物理学发展前景

物理学发展前景（精选9篇）

物理学发展前景篇1

摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。

关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展 0 引言

物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。古代物理学时期

古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。

物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。

古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。

直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致科学逐渐从哲学中分裂出来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。2近代物理学时期

近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。

近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。公元15世纪，哥白尼经过多年关于天文学的研究，创立了科学的日心说，写出“自然科学的独立宣言”——《天体运行论》，对地心说发出了强有力的挑战。16世纪初，开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析，先后提出了行星运动三定律。开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。从开普勒起，天文学真正成为一门精确科学，成为近代科学的开路先锋。

近代物理学之父伽利略，用自制的望远镜观测天文现象，使日心说的观念深入人心。他提出落体定律和惯性运动概念，并用理想实验和斜面实验驳斥了亚里士多德的“重物下落快”的错误观点，发现自由落体定律。他提出惯性原理，驳斥了亚里士多德外力是维持物体运动的说法，为惯性定律的建立奠定了基础。伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学真正的开端。

16世纪，牛顿总结前人的研究成果，系统的提出了力学三大运动定律，完成了经典力学的大一统。16世纪后期创立万有引力定律，树立起了物理学发展史上一座伟大的里程碑。之后两个世纪，是电学的大发展时期，法拉第用实验的方法，完成了电与磁的相互转化，并创造性地提出了场的概念。19世纪，麦克斯韦在法拉第研究的基础上，凭借其高超的数学功底，创立了了电磁场方程组，在数学形式上完成了电与磁的完美统一，完成了电磁学的大一统。与此同时，热力学与光学也得到迅速发展，经典物理学逐渐趋于完善。3 现代物理学时期

现代物理学时期，即从19世纪末至今，是现代物理学的诞生和取得革命性发展时期。

19世纪末，当力学、热力学、统计物理学和电动力学等取得一系列成就后，许多物理学家都认为物理学的大厦已经建成，后辈们只要做一些零碎的修补工作就行了。然而，两朵乌云的出现，打破了物理学平静而晴朗的天空。第一朵乌云是迈克尔孙-莫雷实验：在实验中没测到预期的“以太风”，即不存在一个绝对参考系，也就是说光速与光源运动无关，光速各向同性。第二朵乌云是黑体辐射实验：用经典理论无法解释实验结果。这两朵在平静天空出现的乌云最终导致了物理学的天翻地覆的变革。

20世纪初，爱因斯坦大胆地抛弃了传统观念，创造性地提出了狭义相对论，永久性地解决了光速不变的难题。狭义相对论将物质、时间和空间紧密的联系在一起，揭示了三者之间的内在联系，提出了运动物质长度收缩，时间膨胀的观点，彻底颠覆了牛顿的绝对时空观，完成了人类历史上一次伟大的时空革命。十年之后，爱因斯坦提出等效原理和广义协变原理的假设，并在此基础上创立了广义相对论，揭示了万有引力的本质，即物质的存在导致时空弯曲。相对论的创立，为现代宇宙学的研究提供了强有力的武器。

物理学的第二朵乌云——黑体辐射难题，则是在普朗克，爱因斯坦，玻尔等一大批物理学家的努力下，最终导致了量子力学的产生与兴起。普朗克引入了“能量子”的假设，标志着量子物理学的诞生，具有划时代的意义。爱因斯坦，对于新生“量子婴儿”，表现出热情支持的态度。并于1905年提出了“光量子”假设，把量子看成是辐射粒子，赋予量子的实在性，并成功地解释了光电效应实验，捍卫和发展了量子论。随后玻尔在普朗克和爱因斯坦 “量子化”概念和卢瑟福了“原子核核式结构”模型的影响下提出了氢原子的玻尔模型。德布罗意把光的“波粒二象性”推广到了所有物质粒子，从而朝创造描写微观粒子运动的新的力学——量子力学迈进了革命性的一步。他认为辐射与粒子应是对称的、平等的，辐射有波粒二象性，粒子同样应有波粒二象性，即对微粒也赋予它们波动性。薛定谔则用波动方程完美解释了物质与波的内在联系，量子力学逐渐趋于完善。

量子力学与相对论力学的产生成为现代物理学发展的主要标志，其研究对象由低速到高速，由宏观到微观，深入到广垠的宇宙深处和物质结构的内部，对宏观世界的结构、运动规律和微观物质的运动规律的认识，产生了重大的变革。其发展导致了整个物理学的巨大变革，奠定了现代物理学的基础。随后的几十年即从1927年至今，是现代物理学的飞速发展阶段，这一期间产生了量子场论、原子核物理学、粒子物理学、半导体物理学、现代宇宙学、现代物理技术等分支学科，物理学日渐趋于成熟。4 结论

