超导物理学史

开题报告

问题引入

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超导物理学史-开题报告-问题引入

学科开端

超导物理学史-开题报告-学科开端

研究背景

超导体的完全抗磁性

    1911年昂内斯在一次物理实验中第一次发现汞的超导现象，即汞在极低温度下电阻变为零。之后人们开始研究这一现象，研究方式主要分为两类：一类是通过实验发现更多在相对高温下的超导体以及超导体的性质；另一类则尝试建立理论体系来解释超导体的性质。
    比较著名的理论成果有1930到1950年建立的三个唯象理论，即对实验现象的概括和提炼。分别为London理论，pippard理论和G-L理论，他们都是在宏观上总结出的物理规律。之后1957年建立的BCS理论则给出了超导现象的微观解释，也是大多数人认可的一个理论体系。
    1986年的物理实验发现了可以比之前温度高出很多的超导材料。且由此引发出了BCS理论不能解释的高温超导现象。
    在此之后高温超导现象的微观解释还没有得到完全的统一，这些理论中主要有两大类：一类是对BCS理论的延续和修改；另一类是发展新的理论体系。第二类中一个有代表性的理论是1988年P.W. Anderson提出的共振价键理论（RVB理论），但其不足的是还没有可以被实验验证的预言。

研究目标

    通过研究超导物理学的发展探索该学科的主要研究方法及范式的确立和转变过程。

摘要

    超导物理是由实验为开端的学科，理论建立在实验的基础上，并用实验检验理论的合理性，之后再由理论出发用实验发现更多的超导体以及超导体的性质。
    唯象理论与BCS理论是宏观与微观的关系，前者只能总结规律，后者可以给出微观上的解释，后者的建立离不开前者的发现。

研究大纲

1.早期的观点
    在19世纪末20世纪初，对金属的电阻在绝对零度附近的变化情况，有不同的说法。一种观点认为纯金属的电阻应随温度的降低而降低，并在绝对零度时消失。另一种观点认为随着温度的降低，金属的电阻在达到一极小值后，会由于电子凝聚到金属原子上而变为无限大。
2.超导体及其性质的发现
  2.1.超导体发现的基础：低温技术的发展和突破
  2.2.超导体的发现：1911年，昂内斯在一次物理实验中第一次发现汞的超导现象，即汞在极低温度下电阻变为零。
  2.3.迈斯纳效应：1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现超导体的完全抗磁性，即“迈斯纳效应”
3.唯象理论
    通过对实验现象的概括和提炼，在宏观上总结出物理规律，用以发现更多在相对高温下的超导体以及超导体的性质。
  3.1.London理论
  3.2.pippard理论
  3.3.G-L理论
4.微观理论
  4.1.BCS理论：1957年建立的BCS理论给出了超导现象的微观解释，也是大多数人认可的一个理论体系。
5.高温超导现象
    1986年的物理实验发现了可以比之前温度高出很多的超导材料。并且由此引发出了BCS理论不能解释的高温超导现象。在此之后高温超导体的微观解释还没有得到完全的统一。
  5.1.对BCS理论的延续和修改
  5.2.新发展的理论： 1988年P.W. Anderson的共振价键理论（RVB），但还没有可被实验验证的预言
  5.3.铜氧化物高温超导体
6.超导体的主要应用
7.总结与展望：
  7.1.分析超导物理学科中实验和理论发展之间的关系
  7.2.展望
    7.2.1.理论上：期待新的微观理论体系的确立
    7.2.2.实验上：室温超导体

超导物理学与范畴论的联系

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范畴论中的三种箭头-来自老师的课件

    范畴论是抽象地处理数学结构以及结构之间联系的一门数学理论，以抽象的方法来处理数学概念，将这些概念形式化成一组组的“对象”及“态射”。
    我们可以根据范畴论的知识，将超导物理学发展历史中的各个范式看成是一个个“对象”，而不同范式之间的科学革命的过程就可以看成是“态射”的过程。每一次科学革命，都不是孤立的，而是有许多“联系”，但这种联系就是不同科学范式之间的“态射”。在本课程的研究中，我将试图找到超导物理学的每一个科学范式之间的“态射”。同时将每一次科学革命对应的“态射”视为另一种“对象”，寻找“态射”之间的“态射”。以超导物理学的各次科学革命为“对象”，以各次科学革命之间的“态射”作为一个大的范畴，重新梳理超导物理学的发展历程。

名词解释

·超导物理学
·超导体
·London理论
·pippard理论
·G-L理论
·BCS理论
·共振价键理论