一、现代科学的分类
据不完全统计，现代科学大约有20000多个学科（或专业），为了把握这一庞大体系，许多学者从不同角度加以分类。
钱学森：自然科学，社会科学，系统科学，思维科学，人体科学，数学六大领域。
自然科学
社会科学
系统科学
思维科学
人体科学
数 学
路勇祥：
自然科学
生命科学
物质科学
地球与环境科学
宇宙科学
技术与工程科学.
社会与人文科学
哲学
数学
信息科学
系统科学
现代科学发展的基础学科
自然基础科学：
⑴物理学
⑵化 学
⑶生命科学
⑷天文学
⑸地理学
基础理论
四大基础理论.
⑴Q.M
⑵相对论
⑶基因理论
⑷系统理论
五大模型
⑴宇宙大爆炸模型
⑵粒子物理标准模型
⑶遗传物质的DNA双螺旋结构模型
⑷智力活动的图灵计算机模型
⑸地质结构的板块模型
现代科学中的两大横断学科.
⑴数 学
⑵系统科学
二、物理学
学科性质
物理学是研究物质运动的一般规律和物质基本结构的科学。
物理学研究的时空范围：
时间：s～s （宇宙年龄）
空间：m～m （宇宙半径）
物理学是自然科学的基础，在自然科学学科群中处于领导和基础地位，这种地位是长期的，稳定的，不可否认的。
物理学研究的领域
物理学——一级学科
物理学二级学科——8个:
理论物理、光学、声学、凝聚态物理、原子分子物理、
原子核物理与粒子物理、等离子物理、无线电物理
理论物理：
a.统计物理b.非线性物理c.黑洞物理
d.量子引力e.广义相对论f.理论生物物理
粒子物理与核物理：
a.粒子物理与场论b.核裂变与超重元素合成
凝聚态物理：
a.凝聚态理论b.低维物理c.半导体
d.超导体e.微结构f.计算凝聚态物理
光学：
量子光学与量子信息b.原子光学c.激光和光谱学
d.全息及光学信息处理e.布里渊散射及应用
电磁场理论
物理教育专业
物理教育研究主要探讨那些问题呢？物理教育是一个很大的范畴，要讨论的内容很多，要深入地研究它似乎有无从下手之感。对于一个没有多少教学经验的人来说就更是如此。下面的线索将有助于我们理清思路。
其实，物理教育涉及的范围虽宽、但总的说来，切入问题的角度都离不2W＋2H。其中的2W表示Why(为什么教？)和What(教哪些？)，2H表示Howtoteach(怎样教？)和Howtoevaluate(怎样评价？)
研究为什么教，要解决的是物理教育思想或者说物理教育目的问题；
研究教哪些，要解决的是物理教育内容的问题；
研究怎样教，要解决的是物理教育方法的问题；
研究怎样评价，要解决的是如何有效地测量物理教育活动达到教育目标的程度。
物理教育问题千变万化、研究的热点也不时地转移，但都离不开以上的范围。
a.物理课程与教学b.物理实验设计与教学c.物理教育与心理发展
d.物理教育技术e.物理教育与科学发展
凝聚态物理学：
凝聚态是核子数N>1.0*的原子.分子.离子集合体的总数。凝聚态包括：
（１）固体；（２）液体：包括常规液体和有序液体如液晶，其特点是：原子（离子.分子）间在一定范围内可相对运动（流动），但相互作用把它们凝聚成整体；（３）气体：中性气体.等离子体（电离气体）。
凝聚态物理学：研究凝聚态的力.热.电磁.光学性质，解释其规律并加以利用的新的凝聚态的科学。
凝聚态理论：凝聚态理论用基于量子电动力学（QED）的量子多体理论计算凝聚态的电磁.光学.热学.力学等性质，揭示其规律，从而设计.创造出具有所需性质的新的凝聚态。
凝聚态理论的发展历程：
气体分子运动论—→Femi气体理论→液体理论（Femi,Landau）→流体动力学→固体量子论→凝聚态理论的现阶段。
以上以固体量子论和晶体量子论最为成熟。
除固体.液体.气体相外，新有序相如：
i.金属氢
ⅱ.重电子金属（重费击子系统）
ⅲ.氧化物高温超导体：
凝聚态物理学的另一领域——等离子体物理学
等离子体：指大量原子电离后，由离子和电子组成的中性气体。
等离子体的特点：具有很强的电磁相互作用，很强的：电子——电子.电子——离子.离子——离子相互作用，电子离子与电磁波强耦合。
等离子体物理的基本问题：
①各种离子的平衡态性质.
