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物理学知识库

经典力学、电磁学、热力学、相对论、量子物理与前沿物理——从牛顿到标准模型的深度专题文章

研究前沿 · 正在发生的物理 →

电磁学

安培定律与磁场

安培定律; 磁场; 比奥-萨伐尔定律; 洛伦兹力; 安培力; 螺线管; 磁导率; 磁性材料; 磁偶极矩; 霍尔效应

安培定律磁场比奥-萨伐尔定律洛伦兹力

超导体

超导; 零电阻; 迈斯纳效应; BCS理论; 库珀对; 临界温度; 高温超导; 约瑟夫森结; 磁通量子化; 超导量子比特

超导零电阻迈斯纳效应BCS理论

等离子体物理

等离子体; 电离; 德拜长度; 等离子体频率; 磁约束; 托卡马克; 惯性约束聚变; 太阳风; 磁流体力学; 磁重联; 朗缪尔探针; 极光

等离子体电离气体德拜屏蔽朗缪尔

电磁波的产生与传播

电磁波; 波动方程; 传播速度; 折射率; 色散; 极化; 波导; 电离层; 光速; 真空磁导率

电磁波麦克斯韦传播折射率

电磁波谱

电磁波谱; 无线电波; 微波; 红外线; 可见光; 紫外线; X射线; 伽马射线; 频率; 波长; 光子能量

电磁波频谱无线电微波

电介质与电极化

电介质; 电极化; 偶极矩; 介电常数; 极化率; 铁电体; 压电效应; 电卡效应; 克劳修斯-莫索提方程; 弛豫极化; 微波加热

电介质电极化介电常数铁电体

电路分析与基尔霍夫定律

基尔霍夫电流定律; 基尔霍夫电压定律; 节点; 回路; 欧姆定律; 叠加定理; 戴维南定理; 诺顿定理; 阻抗; 交流电路

电路分析基尔霍夫定律电阻欧姆定律

电容与电感

电容; 电感; 介电常数; 磁导率; LC振荡; 谐振频率; 法拉第感应; 楞次定律; 变压器; 能量储存; 品质因数; 阻抗; 滤波器

电容电感LC振荡电磁感应

法拉第与电磁感应

法拉第电磁感应定律; 磁通量; 楞次定律; 发电机; 变压器; 麦克斯韦方程; 电动机; 电磁场; 位移电流; 涡流

电磁感应法拉第麦克斯韦发电机

光的本质

光的波动说; 光的粒子说; 光子; 波粒二象性; 双缝实验; 电磁波; 量子电动力学; 费曼; 光速; 折射; 干涉

光学光的波动说光的粒子说光子

库仑定律与静电场

库仑定律; 电场; 电势; 场线; 高斯定理; 叠加原理; 静电感应; 法拉第笼; 电偶极子; 电场能量密度; 库仑常数

库仑定律静电场电场线高斯定理

麦克斯韦方程组

麦克斯韦方程组; 高斯定律; 法拉第感应定律; 安培-麦克斯韦定律; 位移电流; 电磁波; 光速; 场论; 洛伦兹力; 量子电动力学

电磁学麦克斯韦方程电磁波光速

天线与电磁辐射

天线; 电磁辐射; 赫兹偶极子; 辐射阻抗; 方向性; 增益; 波束; 雷达; 相控阵; 射电望远镜

天线电磁辐射赫兹无线通信

光学

非线性光学

二次谐波产生; 三次谐波; 参量放大; 克尔效应; 光孤子; 受激拉曼散射; 自相位调制; 光频梳; 非线性晶体; 相位匹配

非线性光学倍频参量过程克尔效应

光的干涉与衍射

干涉; 衍射; 杨氏双缝实验; 惠更斯-菲涅耳原理; 相干性; 衍射极限; 瑞利判据; 单缝衍射; 衍射光栅; 全息照相; 阿贝成像理论; X射线晶体学

干涉衍射杨氏双缝惠更斯原理

光的色散与彩虹

色散; 折射率; 阿贝数; 色差; 棱镜; 彩虹; 虹; 霓; 亚历山大暗带; 反射率; 全内反射

色散彩虹折射率棱镜

光纤与全内反射

全内反射; 临界角; 斯涅尔定律; 倏逝波; 单模光纤; 多模光纤; 色散; 光纤放大器; EDFA; 波分复用; 光子晶体光纤; 量子密钥分发

全内反射光纤临界角通信

激光冷却与原子阱

多普勒冷却; 磁光阱; 光学糖蜜; 反冲极限; 亚多普勒冷却; 蒸发冷却; 光晶格; 原子钟; 光晶格钟; 量子气体显微镜

激光冷却原子阱磁光阱多普勒冷却

激光原理与应用

受激辐射; 粒子数反转; 光学谐振腔; 相干性; 模式; 线宽; 半导体激光; 光纤激光; 超短脉冲; 非线性光学

激光受激辐射粒子数反转光学谐振腔

几何光学与透镜成像

折射定律; 斯涅尔定律; 费马原理; 薄透镜方程; 焦距; 数值孔径; 球差; 色差; 畸变; 高斯光学; 光线追迹; 望远镜; 显微镜

几何光学折射定律透镜焦距

偏振

线偏振; 圆偏振; 椭圆偏振; 马吕斯定律; 布儒斯特角; 双折射; 旋光性; 偏振片; 斯托克斯参数; 琼斯矩阵; 液晶; 量子密钥分发

偏振马吕斯定律双折射圆偏振

全息术

全息图; 波前重建; 参考光; 物光; 干涉条纹; 衍射; 透射全息图; 反射全息图; 数字全息; 全息存储

全息术全息图波前重建干涉

瑞利散射与天空的颜色

瑞利散射; 波长四次方反比; 米氏散射; 廷德尔效应; 天空蓝色; 落日红色; 散射偏振; 大气光学; 蓝色月亮; 火星天空

瑞利散射米氏散射天空蓝色落日

核物理

布莱克特 1925:威尔逊云室怎样把氮上的质子分叉拍成径迹

1925 年 2 月,帕特里克·布莱克特(Patrick Maynard Stuart Blackett)在 Proceedings of the Royal Society A 第 107 卷 349–360 页刊出 The Ejection of Protons from Nitrogen Nuclei, Photographed by the Wilson Method。

