物理基础教计

材料物理基础[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=14763]材料物理基础[/url]

晶体物理学基础[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=15372]晶体物理学基础[/url]

序号】：1【作者】： 张明生 著【题名】：现代物理基础丛书典藏版：激光光散射谱学【期刊】：科学出版社【年、卷、期、起止页码】：【全文链接】：[url]http://book.knowsky.com/book_960559.htm[/url][url]https://book.douban.com/subject/3216540/[/url]

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 物理实验思想和方法的形成 物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用和转化规律的学科。它本身以及它与各个自然学科、工程技术部门的相互作用创造了今天的科技进步和人类文明，对当代及未来高新科技的进步、相关产业的建立和发展提供着巨大的推动力。 在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明的基石。 物理学发展的历史证明了，正确的科学思想及由此产生的科学方法是科学研究的灵魂。 伽利略（G.GaLileo）是最早运用我们今天所称的科学方法的人。这种方法就是经验（以实验和观察的形式）与思维（以创造性构筑的理论和假说的形式）之间的动态的相互作用。伽利略是近代科学的奠基者，是科学史上第一位现代意义的科学家，他首先为自然科学创立了两个研究法则，即观察实验和量化方法，将实验和数学相结合、真实实验和理想实验相结合的科学方法。从而创造了和以往科学研究方法不同的近代科学研究方法，使近代物理学从此走上了以实验精确观测为基础的道路。伽利略在用实验方法发现真理的过程中，获得了一个极其重要的科学概念，即自然法则和物理定律的概念。伽利略通过亲身的科学实验，认识到寻求自然法则是科学研究的目的，自然法则是自然现象千变万化的秘密所在，而一旦发现自然法则便可以认识自然。这个观念一经确立，人们才逐渐认识到，不仅天文学、运动学现象，一切自然现象都是有其自身规律的，于是在力学的带领下，逐渐发展出近代科学的各个分支。伽利略在建立系统的科学思想和实验方法中，开创了实验物理学，开创了近代物理学，对物理学的发展作出了划时代的贡献。正如他自已在《两种新科学的对话》中所述：“我们可以说，大门已经向新方向打开，这种将带来大量奇妙成果的新方法，在未来年代会博得许多人的重视”。事实正是如此，当代著名物理学家爱因斯坦在《物理学的进化》中，对伽利略的科学思想方法给予了高度评价。他指出：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。 伽利略开创的实验物理学，包括实验的设计思想，实验方法开创了自然科学发展的新局面。在实验物理学数百年的发展进程中，涌现了众多卓越的在物理学发展史上起过重要里程碑作用的实验。它们以其巧妙的物理构思、独到的处理和解决问题的方法、精心设计的仪器完善的实验安排、高超的测量技术、对实验数据的精心处理和无懈可击的分析判断等，为我们展示了极其丰富和精彩的物理思想，开创出解决问题的途径和方法。这些思想和方法已经超越了各个具体实验而具有普遍的指导意义。学习和掌握物理实验的设计思想、测量和分析的方法，对物理实验课及其他学科的学习和研究都大有裨益。

大学物理学基础-力学与热力学

[em07] 我是卖仪器的，但是我不知道基础物理实验中心都用什么仪器，有知道的，请告诉我！

最基本的物理学...打开密码：www.zasp.net[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=42024]物理学基础(全美经典学习指导系列)中文版[/url]

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zhangxuanzhong专家关于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]的数学物理基础介绍1 闲聊[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]和质谱仪器的数学物理基础[url]http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100510/2545647/[/url]2 ＜闲聊[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]和质谱仪器的数学物理基础＞ 1-3[url]http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100516/2557428/[/url]3 《闲聊[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]和质谱仪器的数学物理基础》2-1[url]http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100517/2558549/[/url]4 〈闲聊[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]和质谱仪器的数学物理基础〉2-2[url]http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100517/2558607/[/url]52-3[url]http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100524/2573421/[/url]6 3_1[url]http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100527/2579327/[/url]7 3-2[url]http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100528/2581630/[/url]8 《闲聊[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]和质谱仪器的数学物理基础》3-3[url]http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100531/2585933/[/url]

