理論物理 bbin宝盈_bbin网站bbin网站

bbin网站

物理學圖片
理論物理
發佈時間:2018-06-15 瀏覽次數:0
理論物理

理論物理學是一門理論上探索物質結構,相互作用和物質運動的基本定律的學科,這些定律在本質上是未知的。理論物理學的研究領域涉及粒子物理學和核物理學,統計物理學,凝聚態物理學,宇宙學等,幾乎包括物理學各個分支的基本理論問題。

發展歷史

物理學是人類現代文明的重要組成部分。它隨着文明的進步而不斷髮展。它是人類物質創造和精神思維的結果。同時,它有力地促進了人類文明的進一步發展。可以說,物理學是現代人類社會最重要的塑造力量之一。它不僅是各種宏偉而精確的物質成就的直接基礎,而且深刻地影響着人類的哲學觀,政治觀,經濟文化活動。這種方式重塑了人類對自身和宇宙的理解。理論物理作爲物理學的重要分支起着重要作用。它的功能和意義不僅完全具備上述所有方面,而且還有其自身的特點。

理論物理知識體系起源於歐洲十五和六世紀的現代革命時期。哥白尼首先提出“天心論”來挑戰宗教神學體系,創造現代天文學;和開普勒的同時代人開普勒一直致力於用嚴格的數學語言對“日新”進行正確而完整的描述。該理論奠定了更加堅實的基礎。伽利略創立了現代科學研究方法:將實驗方法與數學方法和邏輯論證相結合。愛因斯坦曾評論說,伽利略的科學研究方法是人類思想史上最偉大的成就之一,也是物理學的真正開端。

通過對哥白尼現代思想家到伽利略的總結和傳承,牛頓率先建立了一套邏輯嚴謹的理論體系,開創了物理學史上的第一個新時代。牛頓建立了經典的絕對時空觀,提出了三種力的定律,揭示了光的顏色之謎。他開發了強大的數學方法,如微積分,對物理問題進行嚴格的邏輯推理分析,並製作自己的望遠鏡。用諸如棱鏡的實驗設備進行實驗觀察。這些研究方法爲現代物理學研究設定了最基本的規範。牛頓建立的時空哲學和力學系統是兩百多年物理學研究的基礎。拉格朗日,歐拉,拉普拉斯,傅立葉和漢密爾頓等經典物理學家繼續使用數學分析作爲完善牛頓的手段。機械系統,安培,法拉第,麥克斯韋等人創造並完善了經典的電磁理論。 Carnot,Clausius,Gibbs,Boltzmann等人開發並完善了經典熱力學和統計理論。牛頓的理論體系及其產品也使人類認識到物質運動的規律可以被掌握和利用。對遙遠宇宙和外星恆星的理解改變了人們對人類在宇宙中的位置的感知,以及對生物的解剖學分析。而進化史的痕跡完全改變了人類對自身的理解。人類開始放棄宗教和迷信的教條主義,神祕主義和不可知論。追求事物的起源,運動規律,內在邏輯和相互關係構成了理性主義和科學。事實上,這種方法的基礎是推動現代人類文明發展的真正動力。

經典物理系統的高度完善使得理論本身達到了它的能力的邊緣,它產生的複雜實驗方法發現理論基礎本身存在重大問題,這促使龐加萊,洛倫茲,愛因斯坦和玻爾。海森堡和其他人開始認真考慮經典物理系統的基礎是否正確。這種對牛頓系統進行批判性重新審視的浪潮導致了二十世紀初的物理學革命:二十世紀初相對論和量子理論的出現徹底顛覆了牛頓的時空概念和經典物理基礎,以及物理學。迎來了一個新的。車輪發展迅速。應該指出的是,雖然新物理理論取代了舊理論的基本思想,但經典物理學的價值並未被否定。這是因爲經典物理學建立的運動定律的精神,實驗和理論研究方法,在數學語言中描述物理定律的原理具有永恆的價值,經典物理在某些物理條件下仍然足夠準確。相對論和量子力學帶來的修正不會影響具體的物理實踐。