布莱克特云室氮质子

查德威克:石蜡反冲怎样把铍辐射判成质子质量的中性粒子,而不是硬γ

1932 年,詹姆斯·查德威克(James Chadwick)在卡文迪许实验室用电离室和示波器,去看铍被钋α轰击后放出的那束极硬辐射,怎样把石蜡里的质子打出来。对象不是结合能与质量亏损那条比结合能曲线,也不是β衰变里带走能量的轻中性粒子。

查德威克中子石蜡反冲铍辐射

放射性衰变

放射性衰变; α粒子; β粒子; γ射线; 半衰期; 衰变常数; 放射性碳定年; 衰变链; 核稳定性; 弱相互作用

核物理放射性α衰变β衰变

核磁共振

核磁共振; NMR; MRI; 核磁矩; g因子; 拉莫尔进动; 射频脉冲; 化学位移; 自旋弛豫; T1; T2; 傅里叶变换; 拉比; 布洛赫; 珀塞尔

核物理核磁共振NMRMRI

核壳层模型与液滴模型

核壳层模型; 液滴模型; 幻数; 结合能; 核形变; 玛丽亚·迈耶; 延森; 魏茨泽克公式; 泡利不相容; 自旋轨道耦合; 核裂变理论

核物理核壳层模型液滴模型幻数

核裂变

核裂变; 中子诱发裂变; 链式反应; 临界质量; 结合能; 铀-235; 钚-239; 核反应堆; 控制棒; 奥本海默

核物理核裂变链式反应临界质量

核衰变链

核衰变链; α衰变; β衰变; γ辐射; 半衰期; 铀-238衰变链; 钍-232衰变链; 放射性平衡; 贝可勒尔; 居里夫人; 放射性碳定年; 铀铅定年; 地球年龄

核物理放射性衰变衰变链α衰变

结合能与质量亏损

结合能; 质量亏损; 比结合能; 铁-56; 核稳定性; 强相互作用; 核合成; 恒星核合成; 液滴模型; 魏茨泽克公式

核物理结合能质量亏损E=mc²

考克饶夫与瓦尔顿:加速质子打锂怎样放出氦核,并把动能与质量亏损对上账

1932 年春天,约翰·道格拉斯·考克饶夫(John Douglas Cockcroft)与欧内斯特·托马斯·辛顿·瓦尔顿(Ernest Thomas Sinton Walton)在剑桥卡文迪许实验室,把质子加速到几十万电子伏,打到锂上。硫化锌屏上出现了与 α 粒子无法分辨的闪光。

考克饶夫瓦尔顿锂质子

卢瑟福 1919:天然 α 打氮怎样放出氢核,并把核组成第一次改写成实验室对象

1919 年 4 月,欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)在曼彻斯特写完一组四篇连续论文,6 月刊于 Philosophical Magazine 第 37 卷。

卢瑟福氮氢核嬗变

迈特纳与弗里施:怎样把哈恩的钡读成重核液滴分裂,而不是超铀元素

1938 年圣诞节前后,莉泽·迈特纳(Lise Meitner)在瑞典西海岸的孔艾尔夫,与侄子奥托·弗里施(Otto Robert Frisch)把柏林寄来的一封化学消息,改写成一滴带电重核的分裂。

