物理-2025,
54(2):
75-142
发布日期: 2025-02-14
上一期
物理,
2025, 54(2): 83-94.
摘要:
文章系统综述拓扑物态及量子几何效应研究中的关键理论模型与计算方法。Hofstadter蝴蝶模型揭示了强磁场下电子能谱的分形结构及其与贝里曲率的联系;基于六角晶格的系列理论(石墨烯、Haldane与Kane-Mele模型)预言了量子反常霍尔效应及受丰富的对称性保护的拓扑绝缘态;低能连续模型帮助人们解析地理解拓扑相变与边界态;第一性原理计算结合瓦尼尔插值实现了材料中贝里曲率的定量计算与反常输运性质预测;无序系统模型研究则阐明了拓扑态的鲁棒性、无序诱导的拓扑相变规律及陈数湮灭机制。文章强调模型与计算方法在量子几何理论、拓扑材料设计中的基础地位。
文章系统综述拓扑物态及量子几何效应研究中的关键理论模型与计算方法。Hofstadter蝴蝶模型揭示了强磁场下电子能谱的分形结构及其与贝里曲率的联系;基于六角晶格的系列理论(石墨烯、Haldane与Kane-Mele模型)预言了量子反常霍尔效应及受丰富的对称性保护的拓扑绝缘态;低能连续模型帮助人们解析地理解拓扑相变与边界态;第一性原理计算结合瓦尼尔插值实现了材料中贝里曲率的定量计算与反常输运性质预测;无序系统模型研究则阐明了拓扑态的鲁棒性、无序诱导的拓扑相变规律及陈数湮灭机制。文章强调模型与计算方法在量子几何理论、拓扑材料设计中的基础地位。
物理,
2025, 54(2): 95-100.
摘要:
赵凯华先生于2024年11月18日离开了我们,令人万分悲痛。回想14年前先生八十寿辰之时,我曾以《书缘》为题给先生写过一篇祝寿文章,文末曾用96字韵语,赞先生一生功绩并附我们对他的期望。赞曰:“少年聪慧,大器晚成。生于纽约,拜师两京。杏坛授业,六十冬春。红烛常燃,木铎金声。披沙求真,赵门家风。笔耕不息,吐丝织锦。大作迭出,著作等身。传授物理,华夏留名。淡泊名利,忠厚待人。博导之师,自在人心。寿虽八十,心若孩童。恭祝我师,永葆青春。”不意14年后,这位对物理世界“心若孩童”不断探索的物理学教育大师竟然乘鹤西去,我们再也看不到他的音容笑貌,再也听不到他揭开物理学奥秘的娓娓教导。如《书缘》所述,我与赵先生因书结缘,至今已有66年,期间因拜读先生大作,聆听先生教诲,得益良多。回想起来,我有两次对不起先生,第一次是2008年先生的《定性与半定量物理学》新版出版后,他曾约我为《大学物理》写一篇书评,因我当时得了带状疱疹,处于厌读厌写状态,只好委托好友朱允伦教授去写。允伦聪慧,书评非常精彩。但自己总因未亲自完成先生嘱托而内心不安。第二次则是2013年底他的最后一本大作《电浆基本理论》出版后,先生甫得样书即赠我几本,嘱我送给相熟的同行并注意收集他们的反应。这次书虽送出,但未收集到系统的反响,尤其是没有从年轻一代的等离子体学者中得到反响,深感对不起先生。第二次先生虽未约我写书评,但为弥补第一次的遗憾,我曾在数度拜读先生这本等离子体理论大作之后,写过一篇书评,向青年一代推荐该书,因等待比我年轻一代的反应,迟迟未敢投稿,结果直到先生去世也未能刊出。鉴于先生的多本大作均已有人著文介绍评论,唯这本《电浆基本理论》尚未见评介,故不顾浅陋,将这个书评在《物理》刊发出来,以纪念先生一生“杏坛授业”“传授物理”的不朽功绩。
赵凯华先生于2024年11月18日离开了我们,令人万分悲痛。回想14年前先生八十寿辰之时,我曾以《书缘》为题给先生写过一篇祝寿文章,文末曾用96字韵语,赞先生一生功绩并附我们对他的期望。赞曰:“少年聪慧,大器晚成。生于纽约,拜师两京。杏坛授业,六十冬春。红烛常燃,木铎金声。披沙求真,赵门家风。笔耕不息,吐丝织锦。大作迭出,著作等身。传授物理,华夏留名。淡泊名利,忠厚待人。博导之师,自在人心。寿虽八十,心若孩童。恭祝我师,永葆青春。”不意14年后,这位对物理世界“心若孩童”不断探索的物理学教育大师竟然乘鹤西去,我们再也看不到他的音容笑貌,再也听不到他揭开物理学奥秘的娓娓教导。