熵与信息——麦克斯韦妖的启示

 在神话故事中出现许多妖魔鬼怪,那是不足为奇的,但以精确严密著称的物理学之中也出现了妖精,就有点出人意料之外了.以英国著名物理学家命名的麦克斯韦妖(Maxwell’s demon)在物理科学的发展之中已经扮演了相当重要的脚色,不但以鲜明的图象,澄清了热力学第二定律的一些疑团,更重要的是指出了熵与信息之间的联系,成为信息论这一门新学科的先导.而在生命科学的发展之中,麦克斯韦妖也会大有其用武之地的.     

分仓颗粒布居分聚现象的通量模型

置于以窗口连接的分隔仓中振动驱动的颗粒气体会出现颗粒在两仓中布居分聚现象,被形象地称为麦克斯韦妖现象.通量模型的建立是理解麦克斯韦妖现象的关键问题.Eggers以颗粒气体动力学为基础得出了简化的理论模型.该模型可以很好地得到分仓中颗粒的布居分聚现象,然而似乎无法用于预测两种颗粒在分仓体系中的布居振荡现象.通过实验研究,测量了颗粒气体的流通量曲线,改进了Eggers模型.改进的模型可以很好地得到两种颗粒在分仓体系中的布居振荡现象. 关键词： 颗粒气体 耗散 通量模型     

上帝派往人间的使者——“拉普拉斯妖”随笔之一

一 古希腊的神话中有许多关于妖的故事,给我印象最深的是蛇发女妖玛杜莎,头发是一条条活蛇,发尖是蛇头.她的目光碰上谁,谁就会立即变成石头.勇士珀尔修斯,一手拿剑,一手持盾,以盾作镜,挡住了她的目光,砍下了她的头颅.     

超导“小时代”之二十二天生我材难为用

<正>策之不以其道,食之不能尽其材,鸣之而不能通其意,执策而临之,曰:"天下无马!"——(唐)韩愈《马说》古往今来,有才者数不尽数,恃才傲物之人也多如牛毛。诗仙李白就喜欢恣意饮酒,与友尽欢,仗着自己有才,自认为不愁工作和收入,号称"天生我材必有用,千金散尽还复来"。但纵然天生有才,是否能够人尽其才,却始终是个疑问。你可以在花藤之下悠闲饮茶、     

介观物理系统的统计物理和持续电流

本文讨论介观系统的统计物理一些基本概念 ,在一般教科书和文献都很少有解释到的。我们讨论自平均效应 ,它在介观与宏观系统之不同 ,对杂质作系统平均后热力学量在介观与宏观系之不同。我们较详细引介用格林函数和图解法计算介观持续电流。同样 ,我们强调宏观系统和介观系统不同之处 ,对介观物理系统从计算热力学量的角度来看需要特别考虑因素。     

广义麦克斯韦妖

 麦克斯韦妖是著名英国物理学家麦克斯韦于1867年提出的。当时,热力学第二定律已诞生了16年。热力学第二定律指出,自然界中一切热力学系统所进行的任何自发过程,其熵总是增加的。随着热力学第二定律的诞生,相应出现了热寂说,麦克斯韦妖正是在对热寂说的批判中脱颖而出的。     

介观物理系统的统计物理和持续电流

本文讨论介观系统的统计物理一些基本概念，在一般教科书和文献教很少有解释到的。我们讨论自平均效应，它在介观与宏观系统之不同，对杂质作系统平均后热力学量在介观与宏观系之不同。我们较详细引介用格林函数和图解法计算介观持续电流。同样，我们强调宏观系统和介观系统不同之处，对介观物理系统从计算热力学量的角度来看需要特别考虑因素。     

介观金属双环系统中的持续电流和量子能谱

基于电荷的不连续性,对处于外磁场中的介观双环系统进行量子化.假设系统在电荷表象中具有变换的对称性,通过求解电流和Hamilton算符的本征值方程,给出介观金属环互感系统中的量子电流和能谱关系;分析和研究了介观金属环中量子电流和能谱的性质.结果表明,持续电流和量子能谱不仅与外磁场、介观双环参数有关,而且还明显地依赖于电荷的量子化性质.     

物理教育从名词谈起

中文"物理"一词最早的出处,应该在<庄子>一书中的<知北游>篇中提到"圣人者,原天地之美而达万物之理."<秋水>篇提到"道……,是所以语大义之方,论万物之理."<天下>篇又提到"判天地之美,析万物之理,……,寡能备于天地之美,……."庄周显然不赞许分析法,而以"道"论理.到晋朝,杨泉有<物理论>一书.到宋朝,朱熹(1130-1200)有"欲致吾之知,在即物而穷其理也."之语.明朝方以智(1611-1671)受西学影响,著<物理小识>一书,重视"质测"(即观察测量).此时之"物",尚泛指万物.     

