本文目录
- 高中历史、物理的整体难易程度如何
- 什么是量子隧穿效应
- 想成为理论物理学家，高二的我应该做什么
- 如果高考前3个月物理界有重大发现，课本中知识被证伪，高考试卷及答案会不变吗
- 如何用最短的时间成为物理学家
- 理论物理与普通物理有哪些区别
- 光速是怎样计算出来的
- 高一下学期选的历史现在想转物理，并且在一个月内补上落下的物理，可行吗
高中历史、物理的整体难易程度如何
这应该是实行“3+1+2”方案的学生提出的问题！
物理和历史分别是理科和文科中最重要，也是最难学的学科！如果把物理和历史的难度比较，对于绝大多数学生来说，物理更难学！确实，高中物理对学生思维的广度、深度和逻辑性，对学生要求非常高，那些物理学的好的学生， 往往被认定为是“聪明”的学生！
然而，难学不一定难考！对于成绩较好的学生来说，物理比历史好学，好考！下图是我带的一个班的学生成绩，可以看出学生的物理成绩明显高于历史成绩。
物理虽然难学，但是理科透了，并不难考。而历史，虽然好学，但是属于“好学难考”类型的，这是因为：
1、历史的题目非常新：历史高考题讲究“三新”：新材料、新情景、新设问。也就是说你在高考题上见到的历史题，没有一个能在教材中找到答案的，也就是说你把教材背的再好，也不一定得高分，这是不是很悲催的事情？
2、历史的题目非常难：因为是大学教授出题，大学教授的特点是研究点小，出题深！比如这是一个宋史研究专家，他对宋史非常有研究，而高中生仅凭教材上那一点知识根本无法和大学教授的要求衔接起来，所以，即便他们觉着这是一个公认的观点，在学生看来都是新的，即便他们觉着非常简单，但是在高中生看来，都是非常难的。
3、历史主观性太强：作为人文学科，高考题无论是出题还是改卷，都有很浓的主观色彩。比如历史的非选择题，命题者制定的答案就是标准答案，他思考的角度可能和学生思考的角度不完全一样，所以学生能得分，但是不能得满分。有人说高考全国卷历史题的特点是“选择题总有两个选项拿不准；非选择题总有两个答案想不到”，所以，学生只能多写，而多写，在改卷中有可能再一次被压低分数，这就是为什么文综得分比理综低的原因。
上图是我今年一个学生的高考成绩，文综只有228分，如果她学理科的话，会是多少分呢？当然，因为文科分数都低，即便是这个分数，已经全省583名了，最后被中山大学录取。这里能说明一点：
物理虽然难学，但是历史一样难考！两科都不容易。你认为呢？
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什么是量子隧穿效应
简单地说，量子隧穿效应是指微观粒子可以穿过一堵比自己还高的墙。这是一种量子效应，用经典的观点可能很难理解。但结合量子力学中波动性的观点，用薛定谔方程可以很容易地解出来。
我们可以先想象一下经典的情况。如果面前有一堵墙，我们想翻墙而过，必须具有足够的能量跳过去。如果能量不够，我们是绝不可能出现在墙的另一面的。但在量子世界中，即使能量不够，我们也可以穿墙而过（而不是跃墙而过），这就是量子隧穿现象。当然这里的“我们“不能是宏观的物体，而是微观粒子。因为宏观物体隧穿的概率实在太小了，以致于根本不可能观察到。
图1. 经典力学和量子力学穿过能量势垒的不同方式
发现历史
量子隧穿的概念是在研究放射性的过程中发展出来的。早在1896年，法国物理学家贝克勒尔就发现了铀的放射性，后来居里夫妇进一步研究了这种放射性。他们因此一起分享了1903年的诺贝尔物理学奖。关于放射性当时一直有一个疑问。以最常见的α衰变来看，是从重原子核中放射出α粒子，即氦原子核。我们知道，原子核的核子（质子或中子）之间是通过强相互作用联系在一起的，核子怎么会挣脱强大的强相互作用逃逸出来呢？