如《书缘》所述,我与赵先生因书结缘,至今已有66年,期间因拜读先生大作,聆听先生教诲,得益良多。回想起来,我有两次对不起先生,第一次是2008年先生的《定性与半定量物理学》新版出版后,他曾约我为《大学物理》写一篇书评,因我当时得了带状疱疹,处于厌读厌写状态,只好委托好友朱允伦教授去写。允伦聪慧,书评非常精彩。但自己总因未亲自完成先生嘱托而内心不安。第二次则是2013年底他的最后一本大作《电浆基本理论》出版后,先生甫得样书即赠我几本,嘱我送给相熟的同行并注意收集他们的反应。这次书虽送出,但未收集到系统的反响,尤其是没有从年轻一代的等离子体学者中得到反响,深感对不起先生。第二次先生虽未约我写书评,但为弥补第一次的遗憾,我曾在数度拜读先生这本等离子体理论大作之后,写过一篇书评,向青年一代推荐该书,因等待比我年轻一代的反应,迟迟未敢投稿,结果直到先生去世也未能刊出。鉴于先生的多本大作均已有人著文介绍评论,唯这本《电浆基本理论》尚未见评介,故不顾浅陋,将这个书评在《物理》刊发出来,以纪念先生一生“杏坛授业”“传授物理”的不朽功绩。
物理,
2025, 54(2): 100-103.
摘要:
赵凯华先生是国内外著名的物理教育家。他出身于书香门第受到良好熏陶,在中小学阶段得到系统的中国文化、历史知识教育,在北京大学物理系又有完整的本科与研究生教育,后在莫斯科大学攻读研究生期间,他钻研学习了物理学史和等离子体物理理论,四年内完成学业,获得副博士学位。赵先生的学习经历,使他成为学贯中西的物理学大师。几十年的教育生涯中,他通过授课和编写大量物理学教材,培养了大批物理学人才。他的学生们都以尊重和敬仰的心情怀念这位人生导师。我于1987年来到北京大学物理系,当时赵先生已经将系主任的接力棒传给了甘子钊先生,因此我本人并没有机会直接得到赵先生的教育和教导。
赵凯华先生是国内外著名的物理教育家。他出身于书香门第受到良好熏陶,在中小学阶段得到系统的中国文化、历史知识教育,在北京大学物理系又有完整的本科与研究生教育,后在莫斯科大学攻读研究生期间,他钻研学习了物理学史和等离子体物理理论,四年内完成学业,获得副博士学位。赵先生的学习经历,使他成为学贯中西的物理学大师。几十年的教育生涯中,他通过授课和编写大量物理学教材,培养了大批物理学人才。他的学生们都以尊重和敬仰的心情怀念这位人生导师。我于1987年来到北京大学物理系,当时赵先生已经将系主任的接力棒传给了甘子钊先生,因此我本人并没有机会直接得到赵先生的教育和教导。
物理,
2025, 54(2): 103-105.
摘要:
2020年5月26日,北京大学物理学院为父亲举办了九十大寿的庆生活动,期间,他在明信片上即兴题字:“普世人性论,现代物理学”。看到有人或引用或诠释这个对子,那我就从此处谈起吧。
好像是千禧年过后的某一天,在和父亲闲聊的时候,他说:“我发现物理学和人性论很对仗,你看‘物对人’、‘理对性’、‘学对论’,即‘事物的原理之学’对应‘人类的本性之论’”,又说:“我想用这两个词编个对联。”不久之后,我们就各自想出了一个对联,父亲想到的就是上面的那个。有人说这是个“无情对”,其实非也,因为“普世”是一个空间概念,而“现代”是一个时间概念。这是一个从字到词、到句子,都对仗很工整讲究的对子。这两句话,一句谈人文,一句叙科学。
2020年5月26日,北京大学物理学院为父亲举办了九十大寿的庆生活动,期间,他在明信片上即兴题字:“普世人性论,现代物理学”。看到有人或引用或诠释这个对子,那我就从此处谈起吧。
好像是千禧年过后的某一天,在和父亲闲聊的时候,他说:“我发现物理学和人性论很对仗,你看‘物对人’、‘理对性’、‘学对论’,即‘事物的原理之学’对应‘人类的本性之论’”,又说:“我想用这两个词编个对联。”不久之后,我们就各自想出了一个对联,父亲想到的就是上面的那个。有人说这是个“无情对”,其实非也,因为“普世”是一个空间概念,而“现代”是一个时间概念。这是一个从字到词、到句子,都对仗很工整讲究的对子。这两句话,一句谈人文,一句叙科学。
物理,
2025, 54(2): 106-115.
