曾宇心

（重慶市中山外國語學校 404500）

摘 要：凝聚態(tài)物理學作為物理學的一大分支，其研究前景十分廣泛。凝聚態(tài)物理學是研究凝聚態(tài)物質的物理性質以及它們的微觀結構的學科。其通過分析構成凝聚態(tài)物質的電子、離子、原子、分子的運動形態(tài)和運動規(guī)律，從而對凝聚態(tài)物質的物理性質進行認知。凝聚態(tài)物質是固體物理學的一個拓展方面，研究的物質的典型特征之一是其具有多種形態(tài)。同時，凝聚態(tài)物理學也為材料研究引入了新的體系。本文就目前凝聚態(tài)物理學發(fā)展情況，對其中的基本概念的產生、含義及其發(fā)展進行闡述。

關鍵詞：凝聚態(tài)物理學；基本概念；特點闡述

凝聚態(tài)物理學的基本概念需根據(jù)物質世界的層次化進行闡述效果會更加明了。作為一門至今仍然擁有豐富生命力的研究學問，凝聚態(tài)物理學時時刻刻影響著我們生活的方方面面。例如，液態(tài)金屬、溶膠、高分子聚合物等等物質的研究都和凝聚態(tài)物理學有著密不可分的聯(lián)系。凝聚態(tài)物理學發(fā)展歷史和其理論支撐，是對凝聚態(tài)物理學的基本概念進行闡述的基礎。

一、凝聚態(tài)物理學發(fā)展歷史

1、物質世界層次化

為了對凝聚態(tài)物理學基本概念進行闡述，首先就需要提到物質世界層次化的研究方式?？v觀二十世紀的物理學發(fā)展，在二十世紀初，兩大劃時代的物理理論突破的出現(xiàn)，拉開了宇觀物理學和微觀物理學的探究序幕。兩大理論即是相對論和量子論，相對論和量子理論是對傳統(tǒng)物理學的質疑和挑戰(zhàn)。其中，狹義相對論修正了經(jīng)典物理學當中的電磁學和力學之間存在的矛盾；廣義相對論則是為近代物理學當中的天體運行研究做出了巨大的貢獻。量子論的建立正式拉開了現(xiàn)代物理學對于微觀世界的研究，使得基于原子乃至更小系統(tǒng)的探究成為可能?，F(xiàn)代物理學的研究方式正是基于這一種將物質世界進行分層的觀點進行的，因為物理學當中的理論使用范圍都有區(qū)別。例如，在宏觀世界當中，牛頓力學成立；在微觀世界當中，牛頓力學就難以支撐實驗事實了。

2、凝聚態(tài)物理學的步步發(fā)展

從科學家開始探索微觀世界開始，凝聚態(tài)物理學就悄然發(fā)展開來?？茖W家從原子物理出發(fā)，深入到原子核內外空間的研究，為了探索微觀世界粒子的基本特性，建立了多代高能粒子加速器，使得近代微觀物理學探索出中子、夸克、輕子類的微觀粒子。同時，近代物理學的一條研究途徑也是將原子物理作為基本主線。在這條研究主線當中，量子力學和統(tǒng)計物理學向結合，奠定了固定物理學的基礎。固定物理學的逐漸發(fā)展擴大，演變?yōu)榱四蹜B(tài)物理學。凝聚態(tài)物理學的研究發(fā)展從簡單到復雜，從宏觀到微觀。其結合到其他學科（材料學、化學、生物學等）共同創(chuàng)新，取得了巨大成果。

二、凝聚態(tài)物理學的基本概念闡述

1、基本理論

凝聚態(tài)物理學基本概念中最重要的基礎則是構建這門學科的理論支撐。其基本理論當中的核心即是量子物理和經(jīng)典物理。根據(jù)凝聚態(tài)物理學的發(fā)展歷史來看，量子物理理論推動了凝聚態(tài)物理學的發(fā)展，使其對眾多實驗研究成為可能。經(jīng)典物理理論在凝聚態(tài)物理學中并非一無是處，仍在一些研究方面起著不可忽視的作用。兩種理論知識在凝聚態(tài)物理學當中的應用都存在著自身的適用范圍，下面對其進行比較說明。在中學物理中我們初步了解到，物質粒子具有二象性——粒子與波。在粒子的二象性當中，粒子所具有的波動性使得量子力學有別與經(jīng)典力學。二者的適用范圍的界限通常是一些臨界溫度、直徑、場（電場、磁場）強等方面。

