探索我们的宇宙 发展相对性原理——国际天文年暨爱因斯坦诞辰130周年纪

一、引言今年是国际天文年,主题为“探索我们的宇宙”。以纪念400年前伽利略开始用望远镜进行天文观测所开启的人类对宇宙的科学探索。今年又恰逢爱因斯坦这位上个世纪最伟大的科学家诞辰130周年。在国际天文年纪念爱因斯坦诞辰130周年,具有特殊的意义。     

天文台,将出现在月球上

 揭开人类文明史的第一幕,天文学便占有显赫的一席.上古的游牧民族在辽阔的原野上放牧、迁徙,凭借观察日月星辰的位置来辨别方向.上古的农业民族依靠观察群星出没的时间变化,以确定播种和收获的季节与时令.古代的渔民和水手依靠辨认星空为自已导航,观察月亮的盈亏圆缺又使他们掌握了潮汐涨落的规律…….就这样,在五六千年以前天文学就开始萌芽诞生了.它是最古老的自然科学,是人类文明进步的象征.     

我的物理之路

 一个人的一生要走过一条漫长的道路.有的人在康庄大道上昂首阔步,有的人在崎岖山路上摸索攀登,还有的人在荆棘满布的道路上逡巡不前.每一个人,都必须为自己选择一条合适的人生道路.我为自己选择的,是物理这条并不平坦却充满光明的路.小时候的我是个读书迷.《少年科学画报》、《我们爱科学》、《十万个为什么》……都是我的老朋友.当我从书中知道,摇摇摆摆的不倒翁,转个不停的陀螺,会唱歌的录音机,飞得比鸟儿还高的飞机……都是根据物理原理制成的时候,我的心里常常想:物理多有趣啊!长大了我一定要学好它.     

“PE”作证!——谈生命系统的超微弱光子辐射

 萤火虫发光是一种常见的生命现象.其实,能发光的生物远不止萤火虫一种.大千世界,天空飞的昆虫,地上爬的软体动物,水里游的鱼、虾,以及栖息于海洋之中的种类繁多的菌类……它们之中,能发光者不胜枚举！人体会发光吗?很多人的答案是否定的.科学家们曾用特殊的仪器、技术,对人体和动、植物进行了大量的测量,结果发现,只要是活人或活的动植物,乃至一切活性细胞,他们每时每刻都可以发出肉眼看不见的超微弱冷光来.     

能看清黑洞细节的太空射电望远镜

 能看清黑洞细节的太空射电望远镜俄罗斯科学家试图揭开遥远太空天体---黑洞最神秘的面纱,他们建造了一架能观看到宇宙最深处的射电望远镜。众所周知,黑洞是宇宙中最残忍和最无情的“杀人者”,无论是行星还是恒星在黑洞面前都没有生路。黑洞惊人的吸引力即使是太阳光也无法抗拒,黑洞就像飓风,它会将整个世界吸入风洞中。关于这毁灭性的威胁暂时很少有人知道,因为谁也没有见到过黑洞,但是俄罗斯科学家找到一种能看到黑洞的方法,准备发射一架太空射电望远镜。它将比现有的望远镜敏锐几千倍。俄罗斯科学院院士尼古拉·卡尔达绍夫指出,“这架太空射电望远镜甚至可以看清黑洞的细节,它将能使我们发现宇宙新的物理规律。     

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。     

寻找宇宙原初物质

 叶云秀在《最大和最小的和谐统---夸克-胶子等离子体》一文(《现代物理知识》1994年第4期26页)中写道:“如果能产生出大爆炸后约10-6秒之内的物质态,并研究它的性质、它的状态方程、它的演化过程……,那就可能为宇宙的起源和演化提供佐证,也可以说我们回到了差不多1.5×10¹⁰年以前。”为了实现这一愿望,在全世界一些粒子加速器上工作的小组你追我赶地试图重建宇宙的原初物质:夸克-胶子等离子体(自由漂浮的夸克和电子)的汤。在日内瓦欧洲粒子研究中心的物理学家们曾主张用铅离子互相轰击发现这种等离子体的痕迹,但不少科学家对此提出质疑,实验也未进行下去。     

“暗宇宙”之谜

 夜幕降临,星光灿烂,银河、星斗与皎洁的月光交辉相映,编织出美丽的夜空,这就是我们从小获得的知识:恒星、星云、星系……构成的浩瀚宇宙。然而,这只是个错觉,我们的宇宙实际上是“暗无天日”的,这就是2003年过去一年最新的科学成就:宇宙是黑暗的,或者说是个“暗宇宙”(请参阅封二精美彩图)。什么是暗宇宙?那是指组成宇宙的绝大多数物质和能量是不可见的,发光的物质和辐射只占宇宙物质的极小部分,这种不可见的物质和能量称为暗物质和暗能量。根据最新的测量,暗能量和暗物质合计占宇宙质量密度的96%,而我们熟知的恒星、星系等发光物质或重子物质仅仅只占4%。     

