理论：
所有原子的量子态都束聚于一个单一的量子态的状态被称为玻色凝聚或玻色-爱因斯坦凝聚。1920年代，萨特延德拉·纳特·玻色和阿尔伯特·爱因斯坦以玻色关于光子的统计力学研究为基础，对这个状态做了预言。2005年7月22日，乌得勒支大学的学生罗迪·玻因克在保罗·埃伦费斯特的个人档案中发现了1924年12月爱因斯坦手写的原文的草稿。玻色和爱因斯坦的研究的结果是遵守玻色-爱因斯坦统计的玻色气体。玻色-爱因斯坦统计是描写玻色子的统计分布的理论。玻色子，其中包括光子和氦-4之类的原子，可以分享同一量子态。爱因斯坦推测将玻色子冷却到非常低的温度后它们会“落入”（“凝聚”）到能量最低的可能量子态中，导致一种全新的相态。
一个单纯的三维的气体的临界温度为（气体处在的外部势能是恒定的）： ()2
32232c B n T m k πζ?? ?= ? ???
其中：T c 临界温度；n 粒子密度；m 每个玻色子的质量； 约化普朗克常数；k B 玻尔兹曼常数；ζ黎曼ζ函数：ζ(3 / 2) ≈ 2.6124.
发现 1938年，彼得·卡皮查、约翰· 艾伦和冬·麦色纳（Don Misener ）发现氦-4在降温到2.2开尔文时会成为一种叫做超流体的新的液体状态。超流的氦有许多非常不寻常的特征，比如它的黏度为零，其漩涡是量子化的。很快人们就认识到超液体的原因是玻色-爱因斯坦凝聚。事实上，康奈尔和威曼发现的气态的玻色-爱因斯坦凝聚呈现出许多超流体的特性。
最早的“真正”的玻色-爱因斯坦凝聚是康奈尔和威曼及其助手在天体物理实验室联合研究所于1995年6月5日制造成功的。他们使用激光冷却和磁阱中的蒸发冷却将约2000个稀薄的气态的铷-87原子的温度降低到170nK 后获得了玻色-爱因斯坦凝聚。四个月后，麻省理工学院的沃尔夫冈·克特勒使用钠-23独立
地获得了玻色-爱因斯坦凝聚。凯特勒的凝聚较康奈尔和威曼的含有约100倍的原子，这样他可以用他的凝聚获得一些非常重要的结果，比如他可以观测两个不同凝聚之间的量子衍射。2001年康奈尔、威曼和凯特勒为他们的研究结果共享诺贝尔物理奖。
康奈尔、威曼和凯特勒的结果引起了许多试验项目。比如2003年11月因施布鲁克大学的鲁道尔夫·格里姆、科罗拉多大学鲍尔德分校的德波拉·金和凯特勒制造了第一个分子构成的玻色-爱因斯坦凝聚。
与一般人们遇到的其它相态相比玻色-爱因斯坦凝聚非常不稳定。与外界世界的极其微小的相互作用足以使它们加热到超出临界温度，分解为单一原子的状态。因此在近时内不太可能为它们找到什么实际应用。
用于降低光速
虽然玻色-爱因斯坦凝聚很难理解也很难制作，但它们也有许多非常有趣的特性。比如它们可以有异常高的光学密度差。一般来说凝聚的折射系数是非常小的因为它的密度比平常的固体要小得多。但使用激光可以改变玻色-爱因斯坦凝聚的原子状态，使它对一定的频率的系数骤增。这样光速在凝聚内的速度就会骤降，甚至降到数米每秒。
自转的玻色-爱因斯坦凝聚可以作为黑洞的模型，入射的光不会逃离。凝聚也可以用来“冻结”光，这样被“冻结”的光在凝聚分解时又会被释放出来。
第六章 近独立粒子的最概然分布 教学目标：1. 理解玻色分布和费米分布。 2. 理解三种分布之间的关系。 授课方式：理论讲授。 教学重点：1. 分布与微观状态 2. 三种分布之间的关系 教学难点：非简并性条件 教学内容： 玻色分布和费米分布 上节课中已经求出了玻耳兹曼系统的最概然分布，本节将推导玻色系统和费米系统中粒子的最概然分布。现对费米分布推导如下 ： 对! !()!l F D l l l l a a ωω?Ω= -∏取对数得：().ln ln !ln !ln !F D l l l l l a a ωωΩ=---???? ∑ 1N ，若假设1l a ，1l ω可得到： ()()[] ∑----=Ωl l l l l l l l l D F a a a a ωωωωln ln ln ln .. 约束条件： l l a N =∑ ； l l l a E ε =∑。 为求在此约束条件下的最大值，使用拉格朗日乘数法，取未定因子为α和β则拉格朗日函数为：.ln ln 0l F D l l L l l a N E a a δαδβδαβεδω??Ω--=- ++= ?-?? ∑ 若令上式为零，则有：ln 0l l l l a a αβεω++=- ， 即 1l l l a e αβεω+=+。 上式给出了费米系统粒子的最概然分布，称为费米——狄拉克分布。 玻色分布的推导作为练习，请同学们课后自己推导。 三种分布的关系 1 、由： l l a N =∑ ； l l l a E ε =∑ 确定拉氏乘子a 和β的值。在许多实际问题中,也 往往将β看作由实验确定的已知参量而由： l l l a E ε =∑ 确定系统的内能.或将a 和β都 当作由实验确定的已知参量,而由：l l a N =∑ ；l l l a E ε=∑ 确定系统的平均总粒子数 和内能。
玻色—爱因斯坦凝聚体的腔光力学 【摘要】：在最近几年中腔光力学正经历着飞速的发展,成为了大量理论与实验研究的焦点。其中十分诱人的一项进展是使用原子玻色-爱因斯坦凝聚体取代被光压驱动的腔镜展示出各种腔光力学效应。而本文则设计了一个将凝聚体与腔镜结合在一起的混合腔光力学系统,试图通过这个系统把光学、腔量子电动力学、超冷原子物理、凝聚态物理、纳米技术、量子信息等学科交融在了一起来推动腔光力学的发展。本文的内容可根据原子与腔相互作用的不同区域而分成两个部分。当腔与原子的相互作用处于弱色散耦合区域时,腔内的驻波光场会使原子凝聚体感受到一个周期性的偶极势——光晶格,但凝聚体作为色散介质对腔场的影响却可以忽略不计。腔内光场的强度由于腔镜位置与光压之间的非线性耦合而具有双稳的性质,而这种双稳性质也同样反映在了光晶格的深度以及取决于这个深度的凝聚体多体基态上。同一个输入光强可以使腔内的凝聚体处于超流或者绝缘这两种迥然不同的状态,而对输入光进行特殊的时序控制,则可能实现凝聚体的双稳量子相变。尤其是在双稳切换点附近光场强度发生跳变时,原子凝聚体的动力学是本文的研究重点之一。当腔与原子的相互作用处于强色散耦合区域时,腔内的凝聚体被驻波光场激发出的动量边模能够等效为一个光压驱动的腔镜。而驻波场除了驱动凝聚体和腔镜外还像一个非线性的弹簧一样把两者连接起来形成一对非线性耦合振子。在适当的参量下,整个系统,无论是腔内光强,腔镜位置,还是凝聚体的激发都是
