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理论物理学科发展报告

理论物理学科发展报告

学科名称:理论物理省重点学科和宁波大学优势特色学科

学科带头人:楼森岳教授

建设时间:省重点:1994—;优势特色学科:2004—

学科发展现状:

物理学是所有自然科学学科的基础。因此要发展办好一所理工科大学,必须有一个优秀的物理学科。本学科在省重点学科和校优势特色学科及各级领导的支持下,经过全体人员的十余年的共同努力取得了许多重要的成果。使本学科已经初步成为一个有自己特色的在国内外有一定知名度的理论物理学科。

本学科目前有四个主要专业方向:

1.非线性物理。

方向带头人:阮航宇教授;陈勇教授。

支撑研究所:理论物理研究所;

非线性科学研究中心;

输运和随机共振研究所。

支撑学位点:理论物理硕士点。

阮航宇教授已在国内外杂志上发表了70多篇论文,其中SCI系统收录的有58篇。97年以来所发表的研究成果被SCI收录刊物他人引用200多篇次。完成了省自然科学基金,国家重点实验室开放基金,省教育厅基金, 宁波市博士基金研究; 负责过三项国家自然科学基金,三项省自然科学基金子课题的研究。她在拓宽和完善孤子解的求解方法和弄清在高维空间中孤子间相互作用性质这两方面,进行了卓有成效的创新性研究和探索。完善了求解任意维度系数偏微分方程的普遍的对称方法,采用多种方法求解了某些典型的非线性偏微分方程并研究了一些精确解的性质和一些局域结构间的相互作用,得到了一些很有意义的结果和重要发现。巧妙地将分离变量方法和传统的求解方法相结合,发展了求解高维非线性模型的一般方法,得到多个高维非线性模型的精确解,从理论上很好地解释了这些非线性现象。这些研究进一步丰富和充实了关于孤子的理论知识,加深了人类对孤子现象的认识,并为解决阻碍发展和应用孤子理论的一些难题做出了贡

献,对于人类实际应用孤子有重要的参考价值。提出了共形不变Painlevé渐进展开理论,为实际非线性模型提供了解析渐近求解的较普适方法,并为3+1维高维Painleve可积模型的物理背景提供了合理的理论解释。她的研究工作多次荣获省教委科技进步一等奖等多项奖励。

陈勇教授,发表论文SCI论文80余篇。发表论文被他人引用200余篇次。目前承担了六项省部级以上项目。他提出的一系列可以机械化实现非线性发展方程求解方法,特别是,最近在国际上首次提出的有理函数展开法和有理方程展开法,被美国“应用数学和计算”总编Melvin Scott 教授评价为非常有意义的工作。如Jaccobi 椭圆函数展开法,Riccati方程有理展开法,广义椭圆方程展开法。最近,在求Complexon解方面,他提出了一个直接的代数方法:多子方程展开法,对可积和不可积方程都有效。在数值计算和符号计算结合研究混沌同步,取得了新的结果。他的另一重要成果是研究了希尔伯特第十六问题的一个子问题,证明了LMP (Lins- Melo-Pugh)猜想在奇函数条件下成立。这一结果得到了国内外权威人士的肯定。他还主持了开发的三个软件包。这些软件包在数学物理界(特别是在非线性数学物理)有重要应用,得到鉴定专家的好的评价,得到吴文俊先生和中科院数学机械化中心的基金支持。

学科带头人楼森岳教授近期的主要工作也集中在非线性物理方向。十余年来,在这个方向完成了许多非常有意义的工作。其中最重要的有:(a)给出了强对称算子的因式化方法和逆对称方法,发现了非线性系统的大量的新的对称性,新的对称性约化,并由此开创了可积负梯队的研究。(b) 建立了形式级数对称法,使本来非常困难的寻求高维可积系统的对称性问题变得轻而易举的事,同时可以得到许多高维非线性系统的大量的新的对称。由此定义并发现了广义

W代

数。(c)给出了同时具有共形不变性和Painleve 性质的3+1 维可积模型, 为攻克寻找高维可积模型的国际难题提供了一条新路径。(d)研究了广泛而非常困难的包含许多实际物理模型为特殊情况2+1 维矩阵可积系统,LKR 系统,给出了国际上其他课题组无法得到的重要结果。(e) 建立了非线性系统的多线性分离变量方法。利用这一新方法,发现了2+1 维非线性系统的大量的新的局域激发模式. 并着重研究了2+1维非线性激发模式间的相互作用性质。(f) 建立了导数相关

泛函分离法。在提出导数相关泛函分离解的全新概念的基础上,利用条件对称性和不变曲面条件,建立了一种新的分离变量法:导数相关泛函分离法。并由此对三大类非线性问题:非线性输运问题、非线性波动问题和KdV型问题作了完整的归类。(g) 发现广义Virasoro 对称代数在高维可积模型的研究中起着非常重要的作用。对具有广义Virasoro 对称代数高维模型的研究达到了近乎完美的程度。建立了给出一个Virasoro 对称代数具体实现相关的所有任意阶非线性系统的一般方法。而要达到这一目的,传统的群论方法是根本不可能的。(h) 发现了许多可积系统的孤立子的一种新的相互作用模式:孤子的裂变和聚变,反射和重组等等。(i) 将孤子理论成功地应用到了流体物理,大气和海洋物理,用孤子理论的对称群方法解析地研究了大气和海洋物理中的Rossby波和旋涡。特别是旋涡解可以成功地解释一些台风的基本特征如:反气旋特性、台风眼、背景风和台风行进路径的关系等等。折叠子也可以用来描述海啸波浪的一些特征。(j) 建立了用严格解—对称性—严格解的反复求解方法。通常的对称性研究中,人们通常利用对称性研究模型的群不变解。而新方法可以用已知解来研究系统的对称性,然后用对称性来得到新的解,从而反复利用这种方法就可以得到一些非线性系统的无穷多严格解和无穷多对称性。(k) 建立了两种全新的对称群理论:传统的对称群理论是首先求李群的无穷小生成元,即李代数。然后利用李群第一定律求初值问题,得到李群,最后求离散群得到一般的对称群。这种传统方法对非线性系统非常复杂,对很多问题根本得不到一般的对称群。而新方法可以对大量的非线性问题直接而方便地得到一般对称群及相应的子群:李群和李代数。

2.量子场论和粒子物理。

方向带头人:楼森岳教授。

楼森岳教授, 博士生导师,国家杰出青年基金获得者,国家“百千万”一二层次人才,国家级有突出贡献中青年科技专家。现任两份SCI系统杂志—Communications in Theoretical Physics和Chinese Physics Letters的编委,浙江省物理学会副理事长。1995年(可积系统的对称性)和1997年(孤子理论和实验研究)分别获得国家教委科技进步三等奖和二等奖;2004年(2+1维非线性系统的局域激发和对称性的研究)获上海市科技进步二等奖。已在SCI系统发表学术论

文二百余篇。发表的论文已被SCI系统杂志论文他引2千余篇次。

支撑研究所为理论物理研究所。

支撑学位点为理论物理硕士点。

目前承担的主要项目为:国家重大研究计划项目:《非线性标量场的严格解及其半经典量子化》。

在这个方向上,首先建立了寻求标量场场方程的严格解的一些新方法。如形变映射法等。然后利用一些非微扰量子化方法如高斯有效势方法,高斯波泛函方法,相干态有效势方法,后高斯有效势方法等等研究了一些非线性量子标量场的有意义的问题。如4φ场的平凡性问题及其有限温度效应、弯曲空间效应和规范场效应、孤立子的量子修正、双sine-Gordon场的结构相变(量子相变)和KT相变等等。3.凝聚态物理。

方向带头人:诸跃进教授。

诸跃进教授,宁波市纳米材料重点实验室主任,凝聚态物理硕士点负责人,浙江省高等学校大学物理教学指导委员会委员。主要研究方向:软物质物理、纳米材料。主持了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和宁波市科技局项目的研究,参加了国家自然科学基金重点项目《软凝聚态物质研究》的研究工作。在软物质物理研究方面,对共混聚合物体系、嵌段共聚物体系和聚合物/胶体体系等的自组装有序结构作了深入的研究,提出了对聚合物复合体系有序畴结构的周期外电场控制方法。在纳米材料研究方面,对共聚物P(VDF-TrFE)超薄膜的制备,原子力显微镜的表面形貌和结构表征,超薄膜铁电压电性能与微观畴结构的关系,纳米晶太阳能电池制备等方面进行了系列的研究工作。先后在Phys.Rev.E, J.Chem.Phys.等国内外重要学术刊物上发表论文近40篇。