摘要:
狄拉克是量子力学奠基人中非常独特的一位,凭借一系列重要成就把自己塑造成了人类第一个量子力学博士。狄拉克1925年跟上矩阵力学的发展得到了量子力学基本方程,1926年跟上波动力学的发展得到了狄拉克统计,1928年得到了让其不朽的相对论量子力学方程,后来基于此方程提出了反粒子的概念,此外他还系统地发展了量子力学表示理论。狄拉克的《量子力学原理》一书是量子力学表述的经典,是一本不可多得的关于如何创造物理的教科书。
狄拉克是量子力学奠基人中非常独特的一位,凭借一系列重要成就把自己塑造成了人类第一个量子力学博士。狄拉克1925年跟上矩阵力学的发展得到了量子力学基本方程,1926年跟上波动力学的发展得到了狄拉克统计,1928年得到了让其不朽的相对论量子力学方程,后来基于此方程提出了反粒子的概念,此外他还系统地发展了量子力学表示理论。狄拉克的《量子力学原理》一书是量子力学表述的经典,是一本不可多得的关于如何创造物理的教科书。
物理,
2025, 54(2): 116-118.
摘要:
第一次量子革命揭示了量子力学的基本原理,诞生了激光器和晶体管等半导体器件,催生了包括集成电路、光电子器件、传感器、分立器件在内的四大类半导体技术。至今已有11项半导体成果获得诺贝尔物理学奖以及1项获得诺贝尔化学奖,其中,晶体管被认为是20世纪最伟大的发明之一。晶体管由源极、漏极、栅极、沟道和栅介电层组成,在源极与漏极之间加上偏压后,栅极隔着氧化物栅介电层控制源极与漏极之间半导体沟道的导电开关状态。Dennard缩放定律要求每一代技术的晶体管尺寸缩小30%、面积减半、功耗减半,以确保单位面积内集成晶体管的数量每两年翻一倍,该定律与摩尔定律一同推动了集成电路的发展。
第一次量子革命揭示了量子力学的基本原理,诞生了激光器和晶体管等半导体器件,催生了包括集成电路、光电子器件、传感器、分立器件在内的四大类半导体技术。至今已有11项半导体成果获得诺贝尔物理学奖以及1项获得诺贝尔化学奖,其中,晶体管被认为是20世纪最伟大的发明之一。晶体管由源极、漏极、栅极、沟道和栅介电层组成,在源极与漏极之间加上偏压后,栅极隔着氧化物栅介电层控制源极与漏极之间半导体沟道的导电开关状态。Dennard缩放定律要求每一代技术的晶体管尺寸缩小30%、面积减半、功耗减半,以确保单位面积内集成晶体管的数量每两年翻一倍,该定律与摩尔定律一同推动了集成电路的发展。
物理,
2025, 54(2): 119-122.
摘要:
量子纠缠是量子力学基础研究和量子信息技术应用中的核心资源。通常,纠缠的产生主要有两种途径:一是依赖粒子之间的直接相互作用,例如散射湮灭辐射、原子级联、非线性光学效应,以及光、微波、声子与物质的相互作用;二是通过纠缠交换,可以在无直接相互作用和共享历史关联的光子之间建立纠缠。纠缠交换的基本流程是:首先预先制备两对纠缠光子,然后从每对光子中分别取出一个光子,对这两个光子进行贝尔态测量,并将其投影到某一特定的贝尔态上。通过这一过程,剩余未参与测量的两个光子之间便会建立起纠缠关系。1998年,潘建伟等人首次通过实验验证了纠缠交换。此后,纠缠交换迅速成为构建量子通信网络的重要模块,同时也为量子力学基础实验提供了重要的技术手段。
量子纠缠是量子力学基础研究和量子信息技术应用中的核心资源。通常,纠缠的产生主要有两种途径:一是依赖粒子之间的直接相互作用,例如散射湮灭辐射、原子级联、非线性光学效应,以及光、微波、声子与物质的相互作用;二是通过纠缠交换,可以在无直接相互作用和共享历史关联的光子之间建立纠缠。纠缠交换的基本流程是:首先预先制备两对纠缠光子,然后从每对光子中分别取出一个光子,对这两个光子进行贝尔态测量,并将其投影到某一特定的贝尔态上。通过这一过程,剩余未参与测量的两个光子之间便会建立起纠缠关系。1998年,潘建伟等人首次通过实验验证了纠缠交换。此后,纠缠交换迅速成为构建量子通信网络的重要模块,同时也为量子力学基础实验提供了重要的技术手段。
物理,
2025, 54(2): 123-126.
