物理学的方向
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物理学的方向篇一：物理学专业考研方向
物理学专业考研方向及高校排名
一、专业简介
物理学专业：培养系统掌握物理学专业知识和基本理论，具有良好科学素养和创新能力，受到严格科学实验训练和科 学研究初步训练，能够熟练应用计算机和网络技术解决实际问题的物理学基础人才和专门人才。
一般有以下几个方向： 理论物理学专业方向：培养运用物理学的基本理论、方法和计算机及网络技术，研究物质的基本运动规律、物质结构理论和时空理论，具有扎实的物理学理论基础和计算机应用能力，在交叉学科及跨学科领域具有较强开拓能力的专门人才。
磁学与新型磁性材料专业方向：培养与国民经济建设密切相关的磁性薄膜物理、磁记录物理、新型磁记录材料、磁光存储材料、非晶磁性及铁磁体的超精细相互作用等方面具有坚实理论基础、实验工作能力和利用计算机进行多道分析、模拟设计的磁学和磁性材料方面的专门人才。
电子材料与器件工程专业方向：培养能够适应信息材料与器件领域国民经济建设和高新技术发展需要的、具有坚实理论基础和实际工作能力的、在企事业单位从事信息材料（微电子材料、光电子材料、光子材料等）的制备和物性研究及新型电子器件、光电子器件的设计、制造和应用开发的科研、教学、科技管理专门人才。
新金属材料物理专业方向：培养从事金属及合金的物理、力学、化学性能及其理论研究，新型结构及功能材料探索和研制，金属材料的热处理及表面改性研究与开发等方面的专门人才。
计算物理专业方向：培养具有计算机技术、程序设计、网络管理和软件研制能力，能够利用计算机进行新材料、新器件的模拟设计、数值分析、大规模科学计算，掌握物理学基本理论和实验技能的高新技术发展需要的专门人才。二、考研建议
你不喜欢纯物理学的研究那就不要选择理论物理学方向。可以选择一些偏工科的方向报考。
选择光学工程方向。其小方向有激光技术、光学精密测量、光电传感等。较好的学校有浙江大学、清华大学、天津大学等。
如果你不嫌地域偏远的话，可以选择兰州大学（甘肃兰州），兰大的物理学全国算是很强的尤其是其核物理学。现在核能方面需要大量技术人员，也许是个不错的选择。热动力工程或者能源工程方向，这方面现在是热门。西安交通大学，华中科技大学等。
量子通信方向，中国科学技术大学（安徽合肥）是全国领先的。这方面的技术可是国际热点，需要大量人才。
还有现在国家航天科技迅速发展，你也可以选择与航天有关的专业，比如北京航空航天大学。
物理学和计算机及网络联系还是比较紧密的，如果你对于计算机及网络技术感兴趣的话，可以跨专业考计算机方向。计算机专业现在实行全国联考。初试一般考四门专业课：数据结构、计算机组成原理、操作系统原理和计算机网络。研究生一般有两个大的研究方向：计算机软件与理论、计算机应用技术。每个大方向里面又有很多小研究方向。软件与理论主要是搞计算机系统结构、软件工程等，如果你喜欢搞理论和系统结构的话可以选择。计算机应用技术主要有计算机网络、单片机、嵌入式系统等。现在可以说是信息时代，计算机网络技术的应用前景相当广泛的。
计算机专业全国领先的学校是清华大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学、南京大
学、中国科学技术大学等。
如果你成绩一般，不是那么有信心的话，可以报考中等的院校，但最好是211工程的。如合肥工业大学等。在选择时，可以到学校网站查询一下其专业目录，最好选择是国家或省级重点的专业。这样会比较好一些。至于学校的招生，录取情况最好上网查询，并且多方打听一下才能下结论。工学的技术性较强，就业相对比较容易，而且比较容易对口。研究生毕竟强调理论技术上的研究和创新。从就业的角度来讲，最好能学一些较为实用的技能，比如办公软件（文字处理、幻灯片、电子表格）、局域网组建等，这是几乎任何单位都可能遇到的问题。
一级学科物理学下包含各二级学科为： 声学 光学 理论物理 凝聚态物理 无线电物理
粒子物理与原子核物理 原子与分子物理 等离子体物理 理论物理（100）
排名 学校名称 1 北京大学 2 3 4 5 6 7
等级A+
排名 学校名称 8 南京大学
海交通大学 南开大学 清华大学 兰州大学
等级 排名 学校名称 等级 A15 北京理工大学 A A 16 山东大学A A17 湖南师范大学 A A18 西安交通大学 A A19 内蒙古大学A A20 华中师范大学 A A
中国科学技术大学A+ 9 北京师范大学 A+ 10 复旦大学A+ 11 大连理工大学 A+ 12
