国际物理研究论文

摘要：物理是一门历史悠久的自然学科。随着科技的发展，社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域； 物理学存在于物理学家的身边；物理学也存在于同学们身边；在学习中，同学们要树立科学意识，大处着眼，小处着手，经历观察、思考、实践、创新等活动，逐步掌握科学的学习方法，训练科学的思维方式，不久你就会拥有科学家的头脑，为自己今后惊叹不已的发展，为今后美好的生活打下扎实的基础。 关键词：物理 渗入 人类生活 各个领域 存在 物理学家 同学们 身边 科学意识 科学学习方法 科学思维方式1物理学对人类文明的贡献:在人类在几百万年的历史长河中,文明社会数千年里程中只是缓慢地前进,到最近几个世纪却发生如此翻天覆地的变化呢 回顾300多年来从哥白尼开始,从牛顿力学到现代物理学发展,对照联合国大会关于国际物理年的决议,结论是很清楚的:物理学做出了重要的贡献,物理学的发展使人类认识了自然界,是物理学为技术的发展提供了理论基础和思想源泉,是物理学发展了现代人类文明.如果我们做一个简要的回顾: 是物理学推动了人类历史上两次工业革命. 1687年,牛顿奠定经典力学的基础 .1750年,蒸汽机,纺织机械发明.1804年,蒸汽火车出现在欧洲大陆.——以动力革命为推动的工业革命, 形成了规模化生产,铁路的发展形成了更大的市场.没有经典力学和热力学的发展,就不会有一代一代热机的改进和发展,不能创造出汽车,火车,飞机,不能有火箭和人造卫星以实现飞离地球,奔向太空探索的梦想. 1831年,法拉第"电磁感应"奠定了机械能转化为电能的基础:1840年,焦耳"能量守恒定律",揭示了各种不同形式之间转化的规律.形成了第二次工业革命.第二次产业革命本质上就是电力技术革命,是用大规模电气化生产替代以蒸汽机和内燃机为动力的规模工业化生产.没有电磁感应理论,就没有电力技术. 1895年,贝克内尔发现放射性,人们开始进入物质的分子,原子,原子核内部;1900年,普朗克提出量子论;1905年,爱因斯坦提出相对论力学,十年后又提出"广义相对论". 1944年,原子弹试验成功;1948年,维那,香农"信息论,控制论,系统论".——出现核武器,核发电,信息科学和自动化理论和应用,人类社会进入成熟工业化. 建立在物理学重要分支电子学基础上,1946年电子管计算机ENIAC诞生,数字技术出现;1948年,Bell Lab发明了二极管;1958年,第一块集成电路出现;1978年,微计算机8086出现;1995年,Internet开通.———信息技术经过50年的助跑,进入高增长的辉煌时期.由信息技术带动一系列高技术兴起,知识经济和经济全球化初见端倪.电子技术,激光技术,超导技术,微电子技术,信息技术,纳米技术等划时代技术革命,构筑起了雄伟,壮丽的现代科技大厦. 物理学的贡献还不止如此,物理学一些相邻较远的科学也产生了重大的影响."生命是什么" 生命科学的初期,是以观测,解剖,分析为主要手段的科学,物理学为生命科学提供了越来越精细的观测手段,直到进入分子水平.开始介入到生命的本质. "人类基因组"启动,借助了大量的分析,测量,计算工具都是物理学的成果.从生命科学的产生历史,当今的现实和今后的发展,无可争议地表明,离开物理学理论和实验方法,手段,离开物理学家直接投入和共同努力,生命科学的发展将遭遇不可克服的困难. 现代生态学,地理学,借助于物理学对地球看到更早,更高,更远,更精细.显微镜,光学和射电望远镜这些来源于光学,电子学原理的仪器已经成为常规观测手段.这是物理学方法对现代生态学,地理学,古人类学,历史学的重要贡献.而现代3S技术(Remote Sense System,Global Positioning System,Geography Information system)可以从空间对地球上的环境和生态的变化进行从厘米波段电磁波到X射线,红外,多波段的定量扫描和观测,使生态学,地理学,地质学进入了自己全新的辉煌时期. 物理学对近代技术的贡献也是直接的,没有量子力学的创立,就没有固体电子理论和半导体物理学,就不能创造出晶体管,集成电路,因而就没有现代信息技术.类似的例子还很多:"没有激光物理,就没有激光照排为基础的现代化出版业";"没有物理学,就没有电视,广播,网络"等. 建立在基因研究基础上的生命科学,本身就是物理学家和生物学家携手共同努力的伟大创举.现代医学的诸多诊治方法,如X光,B超,CT,核磁共振r射线,激光刀等都是直接应用现代物理学的成果. 物理学不断追求的前沿问题,带动人类不断前进和走向未来.已经形成一种不断追求真理的物理文化.已经成为我们人类不断发展向上的思想体系的一部分. 2生活中的物理:物理是一门历史悠久的自然学科.随着科技的发展,社会的进步,物理已渗入到人类生活的各个领域; 物理学存在于物理学家的身边;物理学也存在于同学们身边. 物理是一门历史悠久的自然学科,物理科学作为自然科学的重要分支,不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用,而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响.