支撑研究所为凝聚态物理研究所及输运和随机共振研究所。

支撑学位点为理论物理硕士点和凝聚态物理硕士点。

目前承担了三项国家级项目。

凝聚态物理方向主要研究软凝聚态物理、受限小量子系统和纳米材料。凝聚态物理课题组在这些研究方向形成了自己的特色,并做出了许多重要的工作。如:发现共混聚合物/粒子体系在外场驱动下呈现稳定的柱状和层状畴结构,通过控制外场强度可以实现结构间的转变;外噪声场将极大地促进混合物体系畴生长,形成取向

性好的条状畴结构;提出CO表面催化氧化过程中,表面吸附物种

诱导的表面结构的相变以及由相变行为诱发的表面缺陷对系统反

应存在的至关重要的影响;测得DNA分子的压弹性模量与聚乙烯

宏观杨氏模量相当;研究了介观系统的电荷、自旋等自由度的动力

学特性,并建立起动力学性质与系统低能元激发的关系,从而为研

究互作用电子系统的元激发提供一条新的途径;我们提出一个晶格

动力学缺陷与电子的强耦合模型,给出电子在低温下退相干的一种

可能的机制,解释了目前理论无法解释的实验上发现的电子在零温

时仍存在退相干现象;对嵌入量子点的介观金属环的电导性质,得

到退位相对Fano共振的影响,很好地解释了实验上的奇异特性;

在二氧化硅球表面沉积氢氧化镍,制备了不同尺寸的镍金属纳米空

心球;研究了将金属Ni空心球在磁场下组装成为一维、二维阵列

的工艺条件,及其物理性能;应用多种方法,制备了高质量的铁电

高分子P(VDF-TrFE) 超薄膜;研究薄膜微观结构、化学键合方式,最大纵向应变,介电、压电和铁电等宏观物理性能,发现电子辐照

使得P(VDF-TrFE)共聚物从普通的铁电体转变成了弛豫铁电体;研

究了亚稳相(出现新的非极性相)在温度、电场驱动下的相变,观

察到在外加电场和变温条件的下清晰的可逆相变行为;制备了染料

敏化二氧化钛纳米晶太阳能电池等等。

凝聚态物理方向先后在国内外各种学术刊物上发表论文80余篇,其中在国际著名物理学刊物如Phys.Rev.B, Phys.Rev.E, J.Chem.Phys., J Appl.Phys.,上发表了20余篇学术论文。本方向在特色研究方向达到国内先进水平。

4.量子光学和量子信息。

方向带头人:宋同强教授和周骏教授。

支撑研究所为光学研究所。

支撑学位点为理论物理硕士点和光学硕士点。

目前承担了三项国家级项目。

宋同强教授,1988年在山东大学获理学硕士学位,1996年破格晋升为教授,一直从事量子光学与量子信息的研究工作,1995年被评为“山东省高等学校中青年学术骨干”,2002年入选浙江省“151”人才工程第二层次,2004年在包玉刚留学基金的资助下在德国波恩大学做高级访问学者。多年来一直从事量子光学的理论研究工作,在

量子化光场与原子的相互作用,纠缠态的性质的理论研究,连续变量的量子隐形传态和密集编码,介观电路中电荷、电流的量子化以及量子效应等方面的研究都取得了较好的成绩,研究成果在国内外发表论文50余篇学术论文。现为宁波大学光学专业硕士点负责人,浙江省“理论物理”重点学科和宁波大学“理论物理”优势特色学科的光学方向带头人。

该学科方向在量子光学与量子信息,光电子技术和光功能材料三个研究方向做出了不少重要的研究工作。特别是在信息通过量子噪声通道传输和量子逻辑门的纠缠保真度,量子纠缠态的性质及其应用,掺稀土特种玻璃材料,溶胶-凝胶光功能材料,人工晶体生长,热敏电阻与高介电系数材料以及光学偏振器件等方面的研究上取得了很大的成绩,共发表研究论文100余篇学术论文,其中有60余篇被SCI 和EI收录,先后承担了国家自然科学基金3项,浙江省科技厅重点攻关项目,教育部,浙江省自然科学基金等10余项,荣获过教育部提名国家科学技术奖—自然科学奖二等奖,浙江省高等学校科研成果奖,宁波市自然科学优秀论文奖等等。

学科发展趋势:

总体来说,在2007或2009年申报成功博士点后,本学科将尽快建成一个有特色具有国际水平的理论物理学科;一个能为宁大其它学科的发展提供帮助与合作的学科;一个能为地方经济提供服务的理论物理学科。

在建设有特色具有国际水平的理论物理学科方面,我们首先要继续发展原有的特色方向—非线性科学。除了在非线性系统的对称性研究方面继续保持领先外,要在更多的非线性科学研究方向上如在非线性机械化方面,在Painleve分析方面,在Darboux 变换方面,在多线性化方面等等达到国际先进或领先水平。然后要开辟更多的特色方向,如:大气和海洋物理、超导物理、材料物理等等。在某些方向的特色正在形成如大气和海洋物理方面,我们已经开展了一些非常意义的工作。

在建设一个能为宁大其它学科的发展提供帮助与合作的学科方面我们将着力于与一些其他理工科学院的合作。如:共同完成一些重要项目、建设实验室或基地、解决一些实际问题的理论难题、为申报一级学科的博士点提供帮助等等。

在建设一个能为地方经济提供服务的理论物理学科方面,我们将主要在下述两个方向开展:

1.灾害性气候相关物理理论及应用研究. 近30年来台风(飓风)对

我们生活的世界的破坏越来越严重。特别是2005年更是达到了顶峰。飓风Katrina 2005几乎毁灭了美国一个城市(新奥尔良),造成1300多人死亡,直接经济损失超过1千亿美圆。

在中国去年的自然灾害造成了1800多亿元的损失。而仅台风麦莎对宁波市就造成了27亿元的损失。2005年9月仅一个月就有三个台风在我国东南沿海登陆。给我国造成了384亿元的直接经济损失和172人死亡。因此国际上的科学家们对此问题的研究越来越重视。而我国的研究且要落后的多。

我们课题组这几年利用对Euler方程的严格解的研究和对大气动力学中的正压位涡方程的严格解及其约化的研究开始了对包括台风(飓风)、海啸和大气阻塞等灾害性天气的解释、成因和预警预言的研究。特别是对飓风(台风)和大气阻塞方面的研究已经引起了国内外同行的广泛重视。这方面的研究正在形成我们自己的新特色。

2.宁波市的纳米材料科学及生产相关难题攻关。

纳米材料是20世纪80年代初发展起来的新材料领域,它具有奇特的性能和广阔的应用前景,被誉为新世纪的新材料,引起了科学界和企业界的极大关注。我国编制了“863”

计划,对其进行跟踪和研究开发,国家火炬计划重点支持研究成果向生产力的转化,使纳米材料的研究开发取得了可喜的进展。宁波市的纳米材料科学和技术及应用发展也极其迅速。宁波市在纳米材料及技术的研究开发、生产应用及产业化等方面已经具备了一定的基础,并形成了一批高新技术产品。在这方向我们将着重在基础研究上给宁波市的企业解决基础理论,及应用开发方面的难题。

量子场论方向的发展趋势:

量子场论是研究微观世界的最基本工具,属于重要的前沿领域。它的研究成果直接地影响物理学,化学,材料科学及许多其它科学领

域的进展。该方向将在继续发展非微扰量子化方法的基础上开展一些重要的其它前沿问题的研究。主要的有:与场论及弦理论相关的数学工具,如非对易几何,几何量子化等;规范场论的进一步推广的尝试;量子群与非线性可积系统等数学物理问题的研究及其在各类模型中的应用;低维场论,特别是与低维凝聚态物理有关的量子场论;与粒子物理和宇宙学前沿相联系的量子场论问题; 量子场相变的孤子理论; Seiberg-Witten理论和可积模型研究等等。

非线性物理方向的发展趋势:

线性科学的发展已日臻完善。然而实际世界是高度非线性的。线性科学仅是实际世界的最低级的近似描述。由于现代科学技术特别是计算机技术的发展,使所有自然科学的研究都进入了非线性时代。本学科方向将在下述几个方面有所新的建树:

