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什么是物理?它主要研究什么?北京大学物理学院院长为你科普!

时间:2022-03-23 09:41:37    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

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截至目前,全国各地高考志愿填报已陆续结束,同学们即将迎来崭新的大学生活,进入不同的专业学科学习。你或许正暗暗立下远大的志愿,或许正在畅想美好的大学生活,或许正努力拓展知识面,为将来的专业发展做准备。下面就和小编一起回顾一下今年北京大学校园开放日上的精彩瞬间,一起来看看北大教授们是如何理解专业精神与北大情怀吧!

今天我们为大家分享的是北京大学物理学院院长高原宁教授的演讲内容:什么是物理?

高原宁教授

演讲者介绍:

高原宁,男,1963年生,1979-1989年于北京大学物理系学习,获理学博士学位。现任北京大学物理学院院长、教授,主要研究方向为高能物理实验。

各位同学,各位家长还有各位老师,我很高兴能来。当时他们叫我的时候,我一高兴就答应了,然后就很纠结到底要说什么。刚才龚校长说了,我是79年到的北大,我和我们的年轻同学们隔着40年。我们物理学院百年历史的辉煌在你们的招生简章里头说得很清楚了,我们物理学几百年的辉煌,都写在一摞一摞的教科书里,你们将来会一个一个学过。那么我今天要跟大家说的只是一个老物理学者的一点非常感性的认识,

每当我看到这张跨越几十个量级的片子,我自己都感觉到非常震撼。我们这样的一个人,就像我,努力成长也没有长过两米。大到宇宙小到夸克,有几十个零。但是我们看到,我们人类在过去的几百年间,居然把我们的智慧,把我们的文化,把我们的心灵洒在了这些星星点点上。我喜欢这样的黑暗的部分,因为这意味着整个物质世界在我们面前,实际上是很黑的,我们知道的东西很少很少。我们的知识和文化就像这些零一样,那都是散在整个宇宙当中的星星,它很微弱,但很顽强,照亮了整个物质世界。



用米表示的空间尺度

我们如果静下心来,仔细聆听一下宇宙的声音,你会发现宇宙真的并不那么平静。你会看到,宇宙实际上发生着一些非常剧烈的事情。例如这是我们在几年以前,第一次知道宇宙当中这样的两个黑洞,经过了短暂的时间以后,它们融合到了一起。整个过程的发生实际上非常短暂。那是来自于十亿光年以外的一个世界。你会看到在这样一个世界里头,在这样一个短短的、不到一秒的时间内,有三个太阳质量那么多的能量散发到空间中。我们人类在那一时刻过了十亿年以后,居然听到了这样的声音。我们用的是什么?就是引力波干涉的天文台。

人类首次观测到引力波

图中有两个长臂,这两个长臂当中原子量级的差别,我们居然都能够感知到。用这样的感知,我们观测到了外太空的引力波。

也许你不见得非常喜欢这种气吞宇宙的事情,也许想要让你的日子过得更小资一点,那就讨论一杯水吧,讨论一杯盐水。往水里头放一勺盐,你知道会发生什么事情吗?我们叫它水合物,做了很多年的研究,希望知道这样的一个水到底是什么样的。我们现在已经可以干这样的事情了:

在下面的是氯化钠,上面那些是我们拿了一个针尖,可以不断的在这里头把氯离子提起来,把水分子塞进去,经过一系列操作我们造出了这样的一些东西,我们可以用各种各样不同的显微镜,比如扫描隧道显微镜、原子力显微镜等等,去看到他那些微小的东西,从而真正地理解这样的一个水合物内部粒子是怎么运动的。我们说到分子,你一定觉得很小。的确是很小了,操纵一个一个分子的时候的确是非常不容易,这样的工作基本上集中了人类最高的科技。

但是对我自己的专业来说,对粒子物理专业来说,这个东西太大了。我要做的事情比还小九个量级。我们是在一个叫做基本粒子,也就是夸克和轻子的世界。那么这些东西是什么样子呢?全人类为了把视野推进到十的负十八次方米这样一个层面而进行了巨大的投入。在过去的三四十年里,人类投入了大量的资金,建成了这样一个大型强子对撞机,这是在瑞士和法国交界处一个二十七公里的环。人类终于借助这样的一个加速技术,把我们的视野推进到了十的负十八次方米这样一个程度。