观赏秋夜星空 窥探天体奥秘

<正>美丽神奇的秋夜星空秋高气爽,夜幕降临,天空显得晴朗透明,是观星的好季节。观夜空认识星,对于各种年龄段的人来说,不仅是一项很有意义的业余科学活动,也是一种欣赏大自然之美的享受。交替变换的四季星空,不但会给人们展现星座的美妙形象,还使人想起那些神奇     

宇宙极早期的剧涨

 在为数众多的宇宙演化理论中,目前为大多数科学家所接受的就是热宇宙标准模型,即我们通常所说的大爆炸学说.大爆炸学说是建立在爱因斯坦的广义相对论和近代物理理论基础上的,它得到了与观察事实相符合的一系列结论,譬如:它可解释目前的宇宙处在膨胀之中和宇宙中氦的丰度等,并预言了宇宙中存在3K微波背景辐射(已于1965年由彭齐斯和威尔逊证实,他们俩为此荣获了1978年度的诺贝尔物理学奖金).但是,就像通常刚建立的物理理论一样,随着研究的进一步深入,科学家们发现了它的几个致命缺陷,这些缺陷可归纳为以下几点:一、视界问题.这是在解释可观察宇宙的大尺度均匀性时所遇到的问题.在微波背景辐射的研究中已证实宇宙有一个非常重要的特征量--宇宙等效温度,简称宇宙温度.根据微波背景辐射中已测出的辐射能量密度及其频率,再利用普朗克黑体辐射公式,就可知道当今的宇宙温度为2.7K;这说明了宇宙在大尺度范围内是处在热平衡之中的(否则就没有宇宙温度可言).但大爆炸理论诉告我们:在混沌初开时,宇宙是一个灼热的奇点.但随着爆炸过后,需要多长时间才能达到热平衡状态呢?     

质量起源——量子色动力学与质量起源

 ……有读者可能会问：我们是不是离题了？既然量子色动力学中的胶子是无质量的，而夸克虽然有质量，但其质量是不可约化的。那么，量子色动力学与质量起源这一主题又能有什么关系呢？应该说，这是一个很合理的疑问。但量子色动力学的奇妙之处就在于，它形式上异常简洁，内涵却惊人地丰富。它宛如一坛绝世的佳酿，越品就越是回味无穷。在谈论质量起源问题的时侯，人们往往把注意力放在包含希格斯机制的电弱统一理论上，因为希格斯机制在登场伊始就打出了质量产生机制的响亮广告。但事实上我们将会看到，看似与质量起源问题无关的量子色动力学对这一问题有着非常独特而精彩的回答，从某种意义上讲，这一回答才是标准模型范围内的最佳回答。……     

高海拔宇宙线观测站开启“超高能伽马天文学”时代

正从古至今,人类对宇宙星空的向往就从未中断,它激发了人类无尽的遐想与不断探索未知的欲望。当我们仰望星空,人类对宇宙的无尽联想与探索就开始了。裸眼看到的星空已让我们如此着迷,而如果有真实的来自太阳系外的物质能送到你身边,会让人更加兴奋与惊奇!而这样的物质样本,其实在我们的身边无处不在,那就是宇宙线~([1])。宇宙线又称宇宙射线,宇宙线粒子中约90%是质子,9%是氦原子核,更重的原子核及电子、光子等粒子占剩下的1%。     

物理学中的科学争论

 在缤纷的物理学发展史中,有令人叹为观止的实验,揭示和证实了宇宙间的重大规律,推动着物理学的前进;有意想不到的机遇和灵感火花的碰撞,涂抹着物理世界的斑斓色彩;有大胆、精彩的假说与假想,不断地将物理学从一次次“灾难”中解脱出来而更上一层楼;有求实、求真的观察,不时地修正着物理学远征的航标;有超脱、巧妙的类比,不停地拓展着物理学前进的道路;有对称、和谐、统一、简洁等科学美学标准,永久地支配着物理学的未来……凡此种种,都深刻地表明:在物理学的发展中,科学方法不仅制约着其子学科的分化、衍生和综合的方向,而且是推进物理学发展的一种重要的创造因素和强大动力。     

