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。     

对反物质进行光谱测量的实验进展

 激光被首次用来成功制造出反氢原子,这样就可以对反物质原子进行精确的光谱测量。哲学家威廉·詹姆斯说过:“如果你想推翻所有乌鸦都是黑的这个论断,那么不必证明它们都不是黑的,只要你找出一只白乌鸦就足够了。”同样,如果你想检验所谓的CPT定理--根据CPT定理,一个由反物质构成的世界其行为与一个由物质构成的世界完全相同,所以你也不必制造出整个“反物质世界”。只要能够证明反原子有一次发生跃迁的频率值与相应的原子在同样的跃迁中频率值不同,证据就非常足够充分了。     

北京现代物理研究中心介绍

 北京现代物理研究中心(Beijing Institute ofModern Physics,简称BIMP)是由李政道教授倡议,并经国务院批准,于1987年10月14日在北京大学成立.国家教委聘请李政道教授担任“中心”主任兼“中心”学术委员会主任,中国科学院院长周光召教授担任“中心”学术委员会副主任,北京大学副校长陈佳洱教授担任“中心”常务副主任和学术委员会副主任.设立北京现代物理研究中心的目的,是为了在我国建立良好的学术环境,促进国内科学研究的横向联合,和国内外的学术交流,使“中心”逐步成为培养现代物理方面的高级人才的开放型教学和科研基地.“中心”主要活动方式是,按精选的题目,组织国内精干的学术队伍,与国外著名学者一起,就现代物理的前沿问题进行探讨,组织力量突破.     

从火星、金星的视运动到“日心说”

 15世纪10～40年代,是“日心说”形成和发展时期。哥白尼对火星、金星视运动的研究,是确立“日心说”的线索和依据。     

发挥“几何画板”的物理教学功能

 “几何画板”是人教社和全国中小学计算机教研中心于1995年联合从国外引进的教学专用软件,其独特的“动态几何”功能,能让操作者很方便地用“动态”方式表现研究对象之间的关系。     

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,”…….     

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.     

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。     

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”.     

用激光干涉仪检测引力波

 1887年,迈克尔逊和莫雷用干涉仪所做的实验,证明了相对于“以太”的绝对运动是不存在的,“以太”不能作为绝对参照系,该实验成了爱因斯坦狭义相对论的实验基础。 如今,爱因斯坦的相对论问世80年了,其理论已被物理界很多学者所验证和确认。但是,爱因斯坦的理论所预言的“引力波”还未被任何实验所验证,爱因斯坦的“电磁力与引力统一”理论认为,对应电荷振动释放“电磁波”,质量振动,要释放“引力波”。电磁波容易检测,而引力波因强度太低很难检测。例如,质量为1万吨,长为2m的棒,以每秒200圈旋转时放出的引力波,在2000km处,只能引起10^-37的空间波动(即相距为1m的两质点间距离变化不过10^-37m)。这个值用现代科技手段是不可能检测的。 值得庆幸的是,在天体运动变化中,有巨大能量以引力波的形式放出的现象。如两个中子星合体时会放出强引力波;超新星爆发时,其巨大的潜能释放,会放出强引力波脉冲。     

光纤在通信领域中的应用

 能够传播光的纤维丝称作“光导纤维”,简称“光纤”。信息高速公路就是以现代通信技术和计算机网络为基础,用大容量的光纤作为铺“路”材料,集话音、数据、图像和文字为一体的多媒体信息源为“车”,这些“路”和“车”便构成了“信息高速公路”。对光纤的研究、开发和利用,是以物理学为基础,经过对光传播的研究、光谱的分析、材料的筛选、以及半导体激光器和光电检测器件的研制,在通信领域取得了成功,是物理学和无线电通信的完美结合。 一、光纤的问世 通光的材料和结构对于光信号的通过能力有一定的影响,这就是我们常说的损耗。光纤损耗的主要原因在于玻璃中含有过度金属离子以及拉丝工艺。     

物理学与诗词赋

 众所周知,物理学是自然科学的重要领域,是定量地研究自然规律的实验科学。从宇观、宏观到微观,从低速到高速领域(接近光速c),无不是物理学家的研究对象。因此,“求真”是物理学家的第一思维目标。而将“求美”视作自己灵魂的诗、词、赋,则分别对应于文学艺术作品“体裁的一种,一种韵文形式和我国古代的一种文体”(《现代汉语词典》,1983年版)。     