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[b][size=5]＜闲聊[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]和质谱仪器的数学物理基础＞(1)[/size][/b][size=5][b] zhangxuanzhong & grace_leung [/b] [size=3] [/size][email=l_ying621@msn.com][size=3]l_ying621@msn.com[/size][/email][/size][size=4][b]第一章　　　仪器设计和数学物理[/b][/size] [size=4] （1）[/size]科学仪器的设计是一门非常重要的学问，设计思想的背后是包含一些很基础的数学物理思想。这些思想可能会影响仪器最终的性能和指标，而这个学科到目前还是散乱到报章杂志，或者研究人员内心深处，没有被系统的阐释出来。我们在这里闲聊一下[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]仪器和质谱仪器，毫无章法，也不求系统性，总之是要管窥这背后的一些数学物理模型。至于是否对各位看客有益，则是不能保证的，尽量做到不对各位读者有害。总之 ，本文不是探讨如何使用某一款仪器，也许是在讨论如何了解仪器的工作原理和设计上的困难。为了方便阐释，我们以[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]仪器和质谱仪器这2类仪器作为代表，从而避免过分空洞的议论。仪器的设计，很明显，需要涉及到机械，电路，光学，软件等等部门，这是众所周知的事实。但是，理论和防真模拟也是不可缺乏的支持，否则，设计仪器可能有点盲目，因为很多东西是肉眼看不到的，比如质谱仪器中电场的分布，比如原子化仪器中喷雾的颗粒的大小，这都基本上很严重地影响了仪器的总体性能，这些东西，只能通过一定的计算或者防真模拟和测量，才可以给设计者留下直观的印象。在比如说，虽然从机械结构上来说，一台仪器的外观是可以千奇百怪的，而内部的运动的机械结构却往往受到刚体运动规律的制约。因此，搞清楚刚体的运动规律，比如学点机器人的数学基础，那么对机械设计的理解可能会达到更深的理解。工程师的工作是非常依赖于经验，而科学家则做一定的理论计算，能够把这两方面融会贯通的人，可能会成为有用的人才。所以，钱学森这种具有科学家素质的工程师，做出很重要的贡献。 在物理学上，也有一个偶像极的人物，叫为费米，他的理论功力很强，做实验也一流，所以被誉为空前绝后的人物-----最典型的例子是他估计了旧金山市大约需要多少个钢琴的调音师，他也在空气中撒了一把沙子，估计出了原子弹爆炸的当量大约有多少。[size=4] （2）[/size]话已经说到这里,这一节我们就来谈点数学物理。实际上，这个论坛上的大多数人似乎是搞分析应用的，所以大家一般研究的是如何使用仪器，而不是如何设计和制造仪器，这也是这两伙人道路以目很难沟通的原因。而应用仪器的人数，显然要多于设计仪器的人员，正如开汽车的人要比设计汽车的人多很多。为了符合大多数应用人员的口味和品位，我们谈点化学的东西，然后迂回到数学物理。[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]的仪器，顾名思义，是和原子相关的。原子要吸收什么？ 这个问题很简单，自然是光。 但为什么原子会吸收光呢？因为原子好象一个饥饿的人要吃饭，原子总是要吸收和补充能量，而光是带能量的，所以原子要吸收光（说复杂一点，就是这个世界基本上所有的物理量都存在一个最小的数值，叫做下限，原子的能量存在下限，叫做基态，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]了光的能量，会从低能量跑到高能量，至于怎么跑上去的，花了多少时间，则是说不清楚的）。这背后的物理叫做量子力学，是1926年就已经基本建立了相当模糊的理论体系，建立这个理论的人是一帮很年轻的小伙子，其中最高深莫测的是海森堡。海森堡之所以高深莫测，是因为他的脑子很乱，当时他也看见原子发的一系列光谱，有一些峰出现在特定的波长。但是，海森堡很迷惑，到底是什么样的动力学理论可以来描述这些光谱的行为？海森堡当时的脑子是很乱的，他企图建立一个描述光谱行为的动力学理论，在犹豫中徘徊，他当时在24岁左右，博士期间是研究流体力学的湍流问题，基本上就是研究[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]仪器的那个喷嘴喷出来的高速气流的原理性的东西，很是困难，同时他也研究光谱的行为，也很糊涂，换句话说，他要研究为什么铜灯的光谱在324纳米的地方会出现一个峰。而不是在333纳米的地方有一个峰。海森堡同时研究湍流和光谱，有点走火入魔，但他还是懂一点数学的，当时他很是喜欢傅里叶分析，于是，打算铤而走险。海森堡那些年来,人与花皆不好,不好的原因在于,他的博士论文和课题做得很糟糕,他搞的那个湍流是一个世纪性的难题,一直到今天都不可解,所以,海森堡差点拿不到博士学位。勉强毕业以后，他逃之夭夭，从慕尼黑跑到了哥廷根，跟当时的一个物理学家叫波恩的混日子。这个时候，我们在以前已经讲过，海森堡做学问的态度已经有了微妙的变化，也许是湍流对他的打击实在是太大了，他的脑子变得糊涂，写得文章很多人都看不懂了。但他内心深处还是有一个问题，那就是为什么铜灯在324纳米处会出现一个峰？这个问题在现在看来，相当于是要解量子力学的方程，把铜原子的能量谱给解出来。但当时还没有量子力学，海森堡对已经存在的学问，都莫衷一是，他手里有的数学也比较有限，玩得滚瓜烂熟的一套招数，就是傅里叶分析。傅里叶分析是很有效的数学工具，对于仪器应用的分析人士来说，这个数学工具大致可以通过紫外分光光度计（UV）里的光栅来实现。换句直白的话说，海森堡当时已经很明白光栅背后的数学。光栅的一个重要的特点就是把复合光按照波长分解成为各种颜色的光，傅里叶分析也是同样的道理：把一个函数分解成为各种“颜色”的周期函数之和。其实，更广义一点来说，人的耳朵也是对声波做了分解，所以我们可以听到这个世界上不同频率的声音。海森堡早已经深谙此道，他到了哥廷根大学做博士后期间，已经做到了手上无光栅心中有光栅的境界，他内心深处暗暗地想： 一切都是傅里叶分析！

