走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅴ)

正4.自然力实现统一了吗?首先,让我们回顾一下"自然力走向统一"的认识历程。在自然力"走向"统一的过程中,对力的认识,经历了三次飞跃:第一次,从"定性"到"定量",即从墨翟的"力,形之所以奋也"到牛顿的"力与运动的改变成正比",也就是说,从对自然现象的观察、描述到实验、理论研究,其间,伽利略通过斜面实验来研究落体运动并第一次用数学公式来表述物体的运动规律,随后开普勒借助第谷的观测资料发现了行星绕日运动三定律,为牛顿发现力学三定律和万有引力     

第谷（Tycho，Brahe，1546-1601）丹麦天文学家（Astronomer，Denmark）

第谷出生于贵族家庭，自幼喜欢观察星辰。1562年进入莱比锡大学。1563年他作了第一个天文记录——木星和土星。1572年他发现在仙后座里出现了一颗新星（现已测知是银河系的一颗超新星）。1576年在丹麦国王的资助下，他在汶岛上建立一所宏大的天文台。在那儿他坚持了二十多年的天文观测。1599年到布拉格，任御前天文学家。第二年，他邀请开普勒船来当助手。第谷提出一种介于托勒密的地心体系和哥白尼锄的日心体系之间的宇宙体系。     

第一次伟大的综合──纪念牛顿的《自然哲学之数学原理》发表三百周年

从远古到十七世纪中叶,人类对自然奥秘的探索是在黑暗中摸索着缓慢前进的. 在这漫长的时间里,在力学范围内主要是记录了一些现象,积累和总结了一些观测结果和实验定律.主要有阿基米德关于重心、浮力和简单机械的研究;斯台文(S.Stevein)关于斜面上力的平衡及力的平行四边形法则;伽利略关于摆的等时性、落体与抛体的运动规律;第谷·布拉赫(Tycho　Brahe)和开普勒对天体运动的观测和规律的研究;帕斯卡关于流体静力学的研究;惠更斯关于振子运动和碰橙现象的研究等.然而这些实验定律是离散的、孤立的,互相没有逻辑联系.因此在这一阶段还没有形…     

一种新的多三角形星图识别算法

针对星敏感器星图识别算法只能处理少数目恒星的问题,结合天文观测相机进行星图识别的具体要求,提出了一种适合天文观测相机的多三角形星图识别算法.首先,选用欧洲空间局2000年2月发布的第谷2天文星表作为原始导航星表;其次,采用交叠矩形法分天区后建立导航星数据库;最后,根据天文观测相机拍摄的实际星图建立了观测星数据库;并应用多三角形星图识别算法进行星图识别的验证,实验结果表明：针对天文观测相机多三角形星图识别算法是可行的,也是可靠的.     

邮票上的物理学史(65)--天体物理学:恒星及其演化

天体物理学的研究对象,按照其尺度可以分为四个层次:行星和行星系(特别是太阳系)、恒星、星系和宇宙.天文学的历史表明,对每个层次的认识都经历了积累观测资料、归纳经验规律(数学模型)、建立理论体系(物理模型)三个阶段.这个类似三部曲的认识过程在对太阳系的认识中表现得最为典型,三部曲的每一部都有自己的主人公:第谷、开普勒和牛顿.在这个三部曲中,归纳经验规律处于重要地位,它既是观测和资料积累的目的,又是建立模型和理论的起点.下面我们将按照这一线索,介绍我们对另外三个层次的认识和有关的邮票.     

