殚思求火种,深情寄木铎——缅怀黄祖洽先生

<正>编者按2014年9月7日,我国著名理论物理学家、物理教育家黄祖洽先生因病在北京逝世,享年90岁。黄祖洽先生是我国理论物理学界的一面旗帜。他是我国最早深入钻研中子输运理论并在核反应堆理论上卓有建树的理论物理学家,他和彭桓武先生同为我国核反应堆理论与设计奠基,为我国和平利用核能打下坚实的理论基础。在上世纪50到60年代,为了打     

干涉现象中能量叠加的实验研究

经典的波动理论与量子理论均分别对杨氏双缝干涉实验进行了解释。由于两个解释理论一个简单直观、一个复杂抽象,但两者结果一致,使得学生在学习中容易接受波动理论而排斥量子理论。文中通过实验观测了杨氏双缝干涉光场中能量传递与叠加的实际情况,结果显示实验实际情况与波动理论解释明显不相符合,而与量子理论解释完全相符。通过实验,使学生直观地看到波动理论的局限性,并加深学生对量子力学相关理论的理解。     

走向统一的自然力 弱力和电磁力的统一(Ⅲ)

<正>3.弱电统一理论及其实验验证前面提到,在揭示弱力物理本质的过程中,费米在他的"?衰变理论"中首先指出,弱力和电磁力一样,是矢量相互作用。经过许多科学家近30年的实验和理论研究,终于证明了弱力确实是矢量相互作用。费米的这一想法,后来被费曼和盖尔曼进一步推广为守恒矢量流理论,并最终导致温伯格、格拉肖和萨拉姆建立了弱力与电磁力的统一理论。这一讲,我们介绍这两个理论及其实验验证。(1)守恒矢量流理论及其实验验证     

加工误差对马氏理论关于超微孔微穿孔板吸声结构适用性的影响

从理论和实验上探讨了加工误差对马氏理论关于超微孔微穿孔板(micro-perforated panel,MPP)吸声结构适用性的影响。建立了计及加工误差的MPP理论分析模型,并应用MEMS工艺制作了超微孔MPP,由于工艺本身存在一定的加工误差,造成实际孔径与设计孔径10%-20%的偏差,在阻抗管中测量得到其垂直入射吸声系数。将实验结果和计及加工误差的理论预测值与马氏理论预测值进行对比发现,差别均较小,最大误差仍在6%以内,说明马氏理论在计及加工误差的情况下仍然适用。此外,对马氏理论关于加工误差的适用极限进行了仿真计算,结果表明,适用极限的大小具体依赖于超微孔MPP的孔径大小。      

生物物理学

 自20世纪初以来,物理学取得了突飞猛进的发展和进步,在理论和实验技术两个方面都取得了巨大的成功.在理论方面有量于理论、相对论、非平衡态统计理论、非线性理论以及基本粒子理论等各种各样的物理理论;在实验技术方面也出现了激光、X晶体衍射技术、各种光谱和波谱技术及其动态测量、以及各种成像技术(如核磁共振成像(NMAI)、扫描探针显微技     

表面等离子共振效应中传统近似理论与薄膜光学理论

指出Kretschmann模型的传统表面等离子共振公式在求解金属薄膜的参量时存在近似性,采用更为严密的薄膜光学理论,通过薄膜膜系的特征矩阵,得出表面等离子体共振衰减曲线.结果表明,表面等离子体共振近似理论与薄膜光学理论得到的共振角及反射率幅度存在差别;采用等高线图,给出了共振角差随着金属介电常量的变化规律.进一步的实验表明,薄膜光学理论所得模拟结果较表面等离子体共振近似理论与实验值吻合地更好,证明薄膜光学理论应用在表面等离子体共振效应要优于常用的近似理论.最后,采用两种理论对表面等离子体共振传感器进行优化设计,结果表明,两种理论所获得的高灵敏度分布区域差异较大,必须采用薄膜光学理论提供更精确的薄膜参量,来优化设计高灵敏度表面等离子体共振传感器.     