相對論和量子力學再一次重塑了人們對時間和空間的概念,爲“相對性與絕對性”,“時間與空間與物質”,“決定論與不確定性”,“連續與不連續”等概念賦予了新的含義。經典系統中的物理概念和物理定律可以在新的物理框架下進行測試和重新呈現。它們在某種意義上被拋棄,但它們同時被保留和升級。通過量子力學對黑體輻射和原子光譜的完美詮釋,電磁理論理論的完善以及質量和能量轉換的預測,以及廣義相對論對行星進動的精確解釋,新的物理系統很快被人們接受。作爲物理研究的新基礎。以此爲出發點,在20世紀20年代和30年代,人類對自然的認知在微觀層面迅速滲透到原子和核水平。原子光譜被清楚地理解,核物理現象和法律最初被理解和開始。核能的應用;宏觀上擴展到星系和宇宙學尺度,基於廣義相對論的現代宇宙學爲宇宙的進化史提供了一個理論框架,距離數十億光年遠。對星系的觀察以前所未有的方式擴展了人類的知識,對黑洞的討論已經成爲引力理論的長期主題。

隨着對微觀粒子知識的積累,人們發現粒子不是永久性的,它們不斷產生和消滅,並相互作用,這促使物理學家在20世紀30年代和50年代發展了量子場論。早在法拉第和馬克斯韋爾時代就建立了該領域的概念。它是現代物理學的基本概念之一。量子場論將場論與狹義相對論和量子力學相結合,以充分解釋粒子的波動性和粒子。性相互關係,質量和能量之間的關係。在此期間,理論物理知識呈指數增長,人才涌現出來:海森伯格提出了“不確定性原理”,保利提出了不相容原理,狄拉克提出了描述電子的方程,與馬克斯博恩,喬丹和維格納一起。他們與他們一起完善了量子力學,並在場量化方面進行了大量的早期探索。在20世紀30年代和40年代,Chao Yongzheng Ichiro,Schwinger和Feynman建立了一個描述電磁場和電子 - 量子電動力學之間相互作用的量子場論。他們構建了完全滿足相對論和量子力學要求的理論,併成功開發出來。一組擾動理論用於計算特定問題的近似解。電子異常磁矩的理論計算結果與實驗結果吻合良好,達到十億分之一,充分說明了理論方法的有效性。對這一時期微觀量子世界的研究也揭示了其獨特的對稱原理。建立了時空CPT對稱理論和粒子理論的C破壞,P破壞和T破壞。發現並總結了粒子的內部對稱性和自旋。同位旋,重子(輕子)等的定律

20世紀60年代和70年代的理論物理經歷了另一個發展時期。雖然S矩陣理論在此期間蓬勃發展,但人們仍然意識到量子場方法在理解動力學方面具有不可替代的優勢。作爲基本物理原理的規範對稱性爲描述物質相互作用提供了理論框架。非阿貝爾範數理論(楊 - 米爾斯場論)成爲構建現代場論和粒子物理標準模型的基石。四種已知的力量三種重力被消除:電磁相互作用,弱相互作用和強相互作用都可以用規範理論來描述。隨着夸克理論的引入,弱統一理論的建立以及量子色動力學對漸近自由夸克相互作用的正確描述,我們知道費米粒子構成了物質世界的基本成分,而規範粒子則起着相互作用的作用。角色傳播者。理論上,威爾遜的重整化理論以一種新的視角審視了量子場論的基本結構,提出了重整化流的概念,闡明瞭有效量子場論的意義; Nambu,Goldstone,Higgs等發展自發的對稱破壞機制; Hooft和Veltman證明了非阿貝爾範數理論的可重複性; Weinberg-Salam-Glashow建立了弱電均勻性的量子理論;量子色動力學也被證實可以描述夸克 - 膠子正確的相互作用理論;磁單極子和瞬時的研究揭示了場論的一些非微擾性質。在實驗方面,大量的高能實驗,如核的深彈性散射和PP碰撞的噴射現象,證實了夸克的存在和量子色動力學的漸近自由特性。中性流和重玻色子的檢測證實了弱電理論的正確性。到20世紀80年代初,粒子物理學的基本磚塊已經到位,統一理論的建立似乎已近在咫尺。然而,事實表明,統一互動理論的難度遠遠超出了人們的想象。

