相对论中的“观测”与“看到”有何不同

 1905年爱因斯坦发表了狭义相对论,其时空观之一就是“运动的尺缩短”。接受相对论的所有人都相信这种尺缩现象是可以用眼睛看到或用照相机拍摄到的。一个运动物体看起来将沿运动方向缩短为原来的1-β2倍β=ｖｃ,ｖ是物体运动的速度大小,ｃ是光速,坐在高速飞船中的人从窗外看出去时,将看见球形物体缩成一个椭球体这些说法好像都是无可非议的。这种观念一直持续了54年之久,直到1959年美国物理学家戴勒尔发表了一篇文章,认为这种观念是错误的,他纠正了存在于所有人中间的这个偏见。提出“尺缩”现象可以“观测”或者“测量”,却不能用眼“看到”。     

物理学所蕴涵的人文基因

 科学“求真”,人文“求善”,两者交融则“生绿”,即“求美”。现代高等教育应是科学教育与人文教育融为一炉的“绿色教育”。因为只有这种真、善、美有机统一的教育理念与模式,才是今天素质教育对人的培养所追求的最高目标。一则它可以使受教育者自觉地陶冶与纯洁思想感情、升华精神境界、树立对国家、对民族的高度责任感和使命感,即培养学生“钟情于爱国”的大德;二则它能活跃与完善青年人的思维能力、优化思维过程、开启作为万物之灵的人的固有灵性、发挥人类进化500万年来所形成的巨大潜能,极有利于学生“不断创新”。     

对称性是物理学的一把双刃剑

 对称性的概念最早源于生活。所谓“对称”,通常是指左右对称。除此之外还有轴对称、球对称等。在近代物理学中,对称性是一个很深刻的问题。在粒子物理、固体物理、原子物理等领域里,对称性问题也很重要。德国大数学家魏尔斯特拉斯(Weierstrass,1815～1897)首先提出了有关“对称性”的普遍定义,即把一个“体系”通过不同的操作达到不同的“状态”,若前后两种不同的“状态”在此操作下不变,我们可以讲这个体系对于这一操作是“对称”的,而这个操作也可以认为是这个体系的“对称操作”。常见的对称操作有空间的平移、转动以及时间的平移。     

时空理论的演化历程

 关于空间与时间的理论,从古至今有许多的哲学家和自然科学家为其倾注许多的心智和汗水。大体上可分为三个时期。第一个时期可称为古代的探索时期中国古代的庄子就对宇宙有一个自己的看法:“有实而无乎处者,宇也。有长而无本剽者,宙也。”“有实”是指有形体的物质实在,而每一物质实在都有一定的体积、一定的外形,占有一定的空间;“无乎处”,即没有穷处,没有界限。因此,庄子所谓“宇”是指广阔无边的空间实在。“有长”是指时间而言,时间只讲长度,即古今前后,它没有上下左右;“无本剽者”,即无始又无终。因此,庄子之谓“宙”是指无始无终的古往今来。     

“暗宇宙”之谜

 夜幕降临,星光灿烂,银河、星斗与皎洁的月光交辉相映,编织出美丽的夜空,这就是我们从小获得的知识:恒星、星云、星系……构成的浩瀚宇宙。然而,这只是个错觉,我们的宇宙实际上是“暗无天日”的,这就是2003年过去一年最新的科学成就:宇宙是黑暗的,或者说是个“暗宇宙”(请参阅封二精美彩图)。什么是暗宇宙?那是指组成宇宙的绝大多数物质和能量是不可见的,发光的物质和辐射只占宇宙物质的极小部分,这种不可见的物质和能量称为暗物质和暗能量。根据最新的测量,暗能量和暗物质合计占宇宙质量密度的96%,而我们熟知的恒星、星系等发光物质或重子物质仅仅只占4%。     

迷惑雷达的“魔法”

 诞生于第二次世界大战的雷达,有人这样评价了它对这场战争的重要性:“原子弹只不过为战争划下句号,真正赢得战争的却是雷达。”是的,从不列颠之战、中途岛大败日军到追踪日军潜艇,雷达在二战中战功赫赫。到了20 世纪70 年代初期,雷达探测与雷达制导地面火炮及导弹已对进攻的飞机构成了致命的威胁。尤其是在越南和中东战场上,美制战斗机更是在地对空导弹的攻击中损失惨重。如何使雷达这双“千里眼”变成“近视眼”,从而使飞机躲过雷达的探测？英国著名科幻小说家威尔斯在其小说《隐身人》中描写了一个天才青年科学家格里芬发明了一种“隐身服”,穿上它,可把自己变成一个来去无踪的“隐形人”。如果能给飞机设计一种有魔力的“雷达隐身服”来迷惑雷达,那么,在雷达面前,飞机也将成为匿迹消声的“隐形人”。     