迈特纳弗里施哈恩施特拉斯曼

中子俘获与元素合成

中子俘获; s过程; r过程; 元素合成; B2FH; 千新星; 中子星合并; 核天体物理; 宇宙丰度; 铁峰; 幻数壳层; 金铂起源; r过程核素

核物理元素合成中子俘获s过程

经典物理

表面张力与毛细现象

表面张力; 表面能; 接触角; 毛细管; 拉普拉斯-杨方程; 润湿性; 疏水效应; 气泡; 泡沫; 莫伦达尔数

表面张力毛细现象浸润接触角

波动与声学

波动; 纵波; 横波; 声速; 驻波; 叠加原理; 多普勒效应; 声强级; 共鸣; 傅里叶分解; 超声波; 声学测量; 地震波

波动声学横波纵波

波动与振动

简谐振动; 波动方程; 声波; 水波; 地震波; 横波; 纵波; 干涉; 衍射; 多普勒效应

波动振动声波地震波

弹性与材料力学

胡克定律; 应力; 应变; 杨氏模量; 泊松比; 弹性极限; 屈服强度; 断裂韧性; 疲劳; 蠕变

弹性胡克定律应力应变

动量守恒与碰撞

动量; 冲量; 弹性碰撞; 完全非弹性碰撞; 恢复系数; 质心系; 实验室系; 空间平移对称性; 诺特定理; 散射截面; 卢瑟福散射

动量守恒碰撞弹性碰撞非弹性碰撞

刚体转动与转动惯量

刚体; 转动惯量; 力矩; 角动量; 欧拉方程; 进动; 章动; 主轴; 平行轴定理; 垂直轴定理; 陀螺效应; 科里奥利力

刚体转动惯量角动量力矩

混沌与三体问题

三体问题; 混沌; 蝴蝶效应; 李雅普诺夫指数; 庞加莱截面; 奇怪吸引子; 分形维数; 科克伍德间隙; 确定性不可预测性; 洛伦兹吸引子; KAM定理

混沌三体问题蝴蝶效应庞加莱

简谐振动与共振

简谐振动; 胡克定律; 角频率; 周期; 阻尼振荡; 受迫振动; 共振; 品质因数; 傅里叶分析; 驻波; 正则模式; 非线性振动

简谐振动共振胡克定律角频率

角动量与守恒律

角动量; 转动惯量; 角动量守恒; 旋转对称性; 自旋; 进动; 开普勒定律; 陀螺效应; 量子角动量; 诺特定理

经典力学角动量守恒律旋转运动

拉格朗日与哈密顿力学

拉格朗日量; 哈密顿量; 最小作用量原理; 广义坐标; 广义动量; 正则方程; 泊松括号; 诺特定理; 辛几何; 相空间; 刘维尔定理; 哈密顿-雅可比方程

分析力学拉格朗日量哈密顿量最小作用量原理

流体力学与伯努利原理

流体; 连续性方程; 伯努利方程; 黏性; 湍流; 层流; 雷诺数; 纳维-斯托克斯方程; 升力; 压强; 马赫数; 声障

流体力学伯努利原理黏性湍流

流体湍流与雷诺数

湍流; 层流; 雷诺数; 纳维-斯托克斯方程; 边界层; 涡旋; 能量级串; 柯尔莫戈洛夫; 卡门涡街; 混沌

湍流雷诺数流体力学纳维-斯托克斯方程

迈克尔逊–莫雷 1887:水银石板干涉仪怎样把预期 0.4 条纹写成近零

1887 年,Albert A. Michelson 与 Edward W. Morley 在克利夫兰凯斯应用科学学院的地下室,把一台干涉仪装上约 1.5 米见方、厚约 0.3 米的石板。整块板连同镜组浮在铸铁环形槽里的水银上,可以几乎无摩擦地转。

迈克尔逊莫雷干涉仪以太漂移

摩擦与耗散

静摩擦; 动摩擦; 库仑定律; 摩擦系数; 黏性耗散; 斯托克斯阻力; 润滑; 弹流润滑; 热电效应; 摩擦学

摩擦耗散库仑摩擦黏性

能量守恒

能量守恒定律; 热力学第一定律; 永动机; 焦耳; 功; 内能; 热功当量; 能量转换; 诺特定理; 时间平移对称性

能量守恒热力学第一定律永动机焦耳

牛顿三大定律

惯性定律; F=ma; 作用力与反作用力; 参考系; 伽利略变换; 动量守恒; 经典力学; 《自然哲学的数学原理》; 绝对时空; 力的叠加

经典力学牛顿惯性力学

声学与多普勒效应

声速; 纵波; 多普勒效应; 马赫锥; 冲击波; 音程; 驻波; 共鸣; 次声波; 超声波; 声纳; 声学阻抗

声学多普勒效应声速音调

万有引力

万有引力定律; 引力常数; 开普勒定律; 潮汐; 引力场; 等效原理; 广义相对论; 时空弯曲; 引力透镜; 海王星

引力牛顿广义相对论开普勒

万有引力与开普勒定律

万有引力定律; 开普勒三定律; 椭圆轨道; 引力常数G; 卡文迪许实验; 逃逸速度; 拉格朗日点; 潮汐力; 开尔文时间; 广义相对论修正

万有引力开普勒定律牛顿行星运动

以太的兴衰

发光以太; 迈克尔逊-莫雷实验; 零结果; 以太漂移; 洛伦兹-菲茨杰拉德收缩; 洛伦兹变换; 参考系; 狭义相对论; 辅助假设; 判决性实验

以太迈克尔逊-莫雷实验洛伦兹收缩狭义相对论

振动与简正模式

简正模式; 正则坐标; 耦合振子; 本征频率; 共振; 驻波; 傅里叶分析; 正交性; 简并; 声学模式; 分子振动

简正模式振动耦合振子共振

粒子物理

安德森 1932:云室里那条反弯的轻径迹

1932 年 8 月 2 日,卡尔·安德森(Carl D. Anderson)在加州理工学院那台竖直威尔逊云室里,拍到一条穿过 6 毫米铅板的宇宙线径迹。磁场约 15,000 高斯。铅板一侧曲率半径较大,对应约 63 MeV;另一侧更弯,对应约 23 MeV。能量在板里丢掉一截,飞行方向因而被钉住。

安德森正电子云室宇宙线

标准模型概览

标准模型; 费米子; 玻色子; 规范对称性; SU(3)×SU(2)×U(1); 胶子; W玻色子; Z玻色子; 光子; 希格斯玻色子; 三代粒子; 引力缺席

粒子物理标准模型规范理论基本粒子

反物质

反物质; 正电子; 反质子; 反氢; 湮灭; CPT对称性; CP破坏; 萨哈罗夫条件; 重子不对称; 狄拉克方程

粒子物理反物质正电子反质子

费曼图与微扰论

费曼图; 费曼规则; 传播子; 顶点; 微扰展开; 重正化; 量子电动力学; 精细结构常数; 路径积分; S矩阵

粒子物理费曼图微扰论量子电动力学

夸克与轻子

夸克; 轻子; 标准模型; 色荷; 色禁闭; 量子色动力学; 夸克禁闭; 盖尔曼; 费曼; 渐近自由; 强子

粒子物理夸克轻子标准模型

粒子加速器与对撞机

粒子加速器; 对撞机; 回旋加速器; 同步加速器; 直线加速器; LHC; SLAC; 费米实验室; 亮度; 质心能量; 探测器; 超导磁铁; 同步辐射

粒子物理加速器对撞机LHC

强相互作用与量子色动力学

QCD; 量子色动力学; 色荷; 色禁闭; 渐近自由; 胶子自耦合; 核力; 格点QCD; 强耦合常数; 喷注; 夸克-胶子等离子体; 质子质量

粒子物理量子色动力学QCD强相互作用

吴健雄 1956:极化钴-60 怎样把β半球不对称写成宇称不守恒

1956 年末到 1957 年 1 月,吴健雄(Chien-Shiung Wu)把哥伦比亚大学的β计数问题,接到华盛顿国家标准局(National Bureau of Standards,今 NIST)低温组已经会做的核取向装置上。