从物理学的进展看理论的发展途径

任何一种理论,不但要能说明已有的事实,还应有预测功能。它总是用已形成的理论框架去套用新的事实,这是一个理论得以自立的基础,体现了理论的相对稳定性,在科学史上也得到了极好的印证。但是,随着人类认识的不断深化,客观世界的多样性不断地展现在我们面     

表面等离子共振效应中传统近似理论与薄膜光学理论

指出Kretschmann模型的传统表面等离子共振公式在求解金属薄膜的参量时存在近似性,采用更为严密的薄膜光学理论,通过薄膜膜系的特征矩阵,得出表面等离子体共振衰减曲线.结果表明,表面等离子体共振近似理论与薄膜光学理论得到的共振角及反射率幅度存在差别;采用等高线图,给出了共振角差随着金属介电常量的变化规律.进一步的实验表明,薄膜光学理论所得模拟结果较表面等离子体共振近似理论与实验值吻合地更好,证明薄膜光学理论应用在表面等离子体共振效应要优于常用的近似理论.最后,采用两种理论对表面等离子体共振传感器进行优化设计,结果表明,两种理论所获得的高灵敏度分布区域差异较大,必须采用薄膜光学理论提供更精确的薄膜参量,来优化设计高灵敏度表面等离子体共振传感器.     

理论和实验的关系

 有时理论和实验两者都是正确的,但彼此不相符合;有时错误的理论却与实验符合。因此,必须慎重,不要急于下结论。通常,人们期望理论能够解释现有的实验结果及预言新的结果,而实验则用来检验理论的正确性和收集数据,以便修正理论。这种处理问题的方法常常作为“好”科学的金科玉律传授给学生。实际上,在某些情况下,上述目标是可以实现的,但有时把理论和实验作比较可能会误入歧途。     

滚动的小球在水平旋转平台上运动分析

对第29届国际青年物理学家锦标赛的第11题——"在一个盘上翻滚"进行了理论和实验研究,运用理论力学中的相关知识进行了理论推导,自行设计装置对其进行参数上的研究,得到小球质心的运动规律。将小球质心的运动规律与带电粒子在磁场中运动轨迹可以做类比,发现了两种运动规律的相似性,为学生学习理论力学给出了一个很好的例子。     

基质折射率对反常色散散射体散射特性的影响

基于Mie散射理论,给出了散射强度、散射截面及吸收截面的计算公式,并对不同基质中碳化硅材料在反常色散区中的散射特性进行了数值计算与理论分析。结果表明,在反常色散区中,随着基质折射率的增大,散射强度的峰位发生红移,峰值增大;散射截面和吸收截面的峰位发生红移,峰值减小,这为该材料在反常色散区中的光学理论、实验及应用方面提供了理论参考。     

漫射近似在测量生物组织光学性质中的适用范围

漫射近似理论经常被用来作为测量生物组织光学特性参数实验和方法的理论基础,但是漫射近似理论只是一种对辐射传输理论的近似结果,在一定条件下有其特定的适用范围.为了确定漫射近似理论在活体非侵入式无损测量要求下的适用范围,本文采用Monte Carlo模拟校验的方法,对漫射近似理论和Monte Carlo模拟计算的结果进行了比较,给出了基于单散射反照率a和各向异性因子g的漫射近似理论适用范围数值标准.这一标准为漫射理论的应用提供了参考依据.     

正弦光栅标量衍射及等效介质理论有效性分析

利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响,并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论,分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时,正弦型光栅的衍射效率,并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较,分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明:在垂直入射条件下,当光栅基质材料折射率为1.5时,标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时,能够准确计算光栅衍射效率,误差小于3%;当基底折射率增大到3.42时,只有在光栅归一化周期大于10时,标量衍射理论才有效,误差小于5%;当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时,等效介质理论能够准确计算其透射率;随着入射角度的增大,标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.     

