时钟与计算机网络中的时钟同步

 计算机中的时钟几乎所有的计算机中都会有专用线路用于计时,人们也常用“时钟”(clock)来称呼它;其实,应该称为“计时器”(timer)。计算机中的计时器是一个经过精密加工的石英晶体,这种石英晶体在有电压的作用时,会以非常良好的固定频率发生振荡,相应地对每一个石英晶体赋予两个记录器:一个称为计数器,另一个称为复位计数器。晶体每发生一次振荡计数器就会减少一个单位,当计数器上的数值变为零时,系统就会相应地产生一个中断,并通过复位计数器将计数器的值恢复到初始值,这样就可以设计出每秒产生60次中断(或想要的次数的中断)的频率的“计时器”.     

蝴蝶效应

 “蝴蝶效应”也可称“台球效应”,它是“混沌性系统”对初值极为敏感的形象化术语,也是非线性系统在一定条件(可称为“临界性条件”或“阈值条件”)出现混沌现象的直接原因。     

对负熵、信息熵和熵原理等概念之厘清

 20世纪中叶以来,生命科学和信息科学都获得了长足的发展,与之相关的负熵、信息熵等新概念也应运而生。这些新概念目前也开始受到物理学工作者的青睐。但是,人们在接受这些新概念时,却往往会产生一些混淆和误解。比如,有人“将信息的熵称为负熵”,这就把“信息熵”(不确定性)误解为“负熵”(即信息,是消除不确定性)。另外,在理解负熵原理时,若不小心,也容易把过程量(信息)与态函数(信息熵)相混淆。因此,有必要对这些相关概念和规律稍予厘清。     

谈谈熵的概念

 一、“熵”字的来源 二、“熵”概念的来源 三、“熵”所遵循的规律 四、“熵”与热力学第二定律的关系 五、“熵”与微观状态数的关系 六、熵的应用     

简论热力学熵、信息熵及熵的泛化

 热力学熵 熵是克劳修斯于1865年定义并命名的一个热力学系统的状态函数,它严格应用于系统的热运动,故又称“热力学熵”。     

对熵的几种错误看法的讨论

前不久,在《科学技术与辩证法》1993年第1期上见到“熵——百余年科学之误”(后面简称《熵》)一文,认为熵是“错误的概念”,因而主张全面否定它,笔者认为,《熵》文的一些观点是错误的,下面特择其要,加以分析、讨论,以使熵知识的推广、普及得以健康发展。 1.熵是“皇帝的新衣”吗? 《熵》文中说:“‘熵’是…‘皇帝的新衣’…除了给出符号之外,严格的说就什么也没有去讲。”我们认为,《熵》文的看法是不符合实际的。 关于熵的物理意义,现在已经基本上弄清楚了:从宏观上说,它是系统接近平衡态的量度,熵越大,说明系统越接近平衡态;从能量上说,它是系统能量不可用程度的量度,熵越大,系统的可用能就越少,即能量的质变坏了,变得越来越没有用了,因此,对于能量的利用,不仅要注意数量,而且还要注意质量,只有这样才能使有限的能源得到更合理的利用。 从微观(统计意义)上讲,熵是系统无序程度(混乱度)的量度,熵越大,系统的无序度也越大,这种关系可用公式。     

一种变形标准加入法及其在等离子体发射光谱分析中的应用

在小体积(< 50 μL)液体取样时,容易产生较大的取样误差,为了降低分析结果的不确定度,常常用质量定量法代替体积定量法。传统标准加入法以样品体积定量,不能用于以样品质量定量的场合。为此,我们提出了一种变形标准加入法,以便用于以样品质量定量的场合。以ICP-OES法测定复杂溶液体系中低含量及微量元素Hg,Mo和Rh为例,对变形标准加入法进行了介绍。标准加入法的目的是为了校正溶液基体效应,而溶液基体效应包括两种不同类型的干扰：“恒定干扰”和“比例干扰”。变形标准加入法只能校正溶液基体效应中的“比例干扰”,“比例干扰”的大小可以用一个定量指标k表示：当k=1时,表示不存在“比例干扰”的影响;k偏离1越远,则“比例干扰”的影响越大。至于“恒定干扰”的影响,则可以利用仪器自身的背景校正方法予以降低或消除。变形标准加入法测定结果不确定度主要来自于背景校正,与所选分析线的信背比密切相关。信背比越低,背景校正的不确定度越高,因此实际分析中应尽可能选择具有较高信背比的分析线,否则,即使事先经过了背景校正,最终的分析结果也可能包含很大的误差。     

如何让学生深刻理解熵的概念

 熵的概念,是热力学和统计物理学中非常重要而又较难理解的.克劳修斯(ClaUSiUS.R.J.E,1822-1888德国物理学家)于1850年提出热力学第二定律,1865年提出熵的概念,并将热力学第二定律表述为“宇宙的能量是不变的,而它的熵则总在增加.”现在,熵这个概念已经远远超出了热力学、统计物理学范畴,直接扩展到信息论、控制论、概率论、数论、天体物理、宇宙论、科学管理以及生命系统等各个不同领域.因此,如何在教学中让学生深入理解熵的概念,是一个重要的课题.     

