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.     

物理学家与音乐艺术

 科学史上的名人传记表明,许多物理学家,尤其是诺贝尔奖金荣赝者,他们的科学创造活动都与音乐艺术发生着千丝万缕的联系,或者说他们都非常酷爱音乐这种高雅的艺术。这样的史例是不胜枚举的。被后世尊为伟大的天空立法者、德国物理学家开普勒,是一位非常自觉的毕达哥拉斯主义者,他的著名的“行星协奏曲”,就是从一首古老的名为“和谐的序曲”的“音乐形象”中受到启发,发挥了类比联想而写成的。     

玻尔的错误

 美国物理学家温伯格(Steven Weinberg)曾经写过一篇文章,标题是:爱因斯坦的错误。对于喜爱物理学史的读者来说,那篇文章列举的错误也许都是“熟面孔”,因为“爱因斯坦的错误”是一个很吸引人的话题,很多人都谈论过。从某种意义上讲,判断一位科学家是否伟大的一个另类但很管用的指标,就是看他(她)是否连所犯的错误都能吸引人们持久而广泛的兴趣。如果是,那就几乎可以断定为是伟大的科学家。在20世纪的物理学家中,爱因斯坦无疑是那样的人物,这是对他“首席物理学家”地位的很好的佐证。     

物理学家的美学思想对物理学发展的作用

 打开物理学史会发现许多物理学家从事物理研究的直接动力来自于对自然美的一种追求。这里所说的自然美不仅指自然现象之美,更主要的是指自然现象背后物质结构、运动规律的内在美。它是一种理性美。爱因斯坦曾写道:“十分有力地吸引住我的特殊目标,是物理学领域中的逻辑的统一。”洛伦兹1878年在莱顿就职演讲时说:“所有物理研究的目的在于寻求简单的、可以说明所有现象的基本原理。”彭加勒在《科学和方法》中写到:“如果大自然不美,那它就不值得认识,如果大自然不值得认识,就不值得活下去。     

超导研究大事记

 1935～1936年前苏联哈尔科夫、舒布尼可夫、乔特凯维奇、谢别列夫和里雅宾宁对第二类超导体作了重要研究,所制合金样品很接近理想第二类超导体,观察到合金存在两个临界磁场,得出较为接近理想第二类超导性的磁化曲线.30年代.物理学家对合金超导体的奇异行为提出各种解释,其中门德尔森和穆尔提出的“海绵模型”较为典型.F.伦敦在提出唯象的电动力学理论之后,提出了超导的量子解释,认为超导电性是一种“宏观尺度上的量子结构”,要求“一种平均动量的凝聚式凝固”.     

科学家称极超新星爆发可能摧毁外星生命

 天体生物学中有一种著名的说法,叫做“大寂静”(the Great Silence)。通俗而言,这个说法的意思大致如下：“考虑到宇宙巨大的空间以及极其古老的历史,宇宙中应当存在许多具有高度发达文明的智慧生命,但我们却没有找到任何相关的证据,这两者之间似乎存在一种矛盾。” 这个说法最早来自著名的美籍意大利物理学家费米,因此也被称为“费米问题”或“费米佯谬”。     

“电势”“电势差”的教学设计

 设计思想物理知识与一般的文化知识存在着密切的联系,在教学中如能把物理概念整合到更广阔的文化背景中,就能使学生更深刻地理解这一概念。在本节课的教学中,通过对包含“势”字的词语的讨论,使学生理解“势”的一般含义,这样有利于学生深刻理解电势概念。类比是人类研究、理解未知事物的一种有效而常用的方法。学生对重力场中“地势”的概念、水流从“地势”高处流到“地势”低处的现象及重力做功跟始末位置的“地势差”有关的规律有直观的印象。所以从“地势”概念出发,通过类比建立电势概念,是一种易于理解而直观的方法。     