浙江大学A 13 中山大学 华中科技大学 A 14 吉林大学
B+等(30个)：宁波大学、河北师范大学、四川大学、南京师范大学、云南大学、天津大学、山西大学、武汉大学、扬州大学、西北大学、辽宁师范大学、华东师范大学、厦门大学、同济大学、广西大学、浙江师范大学、河北工业大学、广西师范大学、河南师范大学、湖南大学、北京科技大学、渤海大学、东南大学、西华师范大学、南京航空航天大学、江西师范大学、南昌大学、烟台大学、河南大学、辽宁大学
B等(30个)：曲阜师范大学、西南大学、深圳大学、中南大学、山西师范大学、郑州大学、安徽大学、西北师范大学、北京航空航天大学、北京工业大学、苏州大学、云南师范大学、重庆邮电大学、湖南科技大学、北京交通大学、温州大学、上海师范大学、中国人民大学、东北大学、华南师范大学、山东师范大学、中国矿业大学、重庆大学、东北师范大学、贵州大学、安徽师范大学、徐州师范大学、广州大学、四川师范大学、湘潭大学
C等(20个)：名单略
粒子物理与原子(来自:www.hnnSCY.cOm 博文学习 网:物理学的方向)核物理（26）
排名 学校名称 等级排名 学校名称 1 北京大学 A+ 3 清华大学 2 中国科学技术大学A 4
兰州大学
等级 排名 学校名称 A5 复旦大学 A
等级 A
B+等(8个)：华中师范大学、四川大学、浙江大学、北京师范大学、吉林大学、武汉大学、南京大学、哈尔滨工业大学
B等(7个)：上海交通大学、南开大学、山东大学、辽宁师范大学、山西大学、郑州大学、中山大学
C等(6个)：名单略
原子与分子物理（33）
排名 学校名称 等级 排名 学校名称 1 清华大学 A+3 吉林大学 2 四川大学
A
等级 排名 学校名称A5 大连理工大学
等级 A A
4 中国科学技术大学A 6 西北师范大学
B+等(10个)：复旦大学、山西大学、上海交通大学、浙江大学、北京理工大学、山东大学、安徽师范大学、华中师范大学、南京大学、华东师范大学
B等(10个)：山东师范大学、四川师范大学、山西师范大学、河南师范大学、西安交通大学、华东理工大学、辽宁师范大学、新疆大学、辽宁大学、广西师范大学
C等(7个)：名单略
等离子体物理（14）
排名 学校名称 等级 1 大连理工大学 A+
排名
学校名称
等级 排名
学校名称
等级 A
2 中国科学技术大学 A 3 浙江大学
B+等(4个)：清华大学、电子科技大学、复旦大学、大连海事大学
B等(4个)：东华大学、河北大学、华东师范大学、武汉科技大学
C等(3个)：名单略
凝聚态物理（116）
排名 学校名称 1 南京大学
等级排名 学校名称 A+ 9 山东大学
等级 排名 学校名称
A 17 武汉大学
等级 A
3 4 5 6 7 8
复旦大学 北京大学 吉林大学 浙江大学 清华大学 中山大学
A+ A+ A+ A A A
11 12 13 14
19 20 21 22
上海交通大学A 郑州大学 A 北京科技大学A 上海大学 A 湖南大学 A
重庆大学 A 华中科技大学A
南京航空航天大学A
15 四川大学 A 23 北京航空航天大学A 16 北京师范大学A
B+等(35个)：南开大学、西北工业大学、同济大学、苏州大学、湘潭大学、北京工业大学、北京理工大学、西安交通大学、华东师范大学、哈尔滨工业大学、中南大学、燕山大学、湖南师范大学、东南大学、河南大学、河北师范大学、厦门大学、东北师范大学、电子科技大学、山西大学、华中师范大学、天津大学、北京化工大学、广西大学、大连海事大学、武汉理工大学、兰州理工大学、西北大学、浙江师范大学、中国人民大学、聊城大学、温州大学、河南师范大学、华南师范大学、暨南大学
B等(34个)：宁夏大学、陕西师范大学、首都师范大学、哈尔滨理工大学、宁波大学、南京师范大学、四川师范大学、西南科技大学、广州大学、内蒙古科技大学、华南理工大学、曲阜师范大学、扬州大学、西南大学、云南大学、哈尔滨师范大学、西北师范大学、东北大学、湖北大学、西南交通大学、长春理工大学、吉首大学、中国矿业大学、上海理工大学、长沙理工大学、北京交通大学、南京理工大学、三峡大学、青岛大学、天津理工大学、内蒙古大学、福建师范大学、吉林师范大学、河海大学
C等(24个)：名单略
声学（15）
排名 学校名称 等级 排名 学校名称 等级 排名 学校名称 1 南京大学 A+2 西北工业大学 A3 同济大学
等级 A
B+等(5个)：陕西师范大学、清华大学、哈尔滨工程大学、华南理工大学、吉林大学