吴健雄宇称钴-60β衰变

希格斯机制与希格斯玻色子

希格斯玻色子; 希格斯机制; 自发对称破缺; 南部-戈德斯通定理; 弱相互作用; W玻色子; Z玻色子; 汤川耦合; LHC; ATLAS; CMS; 质量起源; 125 GeV

粒子物理希格斯玻色子希格斯机制标准模型

中微子物理

中微子; 中微子振荡; 中微子质量; 太阳中微子问题; 大气中微子; 超新星中微子; PMNS矩阵; 马约拉纳中微子; 马约拉纳质量; 轻子数不守恒

粒子物理中微子中微子振荡中微子质量

CP破坏与物质反物质不对称

CP破坏; 物质反物质不对称; 重子不对称; 萨哈罗夫条件; CPT定理; CKM矩阵; 中性K介子; B介子工厂; BaBar; Belle; 轻子CP破坏

粒子物理CP破坏物质反物质不对称重子不对称

量子物理

波函数与概率诠释

波函数; 概率幅; 玻恩规则; 哥本哈根诠释; 叠加态; 坍缩; 薛定谔; 海森堡; 玻恩; 量子态

量子力学波函数概率诠释玻恩规则

波粒二象性

波粒二象性; 双缝实验; 光电效应; 德布罗意波; 互补原理; 波函数; 概率幅; 光子; 电子衍射; 量子擦除

量子力学波粒二象性双缝实验光电效应

玻恩 1926:碰撞里的波函数怎样被读成概率

1926 年 6 月 25 日,《物理学杂志》收到 Max Born 一份短稿。标题是《碰撞过程的量子力学》(Zur Quantenmechanik der Stoßvorgänge),刊于第 37 卷 863–867 页。对象不是 波函数与概率诠释 那张总览,也不是后来写进公理表的一般玻恩规则。

玻恩概率诠释散射波函数

不确定性原理

不确定性原理; 海森堡; 位置-动量不确定关系; 能量-时间不确定关系; 量子涨落; 测量扰动; 零点能; 量子极限; 概率幅; 互补性

量子力学海森堡不确定性原理测量问题

戴维森–革末:镍单晶怎样把慢电子折成随电压走动的角向峰

1927 年,Clinton Davisson 与 Lester Germer 在贝尔实验室把一束慢电子打到镍单晶上。法拉第杯绕着靶转动,记下弹性散射电流随出射角怎样变。对象不是波粒二象性总览,也不是光学干涉教材。对象是这套电子枪、真空室、镍晶粒与可转动的杯子。电流在某些角度出现尖峰。

戴维森革末电子衍射德布罗意

卡西米尔效应与真空能

卡西米尔效应; 零点能; 真空涨落; 量子真空; 范德瓦耳斯力; 卡西米尔力; 宇宙学常数问题; 真空灾难; MEMS粘连; 排斥卡西米尔力

卡西米尔效应真空能零点能量子真空

量子测量问题

测量问题; 波函数坍缩; 观测者效应; 哥本哈根诠释; 多世界诠释; 冯·诺伊曼链; 退相干; 薛定谔的猫; 量子-经典边界

量子力学测量问题波函数坍缩哥本哈根诠释

量子纠缠

量子纠缠; EPR悖论; 贝尔不等式; 非定域性; 量子关联; 隐变量; 量子通信; 量子密钥分发; 超距作用; 爱因斯坦

量子力学量子纠缠EPR悖论贝尔不等式

量子隧穿

量子隧穿; 隧穿效应; 势垒穿透; 太阳核聚变; 扫描隧穿显微镜; α衰变; 放射性; 半导体隧穿; 约瑟夫森效应; 闪存

量子力学量子隧穿隧穿效应太阳核聚变

量子退相干

退相干; 相干性; 密度矩阵; 指针态; 量子-经典边界; 环境纠缠; 退相干时间; 量子计算; Zurek; einselection

量子力学退相干量子-经典边界环境相互作用

量子谐振子

量子谐振子; 零点能; 升降算符; 创生湮灭算符; 福克态; 声子; 相干态; 压缩态; 量子场论; 卡西米尔效应

量子力学谐振子零点能升降算符

量子自旋

自旋; 角动量; 泡利矩阵; 斯特恩-盖拉赫实验; g因子; 旋量; 费米子; 玻色子; 自旋-轨道耦合; 狄拉克方程

量子力学自旋角动量泡利矩阵

泡利不相容原理

泡利不相容原理; 费米子; 全同粒子; 反对称波函数; 量子数; 电子壳层; 费米压力; 白矮星; 中子星; 元素周期律

量子力学泡利不相容原理费米子量子数

全同粒子与量子统计

全同粒子; 玻色子; 费米子; 玻色-爱因斯坦统计; 费米-狄拉克统计; 玻色-爱因斯坦凝聚; 超流; 超导; 费米面; 自旋-统计定理

量子力学全同粒子玻色-爱因斯坦统计费米-狄拉克统计

施特恩–格拉赫:银原子束怎样在不均匀磁场里裂成两条斑

1921 到 1922 年,Otto Stern 与 Walther Gerlach 在法兰克福把一束银原子送进不均匀磁场,让原子撞在玻璃板上沉积。板上看见的不是一条被抹开的带子,而是两条分立的斑。对象不是自旋概念的总览,而是这套炉、准直缝、磁铁与探测板。

