科学家与音乐

物理学家卢瑟福曾经明确表示:科学也是艺术,伟大的科学理沦本身就是伟大的艺术品.他说:"我坚决主张,不妨把科学发现的过程看作艺术活动的一种形式.这一点最好地表现在物理科学的理论方面.物理学家依据某些假定并根据某些得到透彻理解的逻辑规则,一步一步地建立起了一座宏伟的大厦,并清楚地揭示出大厦内部各部分之间隐藏的关系.从某些方面看,一个得到良好塑造的理论毫无疑问是一件艺术品."     

物理学家与音乐艺术

 科学史上的名人传记表明,许多物理学家,尤其是诺贝尔奖金荣赝者,他们的科学创造活动都与音乐艺术发生着千丝万缕的联系,或者说他们都非常酷爱音乐这种高雅的艺术。这样的史例是不胜枚举的。被后世尊为伟大的天空立法者、德国物理学家开普勒,是一位非常自觉的毕达哥拉斯主义者,他的著名的“行星协奏曲”,就是从一首古老的名为“和谐的序曲”的“音乐形象”中受到启发,发挥了类比联想而写成的。     

漫谈物理学家的音乐爱好

在阅读物理学家的传记的时候,我们发现一个有趣的现象:很多物理学家都是音乐"发烧友",这是否说明从事的物理研究与他们的音乐有着某种联系呢?在我国的课堂教学中,有一些物理教师在介绍物理学家奇闻逸事的时候,把物理学家对科学研究的态度刻画得非常片面,把他们研究的内容描绘得高深莫测,使很多初学物理的学生虽然佩服物理学家之所为,但也误解物理学家似乎都是一些呆头呆脑、不食人间烟火的"书呆子".物理学家除了投身于科学研究工作,其实在日常生活中他们也有喜怒哀乐,也有广泛的业余爱好.因此,介绍物理学家的业余爱好,尤其是音乐爱好,会为我们的读者提供一点茶余饭后的谈资,全方位地了解一群"活生生"的物理学家.     

物理学大师与音乐的不解之缘

 我在阅读物理学家的传记时,发现一个十分有趣的现象:很多物理学大师都是音乐爱好者,他们所从事的科学活动与音乐有着千丝万缕的联系。我们知道,物理学研究,主要运用的是逻辑思维和数学语言,其创造性劳动的特点重在“现实主义”;而从事音乐活动则主要是运用形象思维和艺术语言,所体现的风格重在“浪漫主义”。这两种思维方式看上来是完全相反的,可是它们竟如此神奇地统一在那些物理学家的身上。这是什么原因呢?本文想对此作一番探讨。     

物理学家对低语的研究得到新的结果

<正>生物物理学家们长期以来一直对于耳朵能听到极轻柔声音的能力感到惊奇。虽然已经知道内耳中数以千计的毛细胞可将入射声波产生的机械振动转换成电信号,再由大脑进行处理。但是,耳朵究竟如何实现这种极高的探测灵敏度,目前仍然是一个谜。如今,美国的物理学家们所进行的实验表明,那些毛细胞产生的自发振动可以与微弱的入射声音信号发生同步,从而使声音信号能够被探测。研究人员还提出,这种     

单个牛视网膜神经细胞内游离Ca2+动态变化的实时观测方法

为观测神经营养因子对胞内Ca2+浓度的影响,将牛视网膜神经细胞内的Ca2+用Fluo-3标记,用搭建的活细胞实时成像荧光显微系统对其成像,并观测在脑源性神经营养因子BDNF等四种神经营养因子的作用下细胞内游离Ca2+浓度([Ca2+]_i)随时间的变化的规律。由于荧光分子有自发衰减效应,故对得到的细胞内荧光强度采用“去衰减效应修正”的处理方法,再现了较真实地代表[Ca2+]_i的荧光强度。修正后的数据显示,加入四种神经因子后,[Ca2+]_i皆有不同程度的升高,与相关文献所描述的类似实验具有相似结果,说明此种对活细胞内荧光标记物的实时动态成像的实验方法可行,去衰减效应修正的数据处理方法可靠。     

