暗物质粒子探测和LHAASO实验

 理解我们所生存的宇宙长期以来一直是人们孜孜以求的目标。根据日月星辰的运动，人们从中学会了昼夜交替和季节变化的规律，并将其用于农业生产和历法授时；通过行星的精确运动规律，开普勒总结出了行星运动三大定律并导致了牛顿提出万有引力定律；望远镜的发明极大地拓展了我们的视野，引导我们对宇宙的认识逐步走出太阳系、走出银河系、走向极其深远的宇宙空间。图1形象地展示了我们宇宙宏大、丰富的层次结构以及地球在宇宙中是处于何种微不足道的位置。     

微小差异导致的伟大发现

在太阳系中,地球同她的姊妹行星以椭圆轨道围绕太阳运动,太阳本身处于椭圆轨道的一个焦点上。这一规律是众所周知的。1609年,在《新天文学》一书中,约翰内斯·开普勒提出了这一被称为开普勒第一定律的行星轨道规律,同时也提出了行星运动的第二条定律,这条定律指出：“行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积”。他指出,这两条定律同样适用于其他行星和月球的运动。后来,经过长期繁复的计算和无数次失败,开普勒又发现了行星运动的第三条定律：“行星公转周期的平方正比于轨道半长轴的立方”。     

万有引力与空间弯曲

１６８７年著名的物理学家牛顿出版了伟大的科学著作《自然哲学的数学原理》,在这部著作中,写下了牛顿三大运动定律、万有引力定律等力学定律．牛顿运动定律总结提炼了当时已发现的地面上所有力学现象的规律,形成了经典力学的基础,并且至今仍在许多工程技术中发挥着从未衰退的作用．而万有引力定律成功地解释了星体的运动规律,计算出了行星的运行轨道和三个宇宙速度,指出了引力存在于宇宙万物之中,宣布了天上地下的物体都遵循同样的规律,彻底否定了亚里士多德的天地有别的思想．这是人类认识史上的一次大飞跃,也是人类正确认识天体…     

称量地球质量的人:卡文迪什及万有引力常量的测定——"最美丽"的十大物理实验之二

在牛顿于1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中,第一次提出了万有引力定律.牛顿用这个定律成功地解释了月球的运动,说明了木星的卫星和太阳系行星的运动与月球绕地球的运动都是同一类型的运动,并且他对行星运动的解释与大量天文学观测的数据相符;他用太阳和月球对海洋的万有引力解释了海洋的潮汐;他证明了彗星的轨道是扁长椭圆或抛物线.     

天体运动中介质的阻力和推力与超光速运动的粒子

行星在太阳风中运动受太阳介质阻力和推力的作用。阻力使行星公转速率逐渐变小。推力使行星逐渐远离太阳并使行星的温度在长期内逐渐降低。推力是太阳系、银河系和宇宙膨胀的原因。除非粒子和介质发生碰撞,否则粒子的运动不受介质的阻碍可以超光速运动。证明宇宙射线中的粒子是超光速运动的粒子。     

角动量在现代技术中的应用

在研究物体运动时,人们经常可以遇到质点或质点系绕某一定点或轴线运动的情况。例如太阳系中行星绕太阳的公转、月球绕地球的运转、物体绕某一定轴的转动等,在这类运动中,运动物体速度的大小和方向都在不断变化,因而其动量也在不断变化。在行星绕日运动中,行星受指向太阳的向心力作用,其运动满足角动量守恒。我们很难用动量和动量守恒定律揭示这类运动的规律,但是引入角动量和角动量守恒定律后,则可较为简单地描述这类运动。     

文艺复兴时期的开普勒

 数学家、天文学家、物理学家约翰尼斯·开普勒(JohannesKepler)(1571～1630)根据第谷·布拉赫的丰富而精确的天文观测资料,建立行星运动三定律,使其成为指导天体力学的基本定律,被人们称为“天空的立法者”。他继承和发展了哥白尼的日心学说,为人类认识宇宙的奥秘贡献了自己的智慧和心血。目前有关开普勒研究的文章大多集中于他对行星运动三定律的证明和论述,但是“历史的价值在于恢复其过去丰富多彩的活生生的生命。”如果我们公正地回复到历史的来龙去脉中,而不是用现代的观点编织历史,新科学的产生、新世界观的形成要比传统诠释所描述的复杂得多。     

