物理系起步與發(fā)展

我國(guó)物理學(xué)起步比較晚，物理學(xué)本科教育起始于1913年，這一年，北京大學(xué)開(kāi)設(shè)物理學(xué)門(mén)，中國(guó)物理學(xué)本科教育從此開(kāi)始。新世紀(jì)以來(lái)，很多大學(xué)的物理系都被改為物理學(xué)院、物理與機(jī)電學(xué)院等。課程設(shè)置與培養(yǎng)目標(biāo)也有很大進(jìn)步。

大學(xué)物理系一般由物理學(xué)相關(guān)學(xué)科、核物理、地球地理物理、大氣物理、天文、重離子、電、磁、光等組成，有些大學(xué)還包括機(jī)械類(lèi) 。

物理系一般培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的高素質(zhì)人才，為物理學(xué)、天文學(xué)和大氣科學(xué)學(xué)科培養(yǎng)杰出的人才； 為國(guó)防科技需要培養(yǎng)專(zhuān)門(mén)人才；能夠在物理學(xué)或材料等相關(guān)的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中從事科研、教學(xué)、技術(shù)開(kāi)發(fā)和相關(guān)的管理工作的高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才 。

截止2020年，國(guó)內(nèi)物理系最強(qiáng)的大學(xué)有：

1、北京大學(xué)。

北京大學(xué)的物理系成立最早，是我國(guó)物理系本科教育的開(kāi)端。物理學(xué)院現(xiàn)有3個(gè)本科專(zhuān)業(yè)，19位中國(guó)科學(xué)院院士，12位長(zhǎng)江學(xué)者，1個(gè)國(guó)家級(jí)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)。其物理學(xué)、大氣科學(xué)是國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科。

2、清華大學(xué)。

清華大學(xué)物理系是發(fā)展最快的，其成立于1926年，第一任系主任是著名教育家、物理學(xué)家、中國(guó)近代物理學(xué)奠基人之一的葉企孫先生。其物理學(xué)和天文學(xué)是國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科。

3、中國(guó)科技大學(xué)。

中科大物理系起始于1958年，2019年設(shè)有物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)（凝聚態(tài)物理方向、微電子學(xué)與固體電子學(xué)方向）、光信息科學(xué)與技術(shù)3個(gè)本科專(zhuān)業(yè)。其凝聚態(tài)物理、光學(xué)是國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科。

4、南京大學(xué)。

南京大學(xué)起始于1920，是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)設(shè)物理系的大學(xué)之一，2015年以來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)非常好，在國(guó)內(nèi)有很高地位。

學(xué)院現(xiàn)有中國(guó)科學(xué)院院士9人，長(zhǎng)江學(xué)者17人。其凝聚態(tài)物理、理論物理、微電子學(xué)與固體電子學(xué)3個(gè)學(xué)科是國(guó)家重點(diǎn)一級(jí)學(xué)科。

5、復(fù)旦大學(xué)。

復(fù)旦大學(xué)物理系始建于1952年，現(xiàn)設(shè)理論物理、凝聚態(tài)物理和光學(xué)三個(gè)專(zhuān)業(yè)。學(xué)院現(xiàn)有教授67人，其中中科院院士9人，長(zhǎng)江學(xué)者9人。

此外，上交大、南開(kāi)、吉大、浙大、武大、華中科技大等都是物理系全國(guó)排名前列的大學(xué)。2100433B

我們忽略了物理系統(tǒng)的很多方面，只涉及比如信息這樣的抽象概念。盡管假設(shè)每個(gè)存儲(chǔ)或傳輸?shù)奈欢荚谀硞€(gè)物理實(shí)體中說(shuō)明，但我們集中討論抽象位而忽略了物理定律施加的任何限制。這是信息時(shí)代的主要的隱患。

以前不是那樣的，將來(lái)也不是。在過(guò)去的幾個(gè)世紀(jì)，信息的物理表示非常重要，因?yàn)樗杀竞芨?。為了保存或發(fā)送信息，需要寫(xiě)成書(shū)或者甚至把字刻到石頭上。比如試想一下中世紀(jì)制造書(shū)稿的過(guò)程。頁(yè)面的復(fù)制和加入插圖都很困難。成品以其藝術(shù)性和文化重要性被人們羨慕，部分是因?yàn)橹圃炱饋?lái)非常昂貴——社會(huì)只能承受將最重要的信息記錄，而與其他制造成本相比一流的藝術(shù)品的成本并不是非常高。

多年的進(jìn)步提高了信息存儲(chǔ)和傳輸?shù)男省囅胍幌掠∷⑿g(shù)、電報(bào)、電話(huà)、無(wú)線電廣播、電視、數(shù)字信號(hào)處理、半導(dǎo)體、光線。這些東西造就了使能的復(fù)雜系統(tǒng)，諸如計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，甚至造就了為娛樂(lè)創(chuàng)作和分配的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)處理成本的下降，應(yīng)當(dāng)考慮與制造、維護(hù)和利用信息的成本相比可以忽略不計(jì)的領(lǐng)域了。就在這個(gè)領(lǐng)域信息論的抽象概念、位、編碼和所有計(jì)算機(jī)科學(xué)占據(jù)著主流。社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都處理著日益增加的可用的信息量。甚至由于信息處理的經(jīng)濟(jì)的變化著作權(quán)、版權(quán)、專(zhuān)利權(quán)和交易機(jī)密的思想都在更新。這就是信息時(shí)代。

與其物理實(shí)體分開(kāi)的信息的模型當(dāng)然是實(shí)際情況的一個(gè)近似。隨著我們制造的微電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜、使用越來(lái)越小的組建，我們最終會(huì)面臨基本的限制，它并非來(lái)自制造微結(jié)構(gòu)的能量，而是來(lái)自物理學(xué)的基本定律。支配所有物理系統(tǒng)的這個(gè)基本定律就是量子力學(xué)。

這個(gè)重要概念我們用了這么長(zhǎng)的時(shí)間，以至于需要重新解釋量子力學(xué)有哪些重要領(lǐng)域

那些可以在小的擾動(dòng)下存儲(chǔ)信息的設(shè)備使得數(shù)字抽象成為了可能

面對(duì)不確定性，用概率表示我們的知識(shí)

最大熵原理作為一個(gè)方法可以無(wú)偏差地估計(jì)概率值.