天行见物理之五 通儒论历

<正>通天地人曰儒——扬雄《法言·君子》神道设教观天之神道,而四时不忒。圣人以神道设教,而天下服矣。——《易传·彖传》公元325年,罗马纪元1078年,终结四帝共治之乱、再造罗马一统的英主君士坦丁大帝(Constantinus Magnus)在帝国东部的尼西亚(Nicaea)召集了基督教世界的第一次大公会议(Concilium Oecumenicicum)。经过一轮又一轮激烈的唇枪     

艰辛之路 辉煌之绩——贺神光III原型装置达标验收通过

物理之域,原子分子,冠以结合,性质迥异,故成以万千变换。物态世界,以众所知,不外乎三,固液气者,微观辨之,亦难逾原子分子之界。然等离子体,虽界乎其中,秉性之现,超乎常理。分子分解,原子剥离,质量不减,然脾性大变,故谓其物质第四态。     

课程思政的“根、本、魂”和相应教育“三观”的理性探讨——从思政视角探讨大学物理课程思政

课程“土壤”是课程思政的“根”之所在(与课程观的理念更新对应);立德树人是课程思政的“本”之所归(与教育观的理念更新对应);融入转化是课程思政的“魂”之所系(与教学观的理念更新对应)。大学物理课程思政是在课程实施过程中扎根课程，以隐性教育方式体现课程育人价值、全方位地推进大学物理课程建设(包括课堂教学、教材建设、教学方法、课程评价、队伍建设等各方面)的“思想引领”和“目标引领”。     

电荷不连续时电容耦合介观电路的量子回路方程及其能谱

考虑电荷具有不连续性的事实对双LC介观电路进行量子化,给出耦合形式的量子回路方程以及无相互作用Hamilton本征基矢下的电路能谱.结果表明,计及电荷离散性将使回路方程的形式发生明显变化;介观电路的能谱除与电路参数相关外,还明显地依赖于电荷的量子化性质.     

纯相对的运动观必须批判──试评相对性原理

一、从牛顿的纯绝对运动观到 爱因斯坦的纯相对运动观 在经典力学中,牛顿把物体的运动机械地割裂为“绝对的和相对的,真正的和表现的,数学的和通常的”.在他看来,相对运动“不过是整体的和绝对的运动的一部分”,“是真正运动之差”.他认为自己的“水桶实验”找到了“直接与相对运动相反的水的真正绝对的旋转运动”。当物理学的发展深入到电磁现象的新领域时,光的传播定律就与体现这种形而上学的纯绝对运动观的经典相对性原理发生了严重的抵触. 爱因斯坦抓住电磁观象对于惯性运动也具有相对性的事实,把经典相对性原理推广为狭义相对性原理.他…     

扶手椅型石墨烯介观环中的持续电流

在紧束缚近似下, 解析求解了扶手椅型边界石墨烯介观环的能量本征值问题, 计算和讨论了不同大小尺寸的介观环中持续电流随Aharonov-Bohm (A-B)磁通的变化, 并证明了能级和持续电流关于磁通变化的周期性和特殊对称性. 研究表明, 持续电流显著地依赖于介观环的几何结构; 零能量附近的能级可以承载较大的持续电流, 而远离零能量的其他能级对持续电流的贡献很小.     

物理实验创新方法：“三步走”创新方法

物理实验的创新已经引起人们的高度重视,然而,物理实验的更新速度却远远跟不上学生需求的速度。在这种情况下,提出了对物理实验进行创新的“三步走”。第一步,预备阶段,即找出所要创新的物理实验的“重难点”;第二步,设计阶段,即根据重难点,设计出物理创新性实验;第三步,制作与反思阶段,即对所设计的实验进行制作,反思制作过程中出现的问题。“天下无不可创新之物”,对于有瑕疵之物我们都应该并且有能力去改进它。     

介观物理基础和近期发展几个方面的简单介绍

低维和介观物理系统的研究是当前凝聚态理论的一个重要方向.文章将从回顾介观物理中的几个基本概念开始,就近年来在量子点、二维电子气和介观物理系统中的电子关联效应等几个方面的研究,简略地介绍介观物理的新发展和机遇.     

电子有“特异功能”吗——浅谈介观物理学

 如果有人告诉你,用两根探针测量一段导线的电压并算出其电阻,结果却同这段导线相串联的线路的其他部分有关,似乎电子有左道旁门式的“特异功能”,跑到常识以外的区域里去了,你一定不相信,因为这不符合一段导线的电阻只决定于其自身的基本物理事实.然而,近年来却实实在在地观察到这一类奇特现象,并且发展出物理学的一个新分支--介观物理学.目前,介观物理学的研究对象大多是一些处于低温下的线状和环状的小尺寸导电材料,既包括金属也包括半导体;而研究的内容主要在于输运性质方面.     

天行见物理之七 望舒九行

<正>璇穹积重霄,回运迅不停。曜灵烁神烛,望舒循九行。——祝允明《述行言情诗·其四十三》有物浑成有物浑成,先天地生。寂兮寥兮,独立而不改,周行而不殆,可以为天下母。吾不知其名,强字之曰道,强为之名曰大。——《老子·第二十五章》     

铁基纳米晶合金的介观阻抗率及应用

提出了铁基纳米晶合金介观阻抗率的物理概念，用Maxwell方程组求得其计算公式ρ=-μ{A}/{t}/Δ×H，该式表明铁基纳米晶合金的介观阻抗率与材料内部的介观磁场强度H、介观磁矢势A和介观磁导率μ有关，磁矢势A是由介观结构引起的量子力学效应，是由合金的微观结构决定的.这个理论很好地解释了铁基纳米晶粉末、粉芯