A.孤子基本理论研究:在孤子物理学的研究中,孤子基本理论的研

究远未达到完美的程度。宁波大学课题组在该方向具有传统的优势。特别在可积系统的对称性研究,非线性系统的分离变量法研究和精确解研究等方面在国内外同行中具有一定的影响。本项目应在研究中继续在孤子理论的基础研究方面发挥自己的特长。在一些特色方向为非线性科学的发展作出进一步的有国际水平的新发展

B.孤子粒子物理研究:在量子场论和粒子物理中的孤子理论研究中:

虽然很多学者已对自对偶杨-Mills场方程作过研究,但是由于自对偶杨-Mills场方程的普遍性和复杂性,大量的问题尚未得到根本的解决。其中自对偶杨-Mills场方程对称性问题是最重要的问题之一。根据Ward猜想,所有低维(1+1和2+1维)可积系统都是自对偶杨-Mills场方程的某种约化。然而这一猜想的正确性需要进一步考证。

C.孤子凝聚态物理研究:凝聚态物理也是孤子理论应用最广泛的领

域。我校可以在不少研究方向应该有所新的作为。如,孤子理论方法在软凝聚态物理中的应用及凝聚态物理研究方法在孤子理论中的应用;原子和分子玻色-爱恩斯坦凝聚中的孤子理论研究;

材料物理中的孤子相变理论研究;孤子理论在高分子材料中的应用研究;流体中的孤立子和孤立波研究等等。

D.孤子大气和海洋物理研究:大气和海洋是大范围的非线性系统。

本质上大气和海洋也是流体系统。对这些系统必须考虑地球的自转效应和风驱动的影响。这对这些系统的解析研究增加了难度。

目前国际国内的学术界对大气和海洋的研究主要集中在气象系、海洋系和地球物理系。然而这些系的学者往往具有较少的数学物理基础。因此,他们的研究主要集中在观察和计算机模拟方面。

利用我校已有的良好的数学物理基础,必能取得一些他们难以得到的重要结果。

E.孤子理论指导下的实验物理研究:在过去的孤子实验研究中,宁

波大学课题组虽然只有非常简陋的实验仪器,在具有创新意识的理论指导下还是作出了不少有意义的孤子物理实验工作。目前在实验仪器设备已经得到了很大的改善的情况下有望在某些方面有所新的突破

凝聚态物理方向的发展趋势:

该方向的主要发展趋势是建立一支有较强研究能力的学科队伍,做出一批高水平的科研成果,成为国内有影响,省属院校中领先而特色明显的凝聚态物理学科。

依据目前学科研究队伍的现状,我们将继续着重发展现有的三个研究方向,在保证理论研究持续进步的同时,重点加强实验室的建设,特别是市纳米材料重点实验室和材料物理实验室的建设。同时力争使理论研究和实验工作协调发展,形成较完备的凝聚态物理的教学科研基地,具备较高的科技创新能力和为社会提供各种科技服务能力。加强与国内外高校和科研机构的合作,引进高水平人才,在每个方向有2-3名教授,3-4名博士,形成合理的学科梯队,为理论物理申报博士点提供有力的支撑,同时也力争申报凝聚态物理博士点。

量子光学和量子信息方向的发展趋势:

该方向正在逐步形成一支有较强研究能力的学科梯队。有希望成为国内外有一定影响的有自己特色学科。

特别要在量子光学与量子信息、光电子技术和光功能材料与激光器件等方向作出一批有国际水平创新性的研究成果,力争做出有冲击国家级项目和奖项的水平的工作,为申报理论物理博士点做好方向支撑。同时为最终申报光学博士点而努力。

物理学发展简史

物理学发展简史 Document number:NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

一、古典物理学与近代物理学: 1、古典物理学:廿世纪以前所发展的物理学称为古典物理学,以巨观的角度研究物理,可分为 力学、热学、光学、电磁学等主要分支。 2、近代物理学:廿世纪以后(1900年卜朗克提出量子论后)所发展的物理学称为近代物理学, 以微观的角度研究物理,量子力学与相对论为近代物理的两大基石。

一、古典物理学对人类生活的影响: 1、力学:简单机械(杠杆、轮轴、滑轮、斜面、螺旋、劈) …… 2、光学: (一)反射原理: (1)平面镜:镜子…… (2)凹面镜:手电筒、车灯、探照灯…… (3)凸面镜:路口、商店监视镜…… (二)折射原理: (1)凸透镜:放大镜、显微镜、相机…… (2)凹透镜:眼镜、相机…… 3、热学:蒸汽机、内燃机、引擎、冰箱、冷(暖)气机…… 4、电学: (一)利用电能运作:一般电器用品,如:电视机、冰箱、洗衣机…… (二)利用电磁感应:发电机、变压器…… (三)利用电磁波原理:无线通讯、雷达…… 二、近代物理学对人类生活的影响: 1、半导体: (一)半导体:导电性介于导体和绝缘体间之一种材料,可分为元素半导体(如:硅、锗等)和 化合物半导体(如:砷化镓等)两种。 (二)用途: (1)半导体制成晶体管,体积小、耗电量少,具有放大电流讯号功能。 (2)半导体制成二极管具整流能力。 (3)集成电路(IC): (A)1958年发展出「集成电路」技术,系利用长晶、蚀刻、蒸镀等方式于一小芯片上容 纳上百万个晶体管、二极管、电阻、电感、电容等电子组件之技术,而此电路即称为 集成电路。 (B)IC之特性:体积小、效率高、耗电低、稳定性高、可大量生产。 (C)IC之应用:计算机、手机、电视、计算器、手表等电子产品。 (4)计算机信息科技之扩展大辐改变了人类的生活习惯,故俗称第二次工业革命。 2、雷射: (一)原理:利用爱因斯坦「原子受激放射」理论,诱发大量原子由受激态同时做能态之跃迁 并放射同频率之光子,藉以将光加以增强。 (二)特性:聚旋光性好、强度高、光束集中、频率单一(单色光)。 (三)应用:

考研交叉学科研究报告

考研交叉学科研究 报告 1

考研交叉学科:人参果OR金苹果? 曾几何时,“交叉学科”成为了研究生专业领域的热门词汇,许多学校都在打通学科门类界限,努力争取打造“大学科平台”。“合作实验室”,“联合培养”等新模式雨后春笋般在211学校中间纷纷建立。一批“交叉学科”的新专业也出现在研究生学科招生目录上,成为许多学子的目标对象。 “交叉学科”到底仅仅是“看上去很美”,还是真的含金量十足?神通广大的孙猴子上天入地才求得了医治人参果树的灵丹妙药,特洛伊王子把光彩夺目的金苹果判给了美神却挑起了人间大乱。交叉学科专业是不是值得许多人跨系、跨学科报考?是不是看似光鲜却隐藏着隐患?新嫁衣可试,但专业选择却只有一次。冷静分析,细心思考,交叉学科专业的魅力与误区是什么?来听一听考研教育咨询专家曹先仲老师的分析,有心人自会做出适合自己的判断。 【交叉学科名片】 横跨两个一级学科门类的专业 “交叉学科”其实是个很早就出现的名词,并不新鲜。由于现有的学科是人为划分的,而科学问题是客观存在的,根据人们的认识水平,过去只有天文学、地理(地质)、生物、数学、物理、化学六个一级学科;而经过20世纪科学的发展和交叉研究,又逐

渐形成了新的交叉学科,如生命科学、材料科学、环境科学等。现在的学科被划分为哲学、理学、工学、文学、医学、教育学、历史学、农学、经济学、管理学、法学等数个一级学科。而我们这里所说的“交叉学科”专业,指的是横跨两个一级学科门类的专业,或者兼顾两个方向明显有区别的二级学科。比如,农林经济管理专业,农学为主要研究方向可是学位颁发管理学;传媒经济专业,名为经济,其实是文学硕士;科学技术哲学,是哲学分支,但主要在理工类学校开设,以自然科学为主要研究对象。而更多的其实是生物医学工程、材料物理与化学、等复合性学科,以技术结合为导向的居多。 【风险分析】 得失之间要靠自己综合权衡 选择交叉学科专业的学生,并非是第一个吃螃蟹的人,但似乎并没有太多的信息可供参考证明其前景光明与否。人参果好吃,要使用专业工具来采摘,还要有专人看护,还得不能放置时间太长,如此麻烦,想一劳永逸也难;金苹果好看,至于好吃不好吃就说不准了,可是留下无穷后患确是肯定的。有利也有弊,有收益自然有风险,得失之间,要靠自己综合权衡。首先说说交叉学科本身。 正说交叉学科:新颖多样朝气蓬勃

