宇宙中最神秘的一种天体--类星体

为纪念相对论发表100周年，联合国大会通过决议，将今年命名为“国际物理年”．在国际物理年中，天文学也是不可缺少的内容．当年，爱因斯坦的广义相对论只能用天文学来检验；物理学发展到今天，更是和天文学息息相关．李政道先生把宇宙中的暗物质作为21世纪物理学前沿的主要课题之一．近代天体物理学提出的问题一个个都向物理学提出了挑战．其中，有一种神秘的天体，从20世纪60年代跨越到21世纪，观测、观测、再观测，却始终没有得到满意的答案，它就是类星体．     

邮票上的物理学史(63) --天体物理学:新的观测手段

天体物理学是天文学三大分支中最现代和最活跃的一个分支(另外两个分支是天体测量学和天体力学),也是物理学的一个重要分支,它研究的对象是自然界中尺度最大的客体天体和宇宙,而且它们是处在人类在地球上无法复现的极端物理条件(超高温、超高压、超高密度、超强磁场、超强辐射等)之下.     

交叉、融合与超越——物理学对现代生物学发展的影响

 学科因科技发展而细分,学科又因研究需要而交融,聚散共生是现代学科变化的主旋律。从物理学发展看,学科划分越来越细,分支也越来越多。出现了众多物理新学科,如量子电动力学、非线性光学等。物理学门类不断分化的同时,又与其他学科大规模地融合,催生了众多的跨专业、跨学科的边缘学科和交叉学科。如量子力学的发展成就了量子化学、量子天文学等新学科的诞生;物理向生物的渗透产生了生物物理学;物理应用于疾病的预防、诊断、治疗和保健促进了医学物理学问世。这些学科不仅拓展了物理学的研究领域,也为其他学科的发展提供了新方向。物理学的巨大魅力在于它包罗万象,在改变世界的同时,使人类的认知能力不断升华。     

“文化模式”的教学实践

 物理学是研究自然界规律的科学．物理教学具有科学教育的功能,这是人所共知的,但物理学同时也是人类文化的一部分,物理学家的思想、精神被“内化”在物理学丰富的内容中,物理学被深深地打上了人类的烙印．因此,物理学还具有人文教育的功能,但是,在目前的物理教学中,过分强调的是其科学教育功能,人文教育功能则被割裂和忽视了．这是物理教学的误区和遗憾．“文化模式”就是为了突出物理学的人文精神,强调物理学与社会的相互联系和相互影响而产生的一种教学模式．它代表的是这样一种教学观：物理学的文化价值也应是教学的重点．因此,模式的特点是;“以文化为中心,历史地学”．     

现代宇宙学概述

 现代宇宙学是天文学和物理学的分支学科, 它从整体角度研究宇宙的结构、运动和演化.事实上,自古以来人类对于宇宙的认识一方面依赖于观测和经验,另一方面依赖于思维和演绎推理.宇宙,按其原来的字义就是空间和时间的意思.中国古代先哲提出“四方上下曰宇,经古来今曰宙”、“天圆如张盖、地方如棋局”以及“浑天如鸡子,地如鸡中黄”等概念,古代所讨论的宇宙,不外乎大地及其周围的天空.哥白尼冲破了宗教神学的阻挠,纠正了托勒密地心说的错误,建立了日心说,引起了天文学的巨大革命.但是,哥白尼时代所指的宇宙实质上是太阳系.     

热寂说的兴衰与社会影响

 热寂说是哲学上的一个原则问题,也是物理学上无法直接验证的问题。它的意义关系到包括生命物质在内的万物生长、发展和消亡的普遍规律以及人类和宇宙的未来。本文力求对热寂说的历史进行较系统的考察,并对其社会影响作些探讨和阐述。一、热寂说的提出在一般的物理书上,热寂说都是和克劳修斯的名字联系在一起的。     

反物质和暗能量

 上个世纪,人类在探索宇宙奥秘和物质基本结构及其相互作用的道路上取得了辉煌的成就,建立了描述微观世界的粒子物理标准模型和描述宇观世界的大爆炸宇宙学标准模型。粒子宇宙学将微观世界和宇观世界、粒子物理学和天文学结合起来,研究早期宇宙这一极端条件下的物理规律,探讨基本粒子的相互作用的统一。近代宇宙学研究表明,在宇宙演化过程中经历了暴涨(Inflation)阶段。基于粒子物理的标量场理论,暴涨宇宙学不仅为经典大爆炸宇宙模型中的初始条件和疑难给予了答案,而且提供了一个描述宇宙大尺度结构成因的合理理论,并为近年观测所支持。     