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。     

漫谈微观粒子的波粒二象性

 物质世界是由什么组成的,其最小的组成单元是什么,这些“单元”或“微粒”具有什么特点,一直是古往今来人们十分感兴趣的问题。早在我国战国时期,哲学家公孙权就曾说过:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”人们在不断地“切割木棍”的过程中逐渐进入了微观领域,并用在上世纪建立起来的、被誉为20世纪物理学两大支柱之一的量子力学来反映微观粒子特有的运动规律。微观粒子的波粒二象性就是量子力学中最基本、最重要、也是最具创新性的概念之一。对它的理解是一件既让人着迷又略感困惑的事情。     

利用光谱学方法解析具备高“奶油感”发酵乳的关键质构特征

“奶油感”是最受消费者喜好的发酵乳感官属性,反映令人愉悦的特征。为开发无添加但“奶油感”增强型的发酵乳,首先必须明确具备高“奶油感”发酵乳的质构特征。目前关于发酵乳“奶油感”的定义和评价标准尚未统一,关键质构特征尚不清晰。前人研究表明,发酵乳的凝胶网络形成过程及强度、稳定性和表观黏度可能是影响发酵乳感官感知的主要因素。该研究采用多种光谱学手段,解析具有不同强度“奶油感”发酵乳的关键质构特征。以经描述型感官评价得到的五种具备不同“奶油感”强度的发酵乳为研究对象,通过多散斑扩散光谱技术测定发酵乳凝胶网络的形成过程及凝胶强度,通过多重光散射技术来研究发酵乳的稳定性,再辅以流变学分析发酵乳的表观黏度。首先采用多散斑扩散波光谱技术研究具有不同强度“奶油感”发酵乳凝胶过程粒子均方位移的变化,结果显示凝胶的弹性指数突变时间按“奶油感”由弱到强分别为108,115,106,132和143 min,表明发酵乳形成凝胶的时间基本呈逐渐增加趋势;凝胶时间的增加可能是因为酪蛋白充分重排聚集形成了更均匀的凝胶网络,从而增强了“奶油感”的感知;弹性指数的终点值代表发酵乳的凝胶强度,结果显示凝胶强度处于适中水平的发酵乳“奶油感”较强。接着利用多重光散射技术评价了发酵乳的稳定性,“奶油感”由弱到强的发酵乳稳定性动力学指数分别为2.2,2.1,1.9,2.0和1.4,表明发酵乳稳定性与发酵乳“奶油感”的感知强度呈正相关。最后利用流变学方法测定了发酵乳的表观黏度,“奶油感”由弱到强的发酵乳表观黏度分别为(0.362±0.016),(0.271±0.013),(0.251±0.021),(0.479±0.031)和(0.343±0.024) Pa·s,表明发酵乳的表观黏度和“奶油感”感知强度不存在相关性。发酵乳的凝胶时间及凝胶稳定性与“奶油感”的感知密切相关。研究为明确发酵乳“奶油感”的关键质构、开发“奶油感”增强型的发酵乳制品提供理论依据。     

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。     

“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。     

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。     

时空理论的演化历程

 关于空间与时间的理论,从古至今有许多的哲学家和自然科学家为其倾注许多的心智和汗水。大体上可分为三个时期。第一个时期可称为古代的探索时期中国古代的庄子就对宇宙有一个自己的看法:“有实而无乎处者,宇也。有长而无本剽者,宙也。”“有实”是指有形体的物质实在,而每一物质实在都有一定的体积、一定的外形,占有一定的空间;“无乎处”,即没有穷处,没有界限。因此,庄子所谓“宇”是指广阔无边的空间实在。“有长”是指时间而言,时间只讲长度,即古今前后,它没有上下左右;“无本剽者”,即无始又无终。因此,庄子之谓“宙”是指无始无终的古往今来。     

自动化学间断分析仪和原子吸收光谱法测定锥栗不同授粉组合果实的元素含量

为探讨锥栗不同授粉组合果实中矿质元素是否也存在花粉直感效应，应用全自动间断化学分析仪和原子吸收光谱法测定了“华栗1号”、“华栗2号”、“华栗3号”和“黄榛”四个锥栗主栽品种自交、异交以及自然授粉的子代坚果中主要矿质元素的含量。结果表明，锥栗不同授粉组合坚果的N，P，K，Ca，Mg，Fe，Zn和Mn八种矿质元素含量差异较为显著，其矿质元素具有明显的花粉直感效应，尤其是铁、锌元素受花粉直感作用的影响较大，“华栗2号”ד黄榛”授粉组合果实铁、锌元素含量最高，分别为162.13和41.79 μg·g-1；“黄榛”ד华栗1号”授粉组合果实中Mn元素含量最高为165.67 μg·g-1，为锰微肥的利用提供了参考；通过主成分分析，评价出19个组合中在矿质元素方面表现最优的授粉组合为“华栗2号”ד黄榛”。该研究结果可为锥栗生产上合理配置授粉树和改善果实品质提供科学的依据。