专业发展报告

专业发展前沿总结 数学科学是研究数、量的关系和空间形式的一个庞大科学体系,它包含纯粹数学、应用数学以及这二者与其它学科的交叉部分。它是一门集严密性、逻辑性、精确性和创造力与想象力于一体的学问,也是自然科学、技术科学、社会科学、管理科学等的巨大智力资源。数学为其它科学提供语言、观念和工具,它与计算机技术的紧密结合产生了可直接应用的数学技术,成为许多高、新技术的核心。按照马克思的看法,一门科学只有当它成功地应用了数学的时候,才算是成熟的科学。数学也是一种文化,在人类理性的认识世界的过程中起着重要的作用。从古时候起,数学就被当作了人类文明的一个智力顶峰。数学的传播与发展对提高国民素质、提高人们的分析与决策能力、推理与创造能力至关重要。数学研究本身则造就出一批富于创新精神的科学研究人才。推动数学发展的动力既来自于内部,即解决自身的问题,也来自于外部研究现实世界提出的模式。当今,数学科学包含了许多分支与丰富的内容,其发展的主要趋势为:数学各分支的融汇;与其它科学更加深入的交叉;以及更加自觉地扩大数学的应 用范围,使它的触角伸向几乎一切领域。 现代控制理论现代控制理论现代控制理论现代控制理论 定义:现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理论,是自动控制理论的一个主要组成部分。在现代控制理论中,对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的,基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多,包括线性系统和非线性系统,定常系统和时变系统,单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。 现代控制理论的发展过程:现代控制理论实在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术推动下发展起来的,以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。这类控制问题十分复杂年,苏联科学家庞特里亚金提出了名为极大值的原理综合控制系统的心方法。1960~1961年,美国学者R.E.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论。因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响,把控制理论的研究扩大,包括了更为复杂的控制问题。到60年代初,一套以状态空间法、大值原理、动态规划、卡尔曼理和方法为基础的分析和设计控制系统的新的运力和方法已经确立。 现代控制理论所包含的学科内容十分广泛,主要方面有:线性系统理论、非线性系统理论最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论。 线性系统理论是现代控制理论中最为基本和比较成熟的一个分支,着重于研究线性系统中状态的控制和观测问题,其基本的分析和综合方法是状态空间法。 金融和高科技中的数学建模、计算与运筹决策 计算科学是伴随计算机的发展而兴起的一门科学。利用计算机的计算(或模拟或仿真) 来揭示自然界以及人类社会物质生产过程中的复杂运动和现象。计算与理论和实验一起成为人们研究的三大手段。计算科学包括科学与工程计算以及高性能计算系统研制相关的数学问题。从学科内容来讲有三部分:一是包含了各科学领域内的计算性质的学科分支,如计算数学,以及与相关学科相结合的计算分支学科。二是包含了不同工程技术领域在实验与生产过程中所采用的大型计算。第三部分是与计算机科学有关的数学分支。计算科学是计算机科学、数学与相关学科相交叉融合的边缘性学科。其基础是数学,以计算(或模拟) 方法、算法以及与计算系统相关的优化问题的研究为其主要内容。我国的计算科学研究和实践曾为原子弹和氢

交叉学科

考研交叉学科:人参果OR金苹果? 曾几何时,“交叉学科”成为了研究生专业领域的热门词汇,许多学校都在打通学科门类界限,努力争取打造“大学科平台”。“合作实验室”,“联合培养”等新模式雨后春笋般在211学校中间纷纷建立。一批“交叉学科”的新专业也出现在研究生学科招生目录上,成为许多学子的目标对象。 “交叉学科”到底仅仅是“看上去很美”,还是真的含金量十足?神通广大的孙猴子上天入地才求得了医治人参果树的灵丹妙药,特洛伊王子把光彩夺目的金苹果判给了美神却挑起了人间大乱。交叉学科专业是不是值得许多人跨系、跨学科报考?是不是看似光鲜却隐藏着隐患?新嫁衣可试,但专业选择却只有一次。冷静分析,细心思考,交叉学科专业的魅力与误区是什么?来听一听考研教育咨询专家的分析,有心人自会做出适合自己的判断。 【交叉学科名片】 横跨两个一级学科门类的专业 “交叉学科”其实是个很早就出现的名词,并不新鲜。由于现有的学科是人为划分的,而科学问题是客观存在的,根据人们的认识水平,过去只有天文学、地理(地质)、生物、数学、物理、化学六个一级学科;而经过20世纪科学的发展和交叉研究,又逐渐形成了新的交叉学科,如生命科学、材料科学、环境科学等。现在的学科被划分为哲学、理学、工学、文学、医学、教育学、历史学、农学、经济学、管理学、法学等数个一级学科。而我们这里所说的“交叉学科”专业,指的是横跨两个一级学科门类的专业,或者兼顾两个方向明显有区别的二级学科。比如,农林经济管理专业,农学为主要研究方向但是学位颁发管理学;传媒经济专业,名为经济,其实是文学硕士;科学技术哲学,是哲学分支,但主要在理工类学校开设,以自然科学为主要研究对象。而更多的其实是生物医学工程、材料物理与化学等复合性学科,以技术结合为导向的居多。 【风险分析】 得失之间要靠自己综合权衡 选择交叉学科专业的学生,并非是第一个吃螃蟹的人,但似乎并没有太多的信息可供参考证明其前景光明与否。人参果好吃,要使用专业工具来采摘,还要有专人看护,还得不能放置时间太长,如此麻烦,想一劳永逸也难;金苹果好看,至于好吃不好吃就说不准了,但是留下无穷后患确是肯定的。有利也有弊,有收益自然有风险,得失之间,要靠自己综合权衡。首先说说交叉学科本身。 正说交叉学科:新颖多样朝气蓬勃 从我们服务过的学员来看,许多同学跨考这些专业的主要目的就是为了能够改变自己的学位,从纯理论型专业向应用型专业,从纯文科专业向经管结合型专业转变。比如许多理科专业的本科同学,诸如物理学、应用化学、计算科学、力学等同学纷纷向电子、化工、软件、航天、船舶等工科专业跨考;中文、历史、哲学向对外汉语、新闻、旅游、文化管理方面跨考。虽然说文凭并不能定终身,可是在申请大企业校园招聘的时候,网申就是非常难对付的

