00:00 / 06:47
连播
清屏
智能
倍速
点赞9
00:00 / 03:05
连播
清屏
智能
倍速
点赞70
固体物理 固体物理是研究固体物质的结构、性质及其相互关系的物理学分支,它不仅是凝聚态物理的核心领域,也是现代材料科学、电子工程和纳米技术的重要基础。从晶体结构到电子能带,从声子振动到超导现象,固体物理揭示了物质在固态下的丰富行为,为人类技术进步提供了源源不断的理论支持。 一、固体物理的基本概念与研究范畴。 固体物理的研究对象涵盖所有具有固定形状和体积的物质状态。根据百度百科的定义,固态是物质四种基本聚集态(固态、液态、气态、等离子态)之一,其特点是分子/原子间作用力强,粒子排列紧密且具有长程有序(晶体)或短程有序(非晶)结构。固体物理正是从微观层面解析这种有序性如何决定宏观性质——当原子间距缩小到0.1-1纳米量级时,量子效应开始主导材料的电学、磁学和光学特性。 典型研究内容包括。晶体结构分析:通过X射线衍射等手段解析晶格周期排列,其中布拉维格子理论将晶体结构归纳为7大晶系和14种空间群。例如金刚石的立方晶胞结构直接决定了其超高硬度。电子能带理论:基于量子力学发展出的能带模型成功解释了导体、半导体和绝缘体的区别。当原子形成晶体时,离散的原子能级展宽为能带,禁带宽度成为材料分类的关键参数。晶格动力学:声子理论阐明了固体比热容随温度变化的规律,也是理解超导BCS理论的基础。 二、核心理论的发展脉络。固体物理的理论体系经历了三次重大突破。经典理论阶段(20世纪初):德鲁德和洛伦兹提出自由电子气模型,将金属导电性归因于自由电子的漂移运动。量子理论革命(1920-1950年代):布洛赫定理证明周期性势场中电子波函数具有ψ(x)=u(x)eⁱᵏˣ形式(u(x)与晶格同周期);布里渊区概念的建立将倒空间划分为允许能带与禁带;巴丁-库珀-施里弗(BCS)理论揭示电子通过声子媒介形成库珀对实现超导。现代凝聚态物理(1970年代至今):量子霍尔效应(1980)和拓扑绝缘体(2005)的发现拓展了能带拓扑分类;密度泛函理论(DFT)使材料计算从定性走向定量预测。 三、实验技术与表征方法。现代固体物理研究依赖于精密的实验手段:结构分析技术:X射线衍射:测定晶面间距精度达0.001Å;透射电镜:原子级分辨率配合选区电子衍射。电子态探测:角分辨光电子能谱直接测绘费米面;扫描隧道显微镜实现表面态局域探测。物性测量:四探针法测量电阻率(10⁻⁸~10¹⁶Ω·cm范围);SQUID磁强计检测超导迈斯纳效应。
00:00 / 02:37
连播
清屏
智能
倍速
点赞4
66662周前
宇宙中最快的速度是什么?我找到了四种可能的"超光速"现象。我们都知道光在真空中的速度约30万公里每秒,是物理学家普遍认为的速度极限。但在这个"超级无敌大"的宇宙中光速似乎还是"慢如蜗牛"。本期我将盘点四种宇宙中可能存在的超光速现象,并纠正一些容易让人产生误解的理论或猜想。如意识、宇宙膨胀、类星体及量子纠缠,它们是否可能超越了光速? · 第一种:意识vs光速。在一些哲学家看来光速不是最快的。那什么才是最快的?意识,因为意识可以回到过去。注意哲学家们指的是意识能够关联某个对象的速度,它不是物质的运动,因此不能与光速进行直接比较。 在物理学家看来意识是大脑神经元的复杂活动下产生的一种涌现现象,靠化学电信号进行传递,其物理速度最快也只有120米每秒。你之所以感觉意识回到了过去是因为你的大脑在当下重构了一个关于过去的场景。目前科学界还没有任何证据表明意识可以脱离神经元而独立存在,因此意识不被认为是物理学意义上的超光速现象。 · 第二种:宇宙膨胀vs光速。根据哈勃定律距离我们足够远的星系其退行速度会超过光速。注意这不是星系的运动速度,而是空间本身在膨胀拉伸。想象一个被逐渐吹大的气球,上面的斑点代表星系,随着气球的增大斑点之间的距离会越来越大。同理随着宇宙的膨胀遥远星系之间的空间也会越来越大。 在地球的可观测宇宙之外是更多的星系,其远离我们的速度远超光速以至于它们发出的光永远也到不了地球,永远无法被我们观测那片无尽的黑暗,我们称之为不可观测宇宙。这就是为什么宇宙诞生了138亿年而可观测宇宙的半径却达到了465亿年,因为宇宙正在超光速膨胀。 · 第三种:类星体vs光速。什么是类星体?类星体又叫类恒星天体,但它要比恒星大得多,其本质是一个遥远星系的极端活跃核心。中心则是可达太阳数十亿倍的超大质量黑洞。其吸积盘上的带电物质在落入黑洞前被黑洞捕获,强大的磁场像弹弓一样将这些带电物质沿着黑洞自转轴的方向猛烈地加速并抛射出去,形成接近光速的等离子体射流。 当它的射流几乎直指地球,其喷流方向正好朝着我们时,它后续发出的光需要走的路程会越来越短。在我们看来,后续的光到达地球的时间差被极大地压缩了。我们用视觉上的移动距离除以这个被压缩的时间,就会得到一个超过光速的视速度。这种现象被称为视觉超光速现象,是一种光学错觉。但事实上,这个等离子射流是低于光速的。 · 第四种,量子纠缠vs光速。两个纠缠的粒
00:00 / 04:15
连播
清屏
智能
倍速
点赞33
00:00 / 01:19
连播
清屏
智能
倍速
点赞40
00:00 / 01:35
连播
清屏
智能
倍速
点赞14
00:00 / 04:42
连播
清屏
智能
倍速
点赞22
00:00 / 02:50
连播
清屏
智能
倍速
点赞2
00:00 / 01:44
连播
清屏
智能
倍速
点赞0
00:00 / 04:07
连播
清屏
智能
倍速
点赞167
00:00 / 05:32
连播
清屏
智能
倍速
点赞5436
00:00 / 05:07
连播
清屏
智能
倍速
点赞36
00:00 / 03:14
连播
清屏
智能
倍速
点赞48
00:00 / 01:17
连播
清屏
智能
倍速
点赞31
00:00 / 01:09
连播
清屏
智能
倍速
点赞36