施特恩格拉赫自旋空间量子化

汤姆孙–里德:多晶薄箔怎样把快电子折成底片上随电压收缩的德拜环

1927 年,George Paget Thomson 与 Alexander Reid 在阿伯丁把一束尽量单能的阴极射线几乎垂直地打进极薄的箔。箔后面约十厘米处放照相底片,板面与箔平行。底片中央是未偏折的亮斑,周围是同心环。对象不是波粒二象性总览,也不是镍面上扫电流的那套管。

汤姆孙里德电子衍射德布罗意

薛定谔方程

薛定谔方程; 哈密顿量; 定态薛定谔方程; 波函数演化; 分离变量; 势垒; 束缚态; 连续态; 量子动力学; 普朗克常数

量子力学薛定谔方程波动方程哈密顿量

凝聚态物理

安德森局域化

安德森局域化; 无序; 量子干涉; 波函数; 迁移率边; 标度理论; 四人帮; 金属-绝缘体转变; 弱局域化; 多体局域化; 光局域化

凝聚态物理安德森局域化无序量子干涉

半导体物理

半导体; 能带; 禁带; 掺杂; n型p型; pn结; 晶体管; 肖克利; 硅; 集成电路; 费米能级; 空穴

凝聚态物理半导体能带理论晶体管

玻色-爱因斯坦凝聚

BEC; 玻色子; 玻色-爱因斯坦统计; 激光冷却; 蒸发冷却; 宏观量子态; 相干性; 原子激光; 科内尔; 维曼; 科特尔; 冷原子

凝聚态物理玻色-爱因斯坦凝聚BEC激光冷却

超流体

超流体; 氦-4; 氦-3; 临界温度; 朗道二流体模型; 零粘度; 量子涡旋; 毛细管流动; 卡皮查; 无摩擦流动; 喷泉效应; Cooper对

凝聚态物理超流体氦-4氦-3

磁性与铁磁体

铁磁性; 磁畴; 居里温度; 海森堡交换相互作用; 磁滞回线; 矫顽力; 反铁磁性; 亚铁磁性; 自旋波; 巨磁阻效应; 自旋电子学

铁磁性磁畴居里温度反铁磁性

费米液体理论

费米液体; 朗道; 准粒子; 费米面; 有效质量; 电子-电子相互作用; 比热线性项; 重费米子; 非费米液体; 奇异金属; 量子相变

凝聚态物理费米液体朗道准粒子

晶体结构与布拉格衍射

晶体; 布拉维格子; 单元胞; 布拉格定律; X射线衍射; 劳厄; 倒格空间; 结构因子; 蛋白质晶体学; 石英; 氯化钠

凝聚态物理晶体学布拉格衍射X射线

量子霍尔效应

量子霍尔效应; 霍尔电阻; 朗道能级; 二维电子气; 磁场; 克利青; 劳林; 拓扑不变量; 陈数; 分数量子霍尔; 任意子

凝聚态物理量子霍尔效应拓扑整数量子霍尔

声子与晶格振动

声子; 晶格振动; 简正模; 声学支; 光学支; 德拜模型; 爱因斯坦模型; 热容量; 热导率; Umklapp过程; 电声子耦合; BCS超导

凝聚态物理声子晶格振动爱因斯坦模型

拓扑绝缘体

拓扑绝缘体; 时间反演对称; 自旋-轨道耦合; 表面态; 狄拉克锥; Z2拓扑不变量; Bi2Se3; 量子自旋霍尔效应; 拓扑保护; Majorana费米子

凝聚态物理拓扑绝缘体拓扑物质时间反演对称性

伊辛模型

伊辛模型; 楞次; 昂萨格; 自旋; 铁磁相变; 临界温度; 自发对称性破缺; 普适类; 临界指数; 蒙特卡洛; 平均场; 二维精确解

统计物理伊辛模型相变自发对称性破缺

准晶

准晶; 谢赫特曼; 五重对称; 禁阻对称; 彭罗斯镶嵌; 黄金比例; 非周期性; 准周期; 晶体学定律; 高维投影; 鲍林之争

凝聚态物理准晶谢赫特曼五重对称

自旋玻璃与无序系统

自旋玻璃; 阻挫; 无序; 爱德华兹-安德森模型; 谢林顿-柯克帕特里克模型; 帕里西; 复本对称破缺; 亚稳态; 能量地形; 自旋玻璃序参量; 优化问题

凝聚态物理自旋玻璃阻挫无序

前沿物理

暗物质

暗物质; WIMP; 轴子; 星系旋转曲线; 引力透镜; 宇宙微波背景; 直接探测; 间接探测; 对撞机; ΛCDM模型

暗物质宇宙学粒子物理WIMP

核聚变与恒星能源

核聚变; 质子-质子链; CNO循环; 量子隧穿; 托卡马克; ITER; 惯性约束; 劳森判据; 等离子体; 聚变能源

核聚变恒星太阳能源等离子体

量子场论导论

量子场论; 场量子化; 费曼图; 重正化; 路径积分; 量子电动力学; 真空涨落; 传播子; 相互作用; 规范对称性

量子场论费曼图重正化路径积分

量子场论与重整化

量子场论; 场的量子化; 费曼图; 紫外发散; 重整化; 重整化群; 跑动耦合常数; 有效场论; 渐近自由; 自然性问题

量子场论重整化重整化群跑动耦合

量子计算

量子计算; 量子比特; 量子叠加; 量子纠缠; 量子算法; Shor算法; Grover算法; 量子纠错; 量子霸权; 量子互联网

量子计算量子比特量子纠缠量子算法

凝聚态物理与量子材料

凝聚态物理; 能带理论; 拓扑绝缘体; 石墨烯; 莫特绝缘体; 强关联电子系统; 量子霍尔效应; 相变; 涌现现象; 玻色-爱因斯坦凝聚