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第3章 爱因斯坦B系数(1)[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]仪器是一台精彩纷呈的仪器,在高温环境下,仪器产生了一堆基态原子.这群原子就好象一群调皮的孩子,在幼儿园里欢蹦乱跳. 这群原子的行为值得深思,因为它们是故事的主角。而另外一个方面，人们需要看到空心阴极灯里发出来的光，是被这些基态[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]了。 问题在于，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]了光以后，还是会吐出来的。这就是原子世界的生态平衡，背后的故事，如果我们笼统地说，那就是爱因斯坦在1917年的故事——如果我没有记错地话，还有一个电影，似乎叫《列宁在1917》。爱因斯坦和列宁一样，在1917年干了一件很深刻的事情。我们还是从爱因斯坦大学毕业的那时候说起来吧。1903年1月6日，爱因斯坦和大学同学、出生于塞尔维亚的女物理学家米勒娃结婚。是年秋天，几经搬迁，他们最终选择了伯尔尼老城中心的克拉姆大街49号三层的公寓。 这个时候，爱因斯坦终于有了一个稳定的工作有了一个家。爱因斯坦其实也面临房子的问题，因为他的房子是租来的。爱因斯坦白天在专利局上班，晚上当然也没有闲着，老婆马上又生了一个孩子。因为专利局的工作甚是清闲，使得他有大量时间思考物理学。 “老婆，我真的很感谢格罗斯曼同学，他介绍的这个工作真是不错。”爱因斯坦说。 “对，我们应该有感恩的心。格罗斯曼是我们生命中的贵人。 你现在有这样的成就，我真的好高兴。 ”米勒娃说，对她来说，能在一个陌生的城市找到属于自己的男人和一个家，已经是很好的结局。爱因斯坦于是天人合一的用马尔可夫过程开始做出了布朗运动（相当于描述了[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]仪器中喷出来的水滴在空气中的运动规律），并且他还开始思考光电效应（相对于研究出了光电倍增管的原理）。最重要的工作也马上诞生，那就是狭义相对论。 狭义相对论和量子力学是两门不搭界的学问，也就是说，如果相对论是错的，量子力学也可能是对的。不过，本书的定位是仪器的数学物理基础，所以狭义相对论是一个绕不过去的存在。到底什么是狭义相对论呢？ 爱因斯坦的狭义相对论是这样说的： 1。有质量的物体，它的运动速度在不同参考系中是会变化的。 2。无质量的物体，它的运动速度在不同参考系中是不会变化的，都是光速。 爱因斯坦的数学老师，闵科夫斯基，把爱因斯坦的说法翻译成了数学家都能理解的语言： 狭义相对论就是一个（伪）3球面上的转动群，转动群保持光锥不变。 但对爱因斯坦来说，这仅仅是故事的开始，狭义相对论告诉他：如果你在伯尔尼的街心花园广场朝天空撒一把沙子，这把沙子的世界线会一直在街心花园广场的未来光锥中画出一条一条无变化的直线。但真实的情况是，引力不能被忽视，这些世界线在引力的作用下将变得弯曲……也许还可能相互纠结…………非常漂亮的图象。 显然，如何把万有引力和狭义相对论结合起来，成了一个最大的问题。这个问题是没有人想过的，只有爱因斯坦一个人在思考。可惜，爱因斯坦感觉到自己的几何学知识，完全不够。他不知道如何来描述一根被引力场弯曲的世界线。 这个问题一直环绕着爱因斯坦，一直10年以后，1916年他得到了广义相对论来描述引力。同时，还有另外一个问题缠绕着爱因斯坦孤独的灵魂，那就是普朗克的黑体辐射曲线的来历之谜……那谜底藏在1917年。1917年，当爱因斯坦面对普朗克的黑体辐射曲线，出神的时候，他已经完成了广义相对论，他的内心完美无缺，经历过30多年的冷暖沉浮，他已经清楚得知道一件事情：普朗克的黑体辐射曲线，看上去真得象一个少女的乳峰。普朗克的黑体辐射曲线，在1900年就已经提出来了，这曲线具有中间高两端低的特征，是辐射能量密度关于频率的一个函数。这个函数由两部分的乘积组成，第一部分是一个频率的立方项，第二部分是一个等比数列的和。p=v^3{exp（v）-1}^{-1}优美，非常的优美！！爱因斯坦感叹道，这样奇怪的数学表达式，居然出现在物理学最基础的黑体辐射里，上帝一定有所暗示。这到底是怎么来的呢？普朗克在1900年的10月19日凑出来的这个曲线，确实是夜雾迷蒙中的一缕光明。可是，普朗克得到了这个曲线，却没有说明，这个曲线产生的物理原因。到了同年12月14日，普朗克才七天憋出六个字来，说：“能量是离散的。”1917年，爱因斯坦看着 乳峰曲线，内心深处已经非常厌倦，经典物理学已经礼崩乐坏，但量子力学的完整逻辑还没有被创造出来。正巧，那时候，半路杀出一个程咬金，玻尔提出了原子的能级概念，指出电子在能级之间跳跃，能产生光辐射。 但爱因斯坦自然更加深邃，他不喜欢大而无当的说法，他马上建立了一个能级跃迁的简单模型，在这个模型里，原子只有2个能级，那么，爱因斯坦的计算表明，2能级系统确实能够产生 乳峰曲线——普朗克的黑体辐射，和玻尔的原子能级跃迁，确实是可以相互映证的。这是爱因斯坦当年最杰出的工作（他在辐射平衡的条件下，指出要得到黑体辐射曲线，激光必须存在），他相当于在已经日薄西山的经典力学的大腿上狠狠地捅了2刀，经典力学，终于死去。

如何从原子物理微观的角度推导AAS定量分析的理论基础--Lambert Beer定律？众所周知，Lambert Beer定律是通过分子吸收的实验得到的，那如何从原子物理微观的角度推导AAS定量分析的理论基础--Lambert Beer定律？为何分子及原子吸收均在一定的含量范围内均服从Lambert Beer定律？从某种意议上来说，若没有Lambert Beer定律的原子物理微观推导过程，或许也就没有今天的AAS!