②各种等离子体波和非线性集体激发的不稳定性.
③等离子体电磁辐射.
④非平衡绝缘过程，物质.电荷.能量的输运等.
等离子体物理研究的新领域：
非中性等离子体物理
强耦合等离子体物理
非线性等离子体物理
激光等离子体物理
高能等离子体物理
聚变等离子体物理
空间和天体等离子体物理
低温等离子体物理（温度在几十万度以下）
软凝聚态物理：
以复杂流体.液晶.多层膜.蛋白质的折叠为研究对象。
原子-----分子物理学
原子结构与原子动力学
原子物理学有三个主要的研究分支：
①物理学基本定律的检验。即相对论.量子论以及粒子物理标准模型的高精密度检验.
②原子的结构及其与光的相互作用.
③原子与原子.电子.离子碰撞和相互作用的动力学.
原子结构：原子结构指原子中电子的量子运动——是复杂的量子多体问题。
具体的内容：①原子光谱的研究——了解原子的结构.
②强电磁场中的原子：强电磁场扰动了原子自身的库仑场，从而改变了体系原有的对称性，形成新的动力学对称性。从而使体系中出现：原子库仑场和外界电磁场共同支配下的新的结构和运动形式。
③多电子动力学.
…
原子结构的问题：就是用QED效应处理多电子问题。
原子动力学：研究原子碰撞.相互作用引起的变化和反应的过程与规律，并用碰撞和反应截面（几率）对过程加以描述。
原子结构研究的是定态和束缚态。
碰撞.散射与反应动力学研究的是顺态、非结合态和非束缚态。
分子结构与分子动力学
分子物理学的任务：了解基本分子的行为，包括对分子结构与分子碰撞和反应动力学的研究。
分子物理学：跨越物理学和化学两个学科，是物理通向化学的桥梁。
分子物理学研究的主要方面：激光光谱技术.分子束技术。
分子结构：
研究分子结构的目标：对分子中三种量子运动有详细的了解（包括：分子中电子的量子运动，分子中原子核的振动和转动，而电子运动又包括单电子运动和多电子的关联运动，振动和转动涉及核的集体运动）。
分子碰撞和反应动力学：
人们用皮秒（s）和飞秒（s）激光脉冲技术与分子束技术研究碰撞过程的规律。
光学
激光光谱学：
超精密激光光谱学
超灵敏光谱学——利用强激光共振，可激发和控制到单个原子，利用物质对激光的吸收谱，可测出微量物质。
激光致（制）冷：到mK以下.
量子光学：
控制原子的激发和光子的统计性质，产生新型相干态（属非强激光）；
研制光学双稳器件与光学逻辑元件；
研究原子与超强激光相互作用等非线性光学现象。
飞秒激光谱学：
可用于追踪分子振动.转动.非平衡.化学反应等过程。
强激光：
激光核聚变：靠激光产生的高温.高压缩.超强电场引发的加速和碰撞效应，达到核聚变的条件。
非线性光学：
自聚焦.倍频.频率上转换.电光效应…
纤维光学
原子核物理学
原子核构成了宇宙已知总质量的99.9%。
核物理学研究：原子核的结构.性质和变化规律的科学。
研究的内容：①原子核的基本性质
②核衰变
③核结构
④核反应
⑤核裂变
⑥核聚变
核物理的两个前沿领域：
重离子核物理——为合成新元素开辟途径
高能核物理——与研究物质的下一个层次联系，发展成为离子物理学.
基本粒子物理学与量子场论
基本粒子物理学研究：时间.空间.物质的基本属性，及物质的基本组元和它们的基本相互作用的科学。
基本粒子物理学追求物质世界及其运动规律的统一性。
基本粒子的探测以获得极精确的信息，需借助具有极高能量的粒子探针方可。因此也称为高能物理学。
研究基本粒子物理学的主要方面：
高能加速器宇宙线.
