从量子力学到信息技术

 提到量子力学,现代人们都知道它是现代物理学中重要的基础理论,也是现代科学技术中的两大重要基石之一,它是一门能使人类把握宏观物体的各种性能,并能深入认识物体微观结构的科学。提到信息技术,人们都知道它同样是现代高新技术,也是20世纪五大尖端技术之一。然而,谈到两者是否存在关系、是何种关系时,则鲜为人知。当我们翻开科技发展的史册,对信息技术进行追源探因,就可以发现:量子力学是信息技术的源泉,是信息技术的原创理论基础;信息技术是量子力学理论的技术应用和技术开发。下面我们不妨从科学技术发展的历程中追源探因。     

量子理论的诞生和发展——从量子论到量子力学

简要叙述 ,从普朗克 190 0年首次对电磁波提出量子假设到狄拉克 192 8年对电子提出相对论性方程这段时间内 ,量子理论特别是量子力学诞生和发展的演化过程 .内容分黑体辐射和量子假设 ;老量子论的兴与衰 ;第一条通向量子力学的路———对应原理 ,包括矩阵力学 ,狄拉克的q -数 ;第二条通向量子力学的路———波粒二象性 ,波动力学 ;以及量子力学初步成长 (指 192 7年的表象理论、不确定关系、氦原子及氢分子和 192 8年的狄拉克相对性电子理论 )五个部分 .     

量子理论的诞生和发展—从量子论到量子力学

简要叙述,从普郎克1990年首次对电磁波提出量子假设到狄拉克1928年对电子提出相对论性方程这段时间内,量子理论特别是量子力学诞生和发展的演化过程,内容分墨体辐射和量子假设;老量子论的兴与衰;第一条通向量子力学的路－对应原理,包括矩阵力学,狄拉克q－数;第二条通向量子力学的路－波粒二象性,波动力学;以及量子力学初步成长（指1927年的表象理论、不确定关系、氮原子及氢分子和1928年的狄拉克相对性电子理论）五个部分。     

从氢原子的量子力学到两个新的物理学研究方向

翻开任何一本初等量子力学或者量子化学教材,氢原子的量子力学解是前半部分必须介绍的内容。理工科甚至一些文科学生,都接触过氢原子的束缚态解。有人可能以为氢原子已经研究得很成熟,不再有继续研究的余地。     

通过计算氢原子的玻尔半径,加深对量子力学的理解

通过玻尔理论基本假设、不确定关系、薛定谔方程以及波函数性质4种方法求氢原子的玻尔半径,理解了玻尔理论基本假设的半经典、半量子;不确定关系正是微观粒子波动性的必然结果;氢原子中电子遵从薛定谔方程,方程的解析即为波函数,是概率波.     

超越爱因斯坦,从大爆炸到黑洞

据美国双月刊《Mercury》报道：由众多宇宙学家、理论工作者和天体物理学家在2004年5月12～15日于美国斯坦福大学校园举行的学术会议讨论了黑洞、暗能量、暗物质、空间的额外维数和弦论等问题．     

用大学物理知识诠释前沿科技——从光的偏振到量子通信

在大学物理教学中以科技前沿应用为牵引,用大学物理的语言解释前沿科技进展的原理,拉近基础课和前沿应用的距离,可以促进学生学习物理的兴趣,加深学生对于基础物理原理的理解。本文以量子密钥分配为例,仅用大学物理中偏振的内容就解释了经典的BB84方案的基本原理,并对该方案的实际实现进行了阐述,旨在表明任何理论方案和实际实现都存在相当的距离。本文还介绍了量子通信领域的最新研究进展和目前主要的研究方向,以激发学生主动探索和进一步研究的兴趣和热情。本文是为基础物理原理和高新尖技术之间搭建桥梁的一次有益尝试,相关思路值得在新工科背景下的大学物理教学中推广。     

从网络资源与社会产业,谈推进应用型院校大学物理教学改革的思考和实践

基于学生为中心的教学思想,以培育适应现在和未来信息与现代化发展需求的创新型人才为根本出发点,从引导学生利用网络资源扩展自主学习时间和空间、增加物理前沿与国内外产业现状的教学内容两方面,对推进大学物理教学改革作了思考和探索实践.     

从二维到三维的场致电子发射:电动力学与量子力学相结合的一个例子

讨论电场使电子从纳米厚度的金属片经过量子隧穿进入真空的过程.忽略金属片的厚度,通过共形变换,使得真空电势和电子波函数满足简单的边界条件,从而得到严格的电势分布和近似的电子波函数解,给出发射电流密度空间分布的表达式.     