双稳的。我们发现在这个双稳区域附近,如果忽略系统的耗散,则其经典动力学能够展现奇异的哈密顿混沌行为。此外我们还在频率空间中分析了腔镜与凝聚体之间的量子关联,给出了两者之间实现纠缠的条件。【关键词】：玻色-爱因斯坦凝聚体腔光力学光学双稳量子相变混沌量子纠缠 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2010 【分类号】：O431.2 【目录】：摘要6-7Abstract7-9目录9-12第一章绪论12-221.1光压的故事12-141.2腔光力学14-161.3向量子区域迈进16-201.4本文内容安排20-22第二章腔光力学装置基本原理22-442.1光力学腔的经典模型22-292.1.1法布里-珀罗型光学腔23-252.1.2辐射压力的经典理论25-262.1.3单镜光力学腔26-282.1.4双镜光力学腔28-292.2光力学腔的非线性效应29-352.2.1稳态分析30-312.2.2动力学分析31-352.3光力学腔的量子模型35-442.3.1腔的输入输出理论36-382.3.2振子的量子布朗运动38-402.3.3辐射压力的本征模理论40-412.3.4单镜光力学腔的量子模型41-44第三章光晶格中的原子玻色-爱因斯坦凝聚体44-683.1稀薄原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚44-473.1.1无相互作用玻
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《从爱因斯坦到霍金的宇宙》期末考试（20）
一、 单选题（题数：50，共 1 哈勃常数 50.0 分）
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A、随时间的增加而变大 B、随时间的增加而减小 C、随距离的增加而增大 D、随距离的增加而减小 我的答案：B 2 以下哪项说法正确
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A、牛顿和惠更斯都支持光的微粒说 B、牛顿支持光的微粒说，惠更斯支持光的波动说 C、牛顿支持光的波动说，惠更斯支持光的微粒说 D、牛顿和惠更斯都支持光的波动说 我的答案：B 3 时序保护思想是谁提出的
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A、爱因斯坦 B、霍金 C、彭罗斯 D、朗道 我的答案：B 4 约翰·米歇尔在（）年提出了暗黑的概念。（）
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A、1783 B、1784 C、1785 D、1786 我的答案：A 5 最早记载牛顿和苹果故事的是
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A、伏尔泰 B、卢梭 C、霍布斯 D、胡克 我的答案：A 6 爱因斯坦方程又叫
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A、场方程 B、惯性方程
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C、非欧方程 D、引力方程 我的答案：A 7 以下哪位科学家没有和杨振宁共同做出过重大的科学成就
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A、米尔斯 B、巴克斯特 C、邓稼先 D、李政道 我的答案：C 8 肉眼可以看见的除太阳之外的最亮的恒星是哪一颗？（）
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A、牛郎星 B、织女星 C、天狼星 D、北极星 我的答案：C 9 第一次完成环球航行的航海家是谁？（） 1.0 分
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A、马可波罗 B、郑和 C、哥伦布 D、麦哲伦 我的答案：D 10 最早的超新星爆发记录是在中国的哪个朝代？（）
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A、商代 B、唐代 C、宋代 D、明代 我的答案：C 11 爱因斯坦提出相对论主要参考了哪个实验
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A、迈克尔逊实验 B、斐索实验 C、洛伦兹实验 D、庞加莱实验 我的答案：B 12 物理学家拉普拉斯是哪个国家的人？（）
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A、德国
