神奇的纳米技术

 一、科学巨匠遭冷遇,柳暗花明又一村著名物理学家,诺贝尔奖获得者理查德·费恩曼在1959年12月29日召开的美国物理年会上满怀激情地发表了《底层大有可为》的报告,大胆提出“用原子搭积木”的设想。他说:“当我们深入并游荡在原子周围,我们将按照不同的定律活动,会遇到许许多多新奇的事情,能以全新的方式生产,完成异乎寻常的工作。”并提出“我们为什么不可以从单个分子甚至原子开始进行组装,达到我们的要求?”当时连分子、原子是什么样都看不着,谈何对原子进行操纵组装呢?简直是痴人说梦。     

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。     

今日国外物理(六)

 1 詹姆士·弗勒尔等提出“第五种力”新见解据美国《科学新闻》报道,科罗拉多的波尔德天体物理实验室联合研究所的詹姆士·弗勒尔等在一座300米高塔上进行了引力的精确测量.     

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.     

德布罗意和玻姆

 路易·德布罗意(Louis de Broglie,1892-1987)曾以一篇关于1717年前后统治者以及阁员和议员更替的论文获得历史学学士学位,1911年第一届索尔维(solvay)物理学会议之后,德布罗意改习物理学,于1913年取得科学硕士学位。1924年,他在著名物理学家郎之万的指导下,以一篇划时代的论文《量子理论的研究》获得科学博土学位。1927年他提出了波动力学的“双重解理论”及其退化形式“波导理论”,并总结在一篇题为《物质及其辐射的波动力学和原子结构》的论文中。     

关于“数字地球”

 “数字地球”(The Digital Earth)最早提出于1997年下半年,1998年1月31日,美国副总统戈尔在美国加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球:21世纪认识地球的方式”的讲演.     

从霍金的新思想看物理学中的联系与反联系规律

 一按照爱因斯坦广义相对论的理论,宇宙间存在着一个巨大的暗天体,1969年,美国物理学家约翰·惠勒称这种暗天体为“黑洞”,意思是“引力完全坍缩物体”。经典物理认为,黑洞有一个封闭的视界面,即黑洞的边界。外来的物质能够进入视界,而视界内的任何物质均不能逃出视界。黑洞只能吸收,不能发射,因而是漆黑一团。对于这种观点,历来没有人怀疑。1974年,英国坐在轮椅上的青年物理学家史蒂芬·霍金(1942～)对上述关于黑洞的经典理论提出了挑战,发表了关于黑洞辐射的著名论文,在物理学界引起震动。     

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。     

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。     

光子学与光子技术

 在国外“光子学”概念的提出,大约可追溯到20多年以前。早在1970年,在一次国际高速摄影会议上,荷兰科学家波德沃尔特(Poldervaart)首次提出“光子学”(Photonics)一词,并予“光子学”以定义。认为“光子学”是研究“以光子作为信息载体”的科学。事实上,激光二极管的问世,使光子替代电子,成为信息的载体,并促进了光子学的形成。需要指出的是:欧洲以及其后的美国,在促成光子学形成方面表现出极大的兴趣和热情。     

“氢弹之父”爱德华·特勒

 他,享有美国“氢弹之父”美誉他,因陷害“原子弹之父”遭唾骂他,是一个毁誉参半的传奇人物。2003年9月9日,被誉为美国“氢弹之父”的爱德华·特勒去世,享年95岁。“氢弹之父”出生在犹太家庭据美联社报道,半个多世纪来对美国防御政策产生重大影响、被誉为美国“氢弹之父”的美国著名核物理学家爱德华·特勒(EdwardTeller)因脑中风,于2003年9月9日在加利福尼亚州斯坦福的家中去世,享年95岁。爱德华·特勒于1908年1月15日出生于匈牙利首都布达佩斯的一个犹太家庭,父亲是一名律师,母亲是钢琴家。     