地基光电望远镜对空间碎片探测能力的评估模型

为了提高地基光电望远镜观测空间碎片的运行效率,建立了地基光电望远镜探测能力评估仿真模型.综合考虑碎片几何过境、碎片信号辐射量、背景源信号辐射量、光信号在传感器平面的投影等影响,获得碎片信号的探测信噪比,并作为过境碎片能否被探测到的依据.采用1m望远镜进行地球同步轨道碎片观测实验,并对模型进行验证.结果表明:仿真观测的第谷2星表中4颗背景亮星与观测实验结果一致;由于碎片形状等光学特性不同,碎片辐射量星等值的实验值与仿真值最大相差1.58倍,误差值在合理范围内.基于信噪比探测原理的地基光电望远镜探测能力评估仿真模型合理有效,可为观测设备建设、观测策略制定等提供参考.     

邮票上的物理学史⑤--第谷*布拉赫和开普勒

哥白尼提出的日心体系打破了地球静止不动、居于宇宙中心的信条,并且为宇宙的无限性开辟了道路.但是,哥白尼仍然执着于天体作匀速圆周运动.打破对圆周运动的迷信、进一步完善哥白尼体系的是开普勒,他根据第谷*布拉赫丰富而精确的天文观测资料,建立起行星运动三定律.     

邮票上的物理学史——第谷布拉赫和开普勒

哥白尼提出的日心体系打破了地球静止不动、居于宇宙中心的信条，并且为宇宙的无限性开辟了道路．但是，哥白尼仍然执着于天体作匀速圆周运动．打破对圆周运动的迷信、进一步完善哥白尼体系的是开普勒，他根据第谷布拉赫丰富而精确的天文观测资料，建立起行星运动三定律．...     

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。     

中外星座文化漫谈(下)

<正>南天星座的发现与命名1602年,丹麦天文学家第谷恢复了被托勒密丢弃的后发座。在15世纪末地理大发现时期,欧洲一些探险家到了非洲南端,17世纪更开始了环绕地球的航行,人们逐渐认识了南天的星空。在1595~1597年,荷兰探险家皮特·凯瑟与弗雷德里克·豪特曼前往东印度(今印度尼西亚一代),在经过南大西洋、好望角、南印度洋一带海域时,他们看到南天闪烁着许多无名恒星。后来,他们把这些星星划分成12个星座标注在星图上(后世称"航海     

开普勒拯救火星大“灾变”

在每隔32年的某几个星期内,无论是托勒密的地心体系还是哥白尼的日心体系所预测的火星位置都与观测值有大约5°的偏差,这个偏差就是第谷（Tycho Brahe）1593年所发现的火星大灾变.本栏目是经美国物理联合会（AIP）授权,     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅴ)

 在自然力“走向”统一的过程中,对力的认识,经历了三次飞跃：第一次,从“定性”到“定量”,即从墨翟的“力,形之所以奋也”到牛顿的“力与运动的改变成正比”,也就是说,从对自然现象的观察、描述到实验、理论研究,其间,伽利略通过斜面实验来研究落体运动并第一次用数学公式来表述物体的运动规律,随后开普勒借助第谷的观测资料发现了行星绕日运动三定律,为牛顿发现力学三定律和万有引力定律、创建经典力学,奠定了实验和理论基础。     

“看似纷繁，内藏关联”的物理概念

正1引言从第谷到开普勒,从伽利略到牛顿,从富兰克林到麦克斯韦,物理学的建立过程确实是从对一个个自然现象的探索开始的,就好像玩游戏时,从不同的点渐次揭开地图上的迷雾。经历了二百多年的发展,随着大量自然现象背后的物理规律被揭示,迷雾逐渐散去,     

空间站快速充电事件的机理研究

空间站等大型航天器由于采用高压太阳电池阵而引发的 带电问题成为近年来航天器带电研究领域的热点问题. 近年来观测到国际空间站(ISS)在出地影瞬间产生的"快速带电"事件 (也称"异常带电") , 再度引起了对低轨道航天器充电效应的深入研究. "快速带电"事件的特征为, 集中出现在出地影的瞬间, 在几秒内快速上升到较高电位(30—70 V), 然后在几十秒时间内缓慢衰降, 相对高压电池阵本身引起的结构体带电(称为"正常带电", 一般在30 V以下)严重得多. 目前国际上对"快速带电"的研究尚不充分. 本文在Furguson等人机理研究工作的基础上, 首次建立了描述"快速带电"事件的物理模型, 定量揭示了其充电过程的主要机理. 根据该模型对国际空间站的"快速带电"进行计算, 结果与观测到的典型充电脉冲符合, 模型预测的快速带电事件的统计规律也与观测结果基本一致. 关键词： 表面充电 等离子体 空间站 高压太阳电池阵     