2018超星从爱因斯坦到霍金的宇宙章节期末答案 相对论分为狭义相对论和广义相对论，它们都是关于（）的基本理论。最早使用“物理学”这个词的人物是谁？（） 中国奴隶社会比欧洲时间短，西方封建社会比中国时间短。（）欧几里得的学生是阿基米德的老师。（） 惯性定律认为物体在受任何外力的作用下，不会保持下列哪种运动状态？（）伽利略有许多成就，但不包括下面哪一项？（）牛顿出生于1642年，同年伽利略逝世。() 奥地利物理学家伽利略是近代实验科学的先驱者。（）焦耳是哪个国家的物理学家？（） 继发现热力学第一定律和第二定律后，有谁发现了“热力学第三定律”。（） 根据“热力学第零定律”，如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼根据双缝干涉实验，牛顿提出了光学上的“波动说”。（）与平衡热辐射实验值在长波和短波波段都吻合是哪条线?() 最早提出量子假说的物理学家是()。 量子论的产生来自于对黑体辐射问题的研究；相对论的产生则是源于迈克尔逊实验。() 普朗克立即赞同了爱因斯坦提出了光量子说。() 创立相对论的爱因斯坦在哪个国家上的大学？（）出生于德国的爱因斯坦是哪个民族的？（）数学家希尔伯特是闵可夫斯基的小学同学。() 爱因斯坦毕业于苏黎世大学时没有文凭。（）在攻读博士时，爱因斯坦毕业论文的主题是（）。c在质能方程E
1902-1909年期间，爱因斯坦曾在下面哪个单位任职？（）爱因斯坦的儿子获得过诺贝尔奖。（） 下面哪个原理可以说明“真空中的光速对任何观察者来说都是相同的”？（） 光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的，是下面那位物理学家通过实验证明的。（）“洛伦兹收缩”可以由“伽利略变换”所推出。（） 恒星若以v的速度运动，那么恒星发出光的速度则是c+v。（）太阳离我们最近，次至的恒星是（）。哪位物理学家提出“双生子佯谬”？（）“相对论”的结论包括下面哪些项？（） 在火车上的以0.9倍光速在运动，火车以0.9倍光速同方向运动，我们就会看到火车上的人速度超过光速许多物理学对相对论的产生都做了大量的准备工作，其中就包括以下哪位？（）曾独立地提出和洛伦茨变换一样学说的是哪位物理学家？（）杨振宁曾经对彭卡莱和洛伦兹做过（）的评论。贝索清楚自己没有为相对论的诞生做了什么。（）第一个获得诺贝尔物理学奖的人是谁？（）现代化学的元素周期律是谁发现的？（）谁最先找到了氢光谱的规律 创建电离学说的是瑞典物理学化学家阿累尼乌斯。（）居里夫人一生获得了两次诺贝尔物理学奖。（）构成原子的粒子不包括（）。 下列哪位物理学家提出了原子的西瓜模型？（） 提出“宇称不守恒”理论的科学家是李政道和杨振宁。（） 李政道和杨振宁的“宇称不守恒”理论被吴健雄通过实验证明是错误的。（）钱学森是下面哪一位的学生？（） 研究量子论的专家有很多位，但不包括（）。数学史上的三大作图难题包括（）。 波尔在德国波恩创立了哥本哈根理论物理研究所。（）薛定谔在（）岁时得出了波动方程。 没有在慕尼黑大学任职的是以下哪位？（）哪位科学家提出了物质波，即概率波？
玻色———爱因斯坦凝聚的研究 谢世标 (广西民族学院物理与电子工程系,广西 南宁 530006) 摘 要: 综述了玻色—爱因斯坦凝聚的由来、概念及其形成条件,并介绍了当前国内外玻色—爱 因斯坦凝聚研究的动态与进展及其前景展望。 关键词: 玻色—爱因斯坦凝聚;临界温度;激光冷却;磁陷阱 中图分类号: O469 文献标识码:A 文章编号:1003-7551(2002)03-0047-04 1 玻色—爱因斯坦凝聚的由来 我们知道,自然界中,粒子按统计性质分为玻色(Bose)子和费米(Fermi)子。自旋为整数的粒子,如光子、π介子和α粒子是玻色子,玻色子服从玻色—爱因斯坦统计;自旋为半整数的粒子,如电子、质子、中子、μ介子是费米子,费米子服从费米—狄拉克统计。1924年6月24日,30岁的印度物理教师玻色送一份手稿给爱因斯坦,试图不依赖经典电动力学来推导普朗克(黑体辐射)定律的系数8πν2/c3,办法是假定相空间最基本区域的体积为h3。爱因斯坦亲自把玻色的手稿译成德文,送去发表,并在文末加注说:“我以为玻色对普朗克公式的推导乃是一项重大进步,所用方法也将导致理想气体的量子理论”。爱因斯坦意识到玻色工作的重要性,立即着手这一问题的研究。他于1924年和1925年发表两篇论文,将玻色对光子的统计方法推广到某类原子,并预言当这类原子的温度足够低时,所有的原子就会突然聚集在一种尽可能低的能量状态,这就是我们所说的玻色—爱因斯坦凝聚。但在很长一段时间里,没有任何物理系统认为与玻色—爱因斯坦凝聚现象有关。直到1938年,伦敦(F.London)指出,超流和超导现象可能是玻色—爱因斯坦凝聚的表现,玻色—爱因斯坦凝聚才真正引起物理学界的重视。不过这两种现象都发生在强相互作用的体系中。超流液氦中只有10%的原子凝聚;超导与玻色—爱因斯坦凝聚的关系要经过电子的配对,涉及更复杂的相互作用。只有近理想或弱相互作用的玻色气体的玻色—爱因斯坦凝聚,才更易于同理论比较,但一直没有实验证实。在上个世纪五十年代,物理学家发展了很多弱相互作用玻色系统的理论,华人物理学家杨振宁、李政道和黄克逊在这方面做了很出色的工作。然而这些理论在1995年之前都没有得到很好的验证。 随着实验技术的发展,在上世纪80年代初,物理学家开始了在气体中实现玻色—爱因斯坦凝聚的尝试。终于在爱因斯坦理论预言之后的70年,于1995年在实验室看到了中性原子的玻色—爱因斯坦凝聚。7月13日,美国科罗拉多大学和国家标准局合办的实验天体物理研究所发布新闻说:在冷却到绝对温度170nk(毫微度)的碱金属铷(87Rb)蒸气中观察到了玻色—爱因斯坦凝聚。8月底,休斯顿市Rice大学的一个小组发表文章说在锂(7Li)中看到玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)的迹象。11月间,麻省理工学院宣布,在钠(23Na)蒸汽中实现了玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)。为此,科罗拉多大学和国家标准局实验天体物理研究所的美国科学家埃里克?康奈尔、卡尔?维曼和麻省理工学院的德国科学家沃尔夫冈?克特勒获2001年诺贝尔物理学奖。 2 玻色—爱因斯坦凝聚的概念 设在体积为V的容器中存在由N个同种玻色粒子组成的理想气体。理想玻色气体处于热平衡状态3 收稿日期:2002-07-08