从亚里士多德时代的自然哲学,到牛顿时代的经典力学,直至现代物理中的相对论和量子力学等,都是物理学家科学素质,科学精神以及科学思维的有形体现.例如,光是找找汽车中的光学知识就有以下几点:1. 汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜:利用凸镜对光线的发散作用和成正立,缩小,虚像的特点,使看到的实物小,观察范围更大,而保证行车安全. 2. 汽车头灯里的反射镜是一个凹镜:它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的.3. 汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩:汽车头灯由灯泡,反射镜和灯前玻璃罩组成.根据透镜和棱镜的知识,汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体.在夜晚行车时,司机不仅要看清前方路面的情况,还要还要看清路边持人,路标,岔路口等.透镜和棱镜对光线有折射作用,所以灯罩通过折射,根据实际需要将光分散到需要的方向上,使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物,同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射,以便照明路标和里程碑,从而确保行车安全.4. 轿车上装有茶色玻璃后,行人很难看清车中人的面孔:茶色玻璃能反射一部分光,还会吸收一部分光,这样透进车内的光线较弱.要看清乘客的面孔,必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面.由于车内光线较弱,没有足够的光透射出来,所以很难看清乘客的面孔.5. 除大型客车外,绝大多数汽车的前窗都是倾斜的:当汽车的前窗玻璃倾斜时,车内乘客经玻璃反射成的像在窗的前上方,而路上的行人是不可能出现在上方的空中的,这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来,司机就不会出现错觉.大型客车较大,前窗离地面要比小汽车高得多,即使前窗竖直装,像是与窗同高的,而路上的行人不可能出现在这个高度,所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆.再如下面一个例子五香茶鸡蛋是人们爱吃的,尤其是趁热吃味道更美.细心的人会发现,鸡蛋刚从滚开的卤汁里取出来的时候,如果你急于剥壳吃蛋,就难免连壳带"肉"一起剥下来.要解决这个问题,有一个诀窍,就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会,然后再剥,蛋壳就容易剥下来. 一般的物质(少数几种例外),都具有热胀冷缩的特性.可是,不同的物质受热或冷却的时候,伸缩的速度和幅度各不相同.一般说来,密度小的物质,要比密度大的物质容易发生伸缩,伸缩的幅度也大,传热快的物质,要比传热慢的物质容易伸缩.鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白,蛋黄组成的,它们的伸缩情况是不一样的.在温度变化不大,或变化比较缓慢均匀的情况下,还显不出什么;一旦温度剧烈变化,蛋壳和蛋白的伸缩步调就不一致了.把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里,蛋壳温度降低,很快收缩,而蛋白仍然是原来的温度,还没有收缩,这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处.随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩,而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了,这样就使蛋白与蛋壳脱离开来,因此,剥起来就不会连壳带"肉"一起下来了. 明白了这个道理,对我们很有用处.凡需要经受较大温度变化的东西,如果它们是用两种不同材料合在一起做的,那么在选择材料的时候,就必须考虑它们的热膨胀性质,两者越接近越好.工程师在设计房屋和桥梁时,都广泛采用钢筋混凝土,就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样,尽管春夏秋冬的温度不同,也不会产生有害的作用力,所以钢筋混凝土的建筑十分坚固. 这样的例子举不胜举,物理是一门实用性很强的科学,与工农业生产,日常生活有着极为密切的联系.物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象. 物理学存在于物理学家的身边.勤于观察的意大利物理学家伽利略,在比萨大教堂做礼拜时,悬挂在教堂半空中的铜吊灯的摆动引起了他极大的兴趣,后来反复观察,反复研究,发明了摆的等时性;勇于实践的美国物理学家富兰克林,为认清"天神发怒"的本质,在一个电闪雷鸣,风雨交加的日子,冒着生命危险,利用司空见惯的风筝将"上帝之火"请下凡,由此发明了避雷针. 