凝聚态物理量子材料拓扑绝缘体石墨烯

希格斯玻色子

希格斯玻色子; 希格斯场; 质量起源; 对称性自发破缺; 标准模型; LHC; CERN; 电弱统一; 希格斯机制; 等级问题

粒子物理希格斯玻色子标准模型质量起源

弦理论

弦理论; 额外维度; M理论; 超对称; 超弦; D膜; 弦景观; 对偶性; 卡拉比-丘流形; 量子引力

弦理论量子引力额外维度M理论

宇宙暴胀

宇宙暴胀; 极早期宇宙; 暴胀场; 量子涨落; 宇宙微波背景; 原初引力波; 多宇宙; 大爆炸; 视界问题; 平坦性问题

宇宙学暴胀极早期宇宙多宇宙

热力学

非平衡态热力学

非平衡态热力学; 熵产生; 昂萨格互易关系; 耗散结构; 自组织; 贝纳德对流; 图灵结构; B-Z反应; 普里戈金; 线性响应

非平衡态热力学昂萨格关系最小熵产生普里戈金

绝对零度

绝对零度; 热力学第三定律; 玻色-爱因斯坦凝聚; 超流体; 液氦; 量子基态; 零点能; 能斯特定理; 激光冷却; 磁冷却

热力学绝对零度低温物理玻色-爱因斯坦凝聚

卡诺循环与热机

卡诺循环; 热机效率; 可逆过程; 等温膨胀; 绝热膨胀; 卡诺定理; 制冷系数; 热泵; 斯特林发动机; 奥托循环; 布雷顿循环; 耗散

卡诺循环热机卡诺效率可逆过程

麦克斯韦妖

麦克斯韦妖; 信息与热力学; 兰道尔原理; 信息擦除; 布里渊; 西拉德; 贝内特; 熵; 可逆计算; 信息热力学

热力学信息论麦克斯韦妖兰道尔

气体动理论

气体动理论; 理想气体; 麦克斯韦速率分布; 平均自由程; 碰撞频率; 温度的微观本质; 布朗运动; 扩散系数; 维里定理; 实际气体; 范德华方程

气体动理论麦克斯韦速率分布分子碰撞平均自由程

热传导对流与辐射

热传导; 傅里叶定律; 热导率; 对流; 牛顿冷却定律; 热辐射; 黑体; 斯特藩-玻尔兹曼定律; 维恩位移; 热阻; 温室效应

热传导对流热辐射傅里叶定律

热力学三大定律

热力学第零定律; 热力学第一定律; 热力学第二定律; 热力学第三定律; 内能; 功; 热量; 熵; 热平衡; 可逆过程; 卡诺定理; 绝对零度不可达

热力学焦耳克劳修斯开尔文

热质说的兴衰

热质; 卡路里; 伦福德钻炮膛实验; 焦耳当量; 热功当量; 卡诺循环; 能量守恒; 熵; 错误前提正确结论; 科学史

热质说卡诺焦耳伦福德

熵与时间之箭

熵; 热力学第二定律; 时间之箭; 玻尔兹曼; 香农; 信息熵; 退化; 可逆性; 涨落; 麦克斯韦妖

熵热力学时间之箭玻尔兹曼

统计力学与玻尔兹曼分布

正则系综; 微正则系综; 配分函数; 玻尔兹曼因子; 自由能; 熵; 涨落-耗散定理; 费米-狄拉克分布; 玻色-爱因斯坦分布; 朗道理论; 临界现象; 重整化群

统计力学玻尔兹曼分布配分函数系综

相变

相变; 一级相变; 二级相变; 临界点; 三相点; 克劳修斯-克拉佩龙方程; 朗道理论; 对称性破缺; 超导; 超流

相变热力学临界点水

相变与临界现象

相变; 一级相变; 连续相变; 序参量; 临界点; 临界指数; 伊辛模型; 普适性; 朗道理论; 重整化群; 超导相变; 玻色-爱因斯坦凝聚; 相图

相变临界现象序参量普适类

制冷与热泵

蒸汽压缩制冷; 制冷剂; 性能系数COP; 热泵; 卡诺效率; 节流膨胀; 制冷循环; 氟利昂; 臭氧层; 地源热泵

制冷热泵卡诺循环制冷剂

自由能与化学势

亥姆霍兹自由能; 吉布斯自由能; 化学势; 勒夏特列原理; 相平衡; 克拉佩龙方程; 麦克斯韦关系; 混合熵; 活度; 标准生成焓

自由能亥姆霍兹自由能吉布斯自由能化学势

天体物理

物理学

暗物质与暗能量

暗物质; 暗能量; 宇宙学常数; WIMP; 轴子; 星系旋转曲线; 宇宙微波背景; 超新星; 大尺度结构; ΛCDM模型

宇宙学暗物质暗能量天体物理学

标准模型与超越

标准模型; 希格斯玻色子; 希格斯机制; 超对称; 大统一理论; 夸克; 轻子; 规范对称性; 量子色动力学; 电弱统一

粒子物理学标准模型希格斯机制超对称

参考系与惯性

参考系; 惯性参考系; 非惯性参考系; 惯性力; 科里奥利力; 离心力; 牛顿水桶实验; 马赫原理; 等效原理; 绝对空间

经典力学参考系惯性参考系非惯性参考系

对称性与诺特定理

对称性; 诺特定理; 守恒律; 时间平移对称性; 空间平移对称性; 旋转对称性; 规范对称性; 标准模型; 自发对称性破缺; 拉格朗日量

对称性守恒律诺特定理规范对称性

对称性与群论基础

对称性; 群; 李群; 诺特定理; 守恒律; 规范对称性; 自发对称性破缺; 表示论; U(1); SU(2); SU(3)