物理学的开端：经验物理时期已完成成绩：分 【单选题】相对论分为狭义相对论和广义相对论，它们都是关于（）的基本理论。 A、引力和重力 B、时空和重力 C、时间和空间 D、时空和引力 我的答案：D得分：分 2 【单选题】提出“格物穷理”的是谁（） A、张载 B、陆九渊 C、朱熹 D、王阳明 我的答案：C得分：分 3 【判断题】 中国奴隶社会比欧洲时间短，西方封建社会比中国时间短。（） 我的答案：√得分：分 4 【判断题】欧几里得的学生是阿基米德的老师。（） 我的答案：√得分：分 伽利略与经典物理的诞生已完成成绩：分 1 【单选题】惯性定律认为物体在受任何外力的作用下，不会保持下列哪种运动状态（） A、匀速曲线 B、匀速直线 C、加速直线 D、加速曲线
我的答案：B得分：分 2 【单选题】伽利略有许多成就，但不包括下面哪一项（） A、重述惯性定律 B、阐述相对性原理 C、发现万有引力 D、自由落体定律 我的答案：C得分：分 3 【单选题】认为万物都是由原子构成的古希腊哲学家是谁() A、德谟克利特 B、毕达哥拉斯 C、色诺芬 D、亚里士多德 我的答案：A得分：分 4 【判断题】奥地利物理学家伽利略是近代实验科学的先驱者。（） 我的答案：×得分：分 经典物理的三大支柱：经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学已完成成绩：分 1 【单选题】继发现热力学第一定律和第二定律后，有谁发现了“热力学第三定律”。（） A、克劳修斯 B、开尔文 C、能斯特 D、焦耳 我的答案：C得分：分 2 【多选题】下列选项不属于经典物理学范畴的是（）。
A、万有引力定律 B、热质学说 C、量子论 D、狭义相对性原理 我的答案：B、C、D得分：25分 3 【判断题】根据双缝干涉实验，牛顿提出了光学上的“波动说”。（） 我的答案：×得分：分 4 【判断题】根据“热力学第零定律”，两个热力学系统彼此处于热平衡的前提条件是每一个都与第三个热力学系统处理热平衡。（） 我的答案：√得分：分 经典物理的局限与量子论的诞生已完成成绩：分 1 【单选题】物理学上用紫外灾难形容经典理论的困境，其具体内容指()。 A、维恩线在短波波段与实验值的巨大差异 B、瑞利-金斯线在短波波段与实验值的巨大差异 C、维恩线在长波波段与实验值的巨大差异 D、瑞利-金斯线在长波波段与实验值的巨大差异 我的答案：B得分：分 2 【单选题】与平衡热辐射实验值在长波和短波波段都吻合是哪条线() A、普朗克线 B、维恩线 C、瑞丽-金斯线 D、爱因斯坦线 我的答案：A得分：分 3
玻色-爱因斯坦凝聚及其研究进展 姓名：于超宇专业班级：201505080226 第1章前言 玻色-爱因斯坦凝聚实际是一类涉及原子分子物理学、量子光学、统计物理学和凝聚态物理学等相关物理学中许多领域的普通物理现象。1925年爱因斯坦根据玻色能量统计分布规律预言：当玻色系统的温度降低到一定程度，理想的全同玻色子会在动量空间最低能态上聚集，并达到宏观的数量。这就是玻色-爱因斯坦凝聚，而这种宏观数量级的原子凝聚在同一状态可视为一种新物态。这一物质形态具有的奇特性质，在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域都有美好的应用前景。全世界已经有数十个实验室实现了9种元素的BEC（玻色-爱因斯坦凝聚态）。主要是碱金属，还有氦原子，铬原子和镱原子等。而本论文着手于玻色-爱因斯坦凝聚现象的理论与凝聚态的应用，对当下最新研究进展与研究结果进行文献综述，介绍达成凝聚态的几种方式以及对凝聚态在芯片技术等方面的的应用进行介绍。 第2章玻色-爱因斯坦凝聚的研究历史 2.1 玻色-爱因斯坦凝聚的起源与发展 1924年印度物理学家玻色提出以不可分辨的n个全同粒子的新观念，使得每个光子的能量满足爱因斯坦的光量子假设，也满足波尔兹曼的最大机率分布统计假设，这个光子理想气体的观点可以说是彻底解决了普朗克黑体辐射的半经验公式的问题。可能是当初玻色的论文因没有新结果，遭到退稿的命运。他随后将论文寄给爱因斯坦，爱因斯坦意识到玻色工作的重要性，立即着手这一问题的研究，并于1924和1925年发表两篇文章，将玻色对光子(粒子数不守恒)的统计方法推广到原子(粒子数守恒)，预言当这类原子的温度足够低时，会有相变—新的物质状态产生，所有的原子会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，这就是我们所说的玻色-爱因斯坦凝聚现象。 1938年:FritzLondon提出液氦(He4)超流本质上是量子统计现象，也是一种凝
从爱因斯坦到霍金的宇宙期末考试题及答案 1“吾爱吾师，吾更爱真理”这句话是谁说的？（） A、苏格拉底 B、柏拉图 C、亚里士多德 D、色诺芬 正确答案： C 2 下列人物中最早使用“物理学”这个词的是谁？（） A、牛顿 B、伽利略 C、爱因斯坦 D、亚里斯多德 正确答案： D 3 “给我一个支点，我就可以耗动地球”这句话是谁说的？（） A、欧几里得 B、阿基米德 C、亚里士多德 D、伽利略 正确答案： B
4 “格物穷理”是由谁提出来的？（） A、张载 B、朱熹 C、陆九渊 D、王阳明 正确答案： B 5 相对论是关于（）的基本理论，分为狭义相对论和广义相对论。 A、时空和引力 B、时空和重力 C、时间和空间 D、引力和重力 正确答案： A 欧洲奴隶社会比中国时间长，中国封建社会比西方时间长。 正确答案：√ 7 阿基米德是欧几里得的学生的学生。 正确答案：√ 8 西方在中世纪有很多创造。 正确答案：×