身边的事物是取之不尽的,对与现实生活联系很紧密的物理学科来说,更是时时会用到的,用身边的事例去解释和总结 物理规律.只要时时留意,经常总结,就会不断发现有不少的物理知识.今天,人类所有的令人惊叹不已的科学技术成就,如克隆羊,因特网,核电站,航空技术等,无不是建立在早年的科学家们对身边琐事进行观察并研究的基础上的.在学习中,同学们要树立科学意识,大处着眼,小处着手,经历观察,思考,实践,创新等活动,逐步掌握科学的学习方法,训练科学的思维方式,不久你就会拥有科学家的头脑,为自己今后惊叹不已的发展,为今后美好的生活打下扎实的基础.参考文献：郭奕玲 ，沈慧君，《物理学史》，清华大学出版社 郭奕玲 等，《物理实验史话》，科学出版社

物理学研究宇宙间物质存在的各种主要的基本形式，它们的性质、运动和转化以及内部结构；从而认识这些结构的组元及其相互作用、运动和转化的基本规律。地学和生命科学都是自然科学的重要方面，有重要的社会作用，但是像地球这样有生物的行星在宇宙中却是少见的，所以地学和生命科学不属于物理学范围。当然，物理学所发现的基本规律，即使在地球现象和生命现象中，也起着重要作用。 物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。人对自然界的认识来源于实践，而实践的广度和深度有着历史的局限性。随着实践的扩展和深入，物理学的内容也不断扩展和深入。新的分支学科陆续形成；已有的分支学科日趋成熟，应用也日益广泛。早在古代就形成的天文学和起源于古代炼金术的化学，始终保持着独立的地位，没有被纳入物理学的范围。在天文学和物理学之间、化学和物理学之间存在着密切的联系，物理学所发现的基本规律在天文现象和化学现象中也起着日益深刻的作用。 客观世界是一个内部存在着普遍联系的统一体。随着物理学各分支科学的发展，人们发现物质的不同存在形式和不同运动形式之间存在着联系，于是各分支学科之间开始互相渗透。物理学逐步发展成为各分支学科彼此密切联系的统一整体。物理学家力图寻找一切物理现象的基本规律，从而去统一地理解一切物理现象。这种努力虽然逐步有所进展，使得这一目标有时显得很接近；但与此同时，新的物理现象又不断出现，使这一目标又变得更遥远。看来人们对客观世界的探索、研究是无穷无尽的。以下大体按照物理学的历史发展过程来叙述物理学的发展及其内容。物理学是研究自然界基本规律的科学.它的英文词physics来源于希腊文，原义是自然，而中文的含义是“物”（物质的结构、性质）和“理”（物质的运动、变化规律）.中文含义与现代观点颇为吻合.现代观点认为物理学主要研究：物质和运动，或物质世界及其各部分之间的相互作用，或物质的基本组成及它们的相互作用.物质可以小至微观粒子——分子、原子以至“基本”粒子（elementaryparticles）.所谓基本粒子，顾名思义是物质的基本组成成分，本身没有结构.然而基本与否与人们的认识水平以及科学技术水平有关，因此对“基本”的理解有阶段性.有鉴于此，物理学家简单地称之为“粒子”.有时为了表达认识的层次，我们仍然可以说：“现阶段的基本粒子为……”.当前我们认为基本粒子有轻于（lepton）、夸克（quark）、光子（photon）和胶子（gluon）等等.科学家们正在努力寻找自由夸克.此外，分数电荷、磁单极也在寻找之列.我们周围的物体是物质的聚集状态.人们可以用自己的感官感知大多数聚集状态的物质，并称它们为宏观（macroscopic）物质以区别前面所说的微观（microscopic）粒子.居间的尺度是介观（mesoscopic），而更大的尺度是宇观（cosmological）.场（field）传递相互作用，电磁场和引力场就是例子.在物理学的范围内，物质的运动是指机械运动、热运动、微观粒子的运动、原子核和粒子间的反应等等.运动总是发生在一定的时间和空间.时间和空间首先是作为物质运动的舞台，但最后也成了物理学研究的对象.现在知道物质之间的相互作用有四种，即万有引力、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用.爱因斯坦（，1879—1955）生前曾致力于统一场论的工作，试图用统一的理论来描述各种相互作用.在60年代，走向统一有了突破性的进展.格拉肖（）、温伯格（）和萨拉姆（）等人发现弱相互作用和电磁相互作用可以统一，用弱电相互作用（electroweak）来描述.鲁比亚（1983[1]，）等提供了实验支持.大统一理论（Grand Unification Theory，GUT）试图将强相互作用也统一进去，而超对称理论更企图将引力也纳入其中.还有人在寻求其他的相互作用.对此，在Physics Teacher期刊上曾有一篇文章题为“存在第五种基本力吗？”专门讨论这一命题[6].在高级的理论中，相互作用只不过是交换物质，如电磁作用交换光子、强作用交换胶子.物理学的一个永恒主题是寻找各种序（orders）、对称性（symmetry）和对称破缺（symmetry-breaking）[10]、守恒律（conservation laws）或不变性（invariance）.