B等(5个)：中国科学技术大学、北京大学、浙江大学、兰州交通大学、华东师范大学
C等(2个)：名单略
光学（90） 排名 学校名称 1 2 3 4 5
等级
排名 学校名称 等级 排名
A A
1314
学校名称
等级
中国科学技术大学A+ 7 浙江大学 北京大学 A+8 清华大学 电子科技大学A
四川大学 A 北京师范大学A 中山大学 A 长春理工大学A
哈尔滨工业大学 A+ 9 华南师范大学A15 复旦大学 A+ 10 华东师范大学A16 南开大学 A 11 北京工业大学A17
6 华中科技大学 A 12 山西大学 A18 北京交通大学A
B+等(27个)：吉林大学、西安电子科技大学、上海交通大学、西北大学、西安交通大学、山东大学、深圳大学、苏州大学、天津大学、南京理工大学、大连理工大学、河北大学、南京大学、武汉大学、山东师范大学、上海大学、同济大学、厦门大学、北京邮电大学、华中师范大学、东南大学、曲阜师范大学、郑州大学、福州大学、南昌大学、华南理工大学、暨南大学
B等(27个)：福建师范大学、首都师范大学、安徽师范大学、浙江师范大学、河南大学、浙江工业大学、安徽大学、西北工业大学、北京航空航天大学、河南师范大学、江西师范大学、昆明理工大学、兰州大学、宁波大学、聊城大学、烟台大学、燕山大学、云南师范大学、西南大学、哈尔滨工程大学、中南大学、湖南师范大学、长江大学、陕西师范大学、黑龙江大学、华侨大学、西安建筑科技大学
C等(18个)：名单略
无线电物理（20）
排名 学校名称 等级 排名 学校名称 等级 1 南京大学 A+3清华大学 A
排名
学校名称
等级
2 武汉大学 A4电子科技大学A
B+等(6个)：西安电子科技大学、北京大学、中山大学、华东师范大学、兰州大学、四川大学
B等(6个)：厦门大学、浙江大学、华中师范大学、上海大学、山东大学、南开大学
C等(4个)：名单略
物理学的方向篇二：物理研究方向介绍
物理学早期称为自然哲学，是自然科学中与自然界的基本规律关系最直接的一门学科。它以研究宇宙间物质各层次的结构、相互作用和运动规律以及它们的实际应用前景为自己的任务。
从17世纪牛顿力学的建立到19世纪电磁学基本理论的奠定，物理学逐步发展成为独立的学科，当时的主要分支有力学、声学、热力学和统计物理学、电磁学和光学等经典物理。本世纪初，相对论和量子论的建立使物理学的面貌焕然一新，促使物理学各个领域向纵深发展，不但经典物理学的各个分支学科在新的基础上深入发展，而且形成了许多新的分支学科，如原子物理、分子物理、核物理、粒子物理、凝聚态物理、等离子体物理等。在近代物理发展的基础上，萌发了许多技术学科，如核能与其它能源技术、半导体电子技术、激光和近代光学技术、光电子技术、材料科学等，从而有力地促进了生产技术的发展和变革。
19世纪以来，人类历史上的四次产业革命和工业革命都是以对物理学某些领域的基本规律认识的突破为前提的。当代，物理学科研究的突破导致技术变革所经历的时间正在缩短，从而在近代物理学与许多高技术学科之间形成一片相互交叠的基础性研究与应用性研究相结合的宽广领域。物理学科与技术学科各自根据自身的特点，从不 同的角度对这一领域的 研究，既促进了物理学的发展和应用，又加速了高技术的开发和提高。
我国的物理学专业，从来就不是纯物理专业，它是包括应用物理和技术物理在内的基础研究和应用研究相结合的专业。建国以来，我国的许多新技术学科如半导体、核技术、激光、真空技术等的大部分，都是在物理学科中萌芽、形成和发展起来的。基础性工作与应用性工作同时并存、相互结合是我国物理学科的特点。 物理学科是一门基础学科。在物理学基础研究过程中形成和发展起来的基本概念、基本理论、基本实验手段和精密测量方法，已成为其他学科诸如天文学、化学、生物学、地学、医学、农业科学等学科的组成部分，并推动了这些学科的发展。物理学还与其他学科相互渗透，产生了一系列交叉学科，如化学物理、生物物理、大气物理、海洋物理、地球物理、天体物理等。这种相互渗透过程一直在进行之中，例如量子计算问题是当前的一个研究热点，有可能对信息科学产生重要的影响。数学对物理学的发展起了重要的促进作用，反过来物理学也促进了数学和其他交叉学科的发展。
物理学也是各种技术学科和工程学科的共同基础，物理量测量的规范化和标准化已成为计量学的一个重要研究内容。依据上述认识，物理学科可包含如下几个分支∶理论物理、粒子物理与原子核物理、原子和分子物理、凝聚态物理、等离子体物理、声学、光学以及无线电物理。
理论物理
概况