封面照片说明

 这是被称为“宇宙枪手”的“隼鸟”号小行星探测器,它是由日本科学家设计制造的。这次探测计划与2005年7月实施的“深度撞击”不同,它不是与小行星硬碰硬,而是通过一系列操控来完成,从而收集小行星的信息。“隼鸟”号装有一支长40厘米的枪,枪管开口处呈喇叭形状。当“隼鸟”号接近小行星时,会向其表面射出一颗直径1厘米,速度180米/秒的金属子弹,枪击所激起的小行星表面物质会被喇叭状的枪口吸入并收集。按计划射击将进行两次。同时“隼鸟”号还要在小行星表面放置一个漫游器以获取更多的资料。“枪击”计划于2005年11月上旬实施。     

悟空的担心是多余的——“天上一日,地下一年”的相对论解释

 西游记中“天上一日,地下一年”的说法很多,而悟空也因此急急忙忙不敢在天上停留,惟恐师傅有失。按照这种说法,“天上”的1秒,就是“地下”的360秒,悟空上天求教,就算在“天上”只过了30秒,“地下”早已过了3个小时,这么长时间,妖怪能等得及?还有,为凤仙郡求雨,悟空在“天上”的时间就算是30分钟,地上已过了一个多星期了!“天上”的时间真的比“地下”的时间过得慢吗?神仙真能因此长寿吗?根据狭义相对论的理论,只有当“地下”和“天上”以某一速度(接近光速)做相对直线运动时,才会出现“天上一日,地下一年”的情况。     

磁悬浮技术与磁悬浮列车

 随着上海磁悬浮线的全线开通,“磁悬浮”技术成为当前热点话题之一,并受到媒体的重视。磁悬浮列车的原理并不深奥。简单说是运用磁铁“同性相斥、异性相吸”的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,时速可达几百千米以上。跟飞机差不多了!这就是所谓的“磁悬浮列车”,亦称之为“磁垫车”。一、“磁性悬浮”原理磁悬浮技术的研究源于德国,早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理,人们称之为磁悬浮之父,并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。     

梅贻琦先生与通才教育

 现代社会是由具有独立人格和自由精神的人组成的,而造就这样的人需要通才教育。通才教育也称普通教育。“普”即普遍,乃就“面”而言;“通”即通达,盖以“质”而论。它主张我们的基础教育应培养通才,而非“专业人才”。简言之就是应培养和谐的“人”,而不是仅仅有用的“机器”。最早主张通才教育的是孔子。《论语·公冶长篇》里有一段孔子与弟子子贡(端木赐)的精彩对话,“子贡问曰:‘赐也何如?’子曰:‘女,器也。’曰:‘何器也?’曰:‘瑚琏也。’     

探索地外智慧生命

 月球和水星月亮是距离地球最近的天体,它的圆缺(称为月相)变化是原始人类最早注意的天象之一。早在公元前5世纪,古希腊哲学家阿那克萨戈拉斯(Anaxagoras)认为月亮是个象地球一样的星球。我国古代很早就产生了“嫦娥奔月”、“吴刚伐桂”等动人神话。     

熵定律的不可逆本质论

 熵定律,也就是热力学第二定律,是物理化学中的一个重要定律。无论从宏观的观点出发,还是从微观的角度分析,在热力学理论体系中,熵定律“占有至高无上的地位”。它与热力学第一定律一起,构成了复杂热力学系统能量转换、状态演化方向的度量和判据,且被广泛应用于科学和工程技术的许多领域。然而,如何引入熵定律,如何准确理解熵定律的物理内涵,并适度泛化熵定律,却一直是我们探讨的问题。1.熵定律的表述热力学第二定律,始于19世纪40年代人们对如何提高热机效率问题的研究。     