物质的有序状态比我们想象的要广泛得多.除了排列整齐的位置序以外，还可以有指向序.超导态也是一种有序状态.对称性通常指静止的空间几何对称，如太极图、八卦、晶体中的平移和旋转对称.实际上，对称性还可以是动态的，可以是时间反演对称、物质—反物质对称以及更为抽象的规范对称等等.就物理学和其他科学的关系而言，我们可以说：·物理学是最基本的科学.·物理学是最古老、发展最快的科学.·物理学提供最多、最基本的科学研究手段.最基本的体现是在天文学、地学、化学、生命科学中都包含着物理过程或现象.在这些学科中用到不少物理学概念和术语是很自然的.最基本还意味着任何理论都不能和物理学的定律相抵触.例如，如果某种理论破坏能量守恒定律，那么这一理论就很成问题.当然，某些物理理论本身或一些阶段性的工作本身也是在不断地完善.19世纪中叶之前，物理学曾是完完全全的实验科学.力学中的理论问题被认为是数学家的事.19世纪末，在当时处于世界物理学中心的德国的大学里，开始设置理论物理学教授的席位.此后，随着人类的认识能力逐步深入，逐步深入到不能靠直觉把握的微观、高速、宇观现象，20世纪初建立了狭义和广义相对论，以及量子力学这些深刻的物理理论.到了20世纪中叶，物理学已经成为实验和理论紧密结合的科学.20世纪后半叶由于电子计算机的发展，既改变了理论物理的工作方式，也扩大了实验的涵义.目前物理学已经成为实验物理、理论物理、计算物理三足鼎立的科学.实验提供的条件比自然界出现的更富变化和更灵活可控，而物理理论则给出了对自然界的数学描述.计算物理学是重要的新分支，有自己独特的研究方法.计算机实验可以提供比通常的实验更为变化丰富和灵活控制的条件.不过通常需要用到超级计算机.物理学中最重大的基本理论有下面5个：·牛顿力学或经典力学（Mechanics）研究物体的机械运动；·热力学（Thermodynamics）研究温度、热、能量守恒以及熵原理等等；·电磁学（Electromagnetism）研究电、磁以及电磁辐射等等；·相对论（Relativity）研究高速运动、引力、时间和空间等等；·量子力学（Quantum mechanics）研究微观世界.后两个理论主要是在20世纪发展起来的，通常认为是现代物理学的核心.以上理论中没有一个被完全推翻过，也没有一个是永远正确的.例如，牛顿力学在高速情形下，应该用狭义相对论来代替；而对于强引力，它又偏离于广义相对论，但在它的适用范围内仍然是精确的.科学的理论总是要发展的，需要根据新发现的事实进行修正.在教科书中只介绍一种版本的做法很可能导致“理论是唯一的”这样的观念.事实上，理论决不是唯一的.科学理论往往在美学上令人赏心悦目，在数学上优雅而普适，但是仅仅有这些是决不可能流传下来的.理论和思想必须经受实验的检验和验证.物理学中的理论和实验在相互促进和丰富中得到发展.一个没有思想的实验工作者可以发现无穷无尽的事实，不过毫无用处.理论家如果不受实验检验这一约束也可能产生出极其丰富的思想，不过与大自然毫无关系而已.通常的科学研究方法是：·通过观测、实验、计算机模拟得到事实和数据；·用已知的可用的原理分析这些事实和数据；·形成假说和理论以解释事实；·预言新的事实和结果；·用新的事例修改和更新理论.上述的后3步都是关于理论的.以上所说的科学研究的步骤是常规的.有时候，有的人可能并不遵循这样的过程.常常直觉（intuition）或者预感（premonition）会起相当的作用.有时候，机遇（运气或偶然）对于成功也会起作用，使你获得一则重要的信息或发现一个特别简单的解.要学会在恰当的时机提出恰当的问题，并找到问题的答案.有时还必须忽略一些“事实”，原因是这些并不是真正的事实或者它们无关紧要、自相矛盾；或者是由于它们掩盖了更重要的事实或考虑它们使问题过于复杂化.据说，有一次有人问爱因斯坦：如果迈克耳孙-莫雷（Michelson-Morley）实验并不导致光速不变你怎么办？他说：他将忽略那些实验结果，他已经得到了结论，光速必须被认为是不变的.关于爱因斯坦1905年提出狭义相对论时是否知道迈克耳孙-莫雷实验，曾发生过长时间的争论.有人认为爱因斯坦在他的著作中没有留下他知道迈克耳孙-莫雷实验的丝毫痕迹，他可能纯粹通过理论推理和他们（迈克耳孙与莫雷）得出了相同的结论.爱因斯坦的首席传记作家培斯（Abraham Pais）筛选了许多历史记载，得出结论说，爱因斯坦确实知道这一实验.新近有一篇爱因斯坦在1922年的演说的英文翻译稿刊登在Physics Today上[8].此文是根据原来的德语演讲的日文记录整理、翻译的[见第九章参考文献（13）].译者让爱因斯坦“本人”表示，他知道这一实验.在大学物理的学习中，除了学习事实、定律、方程和解题技巧外，还必须努力从整体上掌握物理学.要了解各分支间的相互联系.现代观点认为，应该从整体上逻辑地、协调地来把握物理学.学习中，对于基本物理定律的优美、简洁、和谐以及辉煌应该有所体会，要学会鉴赏其普适程度，了解其适用范围.还要学会区别理论和应用，物理思想和数学工具，一般规律和特殊事实，主要和次要效应，传统的和现代的推理方式等等.