理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、微观相互作用和物质运动的基本规律的学科。一个国家的理论物理学水平，在一定程度上反映了民族的科学素
养和独立发展高水平科学技术的潜力。理论物理的研究领域涉及粒子物理与原子核物理、统计物理、凝聚态物理、宇宙学等。几乎包括物理学所有分支的基本物理问题
2. 学科的研究范围
理论物理是在实验现象的基础上，以理论的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子、等离子体和凝聚态物质运动的基本规律，解决科学本身和高科技探索中提出的基本理论问题。研究范围包括粒子物理理论、原子核理论、凝聚态理论、统计物理、光子理论、原子分子理论、等离子体理论、量子场论与量子力学、引力理论、数学物理、理论生物物理、非线性物理、计算物理等。
凝聚态物理
概况
凝聚态物理学是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。凝聚态物理的研究对象除晶体、非晶体与准晶体等固相物质外还包括从稠密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝聚相，例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。特别是八十年代以来，凝聚态物理学取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。一方面传统的固体物理各个分支如金属物理、半导体物理、磁学、低温物理和电介质物理等的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、无序体系物理学、准晶物理学、介观物理与团簇物理等。从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一，从事凝聚态研究的人数在物理学家中首屈一指，每年发表的论文数在物理学的各个分支中居领先位置。目前凝聚态物理学正处在枝繁叶茂的兴旺时期。并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。近年来凝聚态物理学的研究成果、研究方法和技术日益向相邻学科渗透、扩展，有力的促进了诸如化学、物理、生物物理和地球物理等交叉学科的发展。
学科研究范围
研究凝聚态物质的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质。研究领域包括固体物理、晶体物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学、固体光学性质、低温物理与超导电性、高压物理、稀土物理、液晶物理、非晶物理、低维物理（包括薄膜物理、表面与界面物理和高分子物理）、液体物理、微结构物理（包括介观物理与原子簇）、缺陷与相变物理、纳米材料和准晶等 光 学
1. 概况
光学是研究光辐射的性质及其与物质相互作用的一门基础学科，具有悠久的历史。本世纪六十年代初激光问世，这一划时代的成就为光学学科本身开创了新的纪元。不仅使光学再度成为人类探索大自然奥秘的主要手段及前沿学科，也带动了科学技术和工业的革命性变化。光学作为一门既古老又年轻的学科在基础科学与高新技术的发展中正占有越来越重要的地位。 激光为人类提供了性能奇特的相干光源，新的光学效应随之不断涌现，新的分支学科如非线性光学、量子光学、光电子学、原子光学等层出不穷。激光与其它学科的结合又使诸如激光化学、激光生物学、激光医学、光量子信息科学等交叉学科应运而生。激光的应用从核聚变、光通信、光信息处理到印刷、记录技术几乎无所不在，给人类社会的文明进程产生了深远的影响。近年来飞秒高功率激光、X射线激光、光集成、光纤技术、激光冷却、光量子通讯、量子计算机和量子密码术等的迅速发展更展示了光学学科的深厚潜力和广阔前景，使光学学科的地位与作用与日俱增，必将为人类社会生产力的发展发挥极其重要的作用，成为“科学技术是第一生产力”的生动例证。 光学学科的发展与理论物理、凝聚态物理及材料科学等的发展密切相关，也对信息科学、生物、化学及医学等的进步产生深刻影响。
2. 学科研究范围
研究光辐射的基本性质及其与物质相互作用的基本特征，包括光的产生、传输与探测规律，光与原子、分子、凝聚态物质、等离子体相互作用的线性和非线性光学过程及光谱学特征。研究光学与其它学科交叉的有关问题及应用。 粒子物理与原子核物理!