到了20世纪，量子力学发展之后，物理学家逐渐认识到了微观粒子存在的不确定性和波粒二象性，为放射性的解释奠定了基础。1927年，洪特在计算双势阱的基态问题时首先注意到了隧穿现象。1928年，美国物理学家伽莫夫和另外两个科学家分别独立地发展了阿尔法衰变的理论解释。他们通过解方势垒的薛定谔方程，得出了粒子的隧穿概率，并进一步建立了衰变过程中发射出来的粒子能量和半衰期之间的关系。
后来在一次伽莫夫的报告上，玻恩意识到了隧穿现象的普遍性。他认为这种现象可能并不局限于核物理学，而是量子力学中一种比较普遍的现象。逐渐地，人们发现了各种各样的量子隧穿现象。著名的约瑟夫森结就是利用超导电子的隧穿过程制作而成的。
图2. 物理学家伽莫夫
物理图象
了解过量子力学的人应该对下面这些概念比较熟悉：海森堡不确定性原理，薛定谔方程，微观粒子的波粒二象性。根据经典的观点，粒子是不可能穿过能量比自己高的势垒的。但在量子力学中，由于粒子具有不确定性，即使粒子能量低于势垒能量，它也有一定的概率出现在势垒之外。而且粒子能量越大，出现在势垒之外的概率越高。
图3. 一个电子波包穿过一个势垒时的量子隧穿现象（图片来源于wiki:quantum tunneling）
应用：扫描隧道显微镜（STM）
我们在学高中物理时应该见过下面这幅图，这是一张典型的用STM扫描得到的图案。而STM就是利用量子隧穿的原理制作而成的。
图4. STM扫描得到的铜（111）表面的局域态密度图案
由于电子的隧道效应，金属中的电子并不是完全局限于严格的边界之内，也就是说，电子密度不会在表面处突然骤降为零，而是会在表面之外指数性衰减，衰减的长度量级大约为1nm。如果两块金属靠的很近，近到了1nm以下，他们表面的电子云就会发生重叠，也就是说两块金属的电子之间发生了相互作用。如果在这两块金属之间加一个电压，我们就会探测到一个微小的隧穿电流，而隧穿电流的大小和两块金属之间的距离有关，这就是扫描隧道显微镜（STM）的基本原理。实际的STM会将其中一块金属做成针尖，由于针尖可以做得很细很尖，通过移动针尖的位置，我们就可以探测到另一块金属的表面信息（表面的起伏、表面电子态密度等等）。
利用STM可以得到很多漂亮的图片，甚至我们可以利用STM来操纵原子。具体更深入的知识在此就不赘述了。
想成为理论物理学家，高二的我应该做什么
不耽搁你的学习时间，抓住重点简明扼要的回答。学科分类，物理、数学、力学是理科，理科是工科的基础，能把理科学好肯定是聪明人，理科光读本科显现不出来，至少要读研究生。你想成为物理学家，这是你的志向和抱负，非常好。高二你应该做什么，我觉得学好中学期间的课，考好高考是重点，才能有机会进入物理学科排前的名校去深造，如果有余力中学期间不妨参加物理方面的竞赛。理论物理学家是个远大的目标，立大志，更要有坚韧不拔的精神，期待你成为国之栋梁。
如果高考前3个月物理界有重大发现，课本中知识被证伪，高考试卷及答案会不变吗
你可能把一件如此大的事想的太简单。
首先课本上的知识都是无数大拿敲定过无数次的，后面的人都在此基础上探求更高的界限，基本上不可能推翻。
当然世事无绝对，如果真的有问题，那么从提出，到被证伪，绝对不是短时间就能敲定的，那将至少是2-3年以上的验证。
所以，假如你说的高考前夕只是提出了新的理论，那么那只会在顶级大拿之间流传，根本不会波及高考范围。如果高考前夕已基本验证无误，那离正式敲定还会有一段流程，也不会轻易更改。如果高考前夕已经官方宣布，你放心，前面这么大动静，考官出题基本上已经避开这些有争议的地方了。
最后，假如真的如你所说，高考前夕提出新的理论且在极短时间被证实发布，那么题目也不会更改，一是时间来不及，二是影响面太大，很难短时间把新理论落实到全国，三是其实对学生没太大影响，高考是对人才的选拔，是对人知识面