将物理学与日常生活联系起来 “新课改源于所有不愿意看到学生们在题海中苦苦挣扎的教师们的呼唤，是教师们的理想。但理想和现实之间是有距离的，这段距离间需要老师们脚踏实地去踏出一条路。新课改是源于许多教师大胆尝试出的优秀课的实践经验，所以它并不遥远。” 新教材：给学生学习提供更大选择空间 高中课改物理教材分为选修课和必修课两部分。选修课分为三个系列，“系列1”主要强调物理学的来源、意义和物理学使中人文内容，体现了学科的文化价值，在科学思想方法教育的同时渗透人文教育。“系列2”重于知识在实际上的应用，属于技术系列。“系列3”中既有系统的基础知识，同时也强调了物理学的文化价值以及在实践中的应用，多适用于理工类的学生。 在三个系列中，学生可以在各个系列间跳跃选择模块去学习，这样的设置给学生更大的选择空间，符合学生个性化学习的需求。“但是由于高考的形式所限，一般是文科选系列1、理科选系列3,随着高考的不断完善，学生的选择会更灵活。”王雁老师这样认为。 新课堂：物理学将与日常生活联系起来 物理教材的变化，教学也将随之变化。王雁老师以讲“匀变速直线运动规律的应用”课时的课堂情景为例子， 首先给学生放映了一段两辆汽车追尾的事故现场录像。“同学们猜猜看，造成追尾的原因可能是什么？”老师的提问，挑动起学生的兴趣。“肯定是司机睡着了！”“一定是超速驾驶！”同学的回答各有千秋。王老师再从汽车追尾事故的原因开始，让学生分析同学提出的几种可能：疲劳驾驶、刹车失灵等，再引导学生就位移、速度、加速度、时间之间的关系进行讨论。利用所学规律得出新的结论，并与交通法律和学科技成果“防撞器”相联系，将物理知识与生活紧密联系。 由此可见，新教材在教学上更利于落实“三维教育目标”，即知识与技能、过程与方法、情感态度价值观，突出了物理学的思维方法，让物理学源于生活走向实际，更多加大了理论与实际的联系，使学生对这门看似枯燥的科目产生极大的兴趣，调动学生的学习积极性。 另外，在新课本中还更多地引入了现代科技成果，如卫星定位系统就体现了物理教学的时代性。同时，这样的例子贴近学生的生活实际，便于学生理解。新教学：强调自主探究却不能形式化 新课程理念指导下的教学实施过程应是自主探究、合作交流和师生互动的过程。王老师认为，自主探究是源于一个问题，调动学生思维，解决问题的过程，在这个过程中要体现物理学方法的教学。“凡是学生自己能看明白的，老师就不该讲；凡是学生自己能得出结论的，老师就不该告诉；凡是学生自己能动手去做的实验，老师就不该代替学生去演示。”这是王老师对教学的一种看法。其实，探究过程不一定非有实验。从原知识通过推理得出新结论的过程也是探究。另外，验证结论也体现探究，寻找从出发点到终点的路径也可以是探索。非重点知识，也可以进行探究，因为教学目标不在是一维，过程与方法也是教学的重点。

2021年12月29日，中国科学技术大学朱俊发教授团队与西班牙Donostia国际物理研究中心、美国华盛顿大学和捷克科学院的研究人员合作，在J. Am. Chem. Soc.上发表了题为Chemisorption-Induced Formation of Biphenylene Dimer on Ag(111)的论文。 该论文报道了表面分子吸附构型对表面反应路径的影响和调控。同时系统地研究了产物联苯撑二聚体的化学结构和电子性质，证实了产物中四环和八环的反芳香性。 该论文的通讯作者是朱俊发（中国科学技术大学）、王涛（中国科学技术大学西班牙Donostia国际物理研究中心）、Jean-Sabin McEwen（美国华盛顿大学）；第一作者是曾志雯（中国科学技术大学）、郭德洲（美国华盛顿大学）。 自下而上的表面合成是表面科学领域近年的研究热点之一，它在合成功能分子和纳米结构方面展现出了巨大的潜力。然而，由于表面反应通常需要在超高真空的条件下进行，这使得在表面合成中催化剂的使用受到了很大的限制。因此该领域的一大重要挑战是如何有效地调控反应的路径以获得预期的产物。表面化学反应区别于溶液化学反应的一个重要因素是分子在表面的吸附，而活化的分子在金属表面的吸附行为可能会影响化学反应路径。 该工作中，研究人员发现具有相同骨架但不同官能团数目的两种前驱体分子2,2 -二溴联苯（DBBP）以及2,2 ，6,6 -四溴-1,1-联苯（TBBP）在Ag（111）表面表现出完全不同的反应路径，并分别高选择性生成了菱形的二苯并[e,l]芘多环芳烃和四八环掺杂的石墨烯纳米片，即联苯撑二聚体（图1）。文章结合低温扫描隧道显微镜，同步辐射光电子能谱和密度泛函理论计算，解释了其潜在的反应机理：分子在表面脱溴后，双自由基的DBBP分子可以被表面Ag增原子所稳定，形成金属有机二聚体。而四自由基的TBBP分子因其在Ag（111）表面的极度不稳定的吸附构型而自发发生分子内环化反应形成竖立吸附在表面的四环产物，并在进一步退火后最终形成联苯撑二聚体。该工作证明了可以通过调节分子在表面的化学吸附构型来调控表面反应的选择性。 此外，研究人员还结合化学键分辨的扫描隧道显微镜（BR-STM）、扫描隧道谱（STS）、以及芳香性计算（HOMA，NICS和ACID）对包含4n个电子的四元环和八元环的反芳香性提供了全面的分析。