这是一个十分基础的问题。翻开任何一本物理教科书，都不难找到这样的定义：物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学。但这只是对于物理这门科学在学术意义上的一种界定。而我们所面对的“物理”，它同时又是一门课程，于是就有必要从教育意义的层面上去进行一番再认识、再分析，以挖掘蕴含在其中的丰富内涵。 首先，物理是一门科学。 物理学是一门以实验为基础的自然科学，它是发展最成熟、高度定量化的精密科学，又是具有方法论性质、被人们公认为最重要的基础科学。物理学取得的成果极大地丰富了人们对物质世界的认识，有力地促进了人类文明的进步。正如国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会的决议《物理学对社会的重要性》指出的，物理学是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键性的作用：探索自然，驱动技术，改善生活以及培养人才。 上世纪初相对论和量子力学的建立，为物理学的飞速发展插上了双翅，取得了空前辉煌的成就，以致于人们将20世纪称誉为“物理学的世纪”。什么21世纪呢？有一种流行的说法：21世纪是生命科学的世纪。其实，这句话更确切的表述应该是：21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪。生命科学只有与物理相结合，才有可能取得更大的发展。 展望物理学的未来，充满着机遇与挑战。李政道先生在《物理的挑战》一文中，曾提出21世纪物理领域所面对的四大难题：为什么一些物理现象在理论上对称但实验结果不对称？为什么一半的基本粒子不能单独存在而且看不见？为什么全宇宙90%以上的物质是暗物质？为什么每个类星体的能量竟然是太阳能量的1015倍？这些问题极大地激励着人们不懈探索的勇气与热情。可以预见，一旦拨去这几朵笼罩在物理天空中的乌云，物理学将会展现出更加灿烂的前景。 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! 当今，物理学的触角已经伸向众多领域，并取得了越来越大的成就，以至我们很难再用传统的眼光去界分什么是物理学了。1995年在我国厦门举行了第十九届国际统计物理学大会，会上交流论文的涉及面十分广泛，诸如植物的花序、DNA药物系统、交通的流量、文字的存储等等，光看这些篇目，似乎都不太象是物理。什么，究竟什么是物理呢？几年前，美国《今日物理》杂志，曾就此问题向读者广泛征求意见。最后，他们推崇的答案是：物理学家所做的就是物理学。这话乍听似觉偏颇，其实不无道理。因为在今天看来，物理学更多的是体现出一种智能，“代表着一套获取知识、组织和应用知识的有效步骤和方法，把这套方法用到什么问题上，这问题就变成了物理学。”（赵凯华语） 再次，物理还是一种文化。 从广义来说，文化指的是人类历史实践过程中创造的物质财富和精神财富的总和。它包括科学文化和人文文化。同样地，物理学家在长期科学实践中所创造的大量物质产品与精神产品，也就构成了物理文化。物理文化是科学文化的重要组成部分。 大家知道，物理学是以实验为基础的科学，它的基本研究方式就是实践，因而在客观性上表现为“真”；物理学创造的成果最终是为了造福于人类，它在目的性上体现出“善”；另外，物理学还在人的情感、意识等多方面反映了“美”。正因为物理学本身兼具真、善、美的三重属性，我们完全有理由说，物理不仅是一种文化，而且是一种高层次、高品位的文化。 物理学是求真的。物理最讲究实证，物理学家在科学研究活动中最基本的态度就是实事求是，坚守“实践是检验真理唯一标准”的原则。正如物理学家费曼所说：“不论你的想法有多美，不论你什么聪明，更不论你名气有多大，只要与实验不符便是错了，简简单单，这就是科学”。可以说，物理学的发展史，就是一部不断修正错误、不断逼近真理的“求真”史。 物理学是从善的。物理学致力于将人从自然中解放出来，从必然王国走向自由王国，帮助人们不断认识自己，促使人的生活趋于高尚。这是物理学的价值取向和终极目标，因而物理学的本质是从善的；另外，物理学家的行为也是从善的。爱因斯坦曾这样评价居里夫人和以她为代表的杰出物理学家：“第一流人物对时代和历史进程的意义，在其道德方面，也许比单纯的才智成就更大”。他们那种严谨求实的态度、献身科学的精神，热爱人民的情怀等等，对于后人无疑是一份尤为珍贵的人文财富。 物理学是至美的。德国物理学家海森伯说过：美是真理的光辉；罗马哲学家普洛丁又说过：善是美的本原。由此，物理学因真而美、因善而美就是十分自然的了。物理的美属于科学美，主要体现于简单、对称和统一；对称则统一，统一则简单，它们构成了物理学的基本美学准则。 翻开物理学的篇章，可以发现到处都跳动着美的音符，体现了人们对美的追求与创造。仅以统一性为例。当代物理学的发展，正朝着两个相反的研究方向延伸：最宏大的宇宙与最微小的粒子。令人感到惊讶的是，随着研究的深入，它们两者并非是分道扬镳、越走越远，反倒显示出不少殊途同归、相反相成的迹象。例如，粒子物理学的一些研究成果常被天体物理学家所借鉴，用来探寻宇宙早期演化的图象；(正由于此，粒子物理学在某种意义上也被称为“宇宙考古学”。) 反过来，宇宙物理学的研究也为粒子物理学家提供了丰实的信息与印证。于是，物理学中两个截然相反的分支，就这般奇妙地衔接在了一起——犹如一条怪蟒咬住了自己的尾巴。 又如，英国物理学家狭拉克首先发现，在自然界的某些物理量之间存在着下列引人注目的关系： 宇宙半径/电子半径≈1040，宇宙年龄/强衰变粒子寿命≈1040， 氢核与电子的电力/氢核与电子的引力≈1040，…… 在上述比数中，宇宙这个最大的系统，与基本粒子这个最小系统之间，竟然珠联璧合达到了如此完美的统一，让我们再次领略到了物理世界的美，一种动人心弦的壮丽的美。正是这许多美不胜收的事例，激发起人们对大自然由衷的赞叹与敬畏，难怪爱因斯坦会说：“宇宙间最不可理解的，就是宇宙是可以理解的”。 通过以上分析，我们对于物理有了一个较为全面的认识：它既是一门科学，又是一种智能，更是一种文化。作为一名物理教师，能对自己所任教的物理作一番全方位的审视与剖析，这是十分必要的。一方面可使我们看到，物理原来有着如此丰富的的内涵，从而会更自觉、有意识的去挖掘和开发它的育人功能，全面提升教学质量；另一方面又使我们看到，物理原来有着如此美好的禀性，从而会更加钟爱物理，更有激情地去从事物理教学。

