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1、1,2,主要内容：,一. 物理学科的分类 二. 几个有趣的前沿问题,3,一. 物理学科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,4,一. 物理学科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,5,一. 物理学科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子
2、核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,6,一. 物理学科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,7,一. 物理学科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,8,一. 物理学科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学
3、科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,9,一. 物理学科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,10,一. 物理学科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,11,一. 物理学
4、科的分类,1. 一级学科：物理学,2. 二级学科：,（1）理论物理 （2）粒子物理与原子核物理 （3）原子与分子物理 （4）等离子体物理 （5）凝聚态物理 （6）声学 （7）光学 （8）无线电物理,12,二. 几个有趣的前沿问题,1. 物质存在的状态：,等离子体态,玻色-爱因斯坦凝聚态,费米凝聚态,固态、液态、气态,13,绝对零度下粒子将尽可 能占据能量最低状态。,对于玻色子，一个量子态所能容纳的粒子数 目不受限制。,在绝对零度下将全部处 在能量为零的最低能级， 形成玻色-爱因斯坦凝聚 体(BEC，1995年),玻色子组成的体系,14,泡利不相容原理,费米子组成的体系,在极低温下，金属中的电子
5、费米子会彼此 结合成对（库柏对）,表现出玻色子的特性。 费米冷凝体，2004年,对常温超导材料的研究具有重要意义,15,2. 新材料：,（1）高温超导材料,超导现象，临界温度,优点体积小 重量轻 效率高,缺点材料？ 温度？,新突破：,今年年初，一种新型的铁基超导材料横空出世，打破了 以往传统意义上铜氧化物材料称霸于世的神话。而出乎西方 人意料之外的是，这次在舞台上唱主角的，居然是黄皮肤、 黑眼睛的中国人。,温,16,2008年3月28日，中国科学院 物理研究所赵忠贤 氟掺杂镨氧铁砷化合物 临界温度: 52开尔文(零下221.15摄氏度)。,4月13日该科研小组又有新发现 氟掺杂钐氧铁砷化合物
6、临界温度: 55开尔文(零下218.15摄氏度)。,2008年3月初，中科院物理所闻海虎科研小组 锶掺杂镧氧铁砷化合物 临界温度: 25开尔文 (零下248.15摄氏度)。,17,用不了多久，湖北人可以前往随州坐上“ 如飞行一般的火车” 世界首条高温超导磁悬浮列车示范线将在随州市建成。,18,（2）磁性材料,放在磁场中被磁化后能保持磁性的材料。 分为软磁性材料和硬磁性材料。,19,体积越来越小， 容量越来越大 期待。,“巨磁电阻“效应 的发现，使人们 的这种期待变成 了现实。,“巨磁电阻”效应：磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应 。,
7、常用的移动硬盘,20,意义： 大幅度提升单位面积介质存储的信息量。目前根据该效应开发的小型大容量硬盘已得到了广泛的应用。,1988年，法国的费尔和 德国的格林贝格尔就各 自独立发现了这一特殊 现象： 非常弱小的磁性变化就 能导致磁性材料发生非 常显著的电阻变化。,共同获得2007年诺贝尔物理学奖,21,（3）纳米材料,纳米10-9m,纳米材料物质到纳米尺度，物质性能 就发生突变。,其特殊性能不同于原来组成 的原子、分子，也不同于宏 观的物质。,22,最近，科学家已经发明了纳米铲子、纳米勺 子等，血管机器人可以在血管里用这些工具 来进行操作，这就是纳米工具。,日本科学家发明纳米剪刀 调控生物分子