大型强子对撞机(LHC)

利用这个设备,我们完成了一个理论,叫做粒子物理的标准模型。也就是说,所有的基本粒子的运动可以被杯子上那一串公式描述。我本来想穿这样一件T恤过来,但是回国之后,由于北大的食堂太好,我的体重增长了不少,今早一试发现穿不上了,就很遗憾。

杯子上的公式

我想举了这么一些例子之后,我们应该说一些严肃的事情了:什么是物理学?这是维基百科上的定义,很多很多的话,当然最重要的是红字部分:

研究物质、能量的本质与性质的自然科学,那几乎包含了所有的事情。在我们刚才列出的空间尺度上,很大的部分都属于物理学研究的范围。定义的解释多少显得有些不自信,就是想说物理学哪里都有。

物理学的定义

我们知道,物理学非常重要,它是各个科学的基础。从物理开始在这个园子里成长开始,至今已经超过了百年。在这百年里我们也产生了很多很多杰出的校友。

百年物理学院

今天的物理学院是我们北大里面最大的几个学院之一,包含了方方面面的有关物理学和各种科学的方向。这是物理学院的课程设置,在招生简章里大家也可以看到。

北大物理学院课程设置

不管怎么说,我觉得对“什么是物理”这个问题的回答,还是太学究气了,不太符合今天的这样一个气氛,是吧?它太古板了。我自己心里的物理实际上是这样一张图。说到底就是在干嘛?物理就是一段不懈的、要把不可见的东西变到可见、把不可知的东西把它弄明白的过程。这就是我心目中的物理学。

“我心目中的物理学”

最后,这样结束多多少少我自己有点接受不了。那么我们说,在科学之上,还有家国情怀,有哲学,还有诗,对吧?那么最后我希望在场的同学跟我一起来回答一个问题。这个事情,在我在北大这四十年里真的有很大变化。对于我这代人来说,“这个世界会好吗?”是梁漱溟先生的父亲抛给他的一个世纪之问。但是对我们在座的很多人来说,这好像是一个流行歌曲的歌名是吧?但是不管它是什么,我还是想问问大家,你们觉得,或者你们相信这个世界会好吗?为什么呢?

聚精会神的同学们

我不知道,也许你们将来要经过很多很多的年头,在北大院子里头慢慢的去体会。也许你过四十年以后会和我有一样的感受,或者非常不一样的答案。但此时此刻我能把我的结论,我的感受告诉大家。一百多年前,北京大学创设物理门,奏响我国高等物理教育的先声。

北大物理的上一个时代属于以李政道先生、于敏院士为代表的一代学者。那么下一个时代的物理风光,我们期待你的参与!我相信,有了你的参与,我们的物理会更好,我们的世界会更好!

关于北京大学物理学院

1902年,京师大学堂设格致科(数学物理部),这是我国数理学科高等教育的开端。1913年北京大学设物理门,1919年更名为物理系,这是我国最早的物理学本科专业。北大物理学科为国家培养了大批优秀人才,其中包括130多名两院院士,当选美国物理学会会士(Fellow)的总人数居全国名高校之首。23名“两弹一星”元勋中,12名在北京大学物理学科学习和工作过。目前拥有教授106位,其中中国科学院院士20位(含9位双聘院士)。学院拥有2个国家重点实验室及1个北京市重点实验室。

2018年科研和教学经费约3.13亿元,学科总体实力居国内高校首位。在美国《美国新闻与世界报道》的2019年世界大学排名中,北京大学物理学科排名全世界第22名。在英国QS的世界大学排名中,北大物理学科近几年都排在中国大学的首位。2018年底物理学院进行了国际评估,以Allan MacDonald为组长的15位专家(包括9位美国科学院院士)把北大物理本科教育誉为“The School of Physics is already one of the premier instiutions globally for undergrade education in physics”

即:(北京大学)物理学院已经是全球物理学本科教育的最重要机构之一。

北京大学物理学院也成为我国物理学科顶尖科研人才的摇篮。

来源:北京大学招生办 编辑,制图:郭曜齐、刘威摄影:刘月玲、光军、黄洪翔、肖卜凡审校:王俊棋美编:佘宜轩部分图片来源于网络


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