1. 概况
本学科研究粒子（重子、介子、轻子、规范粒子和夸克等）和原子核的性质、结构、相互作用及运动规律, 探索物质世界更深层次的结构和更基本的运动规律。从根本意义上讲，粒子物理和核物理的研究处于整个物理学研究的最前沿。由于宇宙中大量核过程的存在，这门学科对于认识物质世界的另一极端，即天体的形成和演化的规律起着重要的作用。核物理的研究曾导致了核能的广泛利用。粒子物理和核物理的实验研究对极为精密和极为复杂的仪器设备以及先进实验技术的需求是高新技术发展的推动力之一。近二、三十年来，由于各种大型加速器的建立和各种新型探测技术的发展，以及基于规范场理论（量子色动力学（QCD）和弱电统一规范理论）的创立，我们能够从夸克和胶子的动力学出发来研究强相互作用、强子和原子核结构以及新的强子物质的形成和性质。高能重粒子碰撞形成的极高温度和密度条件下可能产生的强子物质，即夸克－胶子等离子体的研究，对QCD为基础的新的强子态的研究，对超新星爆炸核物理的研究，对新元素的合成，奇异核的产生及原子核的超形变和高自旋态的研究，以及对QCD非微扰问题的研究等引起了人们广泛的关注。随着对这些具有挑战性的问题的深入了解，人类对物质世界更深层次的结构和运动规律的认识必将进一步深化。 学科的研究范围
原子核物理和粒子物理的理论研究和实验研究; 原子核物理与粒子物理同其他学科交叉领域的研究。例如∶核天体物理与高能天体物理等; 核技术在其他学科和工、农业生产部门的应用。
原子与分子物理
概况
原子分子物理学研究原子分子结构、性质、相互作用和运动规律，阐明物理学基本定律，提供各种原子分子信息和数据。原子分子物理学是揭示微观世界奥秘的先驱，是现代物理学创立的奠基石。原子、分子和团簇是物质结构从微观过渡到宏观过程的必经层次和桥梁。从天体到凝聚态、等离子体，从化学到生命过程都与原子分子过程息息相关。 原子分子物理学是基础性强、渗透面宽、应用范围广的物理学分支学科。不仅为现代科学各分支学科提供基础理论、实验方法和基本数据，而且在能源、材料、环境、医学和生命科学以及国防研究中发挥重要作用，在开拓高新技术产业和推动科技发展和促进社会进步方面占有不可忽视的重要地位。
学科研究范围
原子与分子物理学研究原子分子的结构、性质、相互作用和运动规律，阐明物理学基本定律，提供各种各样的原子分子信息和数据。原子结构与原子光谱，分子结构与分子光谱，原子分子与电磁场的相互作用，原子分子的非线性光学性质，物理学基本定律的验证和基本物理学常数的精密测量，原子分子碰撞物理，粒子束与物质的相互作用，单原子分子测控科学与技术，激光束与离子束相互作用，电子和离子、原子、分子间碰撞动力学，负离子产生及其特性，与原子分子物理有关的新概念、新理论、新方法、新技术、新设备及其在国民经济领域中的应用。 等离子体物理学
概况
等离子体物理学主要研究等离子体的整体形态和集体运动规律、等离子体与电磁场及其它形态物质的相互作用。等离子体物理学是二十世纪发展起来的一门新的物理学独立分支学科。
等离子体是宇宙中最广泛存在的物质状态，认识和掌握各种条件下等离子体运动规律是人类认识宇宙中各种现象的基本前提。所以，等离子体物理是向我们提供太阳、恒星、行星际介质和银河系知识的基石之一。
等离子体物理学研究为人类解决能源问题带来希望。地球能源枯竭和现有化石燃料与核电站带来的环境污染、生态危机一直是威胁人类生存的全局性问题。通过受控核聚变来发展用之不竭的清洁能源已成为人类解决能源危机的主要选择。然而，聚变概念的改进和聚变实验堆的优化均要求改善约束和加热等离子体的方法。掌握高温等离子体的运动规律是实现受控聚变的关键。
等离子体物理学研究也是人类认识和控制地球环境变化、开发空间产业、维持全球通讯的重要保证。研究太阳等离子体热核能量的输出和传输，研究磁层和电离层中能量的转化和分配，对于认识和保障地球环境有深远的意义。空间等离子体物理学研究能为保障航天安全和空间应用的正常进行提供理论依据。研究电离层等离子体环境及其对电波传播的影响，起着保障和改善通讯、导航和授时精度的重要作用。
等离子体物理学研究促进了低温等离子体技术以极为迅猛的势头在国民经济各领域中广泛应用。等离子体处理加工技术已成为一些重要产业（如微电子、半导体、材料、航天、冶金等）的关键技术，而在灭菌、消毒、环境污染处理、发光和激光的气体放电、等离子体显示、表面改性、同位素分离、开关和焊接技术等等方面的应用已创造了极大的经济效益。
等离子体物理学研究开辟了由高技术开发的新领域。非中性等离子体的研究产生了一批崭新的具有革命性意义的高技术项目，如相干辐射源的研制和粒子加速器新概念的提出。这些项目已初见成效并将在能源、国防、通讯、材料科学和生物医学中发挥重要作用。对基本物理过程的深入研究已成为推动这些技术取得突破性进展的关键。