物理学发展前景篇2

物理学作为一切自然科学的基础已经渗透到了社会生活的各个领域, 哪里有人类活动, 哪里就有物理学文化气息。百年来物理学的发展一次次的推动了世界经济的发展。

一、经典物理学推动了第一次工业革命, 带给人类第一次经济飞跃。

1687年牛顿“自然哲学的数学原理”的发表, 标志着经典物理学的诞生, 经典物理学一诞生便推动了第一次工业革命, 使人类进入机械化时代, 带给人类第一次经济的飞跃。第一次工业革命是刚取得统治地位的英国资产阶级进行的一次生产方式的革命, 17世纪, 英国的资本主义发展遇到了三大难题:采矿、武器的研制、航海, 但这三大问题都归结为了一个动力机问题。当时的物理学家都踊跃的参与了相关的发明创造, 有效的解决了上述难题, 其中著名的有:牛顿、哈雷、惠更斯、胡克、雷恩、波义尔、马略特等。

以机器取代手工工具, 以蒸汽机、内燃机和电动机等动力机械取代人力、兽力、水力和风力, 克服了人力兽力的局限性和自然力的不可遇见性及难以控制性, 提高了人类利用自然和改造自然的能力, 使生产力发生了巨大的飞跃。与过去时代的技术变革相比, 工业革命中生产技术的变革具有全面、深刻、规模大等特点。它涉及国民经济的各个部门, 从纺织工业到动力工业, 从采矿业到冶金业, 从金属加工到工作母机的制造, 从农业到交通运输业, 没有一个部门不被卷入技术革命的洪流。在许多工业部门, 机械化涉及生产的全过程。

生产过程的机械化和组织管理的科学化, 使劳动生产率成倍提高, 工业生产量和贸易额以前所未有的速度增长, 各项社会经济指标都明显改善。在1820年～1980年的160年间, 16个较发达的资本主义国家的生产总量增至60倍, 人口增至4倍, 人均产值增至13倍, 而一个劳动力的平均年工时却从3000小时减至不到1700小时, 劳动生产率提高约20倍, 人均预期寿命从35岁增至70岁。

如果我们把目光转向全世界, 经济增长的幅度同样给人以深刻印象。1860年至1913年期间, 世界工业生产量增长7倍, 世界贸易额从1851年的6.41亿英镑增至1913年的78.4亿英镑, 增长11.2倍。工业发达国家在世界工业和贸易增长中占了很大份额。

工业革命使欧美国家经济结构和劳动力结构发生重大变化。以英国为例, 英国 (联合王国) 农业在国民生产总值中的比重从1770年的45%降到1841年的22%, 1901年再降至6%, 工业相应地从24%上升至34%和40%。大不列颠农业劳动力在总劳动力中的比重从1801年的35%下降至1901年的9%, 工业劳动力则从29%上升到54%。

二、电磁理论的建立为人来带来了第二次经济飞跃

第二次工业革命介绍也叫电气革命, 以电力的广泛应用为显著特点。19世纪早期, 人们发现了电磁感应现象, 对电作了深入的研究。在进一步完善电学理论的同时, 科学家们开始研制发电机。1866年, 德国科学家西门子制成一部发电机, 后来几经改进, 逐渐完善, 到19世纪70年代, 实际可用的发电机问世。电动机的发明, 实现了电能和机械能的互换。随后, 电灯、电车、电钻、电焊机等电气产品如雨后春笋般地涌现出来。

第二次工业革命的又一重大成就是内燃机的创制和使用。十九世纪七八十年代, 以煤气和汽油为燃料的内燃机相继诞生, 90年代柴油机创制成功。内燃机的发明解决了交通工具的发动机问题。1885年, 德国人卡尔.本茨成功地制造了第一辆由内燃机驱动的汽车。内燃机车、远洋轮船、飞机等也得到迅速发展。内燃机的发明, 还推动了石油开采业的发展和石油化工工业的产生。

第二次工业革命期间, 电讯事业的发展尤为迅速。继有线电报出现之后, 电话、无线电报相继问世, 为快速地传递信息提供了方便。从此, 世界各地的经济、政治和文化联系进一步加强。

三、原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为人来带来了第三次经济飞跃

第三次工业科技革命是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。它以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为主要标志, 涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。这次科技革命不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革, 而且也影响了人类生活方式和思维方式, 使人类社会生活和人的现代化向更高境界发展。如电子计算机的发明和广泛使用, 以及各种“人——机控制系统”的形成, 使生产的自动化、办公的自动化和家庭生活的自动化 (即所谓的“三A”革命) 有了实现的可能。预示着人类社会将从机械化、电气化的时代进入到另一个更高级的自动化时代;空间技术和海洋技术的发展标志着人类社会已从被束缚于地球表面的“地球居民”时代进入一个远为辽阔的陆海空立体新时期;基因重组技术、结构化学和分子工程学的进展使人类获得了主动创造新生物和新生命的创造力, 标志着人类正在由“必然王国”一步步走向“自由王国”。正是从这个意义上讲, 第三次科技革命是迄今为止人类历史上规模最大、影响最为深远的一次科技革命, 是人类文明史上不容忽视的一个重大事件。