四元环具有明显的单键性质，因此降低了产物的共轭性，致使其能带隙较宽。同时，由于四元环的键约束，苯环的电子离域性即芳香性显著降低。这种键限制效应可以期望被应用在其他石墨烯和非苯类碳纳米结构中，以调节这些材料的电学、磁学性质和化学反应活性。 文章主要分为四个部分： 1. 在表面合成含四六八环的联苯撑二聚体 250K时，TBBP分子在Ag（111）表面保持完整。退火到300K，大部分分子脱溴并在表面自发发生分子内环化反应形成带自由基的四环产物并竖立在表面（图2）。进一步退火到400K，形成了金属有机二聚体（图3）。退火到540K，最终形成联苯撑二聚体（图3）。 2. 联苯撑二聚体的化学结构分析 通过化学键分辨的扫描隧道显微镜结合HOMA，NICS和ACID计算共同分析了该产物的键长和芳香性，证明了有机和计算化学中提出的该产物的键长交替结构，即四环保持单键的属性（图3）。 3. 联苯撑二聚体的电子结构分析 通过结合扫描隧道显微谱以及密度泛函计算分析了该产物的带隙、HOMO和LUMO的电荷密度分布等电子结构（图4）。成键轨道主要分布在苯环周围，反键轨道更多地分布于四环，进一步证实了之前提出的分子结构。 4. 反应机理分析 通过实验和DFT计算对比了DBBP和TBBP在Ag（111）表面的反应路径和产物，说明了两者反应选择性的差异是由于其不同的化学吸附构型导致的（图5）。 相关论文信息：

物理研究的是关于力的、声的、热的、光的、电的等现象。象折射、沸腾等。 呵呵呵，很唯象的解释 即是研究大自然，解开各个现象后面的秘密，联系；或者说 把自然界数学化，将数学运用到自然现象的描述，以帮助我们的理解，以及对自然界的利用什么是物理 ？这是一个十分基础的问题。翻开任何一本物理教科书，都不难找到这样的定义：物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学。但这只是对于物理这门科学在学术意义上的一种界定。而我们所面对的“物理”，它同时又是一门课程，于是就有必要从教育意义的层面上去进行一番再认识、再分析，以挖掘蕴含在其中的丰富内涵。 首先，物理是一门科学。 物理学是一门以实验为基础的自然科学，它是发展最成熟、高度定量化的精密科学，又是具有方法论性质、被人们公认为最重要的基础科学。物理学取得的成果极大地丰富了人们对物质世界的认识，有力地促进了人类文明的进步。正如国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会的决议《物理学对社会的重要性》指出的，物理学是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键性的作用：探索自然，驱动技术，改善生活以及培养人才。 上世纪初相对论和量子力学的建立，为物理学的飞速发展插上了双翅，取得了空前辉煌的成就，以致于人们将20世纪称誉为“物理学的世纪”。什么21世纪呢？有一种流行的说法：21世纪是生命科学的世纪。其实，这句话更确切的表述应该是：21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪。生命科学只有与物理相结合，才有可能取得更大的发展。 展望物理学的未来，充满着机遇与挑战。李政道先生在《物理的挑战》一文中，曾提出21世纪物理领域所面对的四大难题：为什么一些物理现象在理论上对称但实验结果不对称？为什么一半的基本粒子不能单独存在而且看不见？为什么全宇宙90%以上的物质是暗物质？为什么每个类星体的能量竟然是太阳能量的1015倍？这些问题极大地激励着人们不懈探索的勇气与热情。可以预见，一旦拨去这几朵笼罩在物理天空中的乌云，物理学将会展现出更加灿烂的前景。 其次，物理又是一种智能。 诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“如其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。 大量事实表明，物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；——这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。——反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族! 当今，物理学的触角已经伸向众多领域，并取得了越来越大的成就，以至我们很难再用传统的眼光去界分什么是物理学了。1995年在我国厦门举行了第十九届国际统计物理学大会，会上交流论文的涉及面十分广泛，诸如植物的花序、DNA药物系统、交通的流量、文字的存储等等，光看这些篇目，似乎都不太象是物理。什么，究竟什么是物理呢？几年前，美国《今日物理》杂志，曾就此问题向读者广泛征求意见。最后，他们推崇的答案是：物理学家所做的就是物理学。这话乍听似觉偏颇，其实不无道理。因为在今天看来，物理学更多的是体现出一种智能，“代表着一套获取知识、组织和应用知识的有效步骤和方法，把这套方法用到什么问题上，这问题就变成了物理学。”