岩石力学研究进展报告

岩石力学研究新进展报告 姓名:XXX 学号:XXXXXXXX 专业:岩土工程

岩石力学研究新进展报告 1 引言 时光如白驹过隙,一学期的《XXXXX》课程在不知不觉间结课了。这一学期的学习,使我在岩石力学方面有了很大的启发,特别是分形理论在岩石力学中的应用令我神往。下面我对岩石力学研究的新进展做简要报告。 岩石力学可以作为固体力学的一个新分支,用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。岩石力学经过近50年的发展,在土木工程、水利工程、采矿工程、石油工程、国防工程等领域都得到了广泛的应用,随着科学技术的进步,岩石力学涉及的领域会进一步扩大。岩石力学是一门内涵深,工程实践性强的发展中学科。岩石力学面对的是“数据有限”的问题,输入给模型的基本参数很难确定,而且没有多少对过程(特别是非线性工程)的演化提供信息的测试手段。另一方面,对岩体的破坏机体还不能准确的解释。岩石力学所涉及的力学问题是多场(应力场、温度场、渗流场、甚至还存在电磁场等)、多相(固、液、气)影响下的地质构造和工程构造相互作用的耦合问题。这就表明,工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的,其大多数是高度非线性的。目前,岩石力学的许多数学模型是不准确和不完整的,可以广泛接受和适用的概化模型并不多。基于此,近年来,多种数值方法、细观力学、断裂与损伤力学、系统科学、分形理论、块体理论等在岩石力学中的应用以及各种人工智能、神经网络、遗传算法、进化算法、非确定性数学等域岩石力学的交叉学科的兴起,为我们提供了全新和有效的思维方式和研究方法,更能激发研究者的创新精神,这也为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础[1]。 本报告主要对分形岩石力学、块体岩石力学、断裂与损伤岩石力学和岩石细观力学四部分的研究新进展做简要报告。由于时间和精力有限(最近导师安排的任务非常多,而且要准备英语和政治期末考试),每部分内容除第一大段的研究新进展综述外,只对近几年的三篇比较好的文献做分析说明,包括两篇中文学术论文和一篇外文学术论文,这12篇学术论文我都比较仔细的看了。以后若有机会和时间,我会在导师和各位老师同学的不吝赐教下,努力做岩石力学的创新性研究,届时会在文献综述部分查阅和介绍更多最新以及更优秀的文献。 2 分形岩石力学 从古至今,岩石已成为人们熟知的工程材料,它是由矿物晶粒、胶结物质和大量各种不同阶次、不规则分布的裂隙、薄弱夹层等缺陷构成,是一种成分和结构高度复杂的孔隙体。岩石力学经过近50年的发展,人们尝试用各种数学力学方法研究和描述岩石复杂的自然结构性状和物理力学性质,提出了多种岩石力学分析和计算方法,为解决实际工程中的岩石力学问题创造了条件。19世纪70年代Mandelbrot创立分形几何学,提出了一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法,从此分形几何学广泛地应用于自然科学研究的各个领域,并且在经济学等社会科学也有很巧妙的应用。19世纪80年代,分形几何学开始应用于岩石力学研究,开始形成分形岩石力学这一门新兴交叉学科。人们逐渐发现岩石力学领域中的分形现象相当普遍,不仅岩石的自然结构性状、缺陷几何形态、分布以及地质结构产状、断层几何形态、分布都观察到分形特征或分形结构,而且岩石体强度、变形、破断力学行为以及能量耗

英语学科发展现状分析报告

英语学科发展现状分析 我国英语教学发展起步较晚,发展制度和发展基础都不是很完善,但是由于近些年来对英语教学的重视程度日益增加,因此英语教学在我国教学容中占到了很重要的作用,英语教学也发挥着重要价值,推动着我国教育产业的发展,对我国青少年造成了极大的影响。 农村初中英语教师队伍整体年龄偏高、素质偏低、优秀教师流失严重的现状影响了教师队伍结构优化、教师队伍整体素质和教学质量的提高,影响了教育均衡发展的推进。为了更准确地认知农村初中英语教师专业发展现状,我们进行了调研。调查对象调研采取问卷调查、访谈和课堂观察等方式。 一、违背“以人为本”的现象普遍存在 随着新一轮课程改革的展开,以人为本的教学理念越来越受到重视。在具体的教学改革实践中,以人为本的教学思想已成为人们关注的焦点。但是,当我们走进课堂,会发现很多违背“以人为本”的现象: 现象之一:以教材为本。有些教师过于重视教材,总认为教材容就是课堂教学的容,于是以生词多、阅读量大、难

以完成任务为由,在课堂上减少学生语言实践活动的时间,唯恐少讲几个单词、少讲几个句子就会影响学生英语水平的提高。 这种教材观显然是不对的。教材不是教学容的全部,而是教学的材料,教师应从学生的实际出发,灵活运用教材。通过对教材的分析和研究,把握教材的要旨,对教学容要敢舍敢取,重新组合教学容,使教材服务于学生,而不是让学生适应教材。 现象之二:以教案为本。有些教师上课时过分依赖教案,严格按照教案的程序组织教学,极力把学生的思维纳入自己教案的轨道,以保证课堂教学的顺利进行,按时完成教学任务。 这种课堂教学尽管满堂轰轰烈烈,我认为也不是一堂好课。因为教师束缚了学生的思维,学生不能充分发表自己的想法。这些教师所考虑和关注的只是自己的教,而不是学生的学;是以自己的“教”为中心,而不是以学生的“学”为中心;不能积极引导学生进行发散性思维,在原有知识的基础上进行拓展和延伸,进而形成综合运用语言的能力。现象之三:认为“失败是成功之母”。有些教师过于相信“失败—努力—进步—再失败—再努力—再进步”这一规律。他们在课堂评估和测试中喜欢难为学生,唯恐其过关,唯恐其骄傲自满。 其实,这是一种消极的教学方式。对有些学生来说,可能“失败就是成功之坟墓”。一次次失败可能使一些学生丧失

物理学发展史

物理学发展史 公元1638年,意大利科学家伽利略的《两种新科学》一书出版,书内载有斜面实验的详细描述。伽利略的动力学研究与1609~1618年间德国科学家开普勒根据天文观测总结所得开 普勒三定律,同为牛顿力学的基础。 公元1643年,意大利科学家托利拆利作大气压实验,发明水银气压计。 公元1646年,法国科学家帕斯卡实验验证大气压的存在。 公元1654年,德国科学家格里开发明抽气泵,获得真空。 公元1662年,英国科学家波义耳实验发现波义耳定律。十四年后,法国科学家马里奥 特也独立的发现此定律。 公元1663年,格里开作马德堡半球实验。 公元1666年,英国科学家牛顿用三棱镜作色散实验。 公元1669年,巴塞林那斯发现光经过方解石有双折射的现象。 公元1675年,牛顿作牛顿环实验,这是一种光的干涉现象,但牛顿仍用光的微粒说解 释。 公元1752年,美国科学家富兰克林作风筝实验,引雷电到地面。 公元1767年,美国科学家普列斯特勒根据富兰克林导体内不存在静电荷的实验,推得 静电力的平方反比定律。 公元1780年,意大利科学家加伐尼发现蛙腿筋肉收缩现象,认为是动物电所致。不过 直到1791年他才发表这方面的论文。 公元1785年,法国科学家库仑用他自己发明的扭秤,从实验得静电力的平方反比定律。在这以前,英国科学家米切尔已有过类似设计,并于1750年提出磁力的平方反比定律。 公元1787年,法国科学家查理发现了气体膨胀的查理-盖·吕萨克定律。盖·吕萨克的研 究发表于1802年。 公元1792年,伏打研究加伐尼现象,认为是两种金属接触所致。 公元1798年,英国科学家卡文迪许用扭秤实验测定万有引力常数G。 公元1798年,美国科学家伦福德发表他的摩擦生热的实验,这些实验事实是反对热质 说的重要依据。

力学交叉学科发展报告

力学中的交叉学科 力学中的交叉学科基本上可以分为两类:第一类由力学学科内部不同分支学科交叉组成; 第二类由力学与其它学科交叉组成。 内部的交叉学科最典型的是由流体力学与固体力学交叉组成的学科,它们有: 1)流体弹性力学,研究流体和固体的运动和相互作用发生耦合效应的问题; 2)流体弹塑性体力学,研究兼有固体和流体的双重特征的物体的变形和运动; 3)含有流体的多孔介质或散体的动力学,研究的客体本身就由多相组成,而骨架的变形和破坏与体内流体的状态和运动发生相互制约。这方面的实例有地下渗流、地基、边坡和断层的稳定性、泥石流、雪崩等。

物质的运动形式多种多样,除了机械运动这一最基础的形式以外,还有热运动、电磁运动、原子及其内部的运动和分子及原子层次的化学运动等。机械运动往往不能脱离其他运动形式独立存在,在需要和可能研究其他运动形式对机械运动有较大影响或者考虑它们之间的相互作用及内在联系的情况下,便会在力学同其他学科之间形成交叉学科或边缘学科的生长点。 力学是研究物质机械运动规律的科学。随着人类观测手段的进步和对各种形式运动认识的深入和提高,特别是20世纪物理学各个分支和数学的飞速发展,加上计算机科学和技术的突飞猛进,人们对于伴随有其他运动的机械运动的认识也随之提高。今天,我们对自然界各种层次的物质,从宇观的宇宙体系,宏观的天体和常规物体,细观的颗粒、纤维、晶体,到微观的分子、原子、基本粒子已经有了较为广 深的认识。这样就为研究多种形式同时存在的复杂运动提供了有利条件,从而产生了力学中多种多样的交叉学科,如物理力学、电磁流体和等离子体力学、物理化学力学、爆炸力学等。 此外,自然科学发展到今天,已经形成了一些传统的一级学科,如天文学、地学和生物学等。这些学科和力学的研究内容和范围历来存在着重大的相交和重叠。对于天体、地球和生物这样一些重大类别的物体来说,机械运动形式也是他们的基本运动形式,研究他们的结构和运动变化的规律也是力