四、物理学的发展必将再次推动世界经济的发展, 迎来第四次工业革命的诞生

能源和环境危机导致新能源时代, 寻找环保的可替代能源, 生物质能源是实现循环能源经济的最优方案, 可以作为人类的主要能源, 太阳能和风能作为辅助和补充能源。

世纪之交谈物理学发展的方向篇3

【关键词】:物理发展二十一世纪

中图分类号：D62 文献标识码：A 文章编号：1003-8809（2010）05-0282-01

一、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！

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。

（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。

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。

（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。

二、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。

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[1]。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[4]，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。

物理学师范就业前景篇4

物理学系拥有雄厚的师资队伍和优良的教学传统，现有教授23人(博士生导师20人)，副教授29人，1949年以来共培养了1万多名毕业生(其中包括本科生5800余名、研究生850余名)。已有多名毕业生当选为中国科学院和中国工程院院士。

物理学系通过选择和分流培养，建立了高质量、多元化、强调个性发展和综合发展的培养模式，试行4+X培养模式，学生可以根据自身的条件、兴趣和志向进行选择。现设有物理学一个本科专业。

培养目标：培养拥有宽厚扎实的专业基础、掌握基本实验技能、具有创新意识和开拓精神、能在物理学及其它交叉学科或相关应用领域工作的研究型、应用型优秀人才，以及研究型的优秀教学人才。

主要课程：必修课程有大学数学，普通物理(力学、电磁学、热学、光学、量子物理学)，理论物理(理论力学、电动力学、热力学于统计物理、量子力学、固体物理学)，实验课(普通物理实验、近代物理实验、电子线路等)，信息技术(计算机基础、C语言编程等)。学生在二年级下学期开始理论物理课程的学习，这些课程分高、低学分两个层次开设，学生可以根据自己的特点或志向自主选择，这样有利于学生个性化的发展。本系还在理论物理、凝聚态物理、现代光学、数学、信息技术、物理学前沿、设计性和研究性物理实验、学科教学论等方向开设了近30门选修课，其内容既有本学科和相关学科的基础知识，也有应用性和探究性的专业知识，满足学生从事物理学教学，物理研究或跨学科研究工作的需求。

毕业去向：北师大物理系的毕业生基础宽厚扎实，学风严谨，适应能力强，发展潜力大，深受各用人单位的欢迎，有60%左右的毕业生攻读硕士或博士研究生，其余到科研机构、高科技企业、高等院校、重点中学等部门从事研究、技术开发、管理和教学工作。

物理学专业的就业前景市场调查篇5

作为师范类学校的专业学科，物理学专业的就业方向主要集中在初.高中教师岗位，从大城市的就业状况来看，师范类学生的供求量趋近平衡，其中民办教育机构对师范类人才的需求量占了很大比例。这其中就包括具有物理学专业知识的人才.由于我国教育政策的调整，近几年民办学校、职业学校大量兴起，这使得师范生就业机会增多，又在教育系统内为毕业生拓宽了就业市场。但不容忽视的是，我国中西部面临优质师资匮乏、基层教育系统缺少编制的现实情况，而大城市教师职位日渐饱和，不可能再接收大量毕业生。因此，在普教系统就业面临较大的竞争和压力。近两三年来，中西部省会城市及一些经济发达地区的二线甚至三线城市成为师范类毕业生求职的热点地区。

从国家免费师范生政策的实施可以看出，中西部对师范人才的需求很大。因此，未来几年师范类毕业生也应当转变观念，更多地将注意力投放到中小城市和中西部地区，在那里展现风采，实现人生价值。

物理学发展前景篇6

随着科技的不断进步，信息和材料、能源成为了“新时代”的重要资源。信息是客观事物的状态及其运动特征的普遍形式，在一定基础上具有一定的形态。包含了信息采集、处理、传输、存储、执行、显示等过程中。在数字化和网络化特征的渗透下，改变了人们的生产和生活方式。例如：计算机的诞生，第一台计算机ENIAC 问世，占地面积就150平方米，不仅价格昂贵，运行速度缓慢，纯储量较低。这样的计算机怎么才能进入实际的生活和工作?这些正是在微电子技术的推动下，才有了今天的此种成就。

微电子学也是卫星电子学，是脱离了电子学和固体物理学的一种交叉性学科。主要研究的领域是固体材料上构建的微小型电子电路和子系统及系统的学科。不仅面临着来自于技术、材料和基础理论等限制的挑战，还期待着对新材质的又一次飞跃。微电子技术是在应用社会需求的推动下，按照摩尔定律，进行实现创新和发展。总结集成电路的出现，对未来的.发展道路有了一个总体性的定位，即集成电路的集成度。目前的形势下充分体现了微电子技术在整个信息社会发展的过程中起到了重要的推动作用。利用集成电路获取信息、传递、处理、存储、交换等功能，在如此强大的功能下，却处于了成本低、高可靠性、大批量生产、耗能低、体积小的特点。正因为这些特点，让微电子技术涉及到了现代化农业和国防、科学技术上去。由此可见，微电机学是物理学发展和突破的基础，两者之间存在这紧密的联系，在微电子基础促进物理学研究的同时，物理学也为其發展提供了广阔的发展空间。