等离子体物理学各领域的研究还提出了一些带有共性、密切相关的基本问题，诸如波和粒子相互作用与等离子体加热、混沌、湍流和输运、等离子体鞘层和边界层、磁场重联和发动机效应等。这些问题构成了等离子体物理进一步发展的核心内容
2. 研究范围
磁约束聚变等离子体、惯性约束聚变等离子体、空间等离子体、天体等离子体、低温等离子体、非中性等离子体、尘埃等离子体、基础等离子体等
声 学
.概况
声学主要研究声波的产生、接受机理和其在各种媒质中的传播规律与相互作用原理。近代声学，如非线性声学、声与光、声与热等与近代物理学的其它分支有密切的关系。声学是一门交叉性极强的边缘学科，声学与电子学、计算技术、信息科学等相结合，渗透到国民经济、国防建设、科学研究乃至文化艺术的不同的领域和学科中，既致力于当今科学的前沿领域又重视应用基础研究，使声学成为与前沿科学、高新技术密不可分的应用学科
2. 学科研究范围
非线性声学
物理学的方向篇三：【物理漫谈】二十一世纪物理学发展的方向。
【物理漫谈】二十一世纪物理学发展的方向。 2015-09-16
摘要：回顾了物理学发展的历史，讨论了二十一世纪物理学发展的方向。认为二十一世纪物理学将在三个方向上继续发展：（1）在微观方向上深入下去；（2）在宏观方向上拓展开去；（3）深入探索各层次间的联系，进一步发展非线性科学。可能应该从两方面去探寻现代物理学革命的突破口：（1）发现客观世界中已知的四种力以外的其他力；（2）通过审思相对论和量子力学的理论基础的不完善性，重新定义时间、空间，建立新的理论。
二十世纪即将结，二十一世纪即将来临，二十世纪是光辉灿烂的一个世纪，是个类社会发展最迅速的一个世纪，是科学技术发展最迅速的一个世纪，也是物理学发展最迅速的一个世纪。在这一百年中发生了物理学革命，建立了相对信纸和量子力学，完成了从经典物理学到现代物理学的转变。在二十世纪二、三十年代以后，现代物理学在深度和广度上有了进一步的蓬勃发展，产生了一系列的新学科的交叉学科、边缘学科，人类对物质世界的规律有了更深刻的认识，物理学理论达到了一个新高度，现代物理学达到了成熟的阶段。
在此世纪之交的时候，人们自然想展望一下二十一世纪物理学的发展前景，探索今后物理学发展的方向。我想谈一谈我对这个问题的一些看法和观点。首先，我们来回顾一下上一个世纪之交物理学发展的情况，把当前的情况与一百年前的情况作比较对于探索二十一世纪物理学发展的方向是很有帮助的。
1、历史的回顾
十九世纪末二十世纪初，经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的只是进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。
然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！
把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较，可以看到两者之间有相似之外，也有不同之处。
在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。可以说，现代物理学的大厦已经建成。在这一点上，目前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。因此，有少数物理学家认为今后物理学不会有革命性的进展了，物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了，今后能做到的只是在现有理论的基础上在深度和广度两方面发展现代物理学，对现有的理论作一些补充和修正。然而，由于有了一百年前的历史经验，多数物理学家并不赞成这种观点，他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面，虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。
虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。客观物质世界是分层次的。一般说来，每个层次中的体系都由大量的小体系（属于下一个层次）构成。从一定意义上说，宏观与微观是相对的，宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括：探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。回顾二十世纪物理学的发展，是在三个方向上前进的。在二十一世纪，物理学也将在这三个方向上继续向前发展。
1）在微观方向上深入下去。在这个方向上，我们已经了解了原子核的结构，发现了大量的基本粒子及其运规律，建立了核物理学和粒子物理学，认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象，必须有更强大得多的加速器，而这是非常艰巨的任务，所以我认为近期内在这个方向上难以有突破性的进展。