对称性群论诺特定理规范对称性

多普勒效应与相对论多普勒

多普勒效应; 相对论多普勒效应; 横向多普勒效应; 引力红移; 宇宙学红移; 雷达; 谱线红移; 恒星视向速度; 系外行星

多普勒效应相对论多普勒红移蓝移

粒子物理与加速器

粒子物理; 标准模型; 夸克; 轻子; 规范玻色子; 大型强子对撞机; CERN; 质子加速; 探测器; 超对称; 费曼图

粒子物理加速器标准模型夸克

量子力学诠释

哥本哈根诠释; 多世界诠释; 退相干历史; 波函数坍缩; 测量问题; 薛定谔猫; 量子纠缠; 贝尔不等式; 量子退相干; 玻姆力学

量子力学物理学哲学哥本哈根诠释

洛伦兹变换

洛伦兹变换; 伽利略变换; 同时性相对性; 洛伦兹因子; 时间膨胀; 长度收缩; 洛伦兹群; 时空转动; 光速不变; 速度叠加

狭义相对论洛伦兹变换伽利略变换同时性

普朗克常数与量子化

普朗克常数; 黑体辐射; 量子化; 紫外灾难; 普朗克辐射公式; 维恩位移定律; 斯特藩-玻尔兹曼定律; 约化普朗克常数; 自然单位制

普朗克常数黑体辐射量子化普朗克

时间膨胀与长度收缩

时间膨胀; 长度收缩; 洛伦兹收缩; 固有时; 固有长度; 洛伦兹因子; μ子实验; GPS修正; 运动钟; 运动尺

狭义相对论时间膨胀长度收缩洛伦兹收缩

相对论性动量与能量

相对论性动量; 相对论性能量; 四维动量; 洛伦兹因子; 阈能; 不变质量; 质心系; 实验室系; 粒子对产生; 动能

狭义相对论相对论性动量相对论性能量四维动量

引力波天文学

引力波; LIGO; 广义相对论; 中子星合并; 黑洞; 多信使天文学; 激光干涉仪; 时空涟漪; 脉冲星计时阵列; 爱因斯坦

引力波广义相对论LIGO天文学

宇宙的最终命运

热寂; 大撕裂; 大反弹; 大挤压; 宇宙学常数; 熵增; 暗能量; 质子衰变; 霍金辐射; 宇宙加速膨胀

宇宙学热寂大撕裂大反弹

宇宙微波背景辐射

宇宙微波背景辐射; CMB; 大爆炸; 复合时期; 温度涨落; 普朗克卫星; WMAP; 宇宙学参数; 声学振荡; 宇宙暴胀

宇宙学宇宙微波背景大爆炸普朗克卫星

宇宙学红移与膨胀

宇宙学红移; 哈勃定律; 标度因子; FLRW度规; 哈勃常数; 哈勃张力; 暗能量; 宇宙加速膨胀; 超新星标准烛光

宇宙学宇宙膨胀哈勃定律宇宙学红移

质能等价 E=mc²

质能等价; E=mc²; 静止质量; 静止能量; 结合能; 质量亏损; 核裂变; 核聚变; 反物质湮灭; 相对论性质量

狭义相对论质能等价爱因斯坦核能

相对论

等效原理

等效原理; 引力质量; 惯性质量; 弱等效原理; 强等效原理; 爱因斯坦电梯; 自由落体; 非惯性参考系; 广义相对论; 等价性实验

广义相对论等效原理引力质量惯性质量

广义相对论

广义相对论; 弯曲时空; 等效原理; 爱因斯坦场方程; 引力透镜; 引力红移; 水星近日点进动; 黑洞; 宇宙学; 爱因斯坦

相对论广义相对论弯曲时空引力

广义相对论的实验检验

广义相对论实验检验; 水星近日点进动; 光线弯折; Shapiro时间延迟; 引力波; 脉冲双星; PPN参数; EHT黑洞阴影; 引力红移

广义相对论实验检验PPN参数引力波

黑洞

黑洞; 事件视界; 奇点; 史瓦西半径; 霍金辐射; 超大质量黑洞; 恒星坍缩; 吸积盘; 信息悖论; 引力波

黑洞广义相对论事件视界奇点

克尔转动黑洞

克尔度规; 转动黑洞; 能层; 彭罗斯过程; 框架拖拽; 角动量; 极端克尔黑洞; ISCO; 吸积效率; 相对论喷流

黑洞克尔度规转动黑洞彭罗斯过程

闵可夫斯基时空与四维矢量

闵可夫斯基时空; 四维矢量; 时空间隔; 类时; 类空; 类光; 光锥; 世界线; 四维动量; 洛伦兹不变量; 固有时

狭义相对论闵可夫斯基时空四维矢量世界线

庞德–雷布卡 1959:液压多普勒怎样把 22.5 米写成引力频移

1959 到 1960 年,罗伯特·庞德(Robert V. Pound)与格伦·雷布卡(Glen A. Rebka, Jr.)在哈佛大学杰斐逊物理实验室(Jefferson Physical Laboratory)那座相对隔振的塔里,用铁-57 的 14.4 keV 无反冲 γ,把约 22.5 米(74 英尺)的竖直落差写成可计数的频移。