2.基于物理学领域下的微电子诞生和突破

以半导体晶体管为基础的微电子学，是微观物理世界的重要发现。20世纪30 年代，量子力学代表着物理学的完善及其成熟，也为晶体管的出现奠定了基础。1924 年衍射实验证实了电子的波动性概念。四年后又出了电子的费米-狄拉

克统计理论。接着又是三年，提出了固态半导体的量子力学理论。1939 年第一次提出了空间电荷区理论;1947 年具有放大和功率增益性能的点接触二极管诞生了;1948年，肖克莱完成了晶体管的三个基本概念，次年发表论文。并于1950和1952年制得了锗、硅单晶，接着是合金法制成了锗，扩散型基区台式晶体管。指导1956年微电子学的诞生。由此可见，晶体管的发明是在社会需求的作用下产生的。

3.微电子技术和物理学进展的相互融合

集成电路是将晶体管等元件进行科学集成，并于1952得到了提出。是爱宝电子管和电阻、电容等元件焊装在一起，构建具有一定功能的电路系统。就像以上所提到的世界上第一台计算机ENIAC，就是利用这个电路系统，不断连线和焊接点增加，在复杂的设备线路下，形成了庞大的系统。“集成”的出现，让人类的生活和生产步入了小型化的世界里。在以往无法解决的问题中，现在采用全半导体连接的方式为全半导体化提供了新方法。Kilby 完成了集成电路的创新思维过程，利用分离硅元件和生长结晶体管等搭成一个全半导体化的实验装。实现了可行性，也是第一个集成电路的诞生。集成电路是一个技术的创新，也是在物理分析的过程中实现技术创新的。Kilby也因此获得了诺贝尔物理学奖。此外，平面技术是推进集成电路产业化的关键性技术，实现了氧化、扩散等技术。Fuller及其同事，在气相到固态杂质扩散中，为形成 p-n 结技术做了系统的基础工作，并进一步，对二氧化硅特性进行了深入而系统的研究。在平面工艺中，光刻技术是一种精密的表面加工技术。1957年，DOF 实验室首次提出了半导体工艺技术，实现了精细晶体管和集成电路图形结构，有机的将光刻技术和二氧化硅氧化掩蔽融合起来。让集成电路中主流光刻技术成为了超深亚微米量级重要应用。

其中，金属→氧化物→半导体场效应晶体管器件的出现，是微电子技术的另外一个里程碑。并在此基础上，提出了场效应晶体管的理论。目前，半导体工业发展中，95%以上的集成电路产品都是采用 CMOS 结构进行拓展的。1971年第一台微处理器诞生以后，就一直集中在大、中、小型机中被应用，主要运用于军事和航空、航天、天气预报、科学计算等方面，直到微机在全世界的占有率已经高达3.7 %。由此带动了智能化的发展，同时也为物理学及其实验技术提供了新的发展。接着计算机辅助设计(CAD)，对器件和电路、工艺等领域进行深化的发展，把量子隧穿效应应用到半导体存储器领域。20 世纪 80 年代，随着新材料和新物理效应的出现，高性能铁电材料如 PZT 和 SBT呈现到了大家的面前，微电子技术也进入了第二发展期。紧接着铜互连技术的发明，在微电子技术中，起到了承上启下的重要性作用，解决了铜污染的问题。微电子技术对物理学研究工作，不仅起到了推动性作用，还让物理学的研究呈现了更为广阔的空间。

4.微电子技术发展的物理限制和相互作用

从基本物理规律的限制上看，不管是计算机还是集成电路，都是采用器件结构和工作原理，实现了信息处理的过程。其中还存在着不少物理性限制，包括电磁学和热力学等，并呈现了微电子技术的物理极限状态。从材料方面的限制看，如硅衬底材料、二氧化硅绝缘材料等无法满足新时代的需求。目前SOI，Ge-Si ， Ⅲ-Ⅴ族等实现了新材料在微电子技术当中的主要应用。从技术方面的限制看，像光学光刻工艺这样的工艺技术已经成为了物理技术的极限，EUV 光刻和纳米印制光刻技术等为新一代的光刻艺术提供了应用基础。从器件方面的限制看，MOS 器件开关已经过时，采用新的器件结构和工作原理成为了势在必行的责任和义务。从系统方面的限制看，微电子学的理论基础属于典型物理理论的范畴。随着器件尺寸的进一步缩小到纳米尺度同时，微电子技术的发展呈现出多维发展的模式。例如：微电子技术与机械学光学结合的微机电系统(MEMS)，