计算机的“快”与“大”

 1946年第一台真空管电子数字计算机问世,当时主要用于数值计算。50余年以来,计算机技术发展迅速,从用于数值计算到今天可以处理各种形式的信息,极大地推动了信息技术的发展。现代信息技术是以数字计算机为基础的。几十年来,数字计算机的发展,始终围绕着两个基本问题,这就是“快”和“大”。所谓“快”,就是运算速度快;所谓“大”,就是存储器的容量大。回顾人类历史的发展,信息技术的进步与发展起着十分重要的作用。过去人类以符号、图形、图画、声音、语言、文字等模拟量记录信息,传递信息。随着人类社会的进步,产生的信息越来越多。人们用信息爆炸来形容当前信息的数量和产生的速度。     

为什么与为什么的为什么……

 江向东先生送我这本《迷人的科学风采──费思曼传》的时候,面容透着诚恳与兴奋,只说了一句话：“交稿后５个月就拿到了书．”朋友又有新译问世,我自然很高兴,当晚我们一起忙着开会,无暇顾及会议以外的“风采”,那本可爱的新书在我办公桌上寂寞了一宿．次日晨捧起它,顿觉相读恨晚．读书引发的共鸣,让人激动,这心情,源自那位受人爱戴的物理学家理查德·费恩曼的散文诗：“我想知道这是为什么．我想知道这是为什么．我想知道为什么我想知道这是为什么．我想知道究竟为什么我非要知道我为什么想知道这是为什么！”读到这里,我几乎喊出来：洋洋３０万言的“风采”,尽可用这几行文字来概括了！     

近地小行星“爱神”星

 用１９９４年发现撞击木星的彗星“苏梅克－列维９号”的美国科学家苏梅克的名字命名的近地小行星探测器“ＮＥＡＲ－苏梅克”号,在宇宙中飞行了５年后于今年２月１２日在小行星“爱神”的表面成功着陆,开始了新的探索。第４３３号小行星“爱神”是１８９８年８月１３日由德国天文学家古斯塔夫韦特发现并命名的。这颗形似马铃薯的“爱神”星长约３３千米,厚１３千米,在小行星中算是较大的,也是被天文学家观测得最多的。“爱神”的年龄约为４５．４亿年,与地球的年龄相近,特别是在不久前的星际碰撞中,“爱神”星剥落了一块物质,并裸露出新鲜的“内部”,因此它被选定为这次探测的目标。     

“黑碧”OH振动光谱产生分裂原因探究

“黑碧”指颜色为黑色,主要成分为阳起石的碧玉。电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪分析显示“黑碧”为阳起石碧玉。拉曼光谱和红外光谱的OH振动处产生3个主峰,归属于MgMgMg-OH,MgMgFe2+-OH（Fe2+_M1Mg_M1Mg_M3-OH,Mg_M1Mg_M1Fe2+_M3-OH）,MgFe2+Fe2+-OH（Mg_M1Fe2+ _M1Fe2+_M3-OH,Fe2+_M1Fe2+_M1Mg_M3-OH）,但与常见和田玉不同,“黑碧”的三个主峰在拉曼光谱OH的振动区（3 600～3 700 cm-1）和红外光谱OH的倍频振动区（7 200～7 100 cm-1）产生分裂现象。将“黑碧”分为5个区域：HB-1,HB-2,HB-3,HB-4和HB-5,进行原位的电子探针和拉曼光谱分析,拉曼光谱在3 600～3 700 cm-1出现3个主峰（A,B,C）,将主峰进行分峰拟合处理,显示分裂成6个次级峰（A′和A″,B′和B″,C′和C″）,次级峰之间的平均波数差为5 cm-1。前人对角闪石在OH振动处主峰分裂现象的观点各不相同。结合“黑碧”的原位电子探针数据和相关研究文献,认为角闪石中B(M4)位置上的阳离子分布是分裂谱产生的主要原因。角闪石中的B(M4)位置虽然没有直接与W位置的OH相连接,但B(M4)位置上的阳离子通过影响TO₄上的桥氧,间接影响W位置上的OH,从而引起OH振动光谱产生一定变化。对比存在类似分裂谱的角闪石样品和“黑碧”的晶体化学式,发现所有的样品在B(M4)位置上均存在Ca2+和Mn2+分布,而其他位置的阳离子占位情况都不相同,表明“黑碧”OH振动光谱产生分裂与B(M4)位置上的Ca2+和Mn2+分布有关。故认为“黑碧”中OH振动光谱产生分裂原因为Ca2+和Mn2+在B(M4)位置上的占位,且高波数峰位归属于Ca2+,低波数峰位归属于Mn2+,即A′,B′,C′归属于Ca2+,A″,B″,C″归属于Mn2+。     