伽利略与经典物理的诞生 1 以下不属于伽利略的成就的是（） A、重述惯性定律 B、发现万有引力 C、阐述相对性原理 D、自由落体定律 正确答案： B 2 “地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之运也”体现了什么物理学原理？（） A、相对性原理 B、惯性原理 C、浮力定理 D、杠杆原理 正确答案： A 3 哪位古希腊哲学家认为万物都是由原子构成的 A、亚里士多德 B、毕达哥拉斯 C、色诺芬 D、德谟克利特
正确答案： D 4 惯性定律认为物体在不受任何外力的作用下，会保持下列哪种运动状态？（） A、匀速曲线 B、加速直线 C、匀速直线 D、加速曲线 正确答案： C 5 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》与《天体运行论》都是伽利略的著作正确答案：× 伽利略是奥地利物理学家，近代实验科学的先驱者。（） 正确答案：× 7 伽利略的逝世和牛顿的出生都是在1642年。（） 正确答案：√ 8 伽利略认为斜面上的运动是冲淡了的自由落体运动。（） 正确答案：√ 经典物理的三大支柱：经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学
!"实现玻色!爱因斯坦凝聚态的重大意义"#$%年印度物理学家玻色研究了“光子在各能量级上的分布&问题，他以不同于普朗克的方式推导出普朗克黑体辐射公式。玻色将这一结果寄给爱因斯坦，请其翻译成德文并在德国发表。爱因斯坦意识到玻色工作的重要性，立即着手研究这一问题。爱因斯坦于"#$%年和"#$’年发表了两篇文章，将玻色对光子的统计方法推广到某类原子，并预言这类原子的温度足够低时，所有的原子就会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，这就是所谓的玻色!爱因斯坦凝聚（()*+,-.*/+-.0).1+.*2/-).，(,0），这时宏观量物质的状态可以用同一波函数来描写。自"#$’年提出(,0以来，陆续有不少寻求(,0实验实现的研究出现。首先是"#3%年提出的超流态液氦。后来的实验中确实看到量子简并的特性，但是由于系统中存在着强相互作用，很难看成是纯的(,0。接着"#’#年有人提出自旋极化氢原子气体可能是(,0的候选者，但至今仍未能在实验上实现。"#45年， 第三种重要的(,0候选者———氧化亚铜（06$7）中的激子被提出。 经过"5多年的努力， 虽然于"##8年在实验上观测到了，但是由于复杂的相互作用过程，(,0的特性得不到很好的研究。45年代中期，激光冷却和捕陷原子的研究已取得长足的进步，几个研究小组提出了冷却的碱金属原子可以形成只有弱相互作用的(,0。在不断克服实现(,0的一系列技术难题后，"##’年9月，威曼和康奈尔小组使用铷原子首次实现了玻色!爱因斯坦凝聚。 玻色!爱因斯坦凝聚是独一无二的量子力学相变，因为它是在原子间无相互作用条件下发生的，在科学上，玻色!爱因斯坦凝聚对基础研究具有重要意义，它证实了存在一种新的物质态，为实验物理学家提供了一种独一无二的新介质；在应用上，科学家们已提出了很多设想：如改善精密测量的准确度，制造原子钟、原子干涉仪，测量原子物理常数和微重力；实现光速减慢、光信息存储、量子信息传递和量子逻辑操作；进行微结构刻蚀等。例如，玻色!爱因斯坦凝聚体中的原子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空航行和精确定位等。 凝聚体具有很好相干性，可以用于研制高精度的原子干涉仪，测量各种势场，测量重力场加速度和加速度的变化等。另外，以芯片技术为例，传统的芯片技术现已接近发展极限，因为目前的芯片都是利用普通激光来完成集成电路的光刻，而普通激光的波长是有限的。今后，如果利用原子激光来进行集成电路的光刻，将大大提高集成电路的密度，因此将大大提高电脑芯片的运算速度。随着对玻色!爱因斯坦凝聚研究的深入，也许它会像发现普通激光那样给人类带来另一次技术革命。 从实现玻色!爱因斯坦凝聚到获得诺贝尔奖只有9年时间，这在诺贝尔物理学奖授奖的百年史上是相对较短的。然而从爱因斯坦的预言到它的实现，物理学家却花了整整35年。曼才使用一个特制的外边缠有电 磁线圈的玻璃容器进行了他们的 实验。康奈尔说，如果科特勒和他 的同事们能够有类似的装置，那 么他们就不会因为他们的设备中 一个线圈熔化、污染了整个设备 而导致试验耽搁几周了，科学史 可能也会因此而改写了。 为科学家们制造实验用的专 门设备需要有一些创新的思维。 比如要正确使用电子元件，可能 需要查阅大量难懂的产品目录。 对于爱好这项工作的人来说，这 是非常有吸引力的。他们往往会坚持把它做到最好。高效的工作为技术上要求较高的实验创造良好的环境，这一点也表现在:;<=对于实验设备的购置方面。其订购一个部件乃至部件送达的时间都要比其他地方快很多。节省的时间对于实验的进度是至关重要的。但是和任何成功的实验室一样，:;<=不能在它的成绩面前止步不前。其实验计划的更新正在进行中，其中一个重要的领域就是超短激光脉冲。:;<=有专家正在一系列项目中使用最先进的激光技术，包括原子钟的改进研发、化学反应的精密控制、安全通讯的研究以及活体细胞成像等等。不过，这个实验室也遭遇到了一些挫折，其中最严重的就是>;?@在$5世纪#5年代逐步停止了对:;<=原子物理学计划的资金支持。为了不至于给:;<=造成重大的困难，>;?@的撤出是在足够长的时间内进行的。此外，尽管科罗拉多大学拥有很高的声誉，但毕竟不能与哈佛或斯坦福大学齐名，这就使得:;<=的一些资历较深的科学家对它是否能够 持久地吸引优秀的学生多少有些 担心。 然而人们知道，那些希望在 这里建立自己学术权威的人是不受欢迎的，因为这里是一个科学的自由之地。A 袁永康B 编译C ?团队?