庞德雷布卡穆斯堡尔引力红移

时空弯曲与测地线

时空弯曲; 测地线; 黎曼几何; 里奇张量; 爱因斯坦场方程; 曲率; 自由落体; 世界线; 度规张量; 潮汐力

广义相对论时空弯曲测地线黎曼几何

史瓦西黑洞

史瓦西黑洞; 史瓦西半径; 事件视界; 奇点; 坐标奇点; 物理奇点; 引力坍缩; 克鲁斯卡尔坐标; 极端红移; 光子球

黑洞史瓦西度规事件视界奇点

双生子佯谬

双生子佯谬; 时间膨胀; 固有时; 加速参考系; 非惯性参考系; 世界线; 闵可夫斯基时空; 钟慢效应; 宇宙射线μ子

狭义相对论时间膨胀双生子佯谬加速度

狭义相对论

狭义相对论; 时间膨胀; 长度收缩; E=mc²; 光速不变原理; 洛伦兹变换; 同时性的相对性; 四维时空; 闵可夫斯基时空; 爱因斯坦

相对论爱因斯坦时间膨胀长度收缩

相对论性动力学与四维力

四维速度; 四维动量; 相对论性动量; 质能方程; 相对论性能量; 不变质量; 阈能; 加速器物理; 四维力; 闵可夫斯基内积

相对论性动力学四维力相对论性动量质能方程

引力波

引力波; LIGO; 广义相对论; 时空涟漪; 黑洞合并; 中子星; 激光干涉仪; 脉冲星计时阵列; 多信使天文学; 爱因斯坦

引力波广义相对论LIGO时空涟漪

引力红移与引力时间膨胀

引力红移; 引力时间膨胀; 等效原理; 庞德-雷布卡实验; GPS修正; 引力势; 坐标时; 固有时; 蓝移; 宇宙学红移

广义相对论引力红移引力时间膨胀等效原理

引力透镜的物理

引力透镜; 强引力透镜; 弱引力透镜; 微引力透镜; 爱因斯坦环; 暗物质分布; 宇宙大尺度结构; 光线弯折; 像差; 切向放大

广义相对论引力透镜爱因斯坦环微引力透镜

应用物理

原子物理

玻尔原子模型

玻尔模型; 量子化条件; 能级; 里德堡公式; 巴尔末系; 对应原理; 旧量子论; 角动量量子化; 弗兰克-赫兹实验; 索末菲模型

原子物理玻尔模型量子化原子光谱

电子轨道与量子数

原子轨道; 主量子数; 轨道量子数; 磁量子数; 自旋量子数; 电子构型; 洪特规则; 构建原理; 多电子原子; 屏蔽效应

原子物理原子轨道量子数电子构型

弗兰克–赫兹:汞蒸气里的电子怎样把能量一份一份交出去

1914 年,James Franck 与 Gustav Hertz 在柏林用热阴极把电子送进汞蒸气。加速栅把电子推快,收集极相对栅极略带负压,把动能不够的电子挡回去。加速电压往上加,收集极电流却不是单调上升:大约每增加 4.9 伏,电流跌一截,再爬,再跌。

弗兰克赫兹汞蒸气非弹性碰撞

光电效应与量子化光

光电效应; 光子; 普朗克常数; 功函数; 截止频率; 爱因斯坦; 光量子假说; 太阳能电池; 光电倍增管; 康普顿效应

光电效应光量子光子爱因斯坦

康普顿:石墨怎样把钼 K-α 的波长随散射角推开

1923 年,Arthur H. Compton 在圣路易斯用钼靶 X 射线管发出 K-α 线,打到石墨一类轻元素上,再用布拉格晶体分光计量散射光的波长如何随散射角走。对象不是量子电动力学讲义,也不是星系团里的逆康普顿,更不是苏尼亚耶夫–泽尔多维奇效应。

康普顿康普顿散射X射线光子动量

卢瑟福 1911:金箔上的大角 α 怎样把正电荷挤进核

1909 年,汉斯·盖革(Hans Geiger)与欧内斯特·马斯登(Ernest Marsden)在曼彻斯特,把 α 粒子打向极薄金属箔,用显微镜去数硫化锌屏上的闪光。绝大多数粒子几乎不偏。有一小部分被甩过直角,有的折返回来。

卢瑟福金箔α散射盖革

密立根油滴:基本电荷怎样在悬浮的油雾里被一份一份称出来

1909 到 1913 年,Robert Millikan 与 Harvey Fletcher 用两块水平电极夹住一滴喷雾油珠。重力往下拉,电场往上拉。调节电压,让油滴几乎悬停,再关掉电场看它在空气里的终端速度。速度给出半径与质量;悬停电压给出电荷。电荷不是连续的任意值,而是一个最小单位的整数倍。

密立根油滴实验基本电荷电子

氢原子的量子理论

氢原子; 库仑势; 球谐函数; 径向波函数; 拉盖尔多项式; 能级简并; 精细结构常数; 兰姆位移; 量子电动力学; 氢原子基态

原子物理氢原子薛定谔方程量子数

塞曼 1896:莱顿磁铁里钠 D 线怎样先展宽后劈裂

1896 年秋,彼得·塞曼(Pieter Zeeman)在莱顿大学物理实验室,把钠焰放进电磁铁的极靴缝里,用罗兰凹面光栅去看钠的两条黄线。通电之后,两条 D 线先变宽。

塞曼洛伦兹钠D线磁场

汤姆孙 1897:卡文迪许阴极射线怎样把 e/m 读成远大于电解离子

1897 年,约瑟夫·约翰·汤姆孙(Joseph John Thomson)在剑桥卡文迪许实验室,把阴极射线送进抽空的放电管。射线能被磁场弯折,这在克鲁克斯以来已不新鲜。他要钉住的是另一件事:在残余气体足够稀薄时,同一束射线也能被电场弯折,弯折方向对应负电荷。

汤姆孙阴极射线荷质比微粒

威尔逊 1911:膨胀怎样把离子变成可见的凝结径迹

1911 年 4 月 19 日收稿、5 月 11 日宣读,查尔斯·汤姆森·里斯·威尔逊(Charles Thomson Rees Wilson)在 Proceedings of the Royal Society A 第 85 卷 285–288 页刊出短讯 On a Method of Making Visible the Paths of Ionising Particles through a Gas。

威尔逊云室凝结离子

原子光谱

原子光谱; 发射光谱; 吸收光谱; 里德堡公式; 巴尔末系; 赖曼系; 精细结构; 塞曼效应; 斯塔克效应; 激光冷却

原子物理光谱学发射光谱吸收光谱