一个了解宇宙的新窗口——分子天体物理学介绍

 现代科学的显著特点之一是它的综合性和整体性,即各个学科之间的交互影响.分子天体物理学的建立和发展是一个很好的例子.在它的发展过程中,物理学和化学的基础研究,射电天文学和空间天文学的最新技术成就与天体物理学和天体化学密切配合,相互推动.在短短的二十多年中形成了一门生气勃勃的新学科.它为天文学提供了一个了解宇宙的新窗口,有力地推动了恒星演化的极早期阶段和晚期阶段的研究.     

古希腊宇宙体系构建者--亚里士多德

本文将从物理学发展史的角度对古希腊的伟大思想家亚里士多德做一番讨论。首先将述及他的政治和伦理学、认识论和方法论、生物学、宇宙天文学以及物理学．之所以集中地论述到如此之多内容，是由于本文强调这些内容之间的联系：处处表现了尊贵和卑贱的差别是合理的，宇宙的一切运动是有目的的。近代物理学恰恰正是逆着这一思想发展的。     

空间间接探测暗物质粒子

正在过去的几十年间,人类对于整个宇宙的认识有了飞跃式的发展,取得了辉煌的成就。基于近年天文观测的结果,一个暗物质暗能量暴涨的宇宙学标准模型被建立起来。我们的宇宙组成,如图1所示:已知的基本粒子只占整个宇宙的5%左右,而27%左右是不发光的暗物质,68%左右是类似真空能的暗能量。寻找暗物质粒子,研究暗能量的本质等,结合微观世界和宇观世界,结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪物理学和天文学的一     

耗散结构

物理学是一门内容十分丰富的科学。它有很多引人入胜的分支或研究领域。如果要探索物质的微观结构,那末沿着原子、原子核、基本粒子这条线索,目前探讨的对象已经达到10-15cm数量级的空间尺度和10-23sec的时间尺度。如果关心宇宙的发展和演化,其空间距离会达到1028cm以上,时间的数量级是1010年。物理世界微观和宇宙二极一直是物理学研究的前沿,它为我们开拓着对物理基本规律的认识,在这方面目前仍有不少基本问题尚待解决。另一方面,在我们通常熟悉的不太大又不太小的尺度内,由于物质结构的多样性和复杂性。也形成了物理学研究的一个前沿,那就…     

实验在物理学理论发展中的作用

任何学科都有它的研究方法，物理学也不例外.物理科学方法是物理学发展的灵魂，在物理理论发展过程中，人们用过许多研究方法，其中实验方法是最主要的方法之一.所谓物理实验，就是"人们根据研究的目的，利用科学仪器、设备，设法控制或模拟物理现象，排除次要因素，突出主要因素，在最有利的条件下研究自然科学的一种方法"[1].实验在物理理论的产生、形成、发展和完善中，起着重要作用.一、物理学足从实验产生的著名物理学家丁肇中先生说："事实上，自然科学理论不能离开实验的基础，特别是物理学是从实验产生的"[2].物理学发展史就有力地…     

物理學緒論

一、物理学底发展物理学属于自然科学。自然科学的任务在于研究自然,使它服务于人类。在古代,“物理学”一辞的意义就是“自然科学”。到后来,自然科学才分裂成一系列的科学:力学,物理学,化学,天文学,地质学,生物学,植物学等等。在这些科学中,物理学在一定的程度上佔据着首要的位置。因为它所研究的对象,包括物质底一切最基本、最普遍的运动形态。对于自然现象的知识底积累,早在远古的时代就已开始了。在最初这些知识是非常之不完备、不正确的。原始的人类在周围世界的     

《物理与工程》征稿简则

《物理与工程》是教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会(简称教指委)主管、清华大学出版社主办的物理教学研究类期刊.本刊创于1981年,是为全国大专院校物理教师、广大物理学工作者和相关人员提供的一个相互交流和分享教学改革经验以及传递相关信息的园地.它的宗旨是交流物理教学经验与教学研究成果;介绍与讨论物理学前沿进展以及相关交叉学科的发展动向;介绍物理学在现代工程技术领域以及高新技术研究和开发中的应用,为促进物理教学改革的不断深化以及为促进物理学知识创新工程的发展做贡献.     