物理力学physical mechanics　　从物质的微观结构及其运动规律出发 ，运用近代物理、物理化学和量子化学等学科的成就，通过分析研究和数值计算阐明介质和材料的宏观性质，并对介质和材料的宏观现象及其运动规律作出微观解释的力学分支。物理力学的基础是量子力学、统计力学和原子、分子物理学。　　物理力学是20世纪 50 年代末出现的 。首先提出这一名称并做了开创性工作的是中国学者钱学森。物理力学产生的背景是：①出现了极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度可高达几千至几百万开，压力达几万到几百万大气压(1大气压等于101325帕)，应变率达106～108秒-1等 。在上述条件下，介质和材料的性质很难用实验方法直接测定，而需用微观分析的方法来阐明。②出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题。③出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项。④由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种以微观理论为依据合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。　　物理力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效的手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。　　其特点是：①注重机理分析。着重分析问题的机理，并借助建立理论模型来解决具体问题；只在作机理分析的资料不足时，才求助于新的实验。②注重运算手段。不满足于问题的原则解决，要求直接利用物理力学的成果作彻底的数值计算，力求采用高效率的运算方法和现代化的电子运算工具。③注重从微观到宏观。物理力学建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就建立起物质宏观性质的微观理论 ，是物理力学建立的主导思想和根本目的。　　虽然物理力学引用了近代物理和近代化学的许多结果 ，但它并不完全是统计物理或物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术中提出的各种具体问题。物理力学面临的问题要比基础学科中提出的问题复杂得多，它不能只靠简单的推演方法或只借助于某一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。　　研究内容主要有平衡现象和非平衡现象。平衡现象包括气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡等；解决这类问题主要借助于统计力学方法。非平衡现象包括4个方面：①趋向于平衡态的过程 ，如各种化学反应和驰豫现象(包括能量驰豫和化学驰豫)。②偏离平衡状态较小的稳定的非平衡过程，如物质的扩散、热传导、粘性以及热辐射输运等。③远离平衡态的问题，如开放系统中遇到的各种能量耗散过程。④平衡和非平衡状态下发生的突变过程，如相变等。解决这些问题要借助于非平衡统计力学和不可逆过程热力学理论。　　物理力学的研究工作 ，目前主要集 中在以下 3 个方面：①高温气体性质：研究气体在高温下的热力学平衡性质（包括状态方程）、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的驰豫现象。②稠密流体性质：主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质以及相变行为等。③固体材料性质：利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。