总结：随着科技的不断进步，微电子技术经历了重要的三个发展阶段，并在每一个阶段都体现了突出性特征，并在此基础上，从单一的发展向着多元化的发展趋势进行转变，同时与物理学基础相辅相成，为以后的进一步拓展提供了良好的基础。

参考文献：

[1] 夏建白，常凯. 物理，， 30：533[ X ia J B， ChangK. Wuli(Physics)， 2001， 30：533(in Chinese)]

[2] 朱道本，刘云圻. 物理， 1993， 22：140[ Zhu D B， Liu Y Q.Wuli(Physics)， 1993， 22：140(in Chinese)]

台湾物理研究发展概述(中) 篇7

据统计, 在台湾从事凝聚态 (固体) 物理研究的人员约占物理总研究人员的一半左右, 几乎所有岛内大学的物理学系/所都开展这方面的研究, 主要集中在高温超导体与磁性材料、光电材料、半导体、表面物理特性、液晶、薄膜、纳米材料、非线性光学材料和超快光源等领域的研究, 其成果数不胜数。

例如在高温超导体与磁性材料方面, 以往研究成果包括:进行单电子晶体管及自旋磁电子穿隧实验, 研究穿隧效应及自旋磁电子等的磁阻、元件制作及理论, 发现超导、磁性及穿隧与介面有重要的影响;开展磁性薄膜的磁化结构及磁化过程实验研究, 了解磁性超晶格及多层膜等复合结构的物性、穿隧磁电阻的物理机制、交换偏耦合、纳米庞磁阻薄膜及如何制作磁性动态随机存取存储器;以高难度的微样品比热技术, 在新超导硼化镁材料上, 证明特殊超导能隙;利用先进的电子束微影技术, 制作一维阵列的极微小超导量子干涉元件, 再用外加磁场控制超导耦合能量的大小, 控制超导绝缘的相变;计算第二类超导的Vortex液体与固体的比热与磁性, 验证高温超导自旋扰动对穿隧光谱效应;首次发现磁性耦合的最佳化机制;利用核磁共振对镓同位素样品进行研究, 发现磁性、弛豫时间与拉摩频率有关;发现镧系超导材料的比热与温度比函数在2K以下有一个不寻常的凹陷;精确计算第二类超导体涡流的磁化率与比热;发现在一系列铈铝合金中的磁序与近藤 (Kondo) 效应共存现象;观察到超微小物质尺寸变小至纳米尺寸后产生的磁相转变效应;磁性-超导-磁性单电子晶体管的自旋传输;一维约瑟芬矩阵的超导-绝缘量子相变等。

继2008年初日本东京工业大学细野英夫等人首次发现铁基超导体, 推翻磁性材料不可能超导的假设之后不久, 台湾中研院物理所超导体研究团队在同年创新发现一种结构更简单、且安全无毒、更容易制造的铁基超导材料, 目前的超导转变温度为绝对温度30K, 颠覆了以往科学界一直认为只有像铜氧化物这类反铁磁绝缘体才能成为高温超导体的认知。该研究团队还发现, 通过电化学方法调整其中钾离子含量, 可以改变这类铁基超导材料的电性或超导性, 甚至在6K以下进入了新发现的“磁玻璃”物理态。

2010年, 台湾大学研究团队与加拿大科学家合作, 利用同步辐射光源及中子散射实验, 成功探测出氯化氧钛与溴化氧钛磁性材料中磁矩对的形成细节, 特别是在磁偶对形成之前的先期交互作用, 同时该团队也头一次发现了磁激态单态到三重态的证据, 显示这些磁矩在低温时会形成一特殊成对磁矩而进入更低能态。

在磁性半导体与磁性绝缘体中, 磁振子-声子经由薄膜样品基板的交互作用扮演重要的角色。中研院物理所李尚凡等人2011年首次以实验证实, 藉由热激发的非对称自旋电动势也可经由垂直膜面的温度差来驱动。此发现有助了解热激发自旋电子学的机制与过程, 证明了垂直膜面的温度梯度所导致的异常能斯特效应是所观测到信号的主要成因。

在光电材料与半导体特性方面, 台湾科学家以往的研究成果包括:研制新型具极宽光学增益频宽的Ⅲ-Ⅴ族半导体发光元件, 研究其发光物理机制;发现带有涡旋相位的光束在自聚焦材料中形成空间光孤子, 打破以往认为带有此种相位的光孤子因径向不稳定性而不能存在的理论;首次观测到Q开关微型固态薄膜激光中所出现的光孤子行为;研制应用于超荧光发光二极管和极短脉冲宽度的锁模二极管激光;利用飞秒激光技术研究宽能隙氮系半导体薄膜的近能隙载子和声子动态, 发展薄膜特性多光子显微分析技术;利用改良式电子绕射/成像光学技术, 比热测量研究前瞻性液晶分子薄膜的相变和结构, 增进对软材料的分子构形和其凝态结构的了解;发展多光子共焦光学显微术在半导体薄膜及生医检测方面的应用;利用X光吸收光谱方法, 测量含氮钻石薄膜的原子、电子结构与电性;用扫描隧道电子显微镜观察磊晶生长的机制, 发现可于室温下在硅表面生长平坦的锗薄膜;发现在适当的成长条件下, 金属镓会在硅表面结聚出大小约1纳米结构特别稳定的奇异原子团;以半导体硅制作的单电子晶体管;异植结构砷化镓/铝砷化镓元件的自旋注入现象;二维硒化镉光子晶体制作;探讨在金属表面上各种原子团扩散行为的理论基础;发现硅表面上的硅奇异原子团随着电流而产生的异常流动现象;发现离子轰击钻石表面会发生一种自发性的纳米波纹结构等。