2）在宏观方向上拓展开去。 1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论，当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射，再加上其他的观测结果，为“大爆炸”理论提供了有力的证据，从此“大爆炸”理论得到广泛的支持，1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后，英国的霍金[2，3] 等人开始论述宇宙的创生，认为宇宙从“无”诞生，今后在这个方向上将会继续有所发展。从根本上来说，现代宇宙学的继续发展有赖于向广漠的宇宙更遥远处观测的新结果，这需要人类制造出比哈勃望远镜性能更优越得多的、各个波段的太空天文望远镜，这是很艰巨的任务。
我个人对于近年来提出的宇宙创生学说是不太信的，并且认为“大爆炸”理论只是对宇宙的一个近似的描述。因为现在的宇宙学研究的只是我们能观测到的范围以内的“宇宙”，而我相信宇宙是无限的，在我们这个“宇宙”以外还有无数个“宇宙”，这些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影响、有作用的。现代宇宙学只研究我们这个“宇宙”，当然只能得到近似的结果，把他们的延伸到“宇宙”创生了初及遥远的未来，则失误更大。
3）深入探索各层次间的联系。
这正是统计物理学研究的主要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就，先是非平衡态统计物理学有了得大的发展，然后建立了“耗散结构”理论、协同论和突变论，接着混沌论和分形论相继发展起来了。近年来把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。
上述的物理学的发展依然现代物理学现有的基本理论的框架内。在下个世纪，物理学的基本理论应该怎样发展呢?有一些物理学家在追求“超统一理论”。在这方面，起初是爱因斯坦、海森堡等天才科学家努力探索“统一场论”；直到1967、1968年，美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆提出统一电磁力和弱力的“电弱理论”；目前有一些物理学家正在探索加上强力的“大统一理论”以及再加上引力把四种力都统一起来的“超统一理论”，
他们的探索能否成功尚未定论。
爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想，但是他努力探索了三十年，最终没有成功。我对此有不同的观点，根据辩证唯物主义的基本原理，我认为“物质世界是既统一，又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功，即便此理论完成了，它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中，各个具体过程的发展都是相对的，因而在绝对真理的长河中，人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相
对的真理之总和，就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”
现代物理学的革命将怎样发生呢?我认为可能有两个方面值得考试：
1）客观世界可能不是只有四种力。第五、第六……种力究竟何在呢?现在我们不知道。我的直觉是：将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成了生命体之后，其运动和变化实在太奥妙了，我们没有认识的问题实在太多了，我们今天对于生命科学的认识犹如亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识，因此在这方面取得突破性的进展是很可能的。我认为，物理学业与生命科学的交叉点是二十一世纪物理学发展的方向之一，与此有关的最关于复杂性研究的非线性科学的发展。2）现代物理学理论也只是相对真理，而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口，在下一节中将介绍我的观点。
现代物理学的理论基础是完美的吗
相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，这两大支柱的理论基础是否十全十美的呢?我们来审思一下这个问题。
1）对相对论的审思
