迷惑雷达的“魔法”

 诞生于第二次世界大战的雷达,有人这样评价了它对这场战争的重要性:“原子弹只不过为战争划下句号,真正赢得战争的却是雷达。”是的,从不列颠之战、中途岛大败日军到追踪日军潜艇,雷达在二战中战功赫赫。到了20 世纪70 年代初期,雷达探测与雷达制导地面火炮及导弹已对进攻的飞机构成了致命的威胁。尤其是在越南和中东战场上,美制战斗机更是在地对空导弹的攻击中损失惨重。如何使雷达这双“千里眼”变成“近视眼”,从而使飞机躲过雷达的探测？英国著名科幻小说家威尔斯在其小说《隐身人》中描写了一个天才青年科学家格里芬发明了一种“隐身服”,穿上它,可把自己变成一个来去无踪的“隐形人”。如果能给飞机设计一种有魔力的“雷达隐身服”来迷惑雷达,那么,在雷达面前,飞机也将成为匿迹消声的“隐形人”。     

激光武器攻击卫星——太空“潘多拉之盒”将被打开

 近年来禁止太空军事化的呼声与日俱增，但鉴于卫星在现代战争中的重要作用，为争夺空间优势，保证国家安全，研制发展反卫星武器已成为军事强国竞相研究的一个具有战略意义的课题。美国的军事战争策略向来是“先发制人”，虽然公开表示不进行太空军事化的相关研究，但美国国家安全和空间管理组织委员会的一份报告认为，当前世界上没有任何一个国家像美国这样依赖空间系统，因此美国必须有能力“保护太空资产免受敌方攻击”，“使敌方不能利用太空来威胁美国利益”，并且在更广泛的意义上有助于“阻止和防御针对美国本土、军事基地、盟国、海外和空间利益展开的攻击”。 ……     

黑洞趣闻

 人们常把“黑洞”、“白洞”、“空洞”称之为宇宙三怪.美国“哈勃”太空望远镜发回的NGC7457照片,使众多的天文学家为之鼓舞.因为围绕黑洞是否存在,人们已经苦苦追寻它将近200年了.由中国科技大学研究生院丁亦兵教授编译的《黑洞趣闻》系列文章,妙趣横生地叙述了人们是怎样探索黑洞这一当代科学“六大悬案”之一的奥秘的,希望有更多的学者、科普作家写出这类好文章.     

走向统一的自然力——电力与磁力的统一(I)

 电闪雷鸣,是人类早在远古时期就注意到的自然现象,因此,电磁相互作用,可以说是人类最先接触到的自然力.开始人们对电和磁是分开认识的,后来经过奥斯特发现“电动生磁”和法拉第发现“电磁感应”, 人们才将“电”和“磁”联系起来,最终导致麦克斯韦提出电磁理论,统一了“电力”和“磁力”.本讲座,将详细介绍“电力”和“磁力”走向统一的研究历程.     

谈谈气体称量定律及其表达式

 从以往的经验或知识中得出来的科学命题,能否进一步被人们认同为科学定律,这决定于对这个命题的证明(常常是数学证明)是否“真”,而在几种证明“同真”时,则又决定于是否存在“美”。“我选择美”是科学家普遍的心理写照,只有既“真”且“美”的证明,才能使科学命题在人们心目中顺理成章、水到渠成地升华为科学定律。由于在物理实验中充了气的黄铜球比真空时的黄铜球重,所以人们不难从力平衡知识中直觉得到这样一个科学命题,即“气体重量等于下方气压减上方气压”,对于这个可以直觉出来的命题,有关教科书是用微分来证明的。     

物理学与科学美

 日常生活中,“物理学”和“美”这二个术语都是人们非常熟悉的．在辞典中,物理学的定义是：探讨物质结构和物质运动规律的学科．“美”在辞典中的定义具有多样性,在一定范畴内,“美”定义为：各个部分的匀称性和比例性、和谐、形式的适宜性和完整性,形式和内容的一致性等等．当然,这只是静态的看法．在动态的认识中,“美”本身还包含着受历史和社会制约的因素,也就是说,“美”是发展的、变化的．表面看来,这二者似乎关联不多,实际上,若以扩展的眼界观察,从表层研究或深层上思索,二者关系异常密切．诺贝尔物理学奖获得者阿尔芬曾指出：“像画家运用色调,雕刻家利用石膏,音乐家通过音符来表达自己的见解和感受一样.     

“基本粒子”及其性质

 在1897年发现电子后的近一个世纪中,人们对物质结构基本组元的认识已前进了一大步.原子不是物质的最小单位,它由原子核和电子组成,而原子核又由质子和中子组成这样的常识已为许多人所了解.这样,在很长时间里,电子、质子、中子等粒子一直被看作是组成物质的“基本粒子”.但是,随着加速器的出现和探测技术的发展,到20世纪60年代,由于一大批共振态粒子的发现,“基本粒子”的数目猛增为上百种.从而使人们意识到,介子、重子这些一度被人们称为“基本粒子”的强子可能并不是基本的,物质结构可能存在更深一层次的基本成份.     