由科技部基础研究管理中心组织的2009年度中国基础研究十大科技进展揭晓。　　[b]这十大基础研究进展分别是：[/b]　　[color=#dc143c]北京正负电子对撞机重大改造工程通过国家验收 　　查明中国陆地生态系统的碳平衡状况 　　揭示A1型短指症致病机理 　　发现β-抑制因子-2复合体信号缺损可导致胰岛素耐受 　　实验证实诱导性多能干细胞具有发育全能性 　　发现金属钠在高压条件下可转化为透明绝缘体 　　阐明纳米孪晶纯铜极值强度的形成机制 　　高温铜氧化物超导体物性和超导机理研究取得重要进展 　　鉴别出与超级杂交水稻杂种优势相关的潜在功能基因 　　找到鸟类起源的一些关键证据。[/color]　　据介绍，本次评选活动的新闻来源由《科技导报》、《中国科学基金》、《中国科学院院刊》和《中国基础科学》共同推荐。通过初评，从184项推荐新闻中遴选出30项候选新闻。随后以问卷形式将候选新闻送中国科学院院士、中国工程院院士、“973”计划顾问组和咨询组专家、“973”计划项目首席科学家、国家重点实验室主任等专家进行无记名投票获得结果。　　本次入选项目呈现出两个主要特点。　　首先，我国具有传统优势的学科领域显示出持续创新能力。如我国在古生物学研究方面有独特的学术资源和地域优势，已形成较为完整的研究体系，在诸多领域已经与国际同步。我国科学家发现的澄江、瓮安动物化石群，引起了全球古生物学界的轰动。2009年，我国又在鸟类起源方面取得了重大突破，发现了一些关键证据，为研究恐龙向鸟类进化过程中有关手指进化问题提供了有力证据，产生了重大的国际影响。　　在材料科学研究领域，物理学家对纳米孪晶纯铜极值强度形成机制的阐释、高温铜氧化物超导体物性和超导机理研究均有良好发挥。在高温超导研究领域，有关铁基超导的重要成果不仅入选中国基础研究十大进展，且入选了《科学》杂志评出的2008年十大科技进展，引起国际同行的广泛关注。今年又有一项高温铜氧化物超导研究的成果入选，表明我国在高温超导方面经过长期的积累沉淀，具有了扎实的基础和雄厚的潜力。　　其次，群体性突破不断涌现。科技部基础研究司司长张先恩说，医学一直是我国的薄弱领域，但近年来呈现出快速发展的态势，具有国际影响的重大成果不断涌现。2009年，有3项医学领域的成果入选基础研究十大进展，表明我国医学领域在多年积累的基础上，已经出现群体性突破的势头。这样的势头往往孕育着重大的革命性突破。　　如由中科院动物研究所周琪研究小组和上海交通大学医学院曾凡一小组合作开展的诱导性多能干细胞，也被称为iPS细胞的全能性验证研究，一直困扰着生命科学向纵深推进。两个研究小组合作，在实验中通过对iPS细胞的培养基以及iPS克隆挑取时间等因素的优化，提高了iPS细胞的获得效率及iPS克隆的质量，制备出37株iPS细胞系，并利用其中6株iPS细胞系注射了1500多个四倍体囊胚后，其中3株iPS细胞系获得了共计27只成活小鼠。经多种分子生物学技术鉴定，这些小鼠确实是由iPS细胞发育而成。目前，这些小鼠现已发育成熟并繁殖了后代。此项研究首次证实，iPS细胞具有与胚胎干细胞相同的全能性。相关研究发表在2009年9月3日《自然》杂志上。　　此外，关于全球性热点、焦点问题的研究，我国科学家也取得了世界瞩目成绩。在全球气候变化研究中，2006年关于成熟森林土壤可持续积累有机碳的成果入选了基础研究十大进展，2007年有关碳汇的研究成果入选，2008年通过氧同位素研究东亚季风变化的成果入选，2009年又有中国陆地生态系统的碳平衡状况的研究成果入选。这些研究不断深入，为我国应对全球变化，解决制约我国经济社会发展的环境问题提供了理论基础。

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(2)在经典力学身上捅上第一刀的人,不是爱因斯坦,而是普朗克。普朗克1858年就出生了，这资格真是老极了。爱因斯坦是在1879年出生的，所以，普朗克与爱因斯坦之间也有代沟——总之，普朗克是基尔霍夫的学生，在1900年代，他已经42岁，创新能力已经有点不行。那时候，铁血宰相俾斯麦（bismark）让德国统一，炼钢工业也得到极大发展,德国的很多钢铁厂面临的问题是如何通过钢水的颜色来知道钢水的温度，这背后的理论就是黑体辐射的经验规律，普朗克象一个精巧的裁缝，把这些经验规律做成的两条裤腿整合起来，做成了一条裤子。这裤子右边的裤腿上写着“维恩制造”,左边的裤腿上写了“瑞利——金斯制造”。当时，维恩实际上已经得到了一个经验规律，也就是“维恩位移定律”：温度正比于最大辐射处的光频率。这定律我们使用中文表达，显得有点别扭，其实就是说，钢水的温度和它辐射出来的最厉害的那个波长的乘积是一个常数。如果有读者比较深邃，可能马上就可以想到，这辐射最大处的波长很明显是一个函数的极值问题------这个函数就是那个未知的黑体辐射函数。换句话说，“维恩位移定律”其实是普朗克后来才发现的那个乳峰曲线的微分。（如果读者有兴趣，还可以知道，乳峰曲线的积分其实上是所谓波尔兹曼----斯特番辐射通量定理。）另外,人们在麦克斯韦时代已经知道的一点是，黑体辐射的光是电磁波，于是，一个很自然的推论由英国的瑞利和金斯推出——这是一个驻波条件，说明光的波长是一个单位长度的n整数倍.任何吉他手都是很清楚的——吉他高手必须要改变手指按琴弦的位置，才能改变乐音基频。吉他基频对应的波长λ的半整数倍等于弦长L。同样道理，按照这个经典图象，在一个密闭容器（炼钢炉）中，电磁波的所有模式中，反弹形成驻波的模式才是基本的，能量在这些模式之中平均分配．在这个模型中，很显然的是，电磁波的基本频率模式是与容器的外形相关的（数学上，这个是一个偏微分方程,零频时也被称为调和问题，一般模式是亥姆霍兹方程，总之，基本频率与边界的形状有关系。）——换句话说，对于一个鼓手来说，鼓的形状不一样，发出的鼓声的基频也是不一样的——这可以通过目前的音乐分析的电脑软件通过傅里叶变换看出来。根据以上的能量均分和驻波模型,瑞利和金斯得到的黑体辐射曲线说，辐射发射的强度与光频率的关系是抛物线形状的，这个显然是不对的，因为如果频率趋向无穷大，辐射强度也是无穷大，这显然是非物理的．前面已经讲到，1900年的10月，普朗克作为一个热力学统计的研究者，才得到了正确黑体辐射曲线，到了12月，他勉强找到了一个半数学半物理的解释，这个被称为“不情愿的革命”。那场革命，刚开始，显得有点非理性，普朗克他面对2个经验公式，在凑公式，凑到最后，糊弄了半天，为了解释他凑出来的那根乳峰曲线（这个在数学上叫内插法）。但这个是凑出来的公式，背后的物理看不清楚，到了最后关头，他才不得不讲出了那句话：“能量是离散的”。普朗克自己也不相信能量是离散的，所以觉得自己在讲鬼话。但作为一个有身份的人，他于是又去思考别的解释，他是鸟枪换炮，开始动用起玻尔兹曼的东西。普朗克把系统总能量平均分成p等份，强行分给n个振子（弹簧）——经典电动力学认为，炼钢炉壁上的原子象弹簧一样振动，能发出电磁波。普朗克为了计算n个振子的玻尔兹曼熵S，首先必须计算出了热力学微观态数w……事情就是这样的，s=klnw 是玻尔兹曼的遗产，当时普朗克感觉自己有点玻尔兹曼灵魂附体……我们再打个比喻，来说明如何计算微观态数W：假如有一个人，他有3个苹果，他有2个抽屉，需要把这3个苹果放在2个抽屉里，显然具有4种安排方式：0,31,22，13，0这就是P=3，n=2的特例。当普朗克为了做到同样的事情，他的工作显得非主流，他不做任何说明，得到了如下的微观态数W：w=（N+P-1）！ /{（N-1）！P！}以上数学！表示阶乘。这在物理上算是一个技巧，确实可以据此推出乳峰曲线。细节我们先跳过去不讲，总之，黑体辐射的定律一旦被猜出来写出来就成了绝响，至少对于仪器分析的各位同胞们来说，如果你想知道这个世界上有没有标准光源，答案可能只有两个，其中一个就是黑体辐射光源------比如我们的宇宙背景辐射，太阳光，等等等等。爱因斯坦是在普朗克的基础上进行工作的，他对普朗克的推导并不满意，于是引进了关于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]的最重要的一个数学系数，称为爱因斯坦B系数。

