软物质物理学导论

●伽利略·伽利雷（1564~1642），人类现代物理学的创始人，奠定了人类现代物理科学的发展基础。

● 1900~1926年 建立了量子力学。

● 1926年 建立了费米-狄拉克统计。

● 1927年 建立了布洛赫波的理论。

● 1928年 索末菲提出能带的猜想。

● 1929年 派尔斯提出禁带、空穴的概念，同年贝特提出了费米面的概念。

● 1947年 贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱发明了晶体管，标志着信息时代的开始。

● 1957年 皮帕得测量了第一个费米面超晶格材料纳米材料光子。

● 1958年 杰克·基尔比发明了集成电路。

● 20世纪70年代出现了大规模集成电路。

物理与物理技术的关系：

● 热机的发明和使用，提供了第一种模式：技术 —— 物理 —— 技术

● 电气化的进程，提供了第二种模式：物理 —— 技术 —— 物理

当今物理学和科学技术的关系两种模式并存，相互交叉，相互促进。“没有昨日的基础科学，就没有今日的技术革命”。例如：核能的利用、激光器的产生、层析成像技术（CT）、超导电子技术、粒子散射实验、X 射线的发现、受激辐射理论、低温超导微观理论、电子计算机的诞生。几乎所有的重大新（高）技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。

物理学基本性质

物理学是人们对自然界中物质的运动和转变的知识做出规律性的总结，这种运动和转变应有两种。一是早期人们通过感官视觉的延伸；二是近代人们通过发明创造供观察测量用的科学仪器，实验得出的结果，间接认识物质内部组成建立在的基础上。物理学从研究角度及观点不同，可大致分为微观与宏观两部分：宏观物理学不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的；微观物理学的诞生，起源于宏观物理学无法很好地解释黑体辐射、光电效应、原子光谱等新的实验现象。它是宏观物理学的一个修正，并随着实验技术与理论物理的发展而逐渐完善。

其次，物理又是一种智能。

诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“如其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。

大量事实表明，物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景——这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族！

总之，物理学是对自然界概括规律性的总结，是概括经验科学性的理论认识。

物理学六大性质

1. 真理性：物理学的理论和实验揭示了自然界的奥秘，反映出物质运动的客观规律。

2. 和谐统一性：神秘的太空中天体的运动，在开普勒三定律的描绘下，显出多么的和谐有序。物理学上的几次大统一，也显示出美的感觉。牛顿用三大定律和万有引力定律把天上和地上所有宏观物体统一了。麦克斯韦电磁理论的建立，又使电和磁实现了统一。爱因斯坦质能方程又把质量和能量建立了统一。光的波粒二象性理论把粒子性、波动性实现了统一。爱因斯坦的相对论又把时间、空间统一了。

3. 简洁性：物理规律的数学语言，体现了物理的简洁特性。例如：牛顿第二定律、爱因斯坦的质能方程、法拉第电磁感应定律。

4. 对称性：对称一般指物体形状的对称性，深层次的对称表现为事物发展变化或客观规律的对称性。例如：物理学中各种晶体的空间点阵结构具有高度的对称性。竖直上抛运动、简谐运动、波动镜像对称、磁电对称、作用力与反作用力对称、正粒子和反粒子、正物质和反物质、正电和负电等。

5. 预测性：正确的物理理论，不仅能解释当时已发现的物理现象，更能预测当时无法探测到的物理现象。例如：麦克斯韦电磁理论预测电磁波存在、卢瑟福预言中子的存在、菲涅尔的衍射理论预言圆盘衍射中央有泊松亮斑、狄拉克预言电子的存在。

6. 精巧性：物理实验具有精巧性。设计方法的巧妙，使得物理现象更加明显。

物理学是一门自然科学，注重于研究物质、能量、空间、时间，尤其是它们各自的性质与彼此之间的相互关系。物理学是关于大自然规律的知识；更广义地说，物理学探索并分析大自然所发生的现象，以了解其规则。

物理学（physics）的研究对象：物理现象、物质结构、物质相互作用、物质运动规律。

物理学研究的尺度——物质世界的层次和数量级

空间尺度：

原子、原子核、基本粒子、DNA长度、最小的细胞、星系团、银河系、恒星的距离、太阳系、超星系团，哈勃半径等。人蛇吞尾图形象地表示了物质空间尺寸的层次。

微观粒子（microscopic）：质子

介观物质（mesoscopic）

宏观物质（macroscopic）

宇观物质（cosmological）类星体

时间尺度：

基本粒子寿命 10^-25s

宇宙寿命 10¹⁸s

按空间尺度划分：量子力学、经典物理学、宇宙物理学。

按速率大小划分： 相对论物理学、非相对论物理学。

按客体大小划分：微观、介观、宏观、宇观。

按运动速度划分：低速、中速、高速。

按研究方法划分：实验物理学、理论物理学、计算物理学。