当年爱因斯坦就是从关于光速和关于时间要领的思考开始，创立了狭义相对论。我们今天探寻现代物理学革命的突破口，也应该从重新审思时空的概念入手。爱因劳动保护坦创立狭义相对论是从讲座惯性系中不同地点的两个“事件”的同时性开始的，他规定用光信号校正不同地点的两个时钟来定义“同时”，这样就很自然地导出了洛仑兹变换，进一步导致一个四维时空（x，y，z，ict）（c是光速）。为什么爱因劳动保护担提出用光信号来校正时钟，而不用别的信号呢?在他的论文中没有说明这个问题，其实这是有深刻含意的。
时间、空间是物质运动的表现形式，不能脱离物理质运动谈论时间、空间，在定义时空时应该说明是关于什么运动的时空。现代物理学认为超距作用是不存在的，A处发生的“事件”影响B处的“事件”必须通过一定的场传递过去，传递需要一定的时间，时间、空间的定义与这个传递速度是密切相关的。如果这种场是电磁场，则电磁相互作用传递的速度就是光速。因此，爱因斯坦定义的时空实际上是关于由电磁相互作用引起的物质运动的时空，适用于描述这种运动。
爱因斯坦把他定义的时间应用于所有的物质运动，实际上就暗含了这样的假设：引力相互作用的传递速度也是光速c．但是引力相互作用是否也是以光速传递的呢?令引力相互作用的传递速度为c＇。至今为止，并无实验事实证明c＇等于c。爱因斯坦因他的“物质世界统一性”的世界观而在实际上假定了c＝c＇。我
持有“物质世界既统一，又多样化的”以观点，再加之电磁力和引力的强度在数量级上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工样，关于由电磁力引起的物质运动的四维时空（x，y，z，ict）和关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的问题只涉及一种相互作用，则按照现在的理论建立起来的运动方程的形式不变。例如，爱因斯坦引力场方程的形式不变，只需把常数c改为c＇。如果研究的问题涉及两种相互作用，则需要建立新的理论。不过，首要的事情是由实验事实来判断c＇和c是否相等；如果不相等，需要导出c＇的数值。
我在二十多年前开始形成上述观点，当时测量引力波是众所瞩目的一个热点，我曾对那些实验寄予厚望，希望能从实验结果推算出c＇是否等于c。令人遗憾的是，经过长斯的努力引引力波实验没有获得肯定的结果，随后这项工作冷下去了。根据爱国斯坦理论预言的引力波是微弱的，如果在现代实验技术能够达到的测量灵敏度和准确度之下，这样弱的引力波应该能够探测到的话，长期的实验得不到肯定的结果似乎暗示了害因斯坦理论的缺点。应该从c＇可能不等于c这个角度来考虑问题，如果c＇和c有较大的差异，则可能导出引力波的强度比根据爱因劳动保护坦理论预言的强度弱得多的结果。
弱力、强力与引力、电磁力有本质的不同，前两者是短程力，后两者是长程力。不同的相互作用是通过传递不同的媒介粒子而实现的。引力相互作用的传递者是引力子；电磁相互作用的传递者是光子；弱相互作用的传递者是规范粒子（光子除外）；强相互作用的传递者是介子。引力子和光子的静质量为零，按照爱因斯坦的理论，引力相互作用和电磁相互作用的传递速度都是光速。并且与传递粒子的静质量和能量有关，因而其传递速度是多种多样的。
在研究由弱或强相互作用引起的物质运动时，定义惯性系中不同的地点的两个“事件”的“同时”，是否应该用弱力或强力信号取代光信号呢?我对核物理学和粒子物理学是外行，不想贸然回答这个问题。如果应该用弱力或强力信号取代光信号，那么关于由弱力或强力引起的物质运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空（x，y，z，ict）及关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）有很大的不同。设弱或强相互作用的传递速度为c＇＇，c＇＇不是常数，而是可变的，则关于由弱或强力引起的运动的时空为（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），时间 t＇＇和空间（x＇＇，y＇＇，z＇＇）将是c＇的函数。然而，很可能应该这样来考虑问题：关于由弱力引起的运动的时空，在定义中应该以规范粒子的静质量取作零时的速度c1取代光速c。由于“电弱理论”把弱力和电磁力统一起来了，因此有可能c1＝c，则关于由弱力引起的运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空是相同的，同为（x，y，z，ict）。关于由强力引起的运动的时空，在定义中应该以介子的静质量取作零（在理论上取作零，在实际上没有静质量为零的介子）时的速度c＇＇取代光速 c，c＇＇可能不等于c。则关于由强力引起的运动的时空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。无论上述两种考虑中哪一种