（赵凯华语） 再次，物理还是一种文化。 从广义来说，文化指的是人类历史实践过程中创造的物质财富和精神财富的总和。它包括科学文化和人文文化。同样地，物理学家在长期科学实践中所创造的大量物质产品与精神产品，也就构成了物理文化。物理文化是科学文化的重要组成部分。 大家知道，物理学是以实验为基础的科学，它的基本研究方式就是实践，因而在客观性上表现为“真”；物理学创造的成果最终是为了造福于人类，它在目的性上体现出“善”；另外，物理学还在人的情感、意识等多方面反映了“美”。正因为物理学本身兼具真、善、美的三重属性，我们完全有理由说，物理不仅是一种文化，而且是一种高层次、高品位的文化。 物理学是求真的。物理最讲究实证，物理学家在科学研究活动中最基本的态度就是实事求是，坚守“实践是检验真理唯一标准”的原则。正如物理学家费曼所说：“不论你的想法有多美，不论你什么聪明，更不论你名气有多大，只要与实验不符便是错了，简简单单，这就是科学”。可以说，物理学的发展史，就是一部不断修正错误、不断逼近真理的“求真”史。 物理学是从善的。物理学致力于将人从自然中解放出来，从必然王国走向自由王国，帮助人们不断认识自己，促使人的生活趋于高尚。这是物理学的价值取向和终极目标，因而物理学的本质是从善的；另外，物理学家的行为也是从善的。爱因斯坦曾这样评价居里夫人和以她为代表的杰出物理学家：“第一流人物对时代和历史进程的意义，在其道德方面，也许比单纯的才智成就更大”。他们那种严谨求实的态度、献身科学的精神，热爱人民的情怀等等，对于后人无疑是一份尤为珍贵的人文财富。 物理学是至美的。德国物理学家海森伯说过：美是真理的光辉；罗马哲学家普洛丁又说过：善是美的本原。由此，物理学因真而美、因善而美就是十分自然的了。物理的美属于科学美，主要体现于简单、对称和统一；对称则统一，统一则简单，它们构成了物理学的基本美学准则。 翻开物理学的篇章，可以发现到处都跳动着美的音符，体现了人们对美的追求与创造。仅以统一性为例。当代物理学的发展，正朝着两个相反的研究方向延伸：最宏大的宇宙与最微小的粒子。令人感到惊讶的是，随着研究的深入，它们两者并非是分道扬镳、越走越远，反倒显示出不少殊途同归、相反相成的迹象。例如，粒子物理学的一些研究成果常被天体物理学家所借鉴，用来探寻宇宙早期演化的图象；(正由于此，粒子物理学在某种意义上也被称为“宇宙考古学”。) 反过来，宇宙物理学的研究也为粒子物理学家提供了丰实的信息与印证。于是，物理学中两个截然相反的分支，就这般奇妙地衔接在了一起——犹如一条怪蟒咬住了自己的尾巴。 又如，英国物理学家狭拉克首先发现，在自然界的某些物理量之间存在着下列引人注目的关系： 宇宙半径/电子半径≈1040，宇宙年龄/强衰变粒子寿命≈1040， 氢核与电子的电力/氢核与电子的引力≈1040，…… 在上述比数中，宇宙这个最大的系统，与基本粒子这个最小系统之间，竟然珠联璧合达到了如此完美的统一，让我们再次领略到了物理世界的美，一种动人心弦的壮丽的美。正是这许多美不胜收的事例，激发起人们对大自然由衷的赞叹与敬畏，难怪爱因斯坦会说：“宇宙间最不可理解的，就是宇宙是可以理解的”。 通过以上分析，我们对于物理有了一个较为全面的认识：它既是一门科学，又是一种智能，更是一种文化。作为一名物理教师，能对自己所任教的物理作一番全方位的审视与剖析，这是十分必要的。一方面可使我们看到，物理原来有着如此丰富的的内涵，从而会更自觉、有意识的去挖掘和开发它的育人功能，全面提升教学质量；另一方面又使我们看到，物理原来有着如此美好的禀性，从而会更加钟爱物理，更有激情地去从事物理教学。我以为，只有真正热爱物理的物理教师，才能做到不仅教会学生理解物理、应用物理，而且还进一步引导他们去感悟物理、欣赏物理。 二、为什么教物理 这是一个看似简单却又十分根本的问题，要正确回答并非易事。笔者对此问题的认识，就经历过从“知识本位”到“学科本位”，最后又回归到“学生本位”这样一个曲折渐进的过程。 有很长一段时期，我都把物理教学的目标锁定在知识层面上，认为教物理就是要把物理知识尽可能多地传授给学生，以供他们今后一生的受用。因为我信奉“知识就是力量”。然而令人困惑的是，我们授予学生什么多的物理知识，其中不乏象“F=ma”这类极其重要的知识，但在他们往后的生活和工作中，却很少显示出有什么直接的功用。以至过了若干年后，许多学生把所学的物理知识几乎忘得一干二净，用他们的话说，“全部都还给老师了”。我为此感到深深的失落；但每当我向他们提出“高中三年岂不白读了”的反诘时，这些离开学校多年的学生，却又都会异口同声地作出否定的回答，一致认为高中阶段的学习，对于他们的成长起到了重要的奠基作用，可又说不清究竟是哪些具体知识所起的作用。我想，这大概好比晚饭，谁都不会否认吃饭对于生存的意义，然而谁又都说不清楚，吃了这顿饭究竟是在身上的什么地方长了块肉。 一位毕业已有二十余年的学生，曾与笔者聊起他“印象最深”的一堂物理课。原来那堂课讲的是重力势能。当时为了说明重力势能的相对性，我曾向学生提出过这样的问题：有人站在五楼的窗台上要往下跳，你说危险吗？开始大家都认为这太玩命了，后来仔细一琢磨，又全都乐了：你别往窗外跳，往窗里跳不就没事了吗？