重视我国的基础分析化学教育 大学的化学学科有无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等四大组成部分。分析化学在四大化学中也有一席之地，分析化学又分为分析化学和仪器分析。分析化学就是传统的滴定分析，随着科学技术的发展，建立在滴定基础上的分析化学如今江河日下，学生学生不重视，老师老师不要求，很多同学大四毕业了，好多基础的实验都不会做。其根本原因我认为有以下几点：1、 仪器分析是当今分析化学的主流，经典分析的基本功确实已经削弱。但是随着高校的扩招，我国高等教育师资力量欠缺已经是一个不容忽视的一个既成事实。老师们一次要盯二十几个人做实验，老师没有耐心教，学生没有兴趣学。老师们的目的是为了赚课时费，学生们的目的是早点做完实验早点解放。在这种相互作用的过程中，学生们根本学不下什么东西。有一次我去省会城市，去某省级检测实验室，一位工作了四年的大师兄竟然不知道什么是比色管。2、 学生们混日子的倾向太明显了。学生们看不到未来。觉得学以致用太不现实了。高考扩招造成的恶性循环。其实我国的基础学科有必要这么扩招吗？工程技术领域的建设才是基础，挂羊头卖狗肉的工程硕士更是形式大于内容。3、 教育的评价体系本来就是错位的。现在评价一位老师的好歹不是以教学成绩作为唯一的评价标准，而是以科研论文作为最重要的评价指标。重科研、轻教学是中国大学最大的失败。好多大师的风骨值得敬佩，一辈子不睦虚名，安心教学。可惜现在这样的老师越来越少了。4、 学生们见不到该见的东西，没听过该听的东西。作为化学专业的本科生，好多人知道大学四年级毕业都没有见过移液枪，大家都把移液枪束之高阁，当做宝贝一样藏在实验室的最深处。我第一次听说移液枪还是大四的时候听见生物专业的学生提起的，现在想想真是人生的失败与人生的悲哀啊！ 以上是本人的一点感想，愤青而已！聊以自慰！