能量守恒和转化定律能够被“彻底打破”吗?──评李柯《论运动的守恒和不守恒》

能量守恒和转化定律是反映物质运动及其转化的一条自然界的普遍规律.它明确地告诉我们,自然界各种不同的运动形式总是不断地相互转化,在转化过程中,运动的量是守恒的.伟大的革命导师恩格斯对这个定律曾经做过极为精辟的分析,并给予了高度的评价.关于运动形式的转化的规律,他说:“任何运动形式都证明自己能够而且不得不转变为其他任何运动形式.到了这种形式,规律便获得了自己的最后的表达.由于有了新的发现,我们可以给它提供新的证据,提供新的更丰富的内容.但是,对于如此表述的规律本身,我们是不能再增加什么了.在普迫性方面──其中形式和内…     

基于Mathematica的天体运动模拟

天体运动是力学和理论力学课程的基本内容之一.本文借助数学软件Mathematica,基于经典力学相关公式和定律,对行星、周期彗星和双星系统的运动做了精确的动态模拟,所得动态效果图形象生动,有助于学习者建立清晰的物理图像,增加对行星、周期彗星和双星系统的直观认识,增进对天体运动规律的深入理解.本研究通过Mathematica编程将教材上的理论知识可视化,开发了新的物理教学资源,同时也展现了Mathematica软件巨大的物理教学资源开发潜力.     

计算物理学的意义和方法

随着历史的发展,物理学形成两大分支:实验物理学和理论物理学。实验物理学从实验或观测出发,寻求物理规律;理论物理学则从定律或原理出发建立数理方程,以传统的解算方式找出解析解,并与实验观测对比,来解释物理现象、预测发展和指导实践。 实验物理和理论物理在发展中相辅相成,不断地推进着物理学前进。早期行星运动规律的发现是一个典型例子。第谷和刻卜勒作为实验物理学的先驱,以毕生精力从事天体观测与数据概括。牛顿在刻卜勒三定律的基础上提出万有引力定律,运用数学工具给出二体问题的显式解析解。后人又用牛顿理论解释了一系列天体力…     

人类文明的发展和宇宙演化

生命现象是自然界中物质运动的形式之一,人类是生命现象的杰出代表,从某种意义上来说,人类的一切活动也都是自然界物质运动的一部分。因此,我们在研究宇宙的演化时,应该把以人类为代表的生命现象这一物质运动形式所产生的影响考虑进去,可是,到目前为止,很多人在研究宇宙演化时都没有考虑这一因素。之所以如此,可能是由于这样几个原因: 首先,人们认为:人的寿命非常短暂,现在人的平均寿命不到一百年,跟宇宙的演化时间已有约200亿年相比,太短暂了;其次,人类的活动范围太小了,人类的足迹至今只踏上了月球,这跟整个宇宙空间相比是那样的微不足道,使人们感到人类的活动对宇宙的演化似乎没有丝毫的影响;第三,人们可能认为生命现象只是宇宙演化过程中一种特殊的、暂时的现象,因而在研究宇宙的演化时可以忽略这一因素;第四,在考虑问题时,人们往往无意之中把自己排除在自然之外,故而把宇宙的演化作为所谓客观现象加以研究而忘记了人类自己也是宇宙的一部分。 如果我们从生命现象在宇宙中的普通性、从生命现象的发展变化的角度看,结果又将会是怎样的?根据天文观测和统计规律,不少科学家早就断言:在宇宙中,跟太阳、地球情况类似的星球其数量是非常可观     

论“经典力学的局限性”

牛顿运动定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来,是人类对自然界认识的第一次大综合;力学和热力学的结合,使机器和蒸汽机得到改进和推广,引发了第一次工业革命;力学三大定律(牛顿运动定律、能量守恒定律、动量守恒定律)的结合是航空航天技术的理论基础,并促使了火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射……,所以经典力学在以后的二百多年里几乎统治了物理学的各个领域.以至于英国著名物理学家开尔文踌躇满志地宣告“在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了.”     