同步辐射中心黄迪靖等人利用同步辐射光源, 克服多层技术瓶颈, 发展尖端软X光吸收与共振散射实验技术, 研究前瞻性材料的微观电子与磁性结构。例如首次发现四氧化三铁电荷及轨域有序排列的决定性实验证据, 揭开其金属转变为绝缘体之谜, 解决过去60多年来科学界的争议。

台湾“中央”大学研究团队2007年利用低密度铟砷化镓量子点完成高品质的光子晶体单光子光源之后, 进一步制作高稳定温度的单光子光源, 操作温度范围在7至60K之间, 单光子辐射纯度在85%以上, 适合量子密码的应用。

台湾大学物理系蔡定平教授领导的研究团队2009年与英国科学家合作, 结合超颖物质结构的纳米光学计算与设计、制作、测量与纳米光电元件、系统的应用开发等进行一系列的研究, 其中藉由设计特殊的超颖物质晶格结构, 搭配上适当的电磁波入射, 在非手性超颖物质中, 获得手性结构才拥有的光学性质来验证超颖物质的特殊光学性质。另外, 他们还制作并验证了可调变波长的自由电子纳米光源——光井, 实验验证了非同调的近红外纳米光源, 藉由调整超颖物质结构的周期, 可使出射的光波范围延伸到兆赫波或紫外光波段, 同时, 增加其孔洞的深度, 可获得频宽较窄的出射光。

2010年, 台湾科学家利用单晶成长光学聚焦浮区法, 成功制备出极高纯度且品质稳定的大尺寸Na XCo O2单晶, 并且运用电化学嵌入法, 对长成单晶做进一步的钠离子成分准确调控, 制备出全世界最纯与最稳定的一系列单晶样品, 在热电、电池与超导材料发展上具备极大潜力。

由于光子的运动速度远超过电子, 目前的信号产生器受限于电路速度, 仅能制造出微波至无线电波范围的波形, 无法制造光学波形。台湾中研院原子与分子所孔庆昌等人利用分子调节法产生5种不同的和声, 经由操控其相位与振幅, 合成出即时光场, 并导出周期性的锯齿、方块或子循环弦波等实体波形的函数脉冲。这项突破性的创新成果将帮助科学家进一步开发出全光学波形的合成器。

2011年, 台湾中研院物理所研究团队开展双栅极双层石墨烯元件研究, 首次实验验证场效热电效应, 已超越一些常见的低温热电材料。此现象的核心物理机制源于电场衍生之反对称性破坏造成了能隙的产生, 进而增加能带曲率。此外, 热电能的极性也可简单运用栅极电压来调控成为电子型或空穴型。此成果提供了热电相关研究领域一个全新的发展方向。

在纳米材料特性方面, 台湾科学家以往的研究成果包括:研究纳米材料量子尺寸效应的电性、热性与磁性, 并发现量子尺寸效应导致“非磁性近藤效应”的相转变;由低温比热特性分析发现, 当纳米尺寸的化合物粒子逐渐变小至纳米尺寸时, 磁转变临界温度会逐渐消失, 而属于近藤效应的熵大增;利用扫描隧道电子显微镜加一电脉冲, 可以在硅表面制造纳米级的二维凹陷或突起的二维硅岛, 纳米结构在400℃以上会逐渐变小直到完全消失;发现铝纳米尺寸岛屿的成长受到量子局限效应的影响, 其层间距离与层数有振荡性的变化关系;以电子束曝光、显影及蚀刻技术, 制作线宽约30纳米的细线, 以这种技术, 可在基板任何指定的位置上制作几乎任意形状的金属线或半导体线;开发新制程以制作微小单电子晶体管及光子晶体, 单电子晶体管可作为极灵敏的存储器元件, 而光子晶体可作为超小型的光波导管。

近几年的研究方向则集中在纳米结构、金属/绝缘体/金属隧道结、半导体纳米线等低维系统的研究, 主要探讨的物理问题涵盖量子传输、电子相位相干时间、氧化锌纳米线的导电机制、纳米接点、普适电导涨落、奇异近藤效应和动态结构缺陷的低温动力学行为等表面物理与纳米尺度和多体课题。