相位调制型光电音频检测方法的分析计算与仿真

分析了相位调制型音频光电检测方法的可行性,对四步移相法测量声音的光电转换方法进行了计算与分析。结果表明,该种光电检测方法在声音的光电检测应用过程中,振动膜片和探测器位置定位的选择对检测精度起着决定性的作用。该环节直接影响整个检测系统的声音频谱范围和动态范围。     

时间及通道双维序列注意力音乐声源分离方法

针对音乐中乐器声源表征特异性不足的问题,结合乐器声源与曲式内容相关的结构特征,提出了双维序列注意力/时域端到端音乐源分离方法。首先,由于各乐器声源在曲式不同部分的出现具有显著规律性,因此从时间及特征通道两个维度,对特征基函数进行差异化注意力加权。其次,在损失函数中引入频率多分辨因子,同时从时域及频域衡量分离后声源和理想声源间的差异。在MUSDB18数据集上的实验结果表明,同时强调声源的时域曲式结构特征和离散谐波特征,可以进一步改善乐器声源分离效果。与目前最先进的时域端到端音乐源分离方法 Demucs相比,信噪比指标提升了0.40 dB,且在鼓和低音等声源的分离上表现尤为突出,鼓声源信噪比指标提升0.13 dB,低音声源信噪比指标提升0.60 dB。充分利用声源的语义内容及声学特征等多维度先验知识,可以进一步提升声源表征的特异性,从而提升声源的可分离程度。     

重离子对撞机实验中令人费解的信号

两位研究人员对重离子对撞机(RHIC)实验上观测到的令人费解的信号做出了解释．他们认为这种信号是伴随着夸克一胶子等离子体或早期宇宙中类似的奇特物质而产生的核物质原初形态的证据．在美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的相对论性RHIC上，物理学家们使两束金原子核对撞，企图生成夸克一胶子等离子体，这是一种夸克和胶子在其中自由运动的原初物质．     

音乐录音棚声学设计的新设想——音乐研究所音乐录音棚的声学设计

音乐录音棚声学设计的新设想是:(1)棚的声学条件可随录音工艺和各类音乐的要求而改变;(2)借助于声学屏障,有可能把棚分割成具有不同声学条件的小室(或声部区);(3)用不规则室形代替矩形平面,这不仅可以提高声扩散,同时又能充分利用使用面积. 本文通过音乐研究所音乐棚的工程实践,证实了实现上述设想的可能性.     

微透镜阵列LED路灯

城市的路灯在照亮道路的同时也带来了大量的光污染和能源浪费,长期以来备受诟病却无解决良方。据物理学家组织网近日报道,日前由中国台湾和墨西哥的研究人员开发出的一种新型照明系统,通过高效利用LED,能确保路灯照明范围可控,避免光能浪费。相关研究成果发表在近日出版的美国光学学会主办的《光学快讯》杂志上。     

噪声对人的影响(Ⅲ)——噪声对非听觉系统的效应

通常认为,连续暴露在日常生活的噪声中,除了引起听觉接收系统的直接损伤以外,可能还是造成健康损害的生理紧张的原因。一些理论工作者认为,这些影响中的一些是起因于无法防止的对噪声的先天性反射反应。另一种理论则认为,对噪声的非适应性反射反应并不足以引起健康损害,噪声暴露对健康损害可能不是那些反应的直接结果,而是声音导致的情绪波动所引起的,即是一种间接影响。但是,由于噪声能够中断和妨碍听语言和其它听觉信号的有关行为,中断睡眠,引起不愉快的房屋结     

测试性框图模型比较研究与改进

对TEAMS和eXpress两款主流测试性建模与分析软件所采用的测试性框图模型——多信号模型和混合诊断模型,从产品结构单元表示、端口表示、功能(信号)表示、故障模式表示、测试表示等多个方面进行了深入比较研究,并对二者进行了综合评价。在此基础上,综合两者特性提出了一种新的测试性框图模型改进方案——端信号模型。通过将组元端口所通过信息流直接视作信号、引入结点、扩充信号映射定义、允许定义多值测试等多种设置,端信号模型方案能够支持基于电路网表创建模型和更为精确化的故障－测试关联性描述。     