赵峥教授的公开课《从爱因斯坦到霍金的宇宙》，主要内容是物理学史，重点是相对论，天文部分很多，以及乱入了文明的发展。作业是自己做的以及全部皆为手打。不得不说第一部分的最后几章，以及霍金与黑洞那里错过可惜了，其余看选择吧，这是个人这一学期唯一感兴趣的内容了。本文分章节。将全部放上。我同时放了一份在我的豆瓣 爱因斯坦头脑最清晰的时候是在什么时候？ 青年 提出了浮力定理、杠杆原理、重心概念的人是谁？ 阿基M德 最早用到物理学这个词的人物是？ 亚里士多德 提出惯性定律、相对性原理、自由落体定律的科学家是谁？ 伽利略 下列选项中属于伽利略的成就的是？ 以上都是<重述惯性定律、用科学的语言阐述了相对性原理、自由落体定律） 物理这个词最早是公元300多年前，哪位科学家首次使用？ 亚里士多德 提出杠杆原理的学者是？ 阿基M德 格物穷理是我国哪位物理学家提出？ 朱熹 首先进入封建社会的国家是 中国 微粒说的提出者是 牛顿 双缝的干涉实验完成者是 托马斯杨 希腊三哲不包括 阿基M德<包括苏格拉底、柏拉图和亚里士多德） 托马斯杨发现了散光的原因，转而研究光学，完成了双缝干涉实验，认识到光是波动，并提出了什么？ 三原色原理 第一个完成双缝干涉实验的人是 托马斯杨 最早提出地心说的人是 亚里士多德 最早用到物理学这个词的人物是 亚里士多德 牛顿的贡献有 以上都是<力学三定律万有引力定律光的微粒说） 下列不是电磁学说时期的科学家的是 托马斯杨 原子论的提出这是 德谟克利特 热力学第三定律的发现者是
能斯特 下列不是热力学第一定律发现者的是 卡诺<发现者赫姆霍兹焦耳迈尔） 量子物理学的开创者是 普朗克 克劳修斯、开尔文发现了什么，从而认为热永远都只能从热处转到冷处？ 热力学第二定律 热力学第一定律的发现者是 以上都是<赫姆霍兹焦耳麦尔） 第一个看出爱因斯坦聪明的人是 格罗斯蔓 第一个发现并表述了能量守恒定律的人是 迈尔 爱因斯坦在哪一年发表了5篇具有划时代的论文 1905年 量子论的提出者是 普朗克 吾爱吾师，吾更爱真理是谁说的 亚里士多德 爱因斯坦对哪一所中学评价很高 阿劳州立中学 迈克尔逊做迈克尔逊实验想要测量以太相对于地球的什么？ 漂移速度 爱因斯坦的国籍是 美国和瑞士的双重国籍 爱因斯坦的丰收年是 1905年 托马斯杨发现了散光的原因，转而研究光学，完成了双缝干涉实验，认识到光是波动的，并提出什么？ 三原色原理 爱因斯坦发表相对论时的国籍是 瑞士 1993年爱因斯坦离开德国去往哪个国家 美国 哪位女子以前曾帮爱因斯坦他抄笔记？ M列娃 爱因斯坦的第几个儿子获得了精神病 2 阐述绝对零度内容的定理是 热力学第三定律 力学三定律的提出这是 牛顿 狭义相对论是哪部著作创立的 《论动体的电动力学》
波色-爱因斯坦凝聚 玻色－爱因斯坦凝聚。 研究范围：质量不为零，粒子数守恒的波色粒子组成的理想气体。 概念：这种粒子不受泡利不相容原理的限制，当T→0Κ时，几乎所有的玻色子会聚集到能量为0，动量为0的基态，这是并不奇怪的。令我们感兴趣的是，研究表明，当温度降低到一个有限的低温T（大约为3K）时，就会有宏观数量的波色粒子聚集在基态。这一情况与蒸汽凝聚有些类似，因而称为玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）。 历史概况： 20世纪头20年，物理学界正在萌发量子力学的新兴学科。在黑体辐射和光电效应的研究中诞生了量子的概念，光的量子被称为光子。德国物理学家普朗克找到了一个经验公式，很好地符合了黑体辐射观测得到的曲线，但是他当时不能解释这一经验公式的物理含义。时光推到1924年，当时年仅30岁的玻色，接受了黑体辐射是光子理想气体的观点，他研究了“光子在各能级上的分布”问题，采用计数光子系统所有可能的各种微观状态统计方法，以不同于普朗克的方式推导出普朗克黑体辐射公式，证明了普朗克公式可以从爱因斯坦气体模型导出。兴奋之余，他写了一篇题为《普朗克准则和光量子假设》的文章投到英国的《哲学杂志》，但被拒绝了。不得已，他把那篇只有六页的论文寄给了爱因斯坦，期望爱因斯坦能理解他的发现。爱因斯坦立即意识到玻色工作的重要性，他亲自将文章翻译成了德文，帮助在《德国物理学报》发表了。之后，爱因斯坦把波色统计方法推广到静止质量不为零、粒子数不变的系统上，建立了量子统计学中波色—爱因斯坦统计。爱因斯坦将玻色的理论用于原子气体中，于1924和1925年发表了两篇文章，他推测到，在正常温度下，原子可以处于任何一个能级，但在非常低的温度下，大部分原子会突然跌落到最低的能级上，原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。后来物理界将这种现象称为玻色－爱因斯坦凝聚。 在波色之前，传统理论认为一个体系中所有的原子（或分子）都是可以辨别的，例如我们可以分辨氧原子、氢原子、碳原子。然而，玻色却挑战了上面的假定，认为在接近绝对零度的条件下，原子尺度上我们根本不可能区分不同的原子——所有的原子似乎都变成了同一个原子。原子会跌落到最低的能级上，就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子，再也分不出你我他了！这就是物质第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态。 然而，实现玻-爱凝聚态的条件极为苛刻和矛盾：一方面需要达到极低的温度，另一方面还需要原子体系处于气体状态。后来物理学家创造出了