例如2006年, 台湾大学凝态研究中心林丽琼等人以首创的微反应器设计, 制作“纳米豆荚”, 即零维与一维复合式纳米线, 其中纳米线采用二氧化硅等介电材料, 包覆的零维结构则是金纳米颗粒。利用金纳米颗粒在绿光波段有很强的表面等离子体共振现象, 光吸收大为提高而产生光致导电的特性, 可将其作为具有波长选择性的光纳米开关。该团队还致力于研发直接成长氮化镓纳米线在芯片上的制程, 成功做出全球首创桥接光电元件, 并发现其光致导电感应系数超越磊晶薄膜5个数量级。

2007年, 台湾中研院原子分子所研究人员发现, 利用微波等离子体系统在硅芯片上产生一种针尖状的纳米结构阵列, 镀上金、银的纳米颗粒之后成为表面拉曼光谱的绝佳基板, 适合探测各种化学与DNA等生物分子。这种简易、非周期性的硅纳米针尖阵列可以有效消除光反射, 抗反射功能涵盖紫外光、可见光、红外光以至太赫兹 (THz) 电磁波, 并且对各种入射角的光线都有效, 将来可以用来增进太阳电池的效率, 甚至可以应用在反隐形探测用途上。

台湾研究人员2008年利用自行研发的超高真空扫描隧道电子显微镜系统, 通过操控纳米颗粒及裁减、修饰碳纳米管, 把一颗3纳米直径的银颗粒放在碳管最前端, 量得共振频率大幅降低, 结果制成可测量纳米颗粒原子质量的“原子秤”。此后, 学界即不断增进其质测量的精密度, 目前最佳的解析度约为10-19克。

此外, 台湾研究人员将一根磁性镍纳米线悬吊在一个掏空的硅基板上, 并以自行开发出的技术测量出它的导电率与热传导率, 发现在纳米尺度下, 热、电传输行为与一般材料大为不同, 受到纳米线的结构与内在缺陷所压制, 且热流比电流受到更大的压制。

从2002年起, 台湾科学家就研究以等离子体辅助式分子束磊晶技术, 在硅基板上生长高品质三族氮化物半导体纳米光电材料, 包括氮化铝、氮化镓、氮化铟薄膜、纳米柱阵列及量子点材料等。2009年, 他们完成了氮化物半导体磊晶薄膜与纳米结构的基础物性研究, 成功地在硅基板上生长出全彩及白光氮化铟镓/氮化镓纳米柱发光二极管元件。

藉由太阳光的照射分解水产生氢气, 是目前许多最具有发展潜力的绿色能源方案之一。台湾中研院原子分子所陈贵贤等人研制的碲化镉量子点与氧化锌纳米线结合的纳米结构, 可以作为光解水产生氢气的良好材料, 转换效率可达到1.83%, 是目前使用纯氧化锌纳米线元件转换效率的一倍以上, 且具有长时间稳定运转的特性。

2011年, 台湾研究人员经由精细测量和分析低温弱局域效应, 发现无论是在弱无序或是准弹道的纳米尺寸样品中, 电子-横波声子散射强度都远大于电子-纵波声子散射强度, 并定量决定出电子-横波声子散射率的温度变化关系, 对厘清传统固体物理理论的认知与纳米电子元件的实际应用具有深远影响。通过对弱无序和准弹道条件下金属中的电子-声子散射机制的崭新观测及对传统的, 并促成新理论的诞生。

通过极低温下的电子相位相干时间的定量测试, 台湾研究人员证实在非弹性电子-声子散射和电子-电子散射之外, 还存在有动态结构缺陷引起的电子相位破坏过程, 激发起了国际上对趋近于绝对零度时的电子相位相干时间特性的深入理论与实验研究。该研究团队近几年同时进行纳米导线的研究, 开展单根金属以及半导体纳米线的低温电性测量, 以探讨纳米线的本征电子传输特性, 研发出制作次微米电极的电子束微显影和聚焦离子束技术, 以及纳米线在低温下的微小信号电性测量技术, 完成了单根金属纳米线和半导体纳米线的四点大温度范围测量。再根据累积多年的丰富研究经验, 深入解释了纳米线中的各种微观物理机制, 如首次提出自掺杂氧化锌纳米线中的劈裂杂质带导电机制等。

管理学发展浅议篇8

关键词：管理学理论发展

一、管理学理论的发展历程综述

管理学理论从诞生至今，经历了一百多年的发展，对其发展历程进行综述，可以大致划分为以下几个发展阶段：

1、科学管理理论阶段

这个时期的主要代表人物是泰勒，通过研究工厂管理中如何提高效率，他首先提出了科学管理理论，并被誉为“科学管理之父”。他提出，科学管理的中心问题是提高劳动生产率，而科学管理的关键在于变原来的经验工作方法为科学工作方法，以实现管理的科学化、合理化与标准化。