这位学生觉得这个例子特有意思，于是经久不忘；但问他该例说明了什么物理知识时，他说忘了。正当我面露憾色时，他紧接着的一番话却令人宽慰，他说：“这个例子使我懂得凡事都是相对的，从不同角度看会有不同的结果”。尽管这堂课所传授的物理知识，这位学生已经遗忘殆尽，但通过有关知识的学习而凝炼成的思想、方法等，却在他的心里铭刻上深深的印记。从这个意义上说，二十多年前的这堂物理课，对他不也是极有价值的吗？学生从高中毕业后，他们中的大多数可能将告别物理，所学的物理知识终究会被忘记，到那时再回头审视一下：物理教学留给他们的还有些什么呢？如果在他们的身上，体现不出物理所给予的才智与启迪，那将是物理教学的失败。由此看来，具体的知识通常只是作为教学的载体，在知识的背后还有更多值得我们去追求的东西。正如我国资深科学家钱伟长教授说的：“我在大学里学的是物理学，……. 以物理学为对象我学到了调查研究，收集资料，分析资料和逻辑思维的能力，物理学的知识有时是很有用的，但通过物理学学到的这些能力，比物理学知识更有用。”钱老在读书时就是通过“物理学”这个载体，获得了很多比物理知识更重要的能力。所以，那种将物理教学等同于物理知识教学的看法是偏面的，而以“知识本位”来确立物理教学目标取向的做法同样是短视的。 随着教学实践的深入，教师一般都会对自己所任教的学科日臻熟悉，从而格外钟爱。可能是受了这种职业情感的影响，我还一度把物理教学的目标，定位于“将尽可能多的学生培养成为物理学家或物理工作者”。尤其是当我从农村普通中学调入重点高中，面对的是一个个聪颖好学的学生时，这种愿望愈显强烈。但我不久就发现，其它学科的教师大概也出于各自的职业偏好，都对学生有着与我类似的期望。这样一来，大家自扫门前雪，各唱各的调，没能将各学科的分力凝聚成一股合力，实际效果当然就差强人意了。尤其令我沮丧的是，班上那些物理学习优秀的“得意门生”，日后直接从事物理专业的竟然也少之又少。正当我陷于迷惘之时，复旦大学原校长杨福家先生的一则事例给了自己极大的启迪。当年复旦大学曾对核物理专业的毕业生的去向做过一次调查，结果发现，只有不到十分之一的学生毕业后从事与核物理有关的工作，其余的都纷纷改行，活跃在金融、企业或行政等岗位上。对此，多数人都断言这是物理系的失败，而杨福家却认为这正是“复旦”的成功。因为，通过这四年本科的物理教育，使学生具备了良好的素质，为他们今后的发展打下了坚实的基础，于是毕业后都能很快适应各种不同领域的工作。这也印证了赵凯华先生的话：“一个人学了物理之后干什么都可以，他的物理没有白学。在我看来，对于学物理的人无所谓‘改行’……。” 经过上述曲折的认识历程，使我逐渐看清了物理教学最终目标的聚焦点，既不在知识的本位上，也不在学科的本位上，而应该落实在我们的教育对象——学生的本位上。 对于“为什么教物理”这个问题，也可以反过来设问：“如果我们不教物理，学生不学物理，将会对他们今后的发展留下那些缺憾？”一种显而易见的回答是，学生将因此学不到许多重要的物理知识。这话没错，但不够全面。因为除此之外，学生还将失去更为重要的，有关科学方法、科学精神等方面的培养与熏陶，从而最终影响他们的科学素养的提高。当前，物理已经深入到社会的方方面面，成为每一位有教养的公民都必须懂得的知识。对于大多数学生来说，他今天学习物理的目的，恐怕不是为了明天去进一步研究物理，而是有助于他去面对或决策所遇到的大量非物理的问题，为他们今后一生的文明、健康，高质量的生活奠定基础。正如《面向全体美国人的科学》一书中所说的：“教育的最高目标是为了使人们能够过一个实现自我和负责任的生活作准备。” 据此，对于“为什么教物理”这个问题，最确切的答案就是：为提高全体学生的科学素养而教。——这应该成为我们的物理教学观。 众所周知，生物基因对于生物进化有着非同小可的作用，极其细微的基因差异，往往会导致生物之间的巨大差别。受此启发，有不少社会学者正致力于寻求在人类文化传承与发展过程中，有着哪些最为核心的要素，从而提出了“文化基因”的概念，并将其定义为人类文化系统中的“遗传密码”。文化基因的核心是思维方式和价值观念。人类的进化比一般的生物进化更为复杂，它具有双重进化机制，除了生物基因进化机制外，还有文化基因进化机制。教育正是推动文化基因机制的重要途径。学校教育的要义，不只是文化现象的展示与诠释，而在于文化基因的传承和发展。物理教育当然也不例外。什么，蕴含在物理教学中的“文化基因”究竟有些什么呢？笔者以为主要体现为三个方面，即科学知识、科学方法和科学精神，因为这三者是构成科学素养最基本的要素。如果将科学素养比拟为一座金字塔，什么科学知识犹如塔基，科学方法就是塔身，科学精神则是塔尖。物理教学的最高宗旨，就是为了构建这座宏伟的科学素养之塔而添砖加瓦。换言之，物理教学的核心价值就在于促进学生实现三个转化：一是把人类社会积累的知识转化为学生个体的知识，使他们知识世界是什么样的，成为一个客观的人；二是把前人从事智力活动的思想方法转化为学生认识能力，使他们明白世界为什么是这样的，成为一个理性的人；三是把蕴含在知识中的观念、态度等转化为学生的行为准则，使他们懂得怎样使世界更美好，成为一个创造的人。