玻色-爱因斯坦统计 玻色-爱因斯坦统计，适用于被称作玻色子的基本粒子的统计类别，它是指光子、介子，以及W和Z粒子。玻色子拥有整数值的被称为自旋的量子力学特性，并且是“聚集的（gregarious）”，它的意义是能够处于同一状态的玻色子的数量是无限的。所有传递自然界中的基本力的粒子都是玻色子。 玻色-爱因斯坦统计 在统计力学中，玻色-爱因斯坦统计（更通常的被称为B-E统计）确定了在热平衡下同一的不可分辨的（indistinguishable）玻色子相对于能量状态的统计分布。 费米-狄拉克和玻色-爱因斯坦统计适用于量子效应必须考虑和粒子被看作是“不可分辨的”情况下。如果粒子的密度N/V n q（n q为量子密度），量子效应就显现出来。量子密度就是粒子间距等于热德?布罗意波长的时候，即粒子的波函数已经接触但还未重叠时。量子密度依赖于温度；高温会使大多数系统处于经典的限制中，除非它们有非常高的密度比如白矮星。费米-狄拉克统计适用于费米子（服从泡利不相容定律的粒子），玻色-爱因斯坦统计适用于玻色子。在高温或低密度下费米-狄拉克和玻色-爱因斯坦统计都变为麦克斯韦-玻耳兹曼统计。 麦克斯韦-玻耳兹曼统计经常被描述为“可分辨的”经典粒子的统计。换句话说，处在状态1的粒子A和处在状态2的粒子B的结构相比于粒子B是状态1和粒子A是状态2是不同的。当沿着这条思路充分展开时，就会导出适当的（玻耳兹曼）对于能量状态的粒子分布，但由于熵也会导出非自然（non-physical）的结果，如吉布斯反论。当认识到所有的粒子实际上都是不可分辨的，这些问题就消失了。这些分布在高温和低密度限制下都会趋近于麦克斯韦-玻耳兹曼分布，而不需要任何额外的假设。麦克斯韦-玻耳兹曼统计对于研究气体非常有用；F-D统计经常用于固体中的电子的研究。同样的，它们都成为半导体设备和电子学理论的基础。 玻色子，不同于费米子，不受泡利不相容定律的影响：无限数量的粒子可以同时占据相同的状态。这解释了为什么，在低温下玻色子的表现和费米子非常不同：所有的粒子趋向于聚集在最低的能量状态下，形成所谓的玻色-爱因斯坦凝聚态。 B-E统计由玻色于1920年引入光子中，并由爱因斯坦于1924年推广到原子。 处于一种能量状态i的粒子数的期望值由B-E统计给出：
南京师范大学泰州学院 毕业论文（设计） （ 2014 届） 题目：＿＿玻色-爱因斯坦凝聚理论研究＿院（系、部）：信息工程学院＿＿＿＿专业：物理学（师范）＿＿＿＿姓名：严加林＿＿＿＿＿＿学号： 12100134 ＿＿＿＿＿指导教师：朱庆利＿＿＿＿ 南京师范大学泰州学院教务处制
摘要 玻色-爱因斯坦凝聚(玻色—爱因斯坦凝聚)是科学巨匠爱因斯坦在80年前预言的一种新物态。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。形象地说，这就像让无数原子“齐声歌唱”，其行为就好像一个玻色子的放大，可以想象着给我们理解微观世界带来了什么。本文针对玻色-爱因斯坦凝聚这一课题，综述了玻色-爱因斯坦凝聚理论的诞生和发展、概念及其形成条件。在凝聚体实现发面，随着科学技术的发展，我们实现了玻色-爱因斯坦凝聚。1995年，随着 JILA 小组、MIT小组、Rice大学的试验成功，玻色-爱因斯坦凝聚到热浪被推上了高潮。本文中还将介绍一些玻色—爱因斯坦凝聚的实验和国内外的研究动态，最后展望了其发展前景。 关键词：玻色-爱因斯坦凝聚，激光冷却与囚禁，原子激光
Abstract Bose Einstein condensation (BEC) is a new material predicted by science master Einstein in 80 years ago. Here the "cohesion" is different from condensation in everyday life. It says that different states of atomic suddenly "condensed" to the same state (usually the ground state). In different states of atoms "condensed" to the same state. Figure ground says, this is like so many atomic "sing in union", amplifying its behavior as a boson, you can imagine what brings to our understanding of the microscopic world. According to Bose Einstein condensates of this topic, reviews the Bose Einstein condensates birth and development, theory and its formation conditions. In the realization of yeast aggregates, with the development of science and technology, we realize the Bose Einstein condensation. In 1995, with the test of JILA group, MIT group, Rice University's success, Bose Einstein condensates to heat was pushed to the climax. This paper will also introduce some of Bose Einstein condensation in the experiment and research dynamic status, and its development prospects. Keywords: Bose Einstein condensation, laser cooling and trapping, Atom laser