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

中文名

施工

國(guó)籍

中國(guó)

出生日期

1946年8月

性別

男

1946年8月出生，江蘇海門(mén)人，教授。1970年畢業(yè)于清華大學(xué)工程物理系，畢業(yè)后即在清華大學(xué)任教。1982年研究生畢業(yè)，獲清華大學(xué)工學(xué)碩士（反應(yīng)堆物理專(zhuān)業(yè)）學(xué)位?，F(xiàn)任清華大學(xué)工程物理系教授，輻射探測(cè)與反應(yīng)堆物理實(shí)驗(yàn)室主任，并任清華大學(xué)學(xué)位委員會(huì)核科學(xué)技術(shù)分委會(huì)委員，中國(guó)核教育學(xué)會(huì)常務(wù)理事。

自七十年代以來(lái)一直從事核反應(yīng)堆物理等方面的教學(xué)與研究工作。講授“核工程原理”、“反應(yīng)堆物理與數(shù)值計(jì)算”、“反應(yīng)堆物理實(shí)驗(yàn)”、“高等反應(yīng)堆物理”等課程，曾多次獲得清華大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)工作一等獎(jiǎng)。從事的研究工作主要有：核反應(yīng)堆物理數(shù)值計(jì)算方法研究，先進(jìn)反應(yīng)堆研究與概念設(shè)計(jì)，核測(cè)井技術(shù)研究和軟件開(kāi)發(fā)等，在研究工作和人才培養(yǎng)上有一定成績(jī)。

量子力學(xué)很怪異。好像沒(méi)有方法使它呈現(xiàn)出別的樣子。它的很多預(yù)言都與日常經(jīng)驗(yàn)的預(yù)期不一致。

量子力學(xué)很神秘，即使是對(duì)非常好的物理學(xué)家也是如此。人們對(duì)它的方程和方法基本思想和解釋有爭(zhēng)議。

量子力學(xué)很難應(yīng)用。需要相對(duì)高級(jí)的數(shù)學(xué)技巧。即使是線性的，那基本方程仍是一個(gè)偏微分方程，除了在少數(shù)非常簡(jiǎn)單的情況下，無(wú)法用解析的方法求出。通常數(shù)字解是必須的。

就像其他物理理論一樣，量子力學(xué)需要在建模和數(shù)學(xué)方法的技巧與判斷力。在研究生或高年級(jí)本科階段并不曾有什么講授。

量子力學(xué)以不同的形式出現(xiàn)。有很多可以替換的闡述。這些闡述通常是等價(jià)的，就是說(shuō)

它們得出相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但它們并不同樣地易于學(xué)習(xí)或用于特定用途。

根據(jù)這些性質(zhì)，為什么量子力學(xué)這么重要呢？因?yàn)樗_實(shí)有效。它是唯一的基礎(chǔ)物理理論可以應(yīng)用于如此廣泛的領(lǐng)域。它的預(yù)言已經(jīng)反復(fù)地被實(shí)驗(yàn)證明。它適用于日常的物體，適用于天體（盡管通常情況下對(duì)它們并非必需）。它適用于原子級(jí)尺寸的物體、電磁波和亞原子物體。有一種說(shuō)法是它與狹義相對(duì)論相一致。唯一沒(méi)有處理得很好的物理現(xiàn)象就是重力；量子力學(xué)還沒(méi)有擴(kuò)展到與廣義相對(duì)論一致的程度。

本講義中我們不涉及這么深層次的量子力學(xué)。為了研究物理系統(tǒng)中的信息處理，我們只需要理解這些系統(tǒng)具有的一少部分性質(zhì)。特別地，我們需要一個(gè)物理系統(tǒng)的模型，它有很多種可能的狀態(tài)，每種狀態(tài)都伴隨著系統(tǒng)實(shí)際處于狀態(tài)（即，該狀態(tài)“被占用”）的概率。這些狀態(tài)都有與之相關(guān)的物理性質(zhì)，能量就是其中之一。量子力學(xué)把這個(gè)模型合理化了。

我們把這個(gè)模型用在兩種情況。第一種（如下）有很多種狀態(tài)，目的是理解與這些狀態(tài)相關(guān)的信息如何影響能量流。第二種（在本講義中后面的章節(jié)中）有很少的狀態(tài)，用占用這些狀態(tài)表示信息，目的是理解量子力學(xué)施予的限制和機(jī)會(huì)。

下面的兩節(jié)名為“量子力學(xué)概述”和“靜止?fàn)顟B(tài)”，已經(jīng)準(zhǔn)備好在沒(méi)有證明的情況下接受狀態(tài)模型的讀者可以跳過(guò)這兩節(jié)。他們直接可以跳到“多狀態(tài)模型”這一節(jié)。其他的讀者仔細(xì)得學(xué)習(xí)這兩節(jié)，可以得到一些關(guān)于如何從量子考慮得出這個(gè)模型的提示，在這個(gè)過(guò)程中也許會(huì)理解量子力學(xué)的某些方面，可以使它不那么神秘。