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…     

时空的乐章——引力波百年漫谈(一)

<正>一、称不上源头的源头2016年2月11日,美国激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,简称LIGO)宣布观测到了引力波。这是在经过近半个世纪的不成功尝试之后,人类首次观测到了这种曾被爱因斯坦(A.Einstein)预言过的现象。LIGO观测到引力波的消息激起了媒体和公众的极大兴趣,甚至一度致使LIGO网站因访客过多而瘫痪。LIGO观测到的引力波来自一对黑洞的合并,这对黑洞的质量均     

加速器的应用

 粒子加速器是用人工方法产生快速带电粒子束的装置。它利用电磁场将带电粒子束(如电子、正电子、质子等)加速到很高的能量,所以称为加速器。在加速器家族中,各成员的个头和能量千差万别。苗条的小妹妹有一张桌面就能蹲下了,而那些巨人则远比我们在图画或动画片中看到的巨人要大。举例来说,目前在法国、瑞士边界处运行的一台加速器(LEP),它的粒子运行轨道就有27公里长。     

红宝石晶体中慢光现象的实验观测

在室温下观测到了固体材料中的慢光现象。用氩离子激光(514.5nm)单光束入射到红宝石晶体中,用相干布居数振荡效应产生烧孔。利用光谱烧孔使介质折射率发生急剧变化,导致光的群速变慢。实验上观测的时延为(2.314±0.005)ms,推断光速值为(43.215±0.094)m／s,并观测到时延和光的群速随调制频率变化的规律。     

用可调谐二极管激光光谱仪观测3657—3708cm~(-1)区域CO_2高分辨振转光谱

用可调谐二极管激光光谱仪观测到3657—3708cm~(-1)区域内CO_2各种同位素分子的9个振转谱带。首次观测到~(12)C~(16)O~(17)O的10011—00001谱带和~(12)C~(16)O~(18)O的11111—01101谱带,对其余7个谱带则扩充了其观测振转线的数目。用最小二乘方拟合法计算了各谱带的光谱常数,发现CO_2分子常数表中~(12)C~(16)O~(17)O的10011—00001谱带中心v的计算值比本实验观测值大0.287cm~(-1),而~(12)C~(16)O~(12)O的11111—01101谱带中心v_0的计算值则比本实验观测值小0.048cm~(-1)。     

MBE生长ZnO薄膜的结构和光学特性的研究

用等离子体源辅助分子束外延(P-MBE)方法在蓝宝石(0001)面上生长出了高质量的ZnO薄膜,并对其结构和发光特性进行了研究。在XRD中只观察到ZnO薄膜的(0002)衍射峰,其半高宽(FWHM)值为0.18°;而在共振Raman散射光谱中观测到1LO(579 cm-1 )和2LO(1 152 cm-1 )两个峰位,这些结果表明ZnO薄膜具有单一c轴取向和高质量的纤维锌矿晶体结构。在吸收光谱中观测到自由激子吸收和激子-LO声子吸收峰,这表明在ZnO薄膜中激子稳定的存在于室温,并且两峰之间能量间隔为71.2 meV,与文献上报道的ZnO纵向光学声子能量(71 meV)相符。室温下在光致发光光谱(PL)中仅观测到位于376 nm处的自由激子发光峰,而没有观测到与缺陷相关的深能级发射峰,表明ZnO薄膜具有较高的质量和低的缺陷密度。