粒子物理和宇宙学

粒子物理学的研究对象是基本粒子,其尺度范围小于10-13cm,质量小于 10-23g,是所谓的微观物理学.宇宙学的最小研究对象是星系,其尺度范围大于 1019cm,质量大于1039g,是所谓的宇观物理学.热大爆炸宇宙模型使两者发生了密切的联系.近十几年来,这种联系日益深化,一方面使宇宙学臻于成熟,另一方面也推动着粒子物理学的发展. 以可靠的物理规律为基础的宇宙学研究,是在有了广义相对论之后才开始的.宇宙的膨胀则是在1929年Hubble发现了河外星系的退行规律后才逐渐被认识的.四十年代末,Gamow及其合作者以宇宙膨胀的观念为基础,首先成功地讨论了宇宙…     

物质结构在夸克-轻子层次上的动力学规律和研究发展趋势

文章综述了粒子物理中标准模型理论的历史发展、面临挑战以及未来的发展趋势.目前阶段物质结构最小组成单元是夸克和轻子,量子色动力学是描述夸克-胶子之间强相互作用的基本理论,它具有渐近自由和夸克禁闭的特点.量子色动力学和电弱统一理论一起构成粒子物理中标准模型理论.标准模型理论成功同时也面临两大挑战:对称性破缺的本质和夸克禁闭难题,这意味着标准模型理论需要发展和突破.人们期望粒子物理学、天文学和宇宙学交叉发展联手解决物质结构和早期宇宙研究中面临的难题,最终揭示超出标准模型的新物理规律.     

大学物理课堂例题真实化举析

 物理学一词来源于希腊文physics,意即“自然”。物理学是一门历史悠久的自然学科,不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用,而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。随着科技的发展,社会的进步,物理已渗入到人类生活的各个领域。在大学物理课堂教学中,从实际背景出发,联系生活讲物理,把实际问题物理化,物理问题综合化、生活化,适当创设一些小而具体、新而有趣的真实化的例题,是我们近几年在大学物理教学改革中的一种尝试,目的是让学生体会物理学在生活实际及科学技术中的应用价值,激发学生的学习兴趣,培养思考问题、解决问题的能力,从而提高学生的综合素质。     

X射线晶体衍射实验

X射线及其通过晶体时衍射现象的发现是二十世纪物理学的伟大研究成果之一。作为近代物理实验的重要组成部分,X射线晶体衍射实验除了验证X射线和晶体的基本性质外,对于晶体(特别是固体)材料的研究、控制和改进生产工艺过程,具有非常重要的应用价值。自从X射线被发现,和X射线的一系列的实验出现以后,人类对物质结构的认识发生了质的飞跃,它不但推进了物理学的发展,而且也使化学、地质学、天文学、医学、工艺学等等许多科学领域得到新的重大的发展。近年来特别对生物化学的发展也起了重要的作用。作为这样一个重要的近代物理实验,了解它的发生、发展背景和它在现代科学发展过程中的作用。对于更好的学习和做好X射线晶体衍射实验,和进一步创造性工作是有意义的。     

《相对论、宇宙与时空》连载——人类早期对宇宙的认识

今年是天文望远镜发明400周年．望远镜的发明彻底改变了人类仅凭肉眼观察天象的历史，使人类的视线得以深入宇宙的深处和遥远的过去．由于光信号的传播需要时间，我们看到的天体都是它们过去的样子，越远的天体图像越古老，因此望远镜不仅在看远方，而且在看历史．天文望远镜的出现，极大地加深了人类对宇宙和时空的认识，也极大地促进了天文学和物理学的发展．相对论和现代化时空理论、现代宇宙学的创立和发展，都离不开望远镜的贡献．本刊特以《相对论、宇宙与时空》为题，发表连载文章，以纪念发明天文望远镜这一科学史上的重大历史事件．更多的内容请参见本文作者的专著《物理学与人类文明十六讲》（高等教育出版社，2008年9月出版）．     

X射线在天体物理学中的应用

 天体物理学是天文学与物理学的交叉学科,是20世纪自然科学发展的一个极其重要的分支。现代天体物理学的重要探测手段之一是借助射电技术设备接收并研究宇宙天体的辐射。这些辐射按波长可分为若干波段,如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。按观测的电磁波段可分为光学天文学、射电天文学和空间天文学等。