开普勒（Kepler，Johannes，1571-1630）德国天文学家（Astronomer，Germany）

开普勒1587年进蒂宾根大学，听麦斯特林教授讲天文学，成为哥白尼的忠实信徒。1596年出版《宇宙的神秘》一书，受到当时大天文学家第谷的赏识。他最大的成就是发现行星运动三大定律。1609年，他在《新天文学》一书中宣称火星的轨道不是正圆而是椭圆，太阳居于椭圆两个焦点之一。这对认为行星是沿圆轨道做匀速运动的传统观念是_严重的挑战，也是对哥白尼C22学说的重大发展。     

理论力学自学辅导材料(二)——质点动力学(续)

三.质点力学中的三大定理和相应的守恒律 对牛顿第二定律进行一些数学推演,如将质量移到求导算符之后、以质点的位矢叉乘第二定律、以质点的位移dr点乘第二定律等,分别导出了质点的动量定理、动量矩定理和动能定理,这三个定理揭示了丰富的物理内容,它们是从三个本质上不同的方面揭示出机械运动存在的普遍规律.分别反映了机械运动的传递(或转移)规律;机械运动中角运动的传递(或转移)规律;以及机械运动与其他形式运动(如热运动、电磁运动等等)之间相互转化的规律.因而大大丰富了力学理论.它们是我们分析、考察力学问题的基本观点,也是作为建立…     

捕捉引力波

 一、足够精确的牛顿引力理论在宏观物理世界中,引力是一种主要的作用。太阳东升西坠,地球四季交替,海水潮涨潮落,众多自然现象都受到引力的支配。1687年,牛顿在前人的研究基础上,导出了万有引力定律。利用万有引力定律可以圆满地解释哥白尼的学说和开普勒的行星运动三定律。牛顿引力理论的精彩之处还有准确地预言了海王星和冥王星的存在,指导天文学家成功地发现了这两颗太阳行星。按牛顿的引力理论,两物体间的引力作用是瞬间完成的。但爱因斯坦认为,光速是任何作用的极限速度,因此引力作用不可能在瞬间实现。1905年,爱因斯坦发表著名的历史文献《论动体的电动力学》,建立了狭义相对论。在以后     

引力定律发现发展的基本特点

万有引力定律的发现,是17世纪自然科学最伟大的成果。该定律在其发现发展的过程中,体现了物理学研究的基本特点。 1 与数学密切相关 在开普勒提出了行星运动三定律,伽利略揭示了地球上物体不受阻挠时以匀速直线运动的基础上,十七八世纪许多科学家都想用力学解释天体运动的问题,想回答行星沿椭圆轨道运行的受力情况。为此,英     

行星的运动

学术界正在准备发射一批人造地球卫星。这些实验不仅将引起所有国家的技术工作者的生动兴趣,而且也会吸引广大群众的注意。因此使我们协会的会员们去注意行星运动中的一个颇有趣味的性质是很适时的。如大家所知,这些天体的运动是依从于刻卜勒诸定律的。这些定律对于人造卫星,在把它们发射出地球大气层到绝对真空中去的情形下,也是适用的。同时假设,仅有径向力作用到这些天体中的每一个上面:对行星是太阳的引力,对人造卫星是地球的引力。所提及的性质可表为下面的形式:行星运     

火星的现在,地球的未来

 在“勇气”号登陆火星时,美国一位科学家指出,火星的现在预兆地球的未来。下面将根据天体运动规律和一些天文资料对此作简单的说明。一、行星运行轨道的理论分析太阳系内行星绕太阳做椭圆运动,为简单起见我们将其视为匀速圆周运动。设太阳的质量为M,行星的质量为m,太阳与行星之间的距离为r,万有引力常量为G,万有引力为F。根据牛顿的万有引力公式,得F=GMm/r²。(1)设行星绕太阳做匀速圆周运动的周期为T,其向心加速度可表示为a=v²/r=ω2r=(2π/T)2r。根据牛顿第二定律,得F=ma=m(2π/T)2r,(2)由(1)、(2)得T=2πr3/(GM)。     

宇宙会走向“热寂吗?——兼论对“热寂说”的批判

长期以来,人们对“热寂说”进行过种种批判.其中有不少是把原因归结为热力学第二定律不能用于宇宙.本文分析了这种论点的错误,并说明宇宙不会热寂的原因。     

探索地外智慧生命(六)

 生命与太阳系外的行星 生命是宇宙中的一种普遍现象。这种观点自古有之,随着近代自然科学的发展,特别是天体物理学的发展,人们认识到,由“特殊”行星的物理环境造化的生命--这里指的是地球上的生命,是由简单的无机物质发展而来,虽说其产生和发展过程非常复杂,但生命现象一经开始,就会逐步地向智慧生命阶段发展。达尔文的生物进化论在天文学上的一个影子是天体演化理论。美国著名的天文学家沙普利说过,“生命是广泛存在的,它是宇宙演化的自然产物。”