德默尔特和他的离子陷阱

 汉斯·德默尔特是美国西雅图市华盛顿大学物理系教授.由于他发明了用电磁陷阱捕捉质子、电子和离子的技术,并将这种技术应用于原子基本常数和光谱学的测量,瑞典皇家科学院授于他1989年诺贝尔物理学奖.同他一起获得1989年诺贝尔物理学奖的还有西德波恩大学教授沃尔夫冈·保罗,他主要的成就在于五十年代发明了使用六极磁场将原子束聚于一束射线的方法.另一位获奖的物理学家是美国哈佛大学的诺曼·拉姆齐教授,他的功绩在于发明了一种精确观察原子辐射和测量原子辐射的方法,这种方法构成了目前世界上使用的时间标准的基础.授奖委员会主席英瓦尔·林格伦说:“他们三人创造了准确的测量方注,由于有了这些方法才有可能进行某些实验,从而迫使人们考虑一些基本的物理定律,特别是关于时间和空间的定律”。他们的获奖充分证明了实验物理技术在科学研究中的重要地位。     

等离子体及其应用

 1879年英国的克鲁克斯首次采用了“物质第四态”这一名词对气体放电管中的电离气体进行了描述。1928年美国的朗缪尔正式引入了“等离子体”的概念,于是等离子体物理学开始问世。今天,等离子体的严格定义应该理解为“是由大量自由电子或负离子和正离子,也可能还有一些中性的原子和分子所组成的、在整体上表现为电中性的宏观体系。”根据物质结构的理论,原子、分子或分子团相互以不同的键力相结合,构成物质不同的形态。固体内粒子间的结合力较强,形成晶格。当粒子的平均动能大于晶格中粒子的结合能时,固体则转变为液体。液体内粒子间结合力较弱。     

评“德国原子弹”

 美国纽约州联邦学院历史学博士马克·沃尔克的论文“海森堡、高德斯密特和德国原子弹”在《今日物理》上发表后,引起世界范围的反响。不少知情人士纷纷撰文评判,或是赞同,或作补充,或予抨击。在抨击性文章中,对立性最强,措词最激烈的,当数美国佛蒙特州的乔纳生·洛根的(《今日物理》1991年5月号)。     

莫比乌斯与反演问题

 去年,英国“自然”杂志“新闻与评介”专栏登载约翰·麦道克司(John Maddox)文章,对我国学者陈难先教授应用数论中莫比乌斯定理证明物理上的反演问题,作了高度评价.现请中科院化冶所赫彤同志译述如下,以飨读者.     

冷眼观潮看纳米

 纳米技术仍然更多地靠宣传而非实际的回报支撑着。要像几十年前的生物技术一样真正地开始得到应用,它还有两大问题需要解决。从原子物理一直到生物技术,科学的接力棒已经传到了纳米技术手中。数以十亿计的美元、欧元、日元和人民币投向了它。诸如“蜘蛛侠”和“少数派报告”的电影中有它的角色,在迈克尔·克里奇顿的最新畅销书“猎物”中它扮演恶棍。纳米技术正席卷物理科学和生命科学,甚至也将触角伸向了政治和社会领域。对于一门你尚不能取得学位的学科而言,这的确不简单。狂潮从何而起?在纳米技术中,科学家们关注的是物质的一种完全不同的状态---在已知的固态、液态、气态和等离子态之外的“表面”态。     

物质微观结构的现代观念

 人类对物质微观结构的研究经历了许多世纪的艰苦努力,直到19世纪初才真正弄清了原子的内部构造。此后,经过一代又一代科学家的科学实验,对物质微观结构的认识从一个层次深入另一个层次,却始终没有找到物质微观结构的最小单元。(一)从原子到“基本粒子”中国古代的哲学家早就提出世间万物都是由“金、木、水、火、土”五种物质构成的学说。     

法拉第奇迹探源

 迈克尔·法拉第是杰出的物理学家和化学家。他不仅发现了电磁感应现象、电磁感应定律、电解定律、磁致旋光效应,还提出了场、力线和电介质的概念,并首次用“冰桶”实验证明了电荷守恒定律。通过实验,他发现了氯气液化的方法,发现了苯,发现了同分异构体的事实。他不仅发表了很多有价值的论文,而且还出版了三卷本的《电学的实验研究》、八卷本的《法拉第日记》和《化学操作》等畅销书。迈克尔·法拉第是科学史上罕见的高产科学家,而仅受过两年正规学校教育的法拉第,为什么会取得如此辉煌的成就呢?感兴趣的目标1791年9月,法拉第出生在英国伦敦市郊,全家6口人就靠父亲打铁为生。     

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.     

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。