自由电子激光——“新金矿”

 一、“新金矿”1986年5月著名物理学家杨振宁博士来华讲学时,有人问他:“应当选择哪些领域研究才有发展前途?”他在回答中特别提到了准晶和自由电子激光(以下简称FEL),并说:“这好比淘金矿,当然以淘新金矿为好.”为什么杨振宁把研究FEL称为“淘新金矿”?这可从人类对电磁波资源的开发利用中得到答案.我们知道任何一种光都是一种电磁辐射,激光也不例外,它是整个电磁辐射波谱中的一个组成部分.整个电磁辐射波谱包括有长波、短波、微波、红外、可见光、紫外、X射线、γ射线等多个波段.     

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。     

流体涡旋漫谈

 涡旋(vortex,过去曾译为“旋涡”,现依据全国自然科学名词审定委员会公布的《力学名词》,译为“涡旋”.)是流体团的旋转运动(见《中国大百科全书·力学卷》495 页).近代力学的奠基人之一、德国力学家普朗特(L.Prandtl)的学生、空气动力学家屈西曼(D.Küchemann) 曾经说过：“涡旋是流体运动的肌腱.”这句话是流体力学中的至理名言,深刻概括了涡旋在流体运动中的作用.普朗特的另一位学生、北京航空航天大学陆士嘉教授则更进一步地指明“流体的本质就是涡,因为流体经不住搓,一搓就搓出了涡.”这句话既道出了流体与固体的本质区别,又点明了流体运动中出现涡旋的原因.这里的“搓”,是指作用在流体上的剪切力.只要有物体(如飞行器、船舰、汽车、火车等)在流体中运动,紧贴在物面上的流体由于黏附在物面上,会被物体带着一起运动,而远处的流体却在静止中,这就产生了对流体发生“搓”的剪切力.     

磁极倒转——地球演化史上最激动人心的一幕

 地球磁极变化的最激动人心一幕是“磁极倒转”事件。在地球演化史中,“磁极倒转”事件经常发生。如今,“磁极倒转”再次被媒体所关注。这,是灾难逼近,还是“杞人忧地”?地球曾经多次发生过磁极倒转事件!人们都知道,地球是个大磁场。然而,地球的磁场并非亘古不变,它的南北磁极曾经对换过位置,这就是所谓的“磁极倒转”。     

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。     

对称性是物理学的一把双刃剑

 对称性的概念最早源于生活。所谓“对称”,通常是指左右对称。除此之外还有轴对称、球对称等。在近代物理学中,对称性是一个很深刻的问题。在粒子物理、固体物理、原子物理等领域里,对称性问题也很重要。德国大数学家魏尔斯特拉斯(Weierstrass,1815～1897)首先提出了有关“对称性”的普遍定义,即把一个“体系”通过不同的操作达到不同的“状态”,若前后两种不同的“状态”在此操作下不变,我们可以讲这个体系对于这一操作是“对称”的,而这个操作也可以认为是这个体系的“对称操作”。常见的对称操作有空间的平移、转动以及时间的平移。     

“3+综合”考试下的物理教学

 随着“3+综合”考试制度在全国范围内推广,物理学科不再是“3+2”模式下的1/5。相对于数、语、外来说,将由高考中并重的地位沦为“副科”,这是否意味着中学物理教学的意义将被削弱?在新的考试制度下,如何搞好物理教学?这将取决于“3+综合”考试对物理学科的要求和中学物理教学的意义。一、“3+综合”考试“3+综合”考试是“3+Ｘ”模式的一种形式,仅从教学的角度讲,它的意义也是重大的。首先在于它适应现代科技发展的特征。由于人的认识研究能力和精力的限制,同时也为了学习的方便,科学被人为地分解成各个学科,形成了越来越多的门类,使人对自然界的认识在一定程度上深刻、全面了。     

科学普及太重要了,不能单由科普作家来担当

 1.小引 法国政治家克雷孟梭(Georges Clemenceau,1841—1929)有一句名言:“战争太重要了,不能单由军人去决定。” 美国科普作家阿西莫夫(Isaac Asimov,1920—1992)仿此句型,引出又一名言:“科学太重要了,不能单由科学家来操劳。”他的意思是说,全社会、全人类都必须切实地关心科学事业。 作为一名科学普及事业的热心人,我想这样说:“科学普及太重要了,不能单由科普作家来担当。” 作为一名专业天文工作者,我更觉得有必要阐明:“天文学太重要了,不能单由天文学家来操持。” 于是就形成这篇提纲式的随记。发表这篇尚不成其为论文的东西,意在抛砖引玉,以期引起更广泛的讨论与关注。     