中国力学科技发展史及现状观察报告

中国力学科技发展史及现状观察报告 中国力学的滥觞可追溯到公元前1000年的商代。商代音律发展十分良好,由此引申的力学概念五度协和音程也随之出现。后来中国古代提出“兼爱”“非攻”的墨子及其弟子解释力的概念与杠杆平衡。之后,力学发展一直是以民间工匠的智慧作为寄托,未能形成体系,只在《梦溪笔谈》、《天工开物》、《营造法式》等书籍中以经验总结的形式篆述。 1860年以来,随着中国近代的觉醒,力学在西方知识体系与思想的冲击下也有了进一步的发展,京师同文馆首次开设有关力学的教程,而后各小学也纷纷引入,中国力学教育开始有了新的气象。1909年,冯如造出中国人的第一架飞机,詹天佑主持修建的京张铁路通车。1912年,罗忠忱回国,开创工程力学的教学,明年,理论力学课程开设。1932年,商务印书馆出版一系列力学书籍,如《应用力学》(徐骥)、《水力学》(张含英)、《工程力学》(陆志鸿)等。在有力的教育改革下,茅以升、周培源、钱学森、钱伟长、李四光等一系列在国际上有着广泛影响的力学泰斗们涌现出来,为我国近现代力学的发展作出了巨大贡献。 新中国成立,没有了战火摧残,力学科蓬勃发展。1951年,中国船舶模,型试验研究所在上海成立,52年,中国科学技术大学组建力学研究室,同年,周培源设立我国第一个力学专业,数学力学系力学专业。中国科学院于54年与56年分别成立土木建筑研究所和力学研究所。此后,中国土地上,各式样各级别的有关力学的学院、研究所等科研单位如雨后春笋,一个个钻出地面。55年归国的钱学森及四、五十年代回国的物理学专家们为这些新近成立的单位注入的充满活力的血液。 改革开放后,各类力学报刊创立,如《力学与实践》、《空气动力学学报》、《固体力学学报》、《爆炸与冲击》、《工程力学》、《实验力学》等。同时加强了国内国外有关力学的研究成果。1980年,中国空气动力学会成立。81年,国际有限元会议在合肥召开。83年,中、日、美生物力学国际会议在武汉召开,第二届亚洲流体力学回忆在北京召开。85年,首届国际非线性力学会议在上海召开。国际交流的加强,一定程度上促进我国力学发展。直至今日,力学的研究,制度,条文等都得到了长足发展,渐渐地走向成熟。07年“嫦娥一号”卫星的成功发射,08年“神舟七号”载人飞船地成功发射,及其他力学的成功应用都是无数人辛劳的结晶,值得后辈一直铭记。 当代力学分类更为细化,研究更加深入,应用更加广泛。但其中的诸多遗憾不足还有待后人不断探索。 材料力学是固体力学的最早发展起来的·一个分支。作为机械、土木、采矿、航空航天、石油工程、海洋工程等领域的基础学科,是理工科院校有关专业的必学科目。1638年,伽利略出版了世界上第一本材料力学教材《两种新的科学》才使得材料力学作为一门新的学科。后经过几代人艰苦努力,材料力学渐渐成长成熟。形成了一门系统学科。最初研究对象多为石头,木材等脆性较强的材质,受力变形较小,易分析。随着科技的发展,高分子材料,纳米材料,生化材料等诸多高科技材料涌现,如何高效利用与处理这些材料,也成了材料力学面临的新挑战与新机遇。

控制科学与工程学科发展报告,发展现状及趋势

控制科学与工程学科发展现状及趋势 一、国内外现状概述: 经典控制理论的研究对象一般为单输入、单输出的自动控制系统,特别是线性定常系统。 经典控制理论的特点是以输入输出特性(主要是传递函数)为系统的数学模型,采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析方法,分析系统性能和设计控制装置。经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换,占主导地位的分析和综合方法是频域方法。经典控制理论主要研究系统运动的稳定性、时域和频域中系统的运动特性、控制系统的设计原理和校正方法。其局限性主要表现在一般仅适用于单变量和定常系统。 现代控制理论以线性代数和微分方程为主要的数学工具,以状态空间法为基础,分析与设计控制系统。状态空间法本质上是一种时域的方法,它不仅描述了系统的外部特性,而且描述和揭示了系统内部状态和性能。较之经典控制理论,现代控制理论的研究对象要广泛得多,原则上将,它既可以是单变量、线性、定常、连续的,也可以是多变量、非线性、时变、离散的。 智能控制可以概括为自动控制和运筹学、计算智能、人工智能等学科的结合,其结构是: 识别、推理、决策、执行。在低层次的控制中用常规控制器,而在高层次的控制中则应用具有在线学习、修正、组织、决策和规划能力的控制器,模拟人的某些智能和经验来引导求解过程。智能控制理论是以专家系统、模糊控制、神经网络等智能计算方法为基础的智能控制。 智能控制的发展还不完善,甚至可以说才刚刚开始,但是可以预见智能控制的发展与完善将引起控制科学与工程学科的全面革命。 集散控制系统(DCS)就是在生产过程自动化的巨大需求的背景下发展起来的一种自动化技术。它把控制技术、计算机技术、图像显示技术以及通信技术结合起来,实现对生产过程的监视、控制和管理。它既打破了常规控制仪表功能的局限,又较好地解决了早期计算机系统对于信息、管理和控制作用过于集

物理学发展史

我所认知的物理学发展史 经典物理学的发展古希腊时代的阿基米德已经在流体静力学和固体的平衡方面取得辉煌成就,但当时将这些归入应用数学,并没有将他的成果特别是他的精确实验和严格的数学论证方法汲入物理学中。从希腊、罗马到漫长的中世纪,自然哲学始终是亚里士多德的一统天下。到了文艺复兴时期,哥白尼、布鲁诺、开普勒和伽利略不顾宗教的迫害,向旧传统挑战,其中伽利略把物理理论和定律建立在严格的实验和科学的论证上,因此被尊称为物理学或科学之父。 研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的一门学科。实验手段和思维方法是物理学中不可或缺和极其重要的内容,后者如相对性原理、隔离体(包括系统)法、理想模型法、微扰法、量纲分析法等,在古典和现代物理学中都有重要应用。物理学一词,源自希腊文physikos,很长时期内,它和自然哲学(naturalphilosophy)同义,探究物质世界最基本的变化规律。随着生产的发展。社会的进步和文化知识的扩展、深化,物理学以纯思辨的哲学演变到以实验为基础的科学。研究内容从较简单的机械运动扩及到较复杂的光、热、电磁等的变化,从宏观的现象剖析深入到微观的本质探讨,从低速的较稳定的物体运动进展到高速的迅变的粒子运动。新的研究领域不断开辟,而发展成熟的分支又往往分离出去,成为工程技术或应用物理学的一个分支,因此物理学的研究领域并非是一成不变的,研究方法不论是逻辑推理、数学分析和实验手段,也因不断精密化而有所创新,也难以用一个固定模式来概括。在19世纪发行的《不列颠百科全书》中,早已陆续地把力学、光学、热学理论和电学、磁学,列为专条,而物理学这一条却要到1971~1973年发行的第十四版上才首次出现。为了全面、系统地理解物理学整体,与其从定义来推敲,不如循历史源流,从物理学的发生和发展的过程来探索。 伽利略的成就是多方面的,仅就力学而言,他以物体从光滑斜面下滑将在另一斜面上升到同一高度,推论出如另一斜面的倾角极小,为达到同一高度,物体将以匀速运动趋于无限远,从而得出如无外力作用,物体将运动不息的结论。他精确地测定不同重量的物体以同一加速度沿光滑斜面下滑,并推论出物体自由下落时的加速度及其运动方程,驳倒了亚里士多德重物下落比轻物快的结论,并综合水平方向的匀速运动和垂直地面方向的匀加速运动得出抛物线轨迹和45°的最大射程角,伽利略还分析“地常动移而人不知”,提出著名的“伽利略相对性原理”(中国的成书于1800年前的《尚书考灵曜》有类似结论)。但他对力和运动变化关系的分析仍是错误的。全面、正确地概括力和运动关系的是牛顿的三条运动定律,牛顿还把地面上的重力外推到月球和整个太阳系,建立了万有引力定律。牛顿以上述的四条定律并运用他创造的“流数法”(即今微积分初步),解决了太阳系中的二体问题,推导出开普勒三定律,从理论上解决了地球上的潮汐问题。史称牛顿是第一个综合天上和地上的机械运动并取得伟大成就的物理学家。与此同时,几何光学也有很大发展,在16世纪末或17世纪初,先后发明了显微镜和望远镜,开普勒、伽利略和牛顿都对望远镜作很大的改进。 20世纪的物理学到19世纪末期,经典物理学已经发展到很完满的阶段,许多物理学家认为物理学已接近尽头,以后的工作只是增加有效数字的位数。开尔文在19世纪最后一个除夕夜的新年祝词中说:“物理大厦已经落成,……动力理论确定了热和光是运动的两种方式,现在它的美丽而晴朗的天空出现两朵乌云,一朵出现在光的波动理论,另一朵出现在麦克斯韦和玻耳兹曼的能量均分理论。”前者指的是以太漂移和迈克耳孙-莫雷测量地球对(绝对静止的)以太速度的实验,后者指用能量均分原理不能解释黑体辐射谱和低温下固体的比热。恰恰是这两个基本问题和开尔文所忽略的放射性,孕育了20世纪的物理学革命。 化工二班 许尚志 12071240073