8、,23,（4）液晶,1888年，奥地利植物学家赖尼泽尔 胆甾醇苯酸酶晶体 145.5-混浊液体 178.5 -清澈透明 冷却-液体从紫橙绿各色变化,同年，德国物理学家勒曼在偏光显微镜 下发现，这种液体具有与晶体类似的双 折射性质并命名为液晶。,由于名分之争没有获得Nobel Prize.,24,液晶的特点：,液体的可流动性、 粘滞性 晶体的各向异性， 发生双折射、 布拉格反射、 衍射等,正是基于这种认识，上世纪七八十年代以来，才 出现了液晶平板彩色电视,25,液晶本身是不会显色和发光的 只能通过光源的照射显示图像。,26,是继液晶显示器之后的最新显示技术之一 适应数字化时代的多媒体显示器,发光
9、原理利用气体放电显示装置,等离子体电视：,27,显著特点： (1)亮度、对比度高 (2)纯平面图像无扭曲 (3)超薄设计、超宽视角 (4)具有良好的防电磁干扰功能 (5)环保无辐射 (6)散热性能好，无噪音困优。,等离子屏幕 上的等离子 显示单元,28,另一个问题： 数字电视和模拟电视,模拟电视 传统的手段,电视显示的原理主要是把模拟的信号转化 为图像，每一个像素都对应一个点。,数字电视 二进制数编码,掌上数字电视,29,可以发现：,数字电视和模拟电视是按照图象信号的产 生、传输、处理到接收机的复原等过程的 模式来分的。,而液晶电视和等离子体电视是在终端上信 号的还原与呈现的载体来分的。,两种
10、分类没有必然的联系。,30,3. 新能源：,（2）氢能,能源危机,31,32,1/20亿到达地球大气层 30%被大气层反射， 23%被大气层吸收， 其余的到达地球表面， 其功率为8105亿kW， 太阳每秒钟照射到地球 上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。,太阳能电池：对光有响应并能将光能转换成 电力的器件，如硅、砷化镓等,原理：光硅原子电子跃迁电位差电流,33,其主要优点有： 燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油 的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。 资源丰富，氢气可以由水制取 循环利用、持续发展,氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成
11、为一 种举足轻重的二次能源。,34,几大瓶颈及进展：,制备电解水，矿物燃料，生物质制氢， 化工副产品,储存气态、低温储氢， 金属氢化物，储氢材料的研制,运输象煤气那样 但有自身问题 特别轻， 易泄漏， 液氢的温度极低,35,4. 激光及其应用：,激光Laser, 镭射,特点方向性强 穿透力强 功率密度高 线宽窄,36,三超激光超高强度 1022W/cm2 超短脉冲 fs, as 超短波长 100101nm,用途： 激光武器 跟踪核振动、电子 研究生物分子,激光操控 立体反应动力学 药物设计,37,38,5. 科学研究的两个相反方向：,物理参数越小越美！,时间飞秒，阿秒 距离纳米，埃 温度纳开
12、数目单分子,单分子操控,光镍操控烟草细胞,39,物理参数越大越壮观！,浩瀚的宇宙,“嫦娥飞天”,没有隐私的地球,40,“大爆炸理论”,最近，英国科学家霍金用量子理论、引力理论和广 义相对论解释了宇宙膨胀理论。下一步是找出能进 行实验的特殊预测结果。,41,科学理论的标准,能预测结果并为实验所证实,能解释已有的现象,理论本身自洽,近30年来，观测事实和天体现象的理论分析表明，宇宙中普遍存在有暗物质,这些暗物质是什么，科学家们提出了多种猜测， 但至今都没有为观测所证实。,42,问题：Eintein的相对论是否就是完全正确的 理论？,对一种科学理论的科学态度：辨证思想,43,6. 关于混沌：,中国古
13、代所说的“混沌”，一般是指天地合一、阴阳未分、万物相混的状态。,古代西方认为，世界万物都是从混沌中分离出来的。,44,在物理学中，混沌理论被认为是20世纪与量子力学 与相对论并列的一种理论。,意义：自然现象，生命，宇宙,天气预报奥运天气,初始条件的重要性有效数字,鸟巢上空云图15分钟更新一次,45,地震预报,用科学的思路和方法，对未来地震（主要指强烈 地震）的发震时间、地点和强度（震级）作出预 报 。,世界性的难题， 准确率只有20%,是地球物理学家、 理论物理学家及 其他相关科学家 的重要任务。,汶川震后废墟,46,我国科学家的贡献,47,值得一提的是，该预测方法的创始人翁文波院士 也利用此方法成功预测了1976年的唐山地震。,48,混沌理论中有序和无序,任何孤立系统中都有一种不容改变的倾向，使系 统的有序度不断降低而无序度不断增加，这就是 物理过程不可逆性的实质。,49,耗散结构理论的创始人普里戈金：,希望对中学物理教学起一个负熵流的作用。,50,Thanks for your attendance,