爲了統一弱電流和強行動理論,人們試圖利用SO(10),SU(5)和其他範數羣的大羣理論來滿足所有對稱性要求,並提出了超對稱性的概念來改進紫外線的理論性質。關於這方面的大量研究尚未得到實驗支持。從理論上講,量子場論的擾動理論已經得到了很好的理解,但非微擾量子場理論仍然困擾着人們。格子範數理論遠遠不足以完全解決像楊米爾斯理論這樣的約束問題。引力理論和量子力學之間的矛盾更爲尖銳。長期以來發現,不利於其他領域的量化方法被應用於重力場並且失敗。通過直接量化重力獲得的量子場不可重新歸一化。這意味着這個理論不能做任何有意義的量子計算。然而,量子引力理論對於完善理論物理系統是不可或缺的:對黑洞性質的經典研究表明,黑洞具有熱力學性質,具有宏觀熵和溫度。半經典研究甚至表明,量子力學使黑洞具有熱輻射,黑洞特性。微觀機制所需的量子引力理論;當宇宙大爆炸宇宙學成功地追溯到宇宙演化的前三分鐘時,粒子宇宙學正確地解釋了宇宙中光質量元素的豐富程度,但繼續追求宇宙的起源。必須考慮重力的量子效應。

爲了解決理論物理學的這些主要問題,從20世紀70年代開始,物理學家提出了各種理論機制,其中一些基於相對論和量子力學,並作出了相對保守的新擴展:超對稱性是針對龐加萊對稱性的擴展,弦理論將自然界的基本成分從點粒子改變爲一維弦。額外維度理論認爲除了宏觀四維時空之外還有一些額外的小額外空間。這些理論往往很簡單。然而,它帶來了許多有趣的研究成果。一些理論從根本上重新審視了相對論和量子力學的理論基礎,試圖通過激進的革命性變革解決問題,量子力學和圓量子引力的各種替代理論在這方面做了一些探索。這些理論導致了大量的形式理論研究,但它們始終缺乏實驗結果的決定性支持。一些理論研究和實驗研究逐漸消失,這引發了辯論,這些研究偏離了物理研究的正確路徑。

無論如何,理論物理學仍然是一個未完成的系統,它充滿活力和充滿挑戰。一方面,理論物理探索了基本粒子的運動規律,同時探討了各種複雜條件下物理定律的表現形式。隨着技術的迅速發展,理論物理研究在越來越多的領域中繼續發揮着重要作用:量子信息理論加深了我們對量子力學基礎知識的理解,同時不斷挑戰量子理論的解釋極限。邊界物理學和納米技術揭示了宏觀和微觀過渡區域豐富的物理定律;超低溫和強激光等極端環境表現出獨特的物理特性;強相關多電子系統對分析和數值研究提出了挑戰;物理系統和非線性物理系統不斷出現新問題。

在新世紀,作爲宇宙學的重大發現,我們的宇宙處於加速擴張的狀態。暗物質和暗能量分別構成宇宙成分的23%和73%。熟悉的重子材料僅佔該地區的4%!理論與實驗之間的衝突是如此尖銳,理論本身也面臨着一個自洽的邏輯問題。新的物理學是不可避免的,理論物理學再次面臨重大突破的機會。隨着大型強子對撞機LHC的完工,新一代天文探測器的發射,引力波探測實驗的進展以及未來幾個大型實驗項目的實施,我們有機會探測到超出標準型號。準確測量宇宙中大大爆炸的餘輝,研究遙遠宇宙中的黑洞和其他奇怪物體。隨着我們獲得越來越多的實驗結果,理論物理學家將獲得更多啓示。一些新的物理學將以自然的方式出現並正確地解釋上述謎團。我們對自然法則的理解將進入一個新的水平。