“3+综合”考试下的物理教学

 随着“3+综合”考试制度在全国范围内推广,物理学科不再是“3+2”模式下的1/5。相对于数、语、外来说,将由高考中并重的地位沦为“副科”,这是否意味着中学物理教学的意义将被削弱?在新的考试制度下,如何搞好物理教学?这将取决于“3+综合”考试对物理学科的要求和中学物理教学的意义。一、“3+综合”考试“3+综合”考试是“3+Ｘ”模式的一种形式,仅从教学的角度讲,它的意义也是重大的。首先在于它适应现代科技发展的特征。由于人的认识研究能力和精力的限制,同时也为了学习的方便,科学被人为地分解成各个学科,形成了越来越多的门类,使人对自然界的认识在一定程度上深刻、全面了。     

数学黑洞和物理黑洞

 黑洞,作为宇宙中一类特殊的“星”,由于它不容易被看到但却能将其近旁的物质无情地吸人和粉碎,从而牢牢地抓住了广大公众的想象力。在数学中则存在着另一类“黑洞”,它同样能引起我们探究的兴趣。     

谈谈气体称量定律及其表达式

 从以往的经验或知识中得出来的科学命题,能否进一步被人们认同为科学定律,这决定于对这个命题的证明(常常是数学证明)是否“真”,而在几种证明“同真”时,则又决定于是否存在“美”。“我选择美”是科学家普遍的心理写照,只有既“真”且“美”的证明,才能使科学命题在人们心目中顺理成章、水到渠成地升华为科学定律。由于在物理实验中充了气的黄铜球比真空时的黄铜球重,所以人们不难从力平衡知识中直觉得到这样一个科学命题,即“气体重量等于下方气压减上方气压”,对于这个可以直觉出来的命题,有关教科书是用微分来证明的。     

“黑青”“黑碧”的谱学鉴别特征探究

“黑青”指颜色近黑色,主要成分为透闪石的青玉。“黑碧”指颜色近黑色,主要成分为阳起石的碧玉。采用电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪和红外光谱测试分析手段,确定“黑青”“黑碧”的矿物种属。采用拉曼光谱、显微紫外-可见分光光度计、红外光谱对“黑青”“黑碧”的谱学鉴别特征进行探究。“黑青”为标准透闪石拉曼谱峰,“黑碧”的谱峰位置与“黑青”存在几个波数的偏差,向波数小的方向移动。可见-近红外波段,“黑青”出现445 nm吸收峰,680和940 nm宽吸收带,为Fe2+和Fe3+作用;“黑碧”出现445 nm吸收峰,660和690 nm双吸收峰以及970 nm吸收峰,为Fe2+,Fe3+,Cr3+作用。显微紫外-可见光谱可分析到样品的近红外区,“黑青”在1 397,2 310,2 387和2 466 nm出现强吸收峰,1 915和2 120 nm出现弱吸收峰;“黑碧”在1 400,2 313和2 394 nm出现吸收峰。红外光谱分析“黑青”在5 225,4 738,4 692,5 349,4 317,4 190和4 064 cm-1存在吸收峰;“黑碧”在4 708,4 307,4 178和4 031 cm-1存在吸收峰。显微紫外-可见光谱与红外光谱分析结果虽然存在小的差异,但基本保持一致,以红外光谱分析结果为准。将透闪石质的“黑青”、阳起石质的“黑碧”、广西大化阳起石质玉进行对比,综合红外光谱和显微紫外-可见光谱分析结果得出“黑青”（透闪石）与“黑碧”（阳起石）近红外光谱的鉴别特征：“黑青”（透闪石）在4 800～4 600 cm-1存在两个吸收峰,4 350～4 300 cm-1存在分裂双吸收峰;“黑碧”（阳起石）在4 800～4 600 cm-1存在一个弱吸收峰,4 350～4 300 cm-1存在一个吸收单峰。且“黑碧”（阳起石）的近红外吸收峰相较于“黑青”（透闪石）整体向低波数方向移动。     