大多数人初次听到玻色-爱因斯坦凝聚这个术语时，都感到既陌生又神秘。那它到底是什么意思呢？早在1924年，印度物理学家萨蒂延德拉·纳思·玻色（Satyendra Nath Bose，1894-1974）提出了一个分析光子行为的统计力学方法，也就是现在我们所说的“玻色统计”。玻色提出了一种新的统计理论，它与传统的统计理论仅在一条基本假定上不同。传统统计理论假定一个系统中所有粒子是可区别的。基于这一假定的经典统计理论圆满地解释了理想气体定律，取得了非凡的成功。然而玻色认为，我们实际上根本不可能区分两个光子有何不同。玻色讨论了如下问题：将N个相同的小球放进M个标号为1，2，……的箱子中，假定箱子的容积足够大，可能有多少种不同的放法？在此问题的基础上，他采用与传统统计相似的方法得到了一套新的统计理论。玻色的理论无须借助经典物理就可以正确描述光子的行为，但他在发表自己的论文时遇到了一些麻烦，因为人们不相信他的理论，不肯在科学杂志上刊登他的论文。于是玻色就将论文寄给了爱因斯坦这位当时最著名的物理学家。爱因斯坦立刻意识到这篇论文的重要性，并通过自己的影响力将它发表在德国的学术刊物上。也许有人会问，玻色的理论为什么还同时用爱因斯坦的名字命名呢？事实上，爱因斯坦不仅帮助玻色发表论文，而且进一步对他的理论进行深化和推广。爱因斯坦认为，玻色的理论不但对光子适用，而且可以用来研究所有原子的行为。他最终建立了遵守玻色-爱因斯坦统计的粒子的完整量子理论模型。有关结果在1924-1925年的两篇论文中发表。所谓的“玻色-爱因斯坦统计”就这样诞生了。爱因斯坦发现，他建立的方程式表明，原子在非常低的温度下的表现与通常状态相比大为不同。如果原子足够冷，那么就可能会有一些不同寻常的事情发生。它是那样的奇异，以至爱因斯坦无法确定自己的理论是否正确。也许有人认为，爱因斯坦是永远不会错的，但事实上他只对了一半。因为并不是所有的原子都遵守玻色-爱因斯坦统计。现在我们已经知道，粒子实际上可以分成两大类。所有微观粒子均有自旋，其效果等价于粒子的自旋角动量，但又不是由机械运动产生的。奇怪的是，自旋的取值，以普朗克常数为单位，取分立的值。一类粒子自旋取值是半整数，如1/2，3/2，5/2……叫费米子，如电子、质子等，遵守费米-狄拉克统计；另一类取值为整数，如0，1，2……称为玻色子，如光子、介子等，遵守玻色-爱因斯坦统计。爱因斯坦的理论表明，无相互作用的玻色子在足够低的温度下，将发生相变，即全部玻色子会分布在相同的最低能级上。这就是著名的“玻色-爱因斯坦凝聚”（BEC：Bose-Einstein Condensation）如何实现玻色-爱因斯坦凝聚爱因斯坦的预言引起了实验物理学家的广泛兴趣，并部分实现了玻色-爱因斯坦凝聚，例如超导中的库伯电子对无电阻现象，超流体中的无摩擦现象。但因其系统特别复杂，难以对玻色-爱因斯坦凝聚现象进行充分的研究。然而1995年以前，人们一直未能观察到严格意义上的BEC现象。原因何在呢？这是因为BEC的实现条件太苛刻了。它要求凝聚粒子（原子）的德布罗意波彼此重叠，同时又要求原子的内部运动可以忽略。通常情况下，这两种要求是互相矛盾的。任何微观粒子都具有波动性，即一定的粒子相应的具有一定的物质波（德布罗意波），其波长与粒子的动量成反比。德布罗意波彼此重叠一般要求原子靠得很近，从而原子之间会出现交换电子等“强作用”，但这样一来，原子内部的运动就不可忽略了。因此，为了满足原子内部运动可以忽略这个条件，就应使原子彼此间相距很远，也就是应该考虑的是稀薄气体原子。但此时要使德布罗意波彼此重叠，只有增大其波长。为此，可以减少原子的动量，或者说，降低原子气体的温度，使之足够低，导致原子的德布罗意波有足够长，可以彼此重叠，全体进入相同的量子态（一般是能量最低态）。可见，这里的技术关键是使原子气体的温度降到非常低。这也是与低温冷却有关的研究屡次获得诺贝尔物理学奖的原因所在。早在1976年，人们开始寻找实现BEC的办法。当时，诺桑劳、斯特瓦里提出，自旋极化的氢原子实际上是玻色子，一般不会结合为分子。后来，麻省理工学院的克勒普奈尔和格瑞达克、阿姆斯特丹的斯尔威那和瓦尔纳文利用所谓的“蒸汽冷却”法，以后又有人利用“磁陷阱”法冷却自旋极化的氢原子气体，试图实现“玻色-爱因斯坦凝聚”，但都未能取得成功。实现玻色-爱因斯坦凝聚的第一步是激光冷却原子，其基本原理是通过原子与光子的动量交换来达到冷却原子的目的。通过这一步骤可以将原子冷却到10-4开，然后再用蒸发冷却的方法把热的原子蒸发掉，使原子达到所需要的温度。
2017年从爱因斯坦到霍金的宇宙-超星答案 1、【单选题】最早使用“物理学”这个词的人物是谁？（） A亚里斯多德 B伽利略 C爱因斯坦 D牛顿 我的答案：A 得分： 25.0分 2、【单选题】提出“格物穷理”的是谁？（） A张载 B陆九渊 C朱熹 D王阳明 我的答案：C 得分： 25.0分 3、【单选题】相对论分为狭义相对论和广义相对论，它们都是关于（）的基本理论。 A引力和重力 B时空和重力 C时间和空间 D时空和引力 我的答案：D 得分： 25.0分 4、【判断题】欧几里得的学生是阿基米德的老师。（） 我的答案：√ 1、【单选题】认为万物都是由原子构成的古希腊哲学家是谁？() A德谟克利特 B毕达哥拉斯 C色诺芬 D亚里士多德 我的答案：A 得分： 25.0分 2、【单选题】惯性定律认为物体在受任何外力的作用下，不会保持下列哪种运动状态？（） A匀速曲线 B匀速直线 C加速直线 D加速曲线 我的答案：B 得分： 25.0分 3、【判断题】牛顿出生于1642年，同年伽利略逝世。() 我的答案：√ 得分： 25.0分 4、【判断题】奥地利物理学家伽利略是近代实验科学的先驱者。（） 我的答案：×
得分： 25.0分 1、【单选题】焦耳是哪个国家的物理学家？（） A德国 B英国 C奥地利 D意大利 我的答案：B 得分： 25.0分 2、【单选题】继发现热力学第一定律和第二定律后，有谁发现了“热力学第三定律”。（） A克劳修斯 B开尔文 C能斯特 D焦耳 我的答案：C 得分： 25.0分 3、【多选题】下列选项不属于经典物理学范畴的是（）。 A万有引力定律 B热质学说 C量子论 D狭义相对性原理 我的答案：BCD 得分： 25.0分 4、【判断题】根据“热力学第零定律”，两个热力学系统彼此处于热平衡的前提条件是每一个都与第三个热力学系统处理热平衡。（） 我的答案：√ 得分： 25.0分 1、【单选题】物理学上用紫外灾难形容经典理论的困境，其具体内容指()。 A维恩线在短波波段与实验值的巨大差异 B瑞利-金斯线在短波波段与实验值的巨大差异 C维恩线在长波波段与实验值的巨大差异 D瑞利-金斯线在长波波段与实验值的巨大差异 我的答案：B 得分： 25.0分 2、【单选题】最早提出量子假说的物理学家是()。 A爱因斯坦 B能斯特 C普朗克 D汤姆逊 我的答案：C 得分： 25.0分 3、【判断题】普朗克立即赞同了爱因斯坦提出了光量子说。() 我的答案：× 得分： 25.0分 4、【判断题】量子论的产生来自于对黑体辐射问题的研究；相对论的产生则是源于迈克尔逊实