培養目標博士學位

應具備紮實的理論物理基礎和廣泛的現代物理知識,瞭解理論物理學科的現狀和發展方向,有紮實的數學基礎,掌握現代計算技術,可運用現代理論物理方法處理相關理論。學科。問題。他具有獨立從事科學研究的能力,具有嚴謹求實的科學態度和風格,在國際前沿或交錯領域進行了深入研究,取得了創造性成果。至少掌握一門外語,能夠閱讀本專業的外語資料,具備一定的寫作能力和開展國際學術交流的能力。畢業後,他可以獨立從事前沿理論課題的研究,開闢新的研究領域。學位持有者應具備高等教育機構,研究機構和高科技企業的教學研究,開發和管理能力。

碩士學位

應具備紮實的理論和物理基礎及相關背景知識,瞭解理論物理學科的現狀和發展方向,掌握用於物質微觀和宏觀現象研究的專業理論和相關數學計算方法,以及嚴謹而現實。科學的態度和風格,具有從事前沿主題研究的能力。你應該熟悉一門外語,並能夠閱讀這門專業的外語材料。畢業後,他具備高等教育機構,研究所和高科技企業的教學,研究,開發和管理資格。

業務範圍研究範圍

理論物理學基於實驗現象,利用理論方法和模型研究基本粒子,原子核,原子,分子,等離子體和凝聚態物質運動的基本規律,並解決學科本身和學科中提出的基本理論問題。高科技探索。 。他的研究興趣包括粒子物理理論,原子核理論,凝聚態理論,統計物理學,光子學理論,原子與分子理論,等離子體理論,量子場論和量子力學,引力理論,數學物理,理論生物物理學,非線性物理學。 ,計算物理等。

課程設置

先進的量子力學,高級統計物理,高等數學,量子場論,羣論,規範場理論,現代數學方法,計算物理,凝聚態理論,量子多體理論,粒子物理,核理論,非平衡統計物理,非 - 線性物理學,廣義相對論,量子光學,理論生物物理學,天體物理學,微分幾何學,拓撲學等。

相關學科

粒子物理與核物理,原子與分子物理,凝聚態物理,等離子體物理,聲學,光學,無線電物理,計算數學,化學物理,天體物理學,宇宙學,材料科學,信息科學與生命科學

研究方向粒子物理和量子場論

粒子物理學是研究物質微觀結構和基本相互作用的物理學前沿。作爲量子場的基本理論,粒子物理理論取得了巨大的成功。建立粒子物理標準模型是二十世紀物理學的主要成就之一。它可以均勻地描述人類已知的最小“粒子”(夸克,輕子,光子,膠子,中間玻色子,希格斯粒子)。權力,電力和弱點的性質和三個基本的相互作用。粒子物理學有許多研究方向,如:強子物理學,重物理學,輕子物理學,中微子物理學,標準模型的精確測試,對稱性和對稱性破壞,標準模型擴展等等。

超弦理論和場論

量子場論是研究微觀世界的基本工具。它屬於重要的前沿領域,其研究成果直接影響着許多理論物理學科的進步。弦理論是在量子場論的基礎上發展起來的一種新的物理模型。它避免了場論中遇到的紫外發散問題,是統一四種相互作用理論的重要嘗試。

引力理論與宇宙學

愛因斯坦的廣義相對論是一種非常成功的經典引力理論。建立自洽的量子引力理論是當前理論物理學的一項重要任務。與廣義相對論相比,標量張量引力理論具有很強的競爭力。廣義相對論在宇宙學和天體物理學(包括宇宙大爆炸宇宙模型,中子星和黑洞,引力透鏡和引力波預測)中的應用取得了巨大成功,但許多難題仍有待解決。例如,奇點的難度,暗物質的組成及其存在形式,物理性質,宇宙中的比例及其在宇宙演化中的作用,物質反物質的不對稱性,宇宙常數的問題和暗能量,原始核合成,宇宙早期相變過程中的拓撲缺陷問題,宇宙早期膨脹模型的建立,黑洞的量子力學,以及引力的全息性質。