神经信号运作和组构原理

 科学发展到今天,人类已经能够上天、入地、下海。世界的每一个角落都印上了人类的足迹。然而创造了这一切奇迹的最大功臣---大脑,却因其复杂的系统、扑朔迷离的网络而依然是处女地。揭示人脑的奥秘是当今科学研究的迫切任务。20世纪分子和细胞神经生物学快速发展,使人们窥视到了上帝的部分隐私。许许多多的离子通路、成千上万个突触,复杂的网络、整齐的层次、快速而协调的运作,让人不禁感叹生命的神奇!人们试图用上千个方程来描述单个神经元的生物物理过程。然而单个神经元对人脑的信息处理过程的作用是微不足道的,只有大量神经元群体的活动才能反映脑内的信息处理过程。     

等离子体可用于石墨烯掺杂

据物理学家组织网近期报道,美国莱斯大学的研究人员通过将石墨烯与光结合,有望设计和制造出更高效的电子设备,以及新型的安全与加密设备。相关研究报告发表在近日出版的《ACS纳米》杂志上。     

基于频谱分析与支持向量机的车型音频识别研究

机动车车型识别是城市道路交通流监测统计的一个重要方面。本文基于频谱分析与支持向量机方法提出一种车型音频识别方法,以1/3倍频程频谱数据作为特征数据,并使用支持向量机方法完成不同车型分类下的车型识别,同时还分析比较了不同训练样本量及不同单个样本数据量大小对识别结果的影响。在将车型细分的情况下,对小汽车、大型公交车、水泥车、摩托车四种车型的样本外识别结果达到96.9%的准确率,验证了方法的有效性。     

多功能音乐沙漏的设计与实现

为更加有效地反映时间的流逝,设计了电子沙漏电路,利用控制灯珠的亮灭来模拟沙漏中沙子的掉落。在非整点时,电子沙漏电路会模拟30秒正常的沙漏掉落,以提醒人们时间的可贵,要珍惜碎片化的时间;在整点时刻,电子沙漏电路将进行短暂的时间回溯,下部沙粒重回上部沙漏后再次掉落,同时播放歌曲并且灯珠颜色变化,此过程同为30秒,以此提醒人们时间一去不回,人们应当注重时间管理,好好利用时间。     

Frequency Sensitivity of Signal Detection in Scale-Free Networks

It has been recently reported that scale-free topology favors the detection of a weak signal because of the higher amplification at the hub node than that at other nodes [Phys. Ref. I？, 78（2008）046111]. We investigate the corresponding synchronization behaviors and find that the favorite detection depends not only on the coupling and noise strengths but also on the frequency of the external signal. We reveal theoretically and numerically that the amplification effect of the hub node will decrease monotonously with the external frequency, which is useful to understand the high sensitivity of animal visual and auditory systems to weak external signals.     

摄程为1km的远程激光相机

英国研究人员开发出一款能够在1km外拍摄的激光照相机。爱丁堡赫瑞瓦特大学的物理学家们开发了这种能用激光扫描几乎任何物体的相机。这种相机将主要用于扫描诸如车辆等物体,但无法探测到皮肤。原因在于皮肤反射激光的方式与大多数物体的反射方式不同,因此希望逃脱此相机扫描的人可选择赤身裸体。除了捕捉物体图像,此项技术也可用来记录岩石的运动及植物的生长过程。     

噪声会引起巨浪

常有水手报告说看到高达30m的海浪．没有人知道为什么会形成如此凶猛的波浪．如今美国和德国的物理学家通过将激光脉冲发射到光学晶体纤维上，产生了与这种巨浪等价的粗光学波．通过对光学系统进行计算机模拟，研究人员认为，粗光学波，因而巨大的海浪，是由噪声引起的．