发现了裂脑科学的这些成就，从理论上提出了一些新观点。如：思维的大脑神经回路说，思维互补说等。这些新成就和新观点，对工人智能的研究有着重要意义。

（四） 系统科学的产生和发展

系统科学是在第二次世界大战前后兴起的。它是以系统及其机理为对象，研究系统的类型、一般性质和运动规律的科学，包括系统论、信息论、控制论等基础理论，系统工程等应用学科以及近年来发展起来的自组织理论。它具有横断科学的性质，与以往的结构科学（以研究“事物”为中心）、演化科学（以研究“过程”为中心）不同。它涉及许多学科研究对象中某些共同的方面。系统论、信息论、控制论就是把不同对象的共同方面，如系统、组织、信息、控制、调节、反馈等性质和机理抽取出来，用统一的、精确的科学概念和方法来描述，并力求用现代的数学工具来处理。所以，系统科学是现代科学向系统的多样化、复杂化发展的必然产物。它在现代科学技术和哲学、社会科学的发展中具有十分重要的意义，为人们认识世界和改造世界提供了富有成效的、现代化的“新工具”。

1. 系统论、信息论、控制论的产生

在人类思想史上，早已有关于系统的观念。古希腊思想家已提出“秩序”、“组织”、“整体”、“部分”等概念来认识世界。中国古代阴阳五行学说把事物看成相生相克的整体。马克思主义经典着作中也有关于系统的深刻思想。但作为研究各种系统一般原则的系统论则是于本世纪20～30年代，由美籍奥地利生物学家贝塔朗菲提出的。在现代科学技术和生产发展的冲击下，科学家们已不能容忍用那种孤立、静止，片面的观点和方法来观察世界，尤其是机械论和活力论已严重阻碍生物学的发展。于是，贝塔朗菲和一些科学家在20年代中期提出了机体论，创立了机体系统论的生物学研究方法，把协调、秩序和目的性等概念和数学模型应用于有机体的研究，主张把有机体作为一个整体或系统，用生物与环境相互关系的观点来说明生命现象的本质，从而解释以往机械论所无法解释的生命现象。贝塔朗菲机体论的基本思想是：（1）整体观点；（2）动态结构与能动观点；（3）组织等级性观点。这些基本思想已包含了贝塔朗菲后来提出的一般系统论的基本内容。1932年～1937年他先后发表了《理论生物学》、《现代发展理论》、《关于一般系统论》等着作，对系统概念、整体性、集中性、终极性以及封闭系统、开放系统等都作了深刻论述，从而奠定了现代系统论的基础。

信息论是本世纪40年代在现代通信技术发展的基础上诞生的，是研究信息的获取、储存、传递、计量、处理和利用等问题的一门新兴学科。本世纪30年代以前，科学技术革命和工业革命主要表现在能量方面，如新的动力机、工具机的出现。其实质是人的感觉器官和效应器官的延长，是人的体力劳动的解放。本世纪30年代以后，科学技术所发生的革命性变化，主要表现在信息方面，表现在信息的传递、储存、加工、处理等技术和通信、控制机以及人工智能的发展。其实质是人的思维器官的伸展，是人的脑力劳动的解放。

1924年美国奈奎斯特和德国居普夫、缪勒等人发现电信号的传输速率与信道带宽度成比例关系，从而最早提出了信息问题。1928年，哈特莱发表《信息传输》，首先提出信息是包含在消息中的信息量，而代码、符号这类消息是信息的具体方式。他还提出了信息定量问题，认为可以用消息出现概率的对数来度量其中所包含的信息。如从S个符号中选出N个符号组成一组消息。则共有SN个可能性。其信息量为H = N logS。这一理论是现代信息理论的起源，但当时未引起人们的注意。直到第二次世界大战期间，一些与通信技术有关的新技术陆续出现，如雷达、无线电通讯、电子计算机、脉冲技术等，为信息论的建立提供了技术基础。同时，作为信息论数学基础的概率论也得到飞速发展。在这种条件下，许多科学家从不同角度对信息论的基本理论进行了研究。1948年申农发表《通讯的数学理论》，把物理学中的数学统计方法用于通讯领域，提出了作为负熵的信息公式、信息量概念，给出了信息的定义，为现代信息理论奠定了基础。从此，信息论作为一门独立学科而出现。但是，这时的信息论还主要限于通讯理论。随着信息论渗透到心理学、神经生理学、生物学和语言学等领域，信息论的含义越来越广泛。40多年来，信息论与系统论、控制论交织在一起获得迅速发展，形成一种综合性的信息科学。其主要内容包括：（1）信息论，探讨信息的质、量、传输等问题，这是理论基础；（2）计算机科学，研究对信息进行加工处理的自动机械；（3）情报学，主要研究信息的记录、储存和检索，研究信息储存密度、速度等。