内耗与固体缺陷研究

 “内耗”这二个字对大家来说并不陌生,但在物理上它的科学涵义是什么,却鲜为人知.让我们先说一说什么叫“内耗”和为什么要进行内耗研究.;物体作机械振动时,即使这物体与外界完全隔绝,它的振动也会渐渐停止,这种由于内部原因而使物体的振动能量逐渐耗散的现象称为内耗.对于高频振动,这种能量耗散也称为超声衰减。在日常生活中,人们经常会碰到内耗现象.钟声悠扬,余音绕梁三日不绝,说明这铸钟所用的合金材料的内耗是很低的.     

物理学这棵老树绽放的一朵新花:实验室真人统计物理学

 简单言之, “物理”二字的意思就是“物质之理”。不言自明, 这里的“物质”是指自然界中无智能的“物”, 例如原子、电子等。这里所说的“无智能”主要指, 这些物质没有学习能力、对外界环境没有适应性, 举个例子:若有两个原子, 沿着同一轨道相向而行, 它们必然相撞;今天撞了, 如果明天再遇到同样的情况, 这两个原子仍旧会相撞。为什么?因为这些原子没有学习能力, 它们“不长记性”、“记不住”已经发生的事情, 所以, 下次再相遇时, 该发生什么还发生什么, 换言之, 因为它们没有学习能力, 所以, 它们对外界环境也就没有适应性。事实上, 也正因为“物理”关心的是无智能的物质系统, 所以, 它们可以用简单的物理原理来描述、理解、预测, 例如牛顿第二定律、万有引力定律等。在这些原理中, 人们不必额外引入描述学习能力和适应性的物理量, 可能也正因此, 物质世界在物理学家的眼中是简单的, 物理学家总喜欢用一些简单的物理原理来解释和预言我们所在的这个物质世界。例如, 理论物理学家们正在刻苦攻关的大统一理论正是这样的一个理想的、“简单”的理论, 期望它能解释宇宙中各种自然力之间的关系。     

学部委员唐孝威教授主持 原子模型的建立和发展

 古代哲学家在以往漫长的岁月中对物质的结构有过许多设想.他们中具有代表性的是古希腊的留基伯(Leueippus)和他的学生德谟克利特(Dmocrituse),被称为古原子论的奠基者.他们认为物质是由简单的不可分割的基本单元--原子组成.这种朴素的思想虽属机械唯物论,却是原子论的萌芽.如今世界上通常使用的原子一词,就沿用了古希腊的atoma(原意是不可分割的).在古印度将原子称为anu(意为微小).在我国战国时期的墨家称为“端”,意思是组成物质的不可分割的最原始的东西;而名家称为“小一”,认为“小一”这东西不再有内,也就无法再分割了,即为最原始的微粒.     

谈洛伦兹变换的物理意义

 一由于将电动力学的麦克斯韦方程作伽利略变换时,方程不表现协变性,导致“以太”这一标准参考系在电磁理论中的引入,即光速只相对于“以太”这个标准参考系才是常量,而相对于以“以太”为参考系作匀速直线运动的一切参考系都不具备这样的性质。也就是说,麦克斯韦方程只对“以太”这一标准参考系成立。根据这一假设,在“空空如也”的空间中就必然填充着绝对静止的’以太”,并不难用光学测量发现地球在“以太”中的绝对运动,以证明’以太”这一标准参考系的存在。为此目的,迈克尔逊和莫雷做了精密的实验(著名的迈克尔逊--莫雷实验),却没有观测到地球的绝对运动,这就意味着在“空空如也”的空间中并不存在绝对静止的“以太”.     

开窗放入大江来——新春寄语

 想起了宋代诗人曾公亮七绝《宿甘露僧舍》,那诗言道:“枕中云气千峰近,床底松声万壑哀.要看银山拍天浪,开窗放入大江来.”好一个“开窗放入大江来”!《现代物理知识》杂志,我们心中的圣地.谢希德说她是本“老少读者都欢喜的一本刊物”;王淦昌说她“对于我有很大的好处”;冯端说她的“科学性是有保证的”;赵忠贤说她“生动活泼,可读性强”;朱重远说她是“了解物理各分支领域的知识及进展的主要渠道”;施士元说她“能面向实际,面向世界,面向未来”;卞毓麟说她“能在科学上给不同层次读者以‘实惠’的刊物”;钱临照说她是“我国物理类型的好书”;廖山涛说她“读起来给人以享受”;于敏说她“对拓宽物理学工作者知识面和培养年青一代都会起良好作用;”卢鹤绂说她“是联系我国物理学界的纽带,”…….