基本粒子物理学和量子场论的内容：
包含在基本粒子的标准模型及其应用中，标准模型由以下三种理论组成：
量子电动力学（QED）
量子弱电统一理论(QWED)
量子色动力学（QCD）
把以上三种相互作用的规范场理论统一起来的规范理论叫做大统一理论（GUT）
广义相对论天体物理学与宇宙学
研究具有层次结构的宇宙，其不同层次结构的背后所隐藏着的物理学规律和天体宇宙学规律。
天体物理学研究的目的；利用已知的物理学定律对各层次的天体作出统一的描述。
宇宙学：研究宇宙的整体结构，大尺度结构，半径，宇宙的演化（过去.现在.未来），宇宙的年龄，支配宇宙运动的物理归。
现代宇宙的四大基石：
哈勃膨胀与哈勃定律.1929年.Hubble提出.U=H。d
微观背景辐射（3K背景辐射）
1964年5月.贝尔实验室：彭齐亚斯..威尔逊.
轻元素的合成：观测所的宇宙各处He的丰度24%
1964年理论计算He的丰度23%~25%
（4）宇宙的年龄：大爆炸宇宙论的预测与古老天体的观测吻合
广义相对论与宇宙模型
广义相对论是标准宇宙模型的理论基础。
大爆炸宇宙学认为：
宇宙产生于150亿年前的高温高密度火球的一次大爆炸，其后的演化过程是：
s(PlanckTime):引力量子化，四种相互作用大统一.
s发生最初爆炸（涨），大统一终结，强力与弱力分离.
s暴涨结束，宇宙从m迅速膨胀到0.1m，然后逐渐膨胀到现在的m
s弱力与电磁力分离，宇宙较平衡.
~s宇宙元素的原始初合成.
s宇宙从以辐射为主转变成以物质为主，电子与原子核结合成原子.
s星系恒星行星开始形成.
s现在，星系继续运行，宇宙温度继续下降，宇宙的膨胀仍在进行。
暗物质与暗能量：
1937年，科学家（Zwicky）从星系团中发现暗物质，暗物质决定了宇宙尺度的结构，星系与星团的形成.演化与命运。
近年来，天文学的惊人发现是宇宙在加速膨胀，宇宙加速膨胀预示着宇宙中大量暗物质能量的存在。
有人把暗物质比做20世纪和21世纪天文学和物理学理论“暗空”上的“乌云”。对暗物质和暗能量的解释构成了对天体物理学.宇宙学和基本粒子物理学的最大挑战。
据预测，宇宙中有70%以上的物质是暗物质。
21世纪，只有天体物理学，宇宙学，粒子物理学的密切结合，才有解决世纪性的科学难题：
类星体能量的来源.
暗物质暗能量和黑洞的性质及蕴涵的基本物理学定律.
宇宙的产生.演化和结构的形成.
宇宙加速膨胀及其归宿.
三、物理学与高科技
1.基于相对论和Q.M的各分支学科，产生了20世纪的新技术。
核物理与粒子物理→原子弹.氢弹.核武器技术核能.核技术发展.
半导体（凝聚态物理）物理→晶体管.集成电路.计算机技术.信息与通信技术发展.
量子光学→激光技术.光子通讯.光子工程的基础.
原子分子物理.材料科学.量子化学→人工新材料产生.
天体物理学.宇宙学→宇航科学技术的发展.
2.21世纪物理与高科技
介观物理.量子信息——信息技术
等离子体.强激光物理——聚变能源技术
原子物理.凝聚态物理——功能材料制造技术
纳米科技.介观物理——MEMS（微米机电系统）.NEMS（纳米机电系统）
量子化学.量子生物学——基因工程
相对论.天体物理——宇航与太空开发
四.物理学与自然科学
1.物理学与化学
有人说：化学是分子.原子水平上的物理学.
2.物理学与生命科学
有人说：生物学是大分子集团的物理学.
DNA.1953年[英]物理学家.克里克和[美]沃森博士从理论上揭示了DNA的双螺旋结构，并用X射线实验证实了DNA的结构。