七十二岁的获奖者——玻恩

 1954年,72岁的已经退休的德国物理学家马克斯·玻恩,因“进行量子力学的基本研究,特别是对波函数的统计解释”.荣获了该年度的诺贝尔物理学奖.有人会说玻恩是位“大器晚成”者,其实玻恩一直是位博学多才的优秀的物理学家.玻恩于1882年12月11日出生在德国西里西亚的布雷斯劳.父亲是布雷斯劳大学医学系的教授.因此玻恩自小就生活在一个科学气氛很浓的家庭里,他对什么都好奇,经常到他父亲的实验室去看做实验,或聆听他父亲同朋友间开展的科学讨论.1901年他开始在布雷斯劳大学学习,父亲曾对他提出这样的劝告:“你应该先把各种课程都学一下,然后再决定专门研究哪一门.”于是他没有一进入大学就立即确定专业,他听了数学、哲学、艺术史、天文学等课程.这使他开拓了视野,打下了“博学多才”的基础.     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试

 谈到超弦理论,中国科学院理论物理所从事这方面研究的李淼研究员^* 不仅曾为本刊写过“弦论小史( 一)( 二)( 三)”,还在网站上传过“弦论通俗演义”,就宣传弦论来说,实在没有必要再写点什么,但是,这一系列讲座,原定以“超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试”作为结束,因此,我们不得不参考李淼的相关文章、中国科学院大学物理学院丁亦兵教授多年前为本刊编译的“著名物理学家谈超弦”、中国科学院高能物理所常哲研究员为本刊撰写的“超弦与M 理论”,以及B. 格林著、李泳译的《宇宙的琴弦(The Elegant Universe)》来完成这最后的一讲。     

相对论中的“观测”与“看到”有何不同

 1905年爱因斯坦发表了狭义相对论,其时空观之一就是“运动的尺缩短”。接受相对论的所有人都相信这种尺缩现象是可以用眼睛看到或用照相机拍摄到的。一个运动物体看起来将沿运动方向缩短为原来的1-β2倍β=ｖｃ,ｖ是物体运动的速度大小,ｃ是光速,坐在高速飞船中的人从窗外看出去时,将看见球形物体缩成一个椭球体这些说法好像都是无可非议的。这种观念一直持续了54年之久,直到1959年美国物理学家戴勒尔发表了一篇文章,认为这种观念是错误的,他纠正了存在于所有人中间的这个偏见。提出“尺缩”现象可以“观测”或者“测量”,却不能用眼“看到”。     

太阳中微子失踪案和中微子振荡

 (续前)五、“中微子振荡”是物理学家的法宝按照粒子物理的标准模型,中微子质量为零,它们以光速运动。存在着3种不同类型(即3种“味”)的中微子:电子型中微子(记为νｅ),μ-中微子(记为νμ)和τ-中微子(记为ντ),它们之间彼此不相关,分别只同电子、μ轻子和τ轻子密切相关。不过,早在戴维斯等人公布首批氯探测器的探测结果的1968年,庞托科沃就提出了这3种“味”的中微子很有可能互相来回地转化,称为“中微子振荡”。在太阳内部的热核燃烧过程中产生的中微子都是νｅ。但它们在从太阳到地球的漫长行进过程中,νｅ不断地转化为νμ和ντ。     

多普勒效应及其现代应用

 生活中,人们都有这样的经验:当高速行驶的火车从远处鸣笛而来时,人耳听到的笛声音调愈来愈高;而当火车鸣笛离去时,其笛声音调愈来愈低。此现象就是声波的“多普勒效应”。它表明:当波源与观察者之间有相对运动时,观察者所接收到的波的频率与波源所发射的频率不同。“多普勒效应”是奥地利物理学家多普勒于1842年发现的。而电磁波频域内的“多普勒效应”在1938年才得到证实。     