节日彩灯探究实验

喜庆的节日离不开五光十色的彩灯点缀.笔者在讲授"串联电路和并联电路"中适当地为学生提供智趣相融、富有思考价值的"节日彩灯"问题,作为链接课堂内外的纽带,引导学生的思维向纵深发展.1问题与观察(1)彩灯     

科学精神无所不在无往不利

 科学（Ｓｃｉｅｎｃｅ）一词起源于拉丁文的“Ｓｃｉｒｅ”,原意是“要去了解”,它是人类认识和研究自然的一种探索过程。换句话说,科学是反映自然、社会和人类思维等方面客观规律的知识体系。人们在科学活动中的基本精神状态,包括思想意识、思维方式和理性态度,则称为科学精神。科学活动是有界定的,而科学精神可以超越这种界定而在科学领域之外表现出来,故而有“无所不在”一说。 上述科学精神的定义有点抽象,难免有人会问,究竟什么是科学精神呢？让我们先看看科学活动是怎样进行的,再回过来推敲这个问题。     

天空为什么是蓝色的

 “蓝蓝的天空白云飘”,对这种美丽的景色。相信我们都有所感受。那么天空为什么是蓝色的?云为什么是白色的?对于这种奇妙的物理现象,并不是所有人都能给出一个正确的回答。事实上,我们所观赏的“蓝蓝的天空白云飘”这一美丽景象是天空中的大气分子、水滴、其他微粒和阳光共同作用的结果。一、空气和太阳光为了解释这种物理现象,首先简单了解一些空气和太阳光的知识。空气是在地球外面包裹着的一层“防弹衣”,保护着地球上生物不受紫外线的照射。空气并不是空的,是由很多很多的微粒组成。     

“电势”“电势差”的教学设计

 设计思想物理知识与一般的文化知识存在着密切的联系,在教学中如能把物理概念整合到更广阔的文化背景中,就能使学生更深刻地理解这一概念。在本节课的教学中,通过对包含“势”字的词语的讨论,使学生理解“势”的一般含义,这样有利于学生深刻理解电势概念。类比是人类研究、理解未知事物的一种有效而常用的方法。学生对重力场中“地势”的概念、水流从“地势”高处流到“地势”低处的现象及重力做功跟始末位置的“地势差”有关的规律有直观的印象。所以从“地势”概念出发,通过类比建立电势概念,是一种易于理解而直观的方法。     

关于“104-109号元素的最新定名”一文的说明

 感谢《现代物理知识》编辑部,为１０４-１０９号元素的命名问题给了我发表个人看法的机会。在“１０４-１０９号元素的最新定名”一文（发表于本刊１９９９年第６期）寄出不久之后,笔者获得如下信息：１．１０８号元素“ｈａｓｓｉｕｍ（Ｈｓ）”来源于德国ＧＳＩ的所在地黑森州（Ｈｅｓｓｅ,Ｈｅｓｓｅｎ）,不是用来纪念Ａ．Ｅ．Ｈａａｓ的。全国科学技术名词审定委员会确定译名为“”是妥善的。２．关于１０７号元素“ｂｏｈｒｉｕｍ（Ｂｈ）”,过去有些书籍曾用“”的译名．全国名词委鉴于汉字中“王”旁居于中间位置者没有先例,故未采用．由此可知,全国名词委对于该词的译名是经过斟酌的．关于“104-109号元素的最新定     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试

 谈到超弦理论,中国科学院理论物理所从事这方面研究的李淼研究员^* 不仅曾为本刊写过“弦论小史( 一)( 二)( 三)”,还在网站上传过“弦论通俗演义”,就宣传弦论来说,实在没有必要再写点什么,但是,这一系列讲座,原定以“超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试”作为结束,因此,我们不得不参考李淼的相关文章、中国科学院大学物理学院丁亦兵教授多年前为本刊编译的“著名物理学家谈超弦”、中国科学院高能物理所常哲研究员为本刊撰写的“超弦与M 理论”,以及B. 格林著、李泳译的《宇宙的琴弦(The Elegant Universe)》来完成这最后的一讲。