2020年(发展战略)力学交叉学科发展报告

(发展战略)力学交叉学科发展方案

2.4力学中的交叉学科 力学中的交叉学科基本上能够分为俩类:第壹类由力学学科内部不同分支学科交叉组成;第二类由力学和其它学科交叉组成。 内部的交叉学科最典型的是由流体力学和固体力学交叉组成的学科,它们有: 1)流体弹性力学,研究流体和固体的运动和相互作用发生耦合效应的问题; 2)流体弹塑性体力学,研究兼有固体和流体的双重特征的物体的变形和运动; 3)含有流体的多孔介质或散体的动力学,研究的客体本身就由多相组成,而骨架的变形和破坏和体内流体的状态和运动发生相互制约。这方面的实例有地下渗流、地基、边坡和断层的稳定性、泥石流、雪崩等。物质的运动形式多种多样,除了机械运动这壹最基础的形式以外,仍有热运动、电磁运动、原子及其内部的运动和分子及原子层次的化学运动等。机械运动往往不能脱离其他运动形式独立存于,于需要和可能研究其他运动形式对机械运动有较大影响或者考虑它们之间的相互作用及内于联系的情况下,便会于力学同其他学科之间形成交叉学科或边缘学科的生长点。 力学是研究物质机械运动规律的科学。随着人类观测手段的进步和对各种形式运动认识的深入和提高,特别是20世纪物理学各个分支和数学的飞速发展,加上计算机科学和技术的突飞猛进,人们对于伴随有其他

运动的机械运动的认识也随之提高。今天,我们对自然界各种层次的物质,从宇观的宇宙体系,宏观的天体和常规物体,细观的颗粒、纤维、晶体,到微观的分子、原子、基本粒子已经有了较为广 深的认识。这样就为研究多种形式同时存于的复杂运动提供了有利条件,从而产生了力学中多种多样的交叉学科,如物理力学、电磁流体和等离子体力学、物理化学力学、爆炸力学等。 此外,自然科学发展到今天,已经形成了壹些传统的壹级学科,如天文学、地学和生物学等。这些学科和力学的研究内容和范围历来存于着重大的相交和重叠。对于天体、地球和生物这样壹些重大类别的物体来说,机械运动形式也是他们的基本运动形式,研究他们的结构和运动变化的规律也是力学学科的内容。今天,天体力学和天体物理实际上超出了刚体和多体动力学的范围,增添了连续介质力学、物 理化学流体力学以及电磁流体和等离子体力学的内容;地学的研究对象则超出了地球表面现象的范围而拓宽到大气、海洋以至地球内部的力学过程;而生物力学则方兴未艾,从基因、细胞、组织和器官四个层次全面展开系统的研究。 交叉学科的形成不仅有利于发展新学科且促进源学科的发展,而且对推动科学、技术和工农业的发展起着巨大的作用。下面将分别探讨物理力学、电磁流体和等离子体力学、爆炸力学、环境流体力学、地球动力学和生物力学今后壹个时期的发展方向和建议着重研究的领域。我们估计于下壹世纪这些交叉学科,特别是物理力学、地球动力学、生物力学和环境流体力学等学科将会有长足的进步,且将有力地促进人类和社会的

交叉学科前沿概述

交叉学科前沿概述 20世纪下半叶,各类交叉学科的应用和兴起为科学发展带来了一股新风,许多科学前沿问题和多年悬而未决的问题在交叉学科的联合攻关中都取得了可喜的进展。随着越来越多交叉学科的出现及其在认识世界和改造世界中发挥作用的不辩事实,交叉学科在科学领域中的生命力都得到了充分的证明。 一、交叉学科的概念 交叉学科是指由不同学科、领域、部门之间相互作用,彼此融合形成的一类学科群。其宽泛的含义也包括:边缘学科、综合学科、横断学科等在内。交叉学科既是一个学科概念,同时一又是一个历史范畴。从学科发展的历史长河来看,新学科的产生大都是传统或成熟学科相互交叉作用产生的结果。新学科在经历一段时一期的发展之后,将成为成熟的学科,进而有可能再与其他学科交叉作用发展而产生新的交叉学科。 1.交叉学科名词的起源 为了追溯“交叉学科”名词出现的时间,应该首先确定“交叉学科”的词源。形容词“跨学科的”( Interdisciplinary)是美国哥伦比亚大学心理学家伍德沃斯(R. S. Woodworth)于1926年首创的一个专门术语,用于指称超过一个学科范围的研究活动。在1926年新成立的SSRC(美国社会科学研究理事会)上,伍德沃斯建议说,理事会是几个学科的集合,要努力促进不仅仅是一个学科进行的研究,理事会的任务是促进被专业化所隔离的两个或多

个学科之间跨学科的综合研究。当时,Interdisciplinary就是SSRC 会议使用的记录文字,但未普及。1930年,SSRC在一份文件中正式使用了“跨学科的活动’,这样一种说法。1937年,《新韦氏大词典》、《牛津英语辞典》(增补本)首次收入“跨学科”一词。到了50年代,这一术语己在社会科学界被普遍使用,到了60年代,这个词变得时髦起来,自然科学家、教育学家等广泛使用,此后又相继出现了交叉学科研究(Interdisciplinary Researcher ),交叉学科理论(Interdisciplinarytheory ),交叉学科特征(Interdisciplinary characteristics)等,还出现了一些首字母组成的缩写词,如IDE(Interdisciplinary Education)、IDR(Interdisciplinary Research)、IDU(Interdisciplinary Union) ,IGPH(Interdisciplinary Graduate Progxarn in Humanity) ,IDS( Interdisciplinary Survey)。自20世纪60年代以来,国际上交叉科学研究日趋繁荣,各种交叉科学研究机构、研究中心和学术团体纷纷成立。1970年9月在法国召开了“大学的跨学科问题”国际学术讨论会,会后出版了文集《跨学科—大学中的教学和研究问题》,1976年,在英国创办了国际性的交叉科学杂志《交叉科学评论))( Interdisciplinary Science Review),1980年,国际跨学科学陇会i1,式成立,以跨学科科研和跨学科竹理的研究为中心,迄今为止己经成功地组织了多次跨学科国际学术研讨会。范岱年先生早在1981年就指出,自然科学、社会科学之间存在着一条鸿沟。1984年,国务院通过了《关于科学工作的六条方针》,其中特别提到“自然科学中有

物理学发展简史

物理学发展简史 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。 1 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。

学科发展研究报告

学科发展研究报告 篇一:工程热物理学科发展研究报告 工程热物理学科发展研究报告 一、工程热物理学科发展概述 工程热物理学是一门研究能量以热的形式转化的规律及其应用的技术科学。它研究各类热现象、热过程的内在规律,并用以指导工程实践。工程热物理学有着自己的基本定律:热力学的第一定律和第二定律、Newton力学的定律、传热传质学的定律和化学动力学的定律。作为一门技术科学学科,工程热物理学的研究既包含知识创新的内容,也有许多技术创新的内容,是一个完整的学科体系。 工程热物理学科是能源利用领域的主要基础学科,工程热物理学科的发展推动了能源科技的进步。从人类利用能源和动力发展的历史看,古代人类几乎完全依靠可再生能源,人工或简单机械已经能够适应农耕社会的需要。近代以来,蒸汽机的发明唤起了第一次工业革命,而能源基础,则是以煤为主的化石能源,从小规模的发电技术,到大电网,支撑了大工业生产相应的大规模能源使用。石油、天然气在内燃机、柴油机中的广泛使用,奠定了现代交通基础,燃气轮机的技术进步使飞机突破声障,这些进一步适应了高度集中生产的需要。但是化石能源过度使用,造成严重环境污染,而