摘要:
2024年是英国ISIS中子用户装置运行的40周年。自从20世纪40年代开始,中子散射已成为研究从人类细胞到量子自旋的强大实验手段。在本文中,来自ISIS中子源的Rosie de Laune和她的同事们详细回顾了中子散射技术的科学进程,并介绍了该装置在过去40年里取得的重要科学成果。
2024年是英国ISIS中子用户装置运行的40周年。自从20世纪40年代开始,中子散射已成为研究从人类细胞到量子自旋的强大实验手段。在本文中,来自ISIS中子源的Rosie de Laune和她的同事们详细回顾了中子散射技术的科学进程,并介绍了该装置在过去40年里取得的重要科学成果。
物理,
2025, 54(2): 128-133.
摘要:
文章提供了一种基于基础电磁学来引入狭义相对论的方法,无需借助麦克斯韦方程组。通过研究电荷和磁单极在正交电磁场中的漂移速度,可以得出“物理”的漂移速度存在一个普适的上限(即光速)。这样光速不变性及其不可超越性,就成为相对性原理的推论。在正交电磁场中,电荷和磁单极的漂移运动在惯性参考系之间的变换下,仍然保持漂移运动,而这与伽利略的速度迭加法则并不相容。以此出发,可以导出相对论的速度迭加法则、电磁场以及时空坐标间隔的相对论变换。
文章提供了一种基于基础电磁学来引入狭义相对论的方法,无需借助麦克斯韦方程组。通过研究电荷和磁单极在正交电磁场中的漂移速度,可以得出“物理”的漂移速度存在一个普适的上限(即光速)。这样光速不变性及其不可超越性,就成为相对性原理的推论。在正交电磁场中,电荷和磁单极的漂移运动在惯性参考系之间的变换下,仍然保持漂移运动,而这与伽利略的速度迭加法则并不相容。以此出发,可以导出相对论的速度迭加法则、电磁场以及时空坐标间隔的相对论变换。
物理,
2025, 54(2): 134-139.
摘要:
国家自然科学基金委员会(简称基金委)认真落实新修订的《国家自然科学基金条例》,统筹部署基础研究、应用基础研究和人才培养,加强原始创新和颠覆性科技创新支持力度,强化基础研究领域前瞻性、战略性、系统性布局,为实现我国基础研究高质量发展和高水平科技自立自强贡献更大力量。数理科学部物理科学二处(简称物理II)主要资助基础物理、粒子物理、核物理、加速器、反应堆与探测器、等离子体物理、核技术及其应用等领域的研究工作,同时负责受理理论物理专款等项目。文章综述2024年度物理II科学基金项目的受理、评审和资助情况,以及2025年科学基金申请注意事项。
国家自然科学基金委员会(简称基金委)认真落实新修订的《国家自然科学基金条例》,统筹部署基础研究、应用基础研究和人才培养,加强原始创新和颠覆性科技创新支持力度,强化基础研究领域前瞻性、战略性、系统性布局,为实现我国基础研究高质量发展和高水平科技自立自强贡献更大力量。数理科学部物理科学二处(简称物理II)主要资助基础物理、粒子物理、核物理、加速器、反应堆与探测器、等离子体物理、核技术及其应用等领域的研究工作,同时负责受理理论物理专款等项目。文章综述2024年度物理II科学基金项目的受理、评审和资助情况,以及2025年科学基金申请注意事项。
物理,
2025, 54(2): 115-115.
摘要:
1925年6月中旬,海森伯在德国汉堡外海Helgoland小岛上,写下了催生“矩阵力学”的重要一步。几乎同时,奥地利物理学家薛定谔独立地以不同数学形式写下了“波动力学”方程式。两人使用的数学工具迥异,但殊途同归,他们(携手前辈和同侪)共同建立了“量子力学”学科。
1925年6月中旬,海森伯在德国汉堡外海Helgoland小岛上,写下了催生“矩阵力学”的重要一步。几乎同时,奥地利物理学家薛定谔独立地以不同数学形式写下了“波动力学”方程式。两人使用的数学工具迥异,但殊途同归,他们(携手前辈和同侪)共同建立了“量子力学”学科。