控制论也是本世纪40年代未在通讯技术发展的基础上产生的。美国数学家维纳被认为是现代控制论和信息科学的创立者。申农是他的学生，在创立信息论过程中曾得到他的帮助。第二次世界大战期间，维纳从事防空火力装置的设计工作，需要使用自动机器控制高炮瞄准。于是维纳将数学工具应用于火炮控制系统，处理飞行轨迹的时间序列，提出了一套预测飞机将要飞到的位置，使火炮准确击中的最优办法。而火炮控制系统中一个重要问题就是如何将控制装置的误差反馈回来作为修正下一步控制的依据。维纳从生理学家罗森勃吕特那里了解到人的神经系统与火炮控制系统有相似之处，都有反馈不足和过度的问题，本质上是对信息的一种处理。于是开始找到了人、动物与机器在控制、通讯方面的共同点。1943年维纳与罗森勃吕特合作发表《行为、目的和目的论》一文，论证了目的性就是负反馈活动。1948年，维纳所着的《控制论》一书出版，它标志着控制论的正式建立。1950年，维纳发表《人有人的用处——控制论与社会》一书，对控制论作了更广泛通俗的阐述。与信息科学的发展紧密联系，控制论的基本概念和方法被应用于各个具体科学领域，研究对象从人和机器扩展到环境、生态、社会、军事、经济等许多部门，使控制论向应用科学方面迅速发展。其分支学科主要有：（1）工程控制论；（2）生物控制论；（3）社会控制论和经济控制论；（4）大系统理论；（5）人工智能，即智能模拟。

2．系统科学的新进展

20世纪50年代以后，形成了一股研究现代系统理论的热潮，相继出现了各种新的系统理论，如：普利高津的耗散结构理论、哈肯的协同学、费根鲍姆等的混沌理论、爱根的超循环理论、米勒的生命系统理论。

耗散结构理论是比利时理论生物学家普利高津于1969年“理论物理与生物学”国际会议上首次提出来的。1850年德国物理学家克劳修斯提出的热力学第二定律，无法解释生物系统从无序到有序、从简单到复杂、从低级到高级的进化过程。这引起了普利高津的广义热力学派的兴趣。从1946年到1967年整整20年中，普利高津学派把物理系统或生物系统的有序结构形成的条件当作一个新方向展开理论探索，并把重点放在新结构的产生是否与平衡中心的距离有关这一问题上。1969年，他们终于发现：一个开放系统在从平衡态到近平衡态再到远离平衡态的非线性区时，系统内某个参量的变化达到一定阈值，通过涨落，系统就可能发生突变，由原来的无序状态变为在时间上、空间上或功能上的有序状态，形成一种动态稳定的有序结构。这种新的有序状态必须不断地与外界进行物质、能量和信息的交换，才能维持一定的稳定性，而且不因外界微小的扰动而被破坏，因而称为耗散结构。这种耗散结构能够产生自组织现象，所以耗散结构理论也叫“非平衡系统的自组织理论”。它解决了开放系统如何从无序转化为有序的问题，对于处理可逆与不可逆、有序与无序、平衡与非平衡、整体与局部、决定论与随机性等关系提出了良好的思考方法，从而把一般系统论向前推进了一大步。

协同学是由德国物理学家H·哈肯于1970年创立的。它以信息论、控制论、突变论等为基础，采用统计学和动力学考察相结合的方法，通过类比，对各类系统中从无序到有序的现象建立一整套数学模型和处理方案。它是耗散结构理论的突破与推广，也是一门关于自组织的理论。它进一步指出了一个系统从无序向有序转化的关键并不在于热力学平衡还是不平衡。也不在于离平衡态有多远，而在于只要是一个由大量子系统构成的开放系统。耗散结构理论只讨论了远离平衡态系统从无序向有序的转化，而协同学除了分析系统的“协同作用”外，进一步解决了近平衡态系统从无序向有序的转化。协同学开始只限于研究一个非平衡开放系统在时间和空间方面的有序问题。1978年，哈肯在《协同学：最新趋势与发展》一文中将协同学的内容扩展到功能有序。1979年，哈肯又注意到混沌现象的重要性，认为一个非平衡的开放系统不仅可以从无序到有序，而且也可以从有序到混沌（指由决定性方程所描述的不规则运动）。这一发现使协同学进入到一个新阶段。1981年，哈肯在《20世纪80年代的物理思想》一文指出，在宇宙中也呈现有序结构。这些说明，无论是在宏观领域还是在微观领域，只要是开放系统，就可以在一定条件下呈现出非平衡的有序结构，都可以成为协同学的研究内容。

Ⅹ 固体物理学 学习收获、感想与建议

新的实验条件和技术日新月异，正为固体物理不断开拓新的研究领域。极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段，使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。其发展趋势是：由体内性质转向研究表面有关的性质；由三维体系转到低维体系；由晶态物质转到非晶态物质；由平衡态特性转到研究瞬态和亚稳态、临界现象和相变；由完整晶体转到研究晶体中的杂质、缺陷和各种微结构；由普通晶体转到研究超点阵的材料。这些基础研究又将促进新技术的发展，给人们带来实际利益。同时，固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长，正在形成新的交叉领域。