铜铅胁迫下玉米叶片弱光谱信息的LD-CR-SIDSCAtan探测模型

农作物在受到重金属污染以后,会破坏本身的组织细胞结构和叶绿素含量,从而影响农作物的新陈代谢和健康状况。人和动物如果食用了污染的农作物以后,会有致命的伤害。高光谱遥感目前被广泛应用于监测农作物受重金属污染的程度。重金属污染下的农作物叶片的光谱变化很微小,传统的监测方法和常规的光谱特征参数很难将光谱之间的微弱差异区别开,目前高光谱遥感应用是研究的重点和难点。通过设置不同浓度的Cu2+和Pb2+胁迫下玉米盆栽实验,采集玉米叶片的光谱数据、叶绿素的相对含量以及重金属Cu2+和Pb2+的相对含量。提出了包络线去除(CR)、光谱相关角(SCA)、光谱信息散度(SID)以及正切函数(Tan)和兰氏距离(LD)相结合的LD-CR-SIDSCA_tan模型,将其与传统的光谱测度方法,如光谱相关系数(SCC)、光谱角(SA)、光谱角正切(DSA)、光谱信息散度-光谱相关角正切(SIDSAM_tan)、光谱信息散度-光谱梯度角正切(SIDSGA_tan)和常规的光谱特征参数,如红边最大值(MR)、绿峰高度(GH)、红边一阶微分包围面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、蓝边(DB)、红谷吸收深度(RD)相比较,验证了该模型的优越性和可行性。并且将LD-CR-SIDSCA_tan模型应用于不同浓度下Cu2+和Pb2+胁迫的玉米叶片的整体波形和子波段的光谱差异信息的测度上。结果表明,LD-CR-SIDSCA_tan模型实现了重金属Cu2+和Pb2+污染的定性分析,能够测度光谱相关系数达到0.99以上的相似光谱之间的差异信息,波形差异信息与叶片测得的叶绿素相对含量和重金属Cu2+和Pb2+相对含量显著相关,也分别找到了重金属Cu2+和Pb2+胁迫下的光谱响应波段。在测度光谱数据的整个波段区间范围,模型值为负值时的光谱差异要比模型值为正值更加明显;在模型值为正值时,如果数值越大,光谱的差异性也越大。因此,随着重金属Cu2+和Pb2+浓度的增加,光谱的差异增大,意味着重金属Cu2+和Pb2+污染程度更为严重;玉米植株受到重金属Cu2+胁迫污染,在测度光谱数据的局部子波段区间范围时,“蓝边”、“红边”、“近谷”、“近峰B”处对重金属Cu2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Cu2+污染程度的有效波段;当玉米植株受到重金属Pb2+胁迫污染时,在“紫谷”、“蓝边”、“黄边”、“红谷”、“红边”、“近峰A” 处对重金属Pb2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Pb2+污染程度的有效波段。最后通过LD-CR-SIDSCA_tan模型的应用结果与玉米叶片中Cu2+和Pb2+含量进行线性拟合分析,从而反演和预测了重金属Cu2+和Pb2+对玉米植株的污染程度。     

复杂网络视角研究反应系统

 网络科学作为统计物理与复杂性科学的一个重要分支, 在近十几年中取得了长足的发展。巴拉巴希(A-L. Barabási)等人提出的“无标度”模型和瓦茨(D. Watts)等人提出的“小世界”模型用简洁优雅的规则开创性地描述了现实世界的复杂系统。网络的思想源于图论这一研究顶点和边所组成图形的数学分支, 它将系统中的个体看作节点, 个体间的关系看作边, 将节点连边的数量称为度值。“无标度”模型认为, 新加入的节点在连边时服从“偏好依附”规律, 即更加倾向于连接度值大的节点, 最终形成的网络所有节点的度值呈P(k)=k^-a形式的幂律分布(k为度值, a为幂律分布指数, 常见网络的a值在2到3之间), 这种分布下k的取值可以相差悬殊, 无法用一个值标度k的范围, 故模型被称为“无标度”。“小世界”模型解释了著名的“六度分离”现象(图1), 发现现实世界中许多系统介于规则网络与随机网络之间, 具有较短的平均最短路径(两个节点之间的边数)和较高的聚类系数(节点的两个邻居相互也是邻居的概率)。一个远方的朋友, 或是一个出国的亲戚就能大大扩展社交范围;人与人之间往往只需要通过几个人就能联系上, 相对于几十亿的人口, 我们所处的世界真不大。这些研究工作将图论与统计物理、计算机、生物乃至社会学等诸多学科进行了交叉, 将科学的疆域拓展到了新的广度与深度。     

杨发文.未来新能源——可燃冰

 天然气水合物是水和天然气(主要成份为甲烷)在中高压和低温条件下混合时产生的晶体物质,外貌极似冰雪,点火即可燃烧,故称为“可燃冰”,又叫“气冰”或“固体瓦斯”。它在自然界分布非常广泛,海底以下0-1500m深的大陆架或北极等地的永久冻土带都有可能存在,世界上有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。从能源的角度看,“可燃冰”可视为被高度压缩的天然气资源,每立方米能分解释放出160～180标准立方米的天然气。迄今为止,在世界各地的海洋及大陆地层中,已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上。     

试析“城市热岛”问题

 随着城市规模的不断扩大,市区气温会逐渐比周围区域高,这种气温分布的特殊现象就叫做“城市热岛”或“热岛效应”,它是在不同区域气候的背景下,在人类活动特别是城市化因素的影响下形成的一种特殊小气候.     

能生出立体像的画片——深度中的戏法

 一、印刷新品 中国街头上,出现了一种印刷新品种,叫“三维艺术欣赏画”,有单片的,也有成本的。它的确切名字,应称为“自生立体像画片”。因为用肉眼,就能从二维(平面)画片上,看出个三维(立体)像来,所以使有些人激动不已。     

征求Signature定名

 物理学名词审定委员会在讨论“Signature”的中文定名时,搜集到多方的意见.长期来都没有Signature合适的中文名,曾按英文字面译为“签记”、“签量子数”、“押量子数”等等,都不尽人意.现有人认为它是±1的数,建议定为“正负标数’”.