波兰理论物理学家利奥波德·因费尔德与相对论研究

利奥波德·因费尔德是波兰著名理论物理学家,他在相对论理论、场论等领域都作出了突出贡献,提出了玻恩—因费尔德理论、爱因斯坦—因费尔德—霍夫曼理论等重要理论.二战结束后,因费尔德回到波兰,致力于战后波兰理论物理的重建,在短时间内建成了相对论研究中心.文章介绍了因费尔德的生平和早期的研究经历,梳理了他与三位重要合作者的研究工...     

分形理论及其在聚集生长研究中的应用

分形理论是现代非线性科学的一个重要分支,近年来发展越来越快,应用研究也越来越广泛。本文简要介绍了分形的基本理论及其在聚集生长研究中的应用,最后展望了分形理论的应用前景及其发展前景。     

稀土离子间反斯托克斯能量传递计算的改进 2.数值模拟计算和分析

对稀土离子能级的动力学过程进行了数值计算,并对各个能级的布居概率改变进行了分析。发现如果不考虑斯托克斯过程和反斯托克斯过程之间的区别而采用原有声子辅助能量传递理论中相同的计算公式对待两种过程的话,得到的理论计算结果就与我们实验得到的校准的结果不一致,为了能够准确描述反斯托克斯能量传递过程,众所周知的量子喇曼理论相对于经典拉曼理论在斯托克斯与反斯托克斯过程的强度比上所增加的比值系数exp{ΔE/kT}被首次成功地引入来描述反斯托克斯能量传递。在能量传递计算理论中引入该比值系数之后,理论计算结果与实验结果符合的非常好,并且发现该比值系数在对纳米尺度材料的光子学研究探索中会发挥至关重要的作用。     

基质折射率对反常色散散射体散射特性的影响

基于Mie散射理论,给出了散射强度、散射截面及吸收截面的计算公式,并对不同基质中碳化硅材料在反常色散区中的散射特性进行了数值计算与理论分析。结果表明,在反常色散区中,随着基质折射率的增大,散射强度的峰位发生红移,峰值增大;散射截面和吸收截面的峰位发生红移,峰值减小,这为该材料在反常色散区中的光学理论、实验及应用方面提供了理论参考。     

Miller型超高速摄影系统经典设计理论的研究

对Miller型超高速摄影系统的经典设计理论进行了系统研究.这些设计理论,即离焦设计理论、共轴设计理论和等速设计理论,都有原理误差,只能做到误差的最小化,而且任何两种设计理论都不能同时在同一个系统中实现,但是可以根据系统的具体要求给出最佳设计.     

海面波浪谱对深海低频环境噪声的影响

提出了一种适用于深海低频环境噪声的波浪谱,通过声压谱和波浪谱的理论关系,分析了深海低频噪声在百赫兹以下的谱特征,解释了不同频段噪声谱的主要产生机理。将深海传播条件下海面波浪谱与海面风速相结合,利用波浪发声理论得到一种低频海洋环境噪声理论表示方法。仿真结果表明,波浪谱决定着辐射噪声谱的强度和斜率,本模型得到的理论噪声谱可以对低频海洋环境噪声进行预报。2016年的深海实验观测数据分析显示,统计的环境噪声谱级在1 Hz至100 Hz频段范围内大于70 dB,并且噪声谱在低频段呈倒“N”型,在34 Hz处为噪声谱的谷值,噪声级为70 dB,在50 Hz处为噪声谱的峰值,噪声级为92 dB,通过理论计算和实验对比,相关系数为0.95,理论结果和实验测量对比结果符合较好。      

自旋波理论最近的发展

自旋波理论是Bloch(1930)所创立的,目的在于探讨铁磁性自发磁矩M和温度T的关系,理论只适用于低温领域,出发点是根据Heisenberg模型。诚然理论有更广的应用范围,但为了能更简明阐述理论实质上所有的进展,下面将和理论提出时所面对的命题一样只针对铁磁物质而言。在报告中我们将着重讨论最近Dyson(1956)的工作,在这以前自旋波理论中最主要的方法除Bloch理论外还有Holstein-Primakoff(1940)理论,其他一些相关的理论限于报告的目的和时间就不提及了。Bloch与Holstein-Primakoff理论虽然方法不同,但却有相似的局限性,所得M=M(T)的近似关系一致,