2、行为科学理论阶段

在科学管理理论的发展与运用中，该理论比较强调“理性”工作方法而缺少人性的考虑，因此导致工人抵触情绪加强，工人与资本家之间的矛盾加深。在这种情形下，行为科学理论便应运而生。行为科学理论主要研究个体行为、团体行为与组织行为，重视研究人的心理、行为等的影响作用。

3、管理理论丛林阶段

在20世纪40年代中后期到80年代，控制论、系统论、统计学、信息论、经济学等研究方法出现，极大的丰富了管理科学研究，当时各类学家对管理理论的兴趣有了极大的增长，出现多个管理学派，也称管理理论丛林。

4、战略管理理论阶段

20世纪70年代以后，全球经济形势急剧变换，企业环境的不安定性、不确定性和多变性使企业经营成败压力急剧增大。因此，理论界和企业界将管理工作和理论研究的重心转向战略管理，并形成了20世纪70年代的“战略热潮”，促成了战略管理理论和方法的诞生。

二、现阶段管理学理论发展面临的新问题

1、新时期内外部环境快速变换

现在，组织外部和内部的环境变化速度愈来愈快，一些巨大的僵化的组织已不能敏捷地变化自己以适应环境，从而导致衰落乃至消亡。新世纪使得一些肩负组织重托的人不得不为组织的生存与发展而担心，21世纪中只有具有学习能力和超然思维的有机体才能在竞争中保持不败的地位。管理学的理论也必须适应和应对这种变换，才能够焕发新的生机和活力。

2、当代组织内部运行方式由分工走向综合

上个世纪是专业化分工大发展的世纪，人类从专业化分工获得了巨大的收益，20世纪的文明可以说是专业化分工的文明。然而分工愈深愈细愈有可能偏离本原要旨，使综合性的问题难以处理和解决。21世纪可能要重返综合，人类或许可从综合中获得更大的收益，企业或许能在综合中获得新生，管理学或许要创造综合性的理论与方式方法来面对这种新挑战。

3、组织的资源由传统要素为主转向以新要素为主

传统的资源如劳动力、土地、资本和自然资源支撑了上个世纪的发展。但在新世纪，知识与信息将成为发展的最大资源。这一转变意味着传统的资源配置模式无法满足需求，未来的配置模式必须变革。管理学研究也将面临新的难题。

4、组织成员由经济人向自我实现人转变

在物质还不丰富而又在逐步走向充足的 20世纪里，社会大众迫于生计更多地像一个追逐利益的经济人。经济学家们以此构造了他们的理论体系和现实的经济体系。然而在物质比较充裕后，人们也许开始摆脱经济人的头衔。此时不仅经济体系需要重构，对人们工作努力的驱动源恐怕也需要重构，以上矛盾也都是管理学理论要解决的问题。

三、管理学理论的发展趋势分析

1、管理学研究关注内容的变化

通过对管理学理论的发展历程进行研究，我们发现早期的管理理论主要关注解决组织内部问题。行为科学理论关注重心也还是从组织内部的“物” 要素向“人”要素转变。管理理论丛林的出现标志着管理理论关注的内容，从协调组织内部要素到适应外部环境的巨大转变。

到了现阶段，核心竞争力才是企业立于不败之地、持久发展的基础和决定性力量。而核心竞争力的形成，关键在于企业内部员工创造力的迸发和企业组织创新能力的开掘，在于组织内部有效形成不断学习、不断创新的机制。因而，管理学关注的重心又重新回到了组织内部，这是一个循环往复的过程。

2、管理學研究方法的转变

科学管理理论是把近代自然科学思维方式引入企业管理的产物。科学管理理论和行为科学管理学派虽然取得了巨大的成功，但是由于管理活动牵涉因素的多样性和不确定性，特别是心理因素难以精确度量，这种线性因果决定论模式在实践中受到了严重的冲击。

系统科学是以系统论、控制论、信息论的产生为开始发端，迄今仍在不断扩展的一个横断学科群。它在不断拓展自己的领域，耗散结构理论、突变论、超循环理论和混沌学等新的系统科学分支，已为探索复杂系统的突变、协同、涨落和演化提供了理论依据，也成为管理科学进行问题研究的重要方法。

3、管理要素研究的转变

通过管理学理论的演进路径，我们可以发现环境变化导致管理要素重要程度变化，导致管理理论的演进变化。随着经济全球化的发展，信息技术、科学技术的进步导致知识、信息、时间、人才等要素成为企业成败的关键，因此围绕着这些要素的管理成为未来的管理趋势。如信息管理、人本管理、柔性管理、知识管理等。另外管理使命不再是提高效率，首要任务将是精心培植核心竞争力。

未来的竞争并不简单的是各个单个企业之间的竞争，谁就能最快地满足消费者的需求，谁就能最先抢占市场，谁就能最后在竞争中抢占先机。集中所有资源专注于核心竞争力的建设，围绕新组织形式的信息管理、战略管理成为未来的管理重点，知识、信息、人才等要素至为关键，而这些管理要素也必将成为管理学研究的重点。

参考文献：

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