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。     

复杂而有序的软物质

 法国物理学家德·热纳(P. G. De Gennes)(图1)在1991 年获得诺贝尔物理奖时,以“软物质”为题演讲,首次用“软物质”一词概括所有“软”的东西,包括普通的流体和当时美国学者惯常称呼的“复杂流体”,从此推动了一门21 世纪跨越物理、化学和生物三大学科的重要交叉学科的发展。     

从牛顿和奈尔经商谈起

 尽管许多科学史家对于那些为数不多的物理学大师经商一事,仅仅是只言片语,或者缄口不言、讳莫如深,但笔者为了“把凝固的文化激活”,特以艾萨克·牛顿(IssacNewton,1642～1727)和路易·奈尔(LouisEug埁ｎｅＦ啨ｌｉｓＮ啨ｅｌ,1904～2000)为例,简要谈谈著名物理学家经商的故事,并由此引发了一番深沉的反思。牛顿经商的目的“站在巨人肩上”的英国大物理学家牛顿,自从于1667年春重返剑桥大学,经过多年研究后,虽然在经典力学、光学等领域内作出了卓越的贡献,但仍然过着紧巴巴的日子。     

关于物质-反物质对称性破缺的发现

 2019年3月，欧洲核子研究中心（CERN）的物理学家宣布，他们在粲夸克系统中也找到物质和反物质不完全对称的证据。“物质和反物质”、“对称与不对称”，这究竟是怎么一回事呢？让我们从头说起。     

2000年7月21日：美国费米实验室宣布第一个τ中微子的直接证据

 20世纪美国伟大作家厄普代克(John Updike,1932～2009)在他1960年的诗《宇宙之胆》(Cosmic Gall)中这样写道：“中微子,极其细小,它们既不带电荷,也无质量,和物质完全没有相互作用.”中微子在当时是相当新的发现,之后的两年,物理学家渐渐开始了解这个神秘的“幽灵粒子”,例如他们发现,中微子不只一种,而物理学家往后花了40年才将它们全部找到.     

庞加莱于物理学的贡献

 两位华人数学家曹怀东、朱熹平最终破解了“庞加莱猜想”的报道，重新唤起了公众对“数学全才”庞加莱的关注。庞加莱的研究和贡献涉及数学的各个分支，例如函数论、代数拓扑学、阿贝尔函数和代数几何学、数论、代数学、微分方程、非欧几何、渐近级数、概率论等，当代数学不少研究课题都溯源于他的工作。孰不知，除了是一名数学家之外，庞加莱也是一位影响深远的物理学家，他的研究涉及到天文学、光理论、电磁理论、相对论等物理学分支。     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅴ)

 在自然力“走向”统一的过程中,对力的认识,经历了三次飞跃：第一次,从“定性”到“定量”,即从墨翟的“力,形之所以奋也”到牛顿的“力与运动的改变成正比”,也就是说,从对自然现象的观察、描述到实验、理论研究,其间,伽利略通过斜面实验来研究落体运动并第一次用数学公式来表述物体的运动规律,随后开普勒借助第谷的观测资料发现了行星绕日运动三定律,为牛顿发现力学三定律和万有引力定律、创建经典力学,奠定了实验和理论基础。     

今日中国物理

 1 著名物理学家纷纷题词纪念中国物理学会成立六十周年据本刊记者报道,今年正值中国物理学会成立60周年,许多著名物理学家纷纷题词以表庆贺.严济慈先生的题词:“发展物理科学促进四化建设”.王淦昌先生的题词:“预祝中国物理学会为我国做出更大的贡献！”周培源先生的题词:“进一步发展我国物理学为四化建设作出新贡献”.周光召先生的题词:“积极开展丰富多样的学术活动,促进学术研究和学科的发展.”朱光亚先生的题词:“发扬中国物理学会的优良传统,鼓励创新和争鸣,提高与普及相结合,重视教育和人才培养,发挥繁荣科技的先导作用,为社会主义四化建设作出更大贡献”.