未來幾年將投入使用幾種大型空間和地面天文觀測裝置(包括大型望遠鏡,引力波觀測臺,等效原理檢測裝置等),適用於現有的宇宙學模型和引力波。預言的正確性和等價原則提供了更準確的測試,隨後是宇宙學和萬有引力的快速發展,爲理論工作提供了更多獲得重要成果的機會。

凝聚態理論和計算凝聚態物理

複雜性和多樣性是多體微觀量子世界的基本特徵,其規律性的探索是凝聚態理論研究的核心。這一領域的每一次突破,如BCS理論和超導性的建立,都極大地改變了量子多物理學的應用和對微觀世界的理解。結果與數學,化學,材料和信息相交叉。 ,計算機和許多其他學科和領域。陶瓷材料,半導體異質結和其他低維固體材料中發現的大量異常物理現象需要新電子理論的誕生。研究這些新的物理現象是研究人員的中心任務。主要研究方向包括:

量子霍爾效應,高溫超導和巨磁電阻等強相關係統的物理機制,量子液和量子臨界現象;

量子多體理論方法的探索與應用,特別是數值計算方法。計算方法包括密度矩陣重整化羣,量子蒙特卡羅計算,從頭計算等;

納米材料,半導體材料或結構(如量子點,線和碳納米管)中的非平衡量子傳輸和自旋電子學

晶格系統中量子背散射與可積問題的研究。

統計物理與理論生命科學

統計物理學研究方法極爲普遍,具有廣泛的研究對象。它是一個微觀到宏觀的橋樑,從簡單到複雜的階梯,從理論到應用。從生物大分子的分析到理解它們的空間結構,到了解生命活動中的物理和化學過程,生命科學提出了許多具有挑戰性的統計物理問題。對這些問題的研究將加深對生命現象本質的理解,也將促進統計物理學本身的發展。

理論生物物理

兩親性分子膜是凝聚態物理軟質材料,或複雜流體的前沿研究對象,是物理學,化學和生物學的研究課題。這方面的研究正在擴大單分子膜,生物大分子及其生物學功能(DNA單分子彈性,蛋白質摺疊等)的理論探索。

原子核理論

從20世紀90年代中期到本世紀初,一些超大型核物理實驗裝置已在國際上投入使用,如TJNAF(CEBAF),RIB,RHIC等。核物理學的發展已進入新的階段。這些新型巨型裝置爲研究核 - 核相互作用,核心中的短程行爲和核結構,各種極端條件下的核現象,核性質以及更深層次的多體理論方法提供了良好的機會。 。

量子物理、量子信息和原子分子理論

高科技的發展使得過去無法獲得的極端物理條件(例如極強場,超低溫和受控中尺度)在實驗室中得以實現。在這些特殊條件下,物質與光場之間的相互作用過程將呈現出一系列新的物理現象,使人們能夠重新認識物理學的基本問題,並導致建立新興學科的分支(如量子信息)。 。

量子信息基於量子力學的基本原理,充分利用量子相干的獨特性質(量子並行和量子糾纏),以全新的方式探索計算,編碼和信息傳輸的可能性,爲芯片組件的限制。新概念,新想法和新方法。量子力學和信息科學的結合充分證明了跨學科交互的重要性,並可能導致信息科學概念和模型的重大變化。

計算物理

辛算法和保存結構算法由中國着名數學家馮康和他的學校在20世紀80年代中期提出,改進和發展。他們在這一領域的工作不僅領先,而且在計算數學領域也佔有非常重要的地位,並獲得了國際認可。在計算數學和計算物理學中,重要的是引入計算的哈密頓系統的辛結構,或維持接觸系統的系統相關幾何結構。在國際上,沿着維護結構的想法,在相關領域取得了新的進展。例如,提出了多辛算法和李羣算法。這些是無窮維繫統的多辛結構和系統李羣對稱性的算法。