且化石能源资源终将枯竭,严重地威胁着人类的生存和发展,要求人类必须再一次主要地使用可再生能源。这预示着人类必将再次步入可再生能源时代——一个与过去完全不同的、建立在当代高新技术基础上创新发展起来的崭新可再生能源时代。面对这个时代的召唤,工程热物理学科的发展既要适应可再生能源分散的特点,又要能为大工业发展提供能源,需要构建分布与集中供能有机结合的新型能源系统。在这个过程中,工程热物理学科面临新的机遇与挑战。工程热物理学科的发展和能源科学技术进步对人类社会将产生重大影响,将会出现许多伟大的变革,包括能源科技的重大发展。一些新的能源利用方式,如新型动力机械、新型发电技术、涌现的新能源等。 能源问题是社会与经济发展的一个长期制约因素,关系全局的主要能源问题有:能源需求增长迅速,供需矛盾尖锐;能源结构不合理,优质能源短缺;效率低下,浪费惊人;环境影响更加严重,减排治污、保护生态刻不容缓;能源安全问题突出,全球战略势在必行等。综上所述,我国面临能源和环境双重巨大压力,是经济和社会发展的长期瓶颈,是始终必须高度重视的重大问题。能源发展、保护环境、节能减排对我国至关重要,是确保清洁、经济、充足、安全能源供应的根本出路。大量研究和历史经验表明,解决能源与环境

注意多学科的交叉与融合的方法论意义

注意多学科的交叉与融合的方法论意义 当代科学研究和技术发明变得越来越复杂,进行移植与交叉,通过多学科或跨学科的研究,常常能够获得单一学科研究无法获得的创新成果。多学科融合或通过跨学科研究问题也是当代科学和技术解决问题的创造性方法。体现了广泛联系和发展的辩证法。 当代各门科学之间的交叉性越来越大,通过学科之间的交叉往往可以获得新的认识,带来创新。学科交叉成为一种新的思考方式和研究方法。 1.所谓学科交叉方法,就是两门以上的学科之间在面对同一研究对象时,从不同学科的角度进行对比研究的方法。借鉴其他学科的研究,思考本学科的问题和对象,融合其他学科的研究方法,以达到对研究对象的新认识。 2.所谓跨学科方法就是通过多学科的协作共同解决同一问题的方法,跨学科也是一种多学科融合的方法,也可以称为多维融贯的方法。 多学科交叉是现代科学技术发展的趋势,是科技创新的源泉,也是学科增长点最重要的来源之一。进一步增强多学科交叉融合的意识,积极探索多学科交叉融合的有效途径,以激发创新活力,提升学科竞争力。 从科学发展的历史进程来看,所有学科最初都以混沌不分的形态包含于哲学范畴内,从15世纪末和19世纪初开始,自然科学、社会科学的若干学科分别从哲学中分离出来,到20世纪上半叶,最终在大学中确立了自然科学、社会科学和人文科学中若干经典学科独立的学科地位。学科的分化是学术研究深入和细化的必然结果,也有效地促进了科学的发展。但是从20世纪后半叶开始,由于研究一些复杂的问题需要多个学科的知识,学科发展又出现了融合的趋势,传统经典学科间的界限被不断打破,学科的边界被重新划分,一些交叉学科(如物理化学、分子生物学)和多学科的研究领域(如女性研究、城市研究、脑科学研究)开始大量出现,并且在大学中也逐渐确立了学科的合法性。可见学科的发展从“合”到“分”,现在正在走向新一轮的“合”。两个“合”的含义迥然不同,前者是混沌不分的含义;后者是学科融合的含义,即在承认学科差异的基础上不断打破学科边界,促进学科间相互渗透、交叉的活动。学科融合不仅是学科发展的趋势,也是学术研究产生重大创新性成果的方式之一。据统计,在1901~2008年间,颁发的自然科学类诺贝尔奖(物理、化学、生理学或医学奖三项)中学科交叉的研究成果

学科前沿学习报告

学科前沿学习报告 土木工程学院工程力学101班xx 学号:2010110121xx 力学是人类认识自然的重要手段,当人类还不会说话的时候就已经在应用力学了。这个世界小到分子大到宇宙都充斥着各种各样的力,当今社会的尖端科技更是离不开力学。 我们从海洋流发电VIV驱动的水动力学问题说起。 在传统能源供应日趋紧张,地球环境日益恶化的今天,开发清洁无污染的可再生能源是大势所趋。海洋能是众多可再生能源中的一种,其能量蕴藏丰富,形式多种多样,如潮汐能、波浪能、海流能、温差能等。海洋波浪能是现今世界各国海洋能开发研究的热点与重点,英国、挪威、日本、美国等都在进行波浪能发电装置的试验与示范工作。 涡激振动(vortex-induced vibration,简称VIV)是工程中常见的重要现象。在来流作用下,结构的尾迹中旋涡以一定频率交替脱落,产生周期振荡的升力,导致结构以一定的频率和振幅振动。在一定流速下,旋涡脱落频率接近结构固有频率时,结构会发生共振造成破坏。涡激共振的预报和抑制对工程结构稳定和安全有重要意义。VIV中结构与尾迹相互作用,是个非常复杂的问题。流动具有很强的非线性特征结构的运动使尾迹流动性态与非振动结构的尾迹大不相同。这种流场变化和流固耦合作用的复杂性及规律,目前主要依靠实验研究获得,而通过DNS方法精细刻画这些过程则因为受计算量等的限制遇到很多困难,现有的大部分研究成果局限于中低Re数情况,很难满足实际工程需求。 计算力学的发展与展望。 计算力学是计算机科学、计算数学与力学学科相结合的产物。随着计算机软硬件技术的快速发展,计算力学也得到了迅速发展,成为力学工作者和工程技术人员解决自然科学和工程实践中力学问题的重要手段。数值计算方法最早成员应为有限差分法有限差分法从数学的角度用差分代替微分,将力学中的微分方程转化为代数方程,从而大大拓宽了力学学科的应用范围;有限元法的问世促进了计算力学的发展。有限元法建立了计算模型、离散方法、数值求解和计算机程序实现的统一方法,通过变分原理将原问题的泛函转化成代数方程进行求解;20世纪70年代初出现了边界元法,对于分析某些工程实际问题,边界元法具有其突出的优点。上述三种方法被称为计算力学的三大支柱。除此之外,计算力学还包含了其它一些重要分支,如加权残数法、有限元线法,半解析半数值法等。目前,计算力学的主要研究方向集中在如何建立高效的、有足够精度的计算手段上,特别是解决如何建立这些计算手段的共性问题。在计算力学的发展过程中,从结构的离散化方法、单元列式、控制方程求解、计算结果自动处理到收敛理论都可以建立成为不依赖于结构类型和几何形状的统一方式。计算模型的建立、计算方法的构造和计算软件的开发是计算力学研究中的共性问题。 计算力学的发展方向。计算机科学、计算数学和力学学科的发展推动了计算力学的发展,在新的世纪,计算力学将会在如下领域得到更大的发展。1宏细微观材料本构模型;2复杂运动系统的自动控制;3计算力学软件系统的研究;4复杂系统的计算机仿真。 高性能计算与高性能计算机。 高性能计算概述,高性能计算(HPC) 指通常使用很多处理器(作为单个机器的一部分)或者某一集群中组织的几台计算机(作为单个计算资源操作)的计算系统和环境。有许多类型的HPC 系统,其范围从标准计算机的大型集群,到高度专用的硬件。大多数基于集群的HPC系统使用高性能网络互连,比如那些来自InfiniBand 或Myrinet 的网络互连。基本的网络拓扑和组织可以使用一个简单的总线拓扑,在性能很高的环境中,网状网络系统在主机之间提供较短的潜伏期,所以可改善总体网络性能和传输速率。 高性能计算机指能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑,其基本

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