窥视苍穹：从肉眼观星到太空望远镜

 “我的目标很简单，就是完全理解我们的宇宙，弄清它为什么会是今天这个样子，以及它究竟为什么存在。”《时间简史》的作者斯蒂芬·霍金恰如其分地表达了那种自远古时代起就不断驱使科学家和哲学家去研究宇宙的求知欲望。适用于地球本身的物理定律在天文尺度同样适用，这一简单假设已经在建立宇宙模型方面取得了引人注目的成功，从而导致了物理学根本性的飞跃和实用技术天翻地覆的进步。考虑到客观条件对天文观测的苛刻限制，我们能在理解宇宙的道路上走得如此之远可谓十分不寻常了。其他物理学家可以通过改变和限制各种参数来检测一个封闭系统的变化，而宇宙的宽广无垠却意味着天文学家永远受制于大自然而无能为力。因此，实验科学中这个出类拔萃的分支理应得到公平的对待和充分的认可。本文旨在简要回顾天文学观测从早期的肉眼观星发展到如今发射造价数十亿美金的太空望远镜的精彩历程。     

物理教学中直觉思维的培养

 一、直觉思维的含义爱因斯坦曾说过“真正可贵的是直觉”,“我信任直觉”,“我相信直觉和灵感”。什么是直觉思维,美国现代心理学家布鲁纳在其名著《教育过程》中曾说:“直觉思维与逻辑思维迥然不同,它不是以仔细的,按规定好的步骤前进为其特征的……直觉思维总是以熟悉的有关的知识领域及其结构为根据,使思维者可能进行跃进、越级和采取快捷方式,并需要以后用比较分析的方法重新检验所作的结论。”所以,直觉思维并不是什么神秘莫测的东西,它不过是一种未经有意识的逻辑思维而直接获得某种知识的能力,或者说是一种通过某种下意识(或潜意识)直接把握对象的思维活动,也可以说,直觉思维是人们在认识过程中,在分析问题和解决问题时,头     

推荐一本好的科普书——《从夸克到宇宙》

<正>最近我有幸阅读了新出版的科学普及读物《从夸克到宇宙:永无止境的科学探索》,为它的文字和内容所吸引,我爱不释手地读完了它,特此推荐这本书给广大读者。作者谢一冈等人都是曾经或正在努力为高能物理做出贡献的科学家,他们还将许多自已经历的小故事融入书中,非常引人入胜。     

充满宇宙的暗能量和加速膨胀的宇宙

正古代的天地概念可视作一种有限范围的宇宙理论,并受到人的视野的限制,尽管有许多人猜测,宇宙是无限的。直到16世纪中叶,哥白尼才提出新的以太阳为中心的宇宙观,并且经过近一个半世纪的发展才形成了一种科学的宇宙理论。1.现代宇宙学发展进程众所周知,我们周围的极其广大的空间中充满了物质,物质和物质之间有相互作用,物质通过这些相互作用而运动,这就是宇宙。1915年,爱因斯坦建成了20世纪最重要的理论     

学部委员李荫远先生主持 音乐与物理

 物理属于科学范畴.科学(Science)起源于拉丁字的Scire,意思是“要去知道”,它是人类研究和分析自然的一个领域.音乐是一种艺术形式,是一种产生和接收优美声音的安排.看来它们似乎离得很远,但实际上,两者在许多方面有着有趣的联系.对自然与音乐-声学之间的关系的研究可追溯到古代中世纪.在公元前十六世纪,毕达哥拉斯和他的同事们相信数学和音乐都是自然界中一种和谐的表示.毕达哥拉斯发现半根弦的振动比一根弦的振动有高八度的音,三分之二根弦的振动比一根弦的振动有高五度的音,…….表示为简单的数学关系为:2:1=八度音阶,3:2=五度音阶,4:3=四度音阶,…….     

推荐一本好的科普书——《从夸克到宇宙》

 最近我有幸阅读了新出版的科学普及读物《从夸克到宇宙：永无止境的科学探索》，为它的文字和内容所吸引，我爱不释手地读完了它，特此推荐这本书给广大读者。作者谢一冈等人都是曾经或正在努力为高能物理做出贡献的科学家，他们还将许多自已经历的小故事融入书中，非常引人入胜。     

宇宙将永远膨胀下去

 大部分宇宙学家认为,宇宙─-它目前的膨胀速度比以往任何时候都缓慢─-最终或者会逐渐地实际上停顿下来,不再膨胀;或者膨胀停止后会重新开始收缩。现在,两位研究人员表明,根据来自宇宙背景辐射探测卫星（ＣＯＢＥ）测量到的数据,可以判断;宇宙将会无限期地膨胀下去．微波背景辐射存在的踪迹遍及整个宇宙,它被认为是宇宙大爆炸的遗迹．在天空的不同区域,这一辐射的温度有着轻微的差别,其数值为十万分之一左右．人们认为,这种差别为星系的形成──当宇宙处于青的期时──提供了线索．爱因斯坦的广义相对论指出,宇宙会拥有三种可能模型中的一种,每种模型同时也决定了宇宙的命运．