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固体物理学 — 物理学的集大成者、工程技术的理论基础

已有 1063 次阅读 2026-9-13 17:21 |个人分类:科学研究|系统分类:科研笔记


    四大力学 —理论力学、电动力学、量子力学和统计力学— 的共同特征是运用数学工具构建理论模型,描述不同尺度物质的运动规律。理论力学以分析力学重构牛顿力学的数学框架、用拉格朗日力学和哈密顿力学处理牛顿力学问题,描述粒子的机械运动。量子力学阐释微观粒子运动规律、统计力学则通过热力学与统计方法连接微观粒子行为与宏观热现象,共同构成凝聚态物质(固体物理)的理论基础,热力学总结了物质的宏观热现象(如压强、温度、体积、能量、熵、比热等的变化),而统计物理则从微观的观点(即认为物质由原子、分子组成,这些粒子间存在相互作用)对宏观热现象作出解释。采用统计的方法去处理复杂的微观运动,认为物质的宏观性质可看成是大量粒子运动的集体表现,宏观量是微观量的某种统计平均值。近现代,化学的尽头是物理学。


    电动力学以麦克斯韦方程统一电、磁、光现象,主要研究电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和物质的相互作用。各类介质显示出来的宏观电磁(光学)效应,尤其是非线性效应,取决于介质的化学组成、微观结构和外部条件(环境温度、作用场强和频率等),其中的动力学机制通过量子理论解决。经典电动力学结合一定的宏观唯象模型,也可以在某种程度上近似描述介质中的电磁现象。


    固体物理‌主要研究固体的结构及其组成粒子(如原子、电子)之间的相互作用与运动规律,阐明固体的宏观物理性质,包括力学、热学、电学、磁学、光学等特性及用途。该课程是材料科学、电子科学与技术等领域的基础,早期成就包括应用薛定谔方程来描述固体物质的电子态,发展了固体的能带论、预言了半导体的存在,从而建立了微电子和集成电路的技术基础,进而衍生出计算机、人工智能等工程成就。

 

    人工智能是个电老虎,如何降能耗?不靠固体物理、靠大语言模型,成么?...



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