对建立大学物理文字、声像有机结合教材体系的认识和建议

《大学物理学》(音像文字结合教材)编写、制作的十年工作内，得到江苏省教委高教办公室邱坤荣主任自始至终的大力支持、指导与帮助，此次会议期间，邱坤荣主任因故未能前来参加指导，十分遗憾。现将10年前他在《大学物理文字、声像教材研讨班》上所作的报告再次刊出，虽然经过了十年，但文章中的内涵仍时我们有深切的启迪。     

从北京谱仪到未来CEPC上的高能实验

1989年4月,北京谱仪探测器（BEijing Spectrometer,BES）忠实地记录了北京正负电子对撞机（Beijing Electron Positron Collider,BEPC）的历史性的第一个物理事例,宣告中国高能加速器物理实验的肇端。转眼之间已经整整30年。这30年,中国的经济发展实现了腾飞,同时是科学技术飞速发展的30年,尤其是基础科学取得了长足进步,一些领域已经跻身国际先进行列,一些领域与国际先进水平的差距已大大缩小。     

从北京谱仪到未来CEPC上的高能实验

 1989年4月，北京谱仪探测器（BEijing Spectrometer，BES）忠实地记录了北京正负电子对撞机（Beijing Electron Positron Collider，BEPC）的历史性的第一个物理事例，宣告中国高能加速器物理实验的肇端。转眼之间已经整整30年。这30年，中国的经济发展实现了腾飞，同时是科学技术飞速发展的30年，尤其是基础科学取得了长足进步，一些领域已经跻身国际先进行列，一些领域与国际先进水平的差距已大大缩小。     

从金属原子气样本上观察到约瑟夫森效应

1962年由B·D·约瑟夫森首先在理论上预言了电子能通过两块超导体之间薄绝缘层的量子隧道效应，这个预言在一年之后得到了实验上的证实．为表彰约瑟夫森的理论预言，1973年授予他诺贝尔物理学奖，由此普遍称为约瑟夫森效应．该效应的内容得到充实和完善，应用也快速发展，逐渐形成一门新兴学科——超导电子学．两块超导体夹一层厚度适当的薄绝缘材料的组合称S-I-S超导隧道结或约瑟夫森结．约瑟夫森效应分为两种：     

从磁控管到回旋管和自由电子激光

微波电子学作为一门独立学科从物理学分离出来,应归于磁控管的产生和发展．有趣的是,从磁控管演化到回旋管及自由电子激光,又使这一研究领域戏剧性地回归到物理学范畴．本文将研究这一历史过程的重大事件,展示磁控管的发展如何促使实用雷达系统的诞生,在第二次世界大战后又如何摆脱了困境,在六十年代及七十年代又先后出现两个飞跃,产生了回旋管及自由电子激光．一、磁控管二十世纪初,国际上电话电报事业竞争非常激烈,?...     

分子和原子--从假设到实在

2004年6月10日，联合国第58次全体会议作出决议将2005年定为“国际物理年”．决议指出：“物理学是认识自然界的基础”，“是当今众多技术发展的基石”，“物理教育为培养人的发展提供了必要的科学基础”；并指出“爱因斯坦在1905年的几项重要发现奠定了现代物理学的基础”；高度评价物理学在认识世界、改造世界和提高人的科学素质等方面的重大作用．这一切都是指近400年来走到正确的认识自然和改造自然道路上的，并以相对真理形式体现绝对真理而不断发展的物理学．贵校同学们邀我来作有关物理学史方面的科普报告．     

苯基叠氮在光吸收激发态上的结构动力学-共振拉曼和量子力学计算研究

采用共振拉曼光谱学和完全活化空间自洽场方法研究了苯基叠氮被激发到S₂(A')、S₃(A')和S₆(A')光吸收态后的结构动力学. 基于傅立叶变换拉曼、傅立叶变换红外、紫外、密度泛函计算和简正模式分析,指认了紫外吸收光谱和振动光谱. 获得了环己烷、乙腈和甲醇溶剂中273.9、252.7、245.9、228.7、223.1和208.8 nm等不同激发波长下的A、B和C带共振拉曼光谱,以探测Franck-Condon区域的结构动力学. CASSCF计算获得了单重电子激发态能量最低点和势能面交叉点的电子激发能和优化几何结构. 结果表明,苯基叠氮在S₂(A')、S₃(A')和S₆(A')态上的激发态结构动力学各不相同. 与Kasha规则相符,S₂S₁(1)和S₂S₁(2)势能面交叉点在S₂(A')激发态衰变动力学和N7=N8键解离中扮演着重要角色. 提出了两条主要衰减通道：S_2,min→S₀辐射通道和S_2,FC(ππ^*)→S₂(ππ^*)/S₁(nπ^*)→S₁(nπ^*)非辐射通道.     

从"填"实验报告到"写"实验型论文--大学物理实验写作创新一得

为了实现将理工科学生真正培养成综合素质高,能从事研究、设计、实验、制造、施工及管理的专业人才的培养目标,大学物理实验教学正进行从消极被动的演示型、验证型实验教学向主动创新的设计型、开放型实验教学转变的改革,大学物理实验写作也理应与时俱进,改革创新,引导学生从。填”实验报告转变为。写”实验型论。     

探索极端宇宙——从HXMT到eXTP和HERD

慧眼卫星见证了中国高能天文学从20世纪70年代艰难起步到蓬勃发展的过程,在“多信使天文学”时代竞争激烈的国际前沿领域已经占据了有特色和优势的“一席之地”。在此基础之上提出的下一代旗舰级高能天文台eXTP和HERD的实施将使中国在相关领域全面领先,领导国际“探索极端宇宙”。     

超媒体和认识物理——站在巨人的肩膀上

本讨论了超媒体(hypermedia)的定义及其发展简史，介绍了认识物理和学生内在激励教育的模式。提出了利用超媒体来提高学生对物理学的认识，激发学生的学习动力。