2、凝聚現(xiàn)象

凝聚態(tài)物理學的基礎概念即是凝聚現(xiàn)象，然而凝聚現(xiàn)象在我們日常生活當中是隨處可見的。大家都知道，氣體可以凝結成固體或者是液體，液體和固體之間最明顯的區(qū)別是液體的流動性。根據(jù)量子力學等理論分析，在某些臨界溫度附近，物質之間就發(fā)生凝聚現(xiàn)象。發(fā)生凝聚現(xiàn)象的物質往往具備一些新的物理性質。例如物質原有的沸點、導電性、光敏性等發(fā)生改變。

3、凝聚態(tài)物質的有序化

根據(jù)中學物理和化學的知識可知，物質反應在平衡狀態(tài)時，其系統(tǒng)能量內能與熵等因素的影響。系統(tǒng)物質內能的上升使得系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定性，使得熵值增加。當溫度下降時，凝聚態(tài)物質則趨于熵值下降和系統(tǒng)穩(wěn)定，研究發(fā)現(xiàn)，凝聚態(tài)物質往往是某一種有序結構的物相。大量物質粒子所組成的系統(tǒng)表現(xiàn)出來的直觀特征即是位置序，這也說明不同的粒子直接是存在著相互聯(lián)系的。當然，也存在著粒子相互作用較弱的情況，其宏觀表現(xiàn)即是粒子無序分布。在經(jīng)典粒子系統(tǒng)當中，使得系統(tǒng)有序化的物理基礎則是粒子和粒子之間的相互作用，這可當作是量子力學當中的一個問題處理。根據(jù)中學知識我們知道，在量子力學當中，物質粒子存在著位置不確定性和動量不確定性。根據(jù)上述進行總結，凝聚態(tài)物質是空間當中的凝聚體，而相對空間往往是分為兩個方面。一方面是位置形態(tài)空間，另外的一方面是抽象的動量空間。凝聚態(tài)物質的有序化在這兩個空間當中的存在形態(tài)極為豐富。

三、研究概念闡述

凝聚態(tài)物理學當中基本的研究概念在于以下幾個方面。第一是固體電子論。對固定系統(tǒng)當中電子的行為研究是凝聚態(tài)物理學一直在努力的方向，按照電子行為的相互作用的大小，又將其分為三個小的區(qū)域。首先是弱關聯(lián)區(qū)，這個區(qū)域的研究已經(jīng)取得了巨大進展，也是構成半導體物理學的理論基礎。其次是中等關聯(lián)區(qū)域，主要研究對象包括的是一般的金屬和強磁性的物質，其構成了磁鐵學的物理基礎。強關聯(lián)區(qū)受能帶理論發(fā)展的影響，目前其研究還有待開拓。第二是宏觀量子態(tài)。宏觀量子態(tài)研究當中對某些物質的超導現(xiàn)象的研究是一個重點，一些非常規(guī)的超導體研究也是目前科學家所努力的方向。第三是納米結構與介觀物理，凝聚態(tài)物理學對于一些簡單物質的研究已經(jīng)較為清楚。按照不同物質材料的結構尺度進行探究是凝聚態(tài)物理學研究的新方向之一，納米結構和介觀物理需要量子理論進行支撐，研究目的主要是為了獲取材料和器件的復合體，同時創(chuàng)造出一些具有優(yōu)良性能的物理材料。

四、總結

凝聚態(tài)物理學的理論基礎是量子力學，目前量子力學的發(fā)展已經(jīng)趨于完備。由于凝聚態(tài)物理學設計大量微觀粒子的研究，其復雜程度較高，需要研究者從實驗、計算、推演等方面開展研究。凝聚態(tài)物理學作為一門高新技術，其研究前景十分廣闊。只要充分結合其他相關學科知識，加以探究，一定會取得更加豐碩的研究成果。

參考文獻

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