[size=3][font=宋体] （2） 原子内电子的能级就好象是丢2个骰子的游戏，在丢2个骰子的游戏中。我们可以计算出来，丢出7点的概率是最大的。在原子化的过程中，原子处于什么能级的概率是最大的呢？我们先留着这个问题。 [font=Arial]1900年之前,当时的江湖上，其实是有几个高手的，这几个高手相互仰慕同时相互掐架，他们要得到一个关于原子的理论。 其中高手之一就是波尔兹曼，波尔兹曼是做统计力学的。他相信原子的存在。但当时又看不到原子，于是波尔兹曼当时有一些问题，就是他擅长的统计力学不知道可以研究什么东西。而且统计力学里有一个很奇怪的数学基础也得不到证明,这个数学基础大概是这样说的:一个在相空间上的函数，它长时间的行为非常复杂，但这个函数的空间平均等于时间平均。这大约就是遍历理论，换句话说:一个系统必将经过或已经经过其总能量与当时状态相同的另外的任何状态------一个人要跳槽,他会跳完所有同档次的公司,但工资都一样。这有很复杂的数学背景，当然波尔兹曼也不会做数学证明，反正他是天然地相信这个事情是对的,并且把这一条当作统计力学的基础。 这个意思其实很好理解，比如对于一个股民来说，他可以一次性下注100万，也可以每次下注1万，连续下注100天，然后看最后的结果，大体上，如果遍历理论在股票市场也是有效的，他会发现这100天来这样2种下注方式最后能得到的结果是一样的。 (这里所说的遍历理论,并不严格,请读者们小心，实际上在股票市场上存在所谓套利定理，说的是如果频繁交易很多次地话，你从股票市场上能够赢利的期望数值大约等于零) 江湖上，于是有人读波尔兹曼的书，并且他的一些想法也渐渐被世人理解 。 [/font]当时玻尔兹曼他相信原子是存在的。但是在当时原子是看不见的[/font][color=black][font=Times New Roman]——[/font][font=Arial]那为什么原子不能被光学显微镜看到呢？因为可见光的波长大概是400nm到800nm，而原子的大小大概是0。1nm，所以，光波长很容易绕过原子，所以，原子根本就是不能被看到了。[/font][/color][color=black]一个看不见的东西要被人相信，这就是信仰，那时正在闹巴黎公社革命，马克思信仰共产共妻，玻尔兹曼信仰原子[/color][color=black]。[/color][color=black] 玻尔兹曼[/color][color=black]在一个大学里做物理教授，有一个同事，也是一个教授，名叫马赫。马赫是名教授，（爱因斯坦青年时代的偶像之一，堪称精神导师），马赫认为，原子既然看不见，也不能用实验检测出来，那么所谓原子就根本不存在。[/color][color=black]马赫的观点也很激烈[/color][color=black]，一个不能被探测到的东西，[/color][color=black] [/color][color=black]就是不存在的。[/color][/size][size=3][color=black] 所以，马赫和波尔兹曼掐了起来。这2个教授都是在维也纳的，所以简直到了仇人相见分外眼红的程度。爱因斯坦那时候还年轻,籍籍无名之徒,他是要读马赫的书，马赫其实也是一个流体力学的专家,，也许马赫脑子里最清楚的一个事情是，声音传播的速度是可以变化的。 声音速度和光的速度不一样，后者是一个恒定的量(这个是后来出现的狭义相对论的基础)，而前者则是可以变化的。换句话说，声音的速度大小是在空间点上的函数,而流体的速度大小也是空间点上的函数,所以，这2个函数的比率就定义为当时当地的马赫数. 也就是说，在一个空气流动的场中，当时当地的人测量到的声音的速率并不是一个普适的常数。比如说，在地球上，在上海的人在下午3点测量到的声音的速度，和在北京的人在下午4点测量到的声音的速度都是不一样的。这已经很有点狭义相对论的感觉了。 爱因斯坦，也许正是在这样的时代广场上开始了他的创作的,这个是后话。在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]的仪器中,雾化器是很重要的,在雾化器中,存在一个很小的风洞,这个风洞里有高速气流通过,然后在喷嘴处产生负压强,把液体提取上来.这个风洞背后的数学物理基础,就是马赫数和风洞截面之间存在着一个函数关系…… [/color][/size][size=3][color=black]　　爱因斯坦的偶像,就是马赫.马赫的观点得到了另外一个化学大师奥斯特瓦尔德的首肯，后者是一个非常不相信原子论的一个化学家，所以在目前看来，这是一个非常荒诞的事情，因为一个化学家不信仰原子论就象一个医生不相信蛋白质一样。不过那是在[/color][color=black]19[/color][color=black]世纪，人们还处于懵懂情怀之中，奥斯特瓦尔德最精彩的论述是这样的：这个世界上，最基本的运动形式是能量。[/color][/size][size=3][color=black] [/color][color=black]　　这被称为[/color][color=black]“[/color][color=black]唯能论[/color][color=black]”[/color][color=black]，激烈对抗玻尔兹曼的[/color][color=black]“[/color][color=black]原子论[/color][color=black]”[/color][color=black]。[/color][/size][size=3][color=black] [/color][color=black]　　[/color][/size][color=black][/color][color=black][size=3]　　奥斯特瓦尔德的唯能论并没有多大的实际意义，实际上他对催化剂在化学反应中的认识还是很独到的。[/size][/color][size=3][color=black] [/color][color=black]　　[/color][/size][size=3][color=black][/color][color=black]　　奥斯特瓦尔德也是著名教授，可以说在当时的地位一点也不比玻尔兹曼低，所以他们两人也是针尖对麦芒，谁也说服不了谁。[/color][/size][size=3][color=black] [/color][color=black]　　[/color][/size][size=3][color=black]　　[/color][/size][color=black][/color][color=black][size=3]　　玻尔兹曼对决马赫和奥斯特瓦尔德组合，明显力有不逮，同样是江湖好手，玻尔兹曼这一役可谓孤军奋战，犹如东邪黄药师对西毒欧阳峰加上一个欧阳客，打得越来越吃力，这当然不是玻尔兹曼技不如人，而是因为，他本身是一个抑郁症病人，总有很强的自我挫败情绪。[/size][/color][size=3][color=black] [/color][color=black]　[/color][/size][color=black][/color][color=black][size=3]　　[/size][/color][color=black][/color][size=3][color=black]　　历史上称为[/color][color=black]“[/color][color=black]原子论[/color][color=black]”[/color][color=black]和[/color][color=black]“[/color][color=black]唯能论[/color][color=black]”[/color][color=black]之论战。这种动嘴皮子的科学争论最后却以玻尔兹曼的自杀离场而告终结。玻尔兹曼当时是在一个旅游胜地自缢身亡。他离开的那天夕阳西下，白日西匿以后，天地已经失去颜色。只是在落霞之上，有微茫的血色至今依然。[/color][/size][size=3][color=black]　　[/color][/size][color=black][/color][color=black][size=3]　　[/size][/color][color=black][/color][color=black][size=3]　　[/size][/color][color=black][/color][color=black][size=3]　　在玻尔兹曼自杀后的一年，皮兰就通过布朗运动确定了分子原子论——原子是真实存在的！[/size][/color][size=3][color=black] ----未完----待续…… [/color][color=black]　　[/color][/size][color=black][/color][size=3][color=black]　　[/color][/size]