走向统一的自然力爱因斯坦：试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅱ)

 19 世纪末,以牛顿力学和麦克斯韦电磁理论为代表的经典物理学渐趋完善,著名英国物理学家汤姆孙(W. Thomson,1824～1907)甚至认为:“未来物理学将不得不在小数点后第六位去寻求真理。” 他在1900 年末为展望20世纪物理学而写的一篇文章中说:“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。”     

今日国外物理

 1 美学者提出大科学新概念美国地球物理学家罗·海津和詹·特雷菲尔提出称之为“大科学”的新概念.美国《科学》周刊根据他们新著《大科学概念》,并征集广大学者的意见.将“大科学概念”的内容归纳为28条.即:(1)宇宙发展有自身规律可预测;(2)一切运动形式均符合牛顿三大定律;(3)能量守恒不消失;(4)能量转换遵循热力学第一、二定律;(5)电磁是同种力的两种形式;(6)任何物质都由原子构成;(7)一切物质能及微粒量子特性均离散,对其中某一物理量既不能测量也不能改变;(8)物质的原子均由“电子胶水”粘合;(9)物质的状态由组成它的原子及其排列决定.     

复杂而有序的软物质

 法国物理学家德·热纳(P. G. De Gennes)(图1)在1991 年获得诺贝尔物理奖时,以“软物质”为题演讲,首次用“软物质”一词概括所有“软”的东西,包括普通的流体和当时美国学者惯常称呼的“复杂流体”,从此推动了一门21 世纪跨越物理、化学和生物三大学科的重要交叉学科的发展。     

从霍金的新思想看物理学中的联系与反联系规律

 一按照爱因斯坦广义相对论的理论,宇宙间存在着一个巨大的暗天体,1969年,美国物理学家约翰·惠勒称这种暗天体为“黑洞”,意思是“引力完全坍缩物体”。经典物理认为,黑洞有一个封闭的视界面,即黑洞的边界。外来的物质能够进入视界,而视界内的任何物质均不能逃出视界。黑洞只能吸收,不能发射,因而是漆黑一团。对于这种观点,历来没有人怀疑。1974年,英国坐在轮椅上的青年物理学家史蒂芬·霍金(1942～)对上述关于黑洞的经典理论提出了挑战,发表了关于黑洞辐射的著名论文,在物理学界引起震动。     

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。     

“氢弹之父”爱德华·特勒

 他,享有美国“氢弹之父”美誉他,因陷害“原子弹之父”遭唾骂他,是一个毁誉参半的传奇人物。2003年9月9日,被誉为美国“氢弹之父”的爱德华·特勒去世,享年95岁。“氢弹之父”出生在犹太家庭据美联社报道,半个多世纪来对美国防御政策产生重大影响、被誉为美国“氢弹之父”的美国著名核物理学家爱德华·特勒(EdwardTeller)因脑中风,于2003年9月9日在加利福尼亚州斯坦福的家中去世,享年95岁。爱德华·特勒于1908年1月15日出生于匈牙利首都布达佩斯的一个犹太家庭,父亲是一名律师,母亲是钢琴家。     

玻尔的错误

 美国物理学家温伯格(Steven Weinberg)曾经写过一篇文章,标题是:爱因斯坦的错误。对于喜爱物理学史的读者来说,那篇文章列举的错误也许都是“熟面孔”,因为“爱因斯坦的错误”是一个很吸引人的话题,很多人都谈论过。从某种意义上讲,判断一位科学家是否伟大的一个另类但很管用的指标,就是看他(她)是否连所犯的错误都能吸引人们持久而广泛的兴趣。如果是,那就几乎可以断定为是伟大的科学家。在20世纪的物理学家中,爱因斯坦无疑是那样的人物,这是对他“首席物理学家”地位的很好的佐证。     

德布罗意和玻姆

 路易·德布罗意(Louis de Broglie,1892-1987)曾以一篇关于1717年前后统治者以及阁员和议员更替的论文获得历史学学士学位,1911年第一届索尔维(solvay)物理学会议之后,德布罗意改习物理学,于1913年取得科学硕士学位。1924年,他在著名物理学家郎之万的指导下,以一篇划时代的论文《量子理论的研究》获得科学博土学位。1927年他提出了波动力学的“双重解理论”及其退化形式“波导理论”,并总结在一篇题为《物质及其辐射的波动力学和原子结构》的论文中。     

物理学这棵老树绽放的一朵新花:实验室真人统计物理学

 简单言之, “物理”二字的意思就是“物质之理”。不言自明, 这里的“物质”是指自然界中无智能的“物”, 例如原子、电子等。这里所说的“无智能”主要指, 这些物质没有学习能力、对外界环境没有适应性, 举个例子:若有两个原子, 沿着同一轨道相向而行, 它们必然相撞;今天撞了, 如果明天再遇到同样的情况, 这两个原子仍旧会相撞。为什么?因为这些原子没有学习能力, 它们“不长记性”、“记不住”已经发生的事情, 所以, 下次再相遇时, 该发生什么还发生什么, 换言之, 因为它们没有学习能力, 所以, 它们对外界环境也就没有适应性。事实上, 也正因为“物理”关心的是无智能的物质系统, 所以, 它们可以用简单的物理原理来描述、理解、预测, 例如牛顿第二定律、万有引力定律等。在这些原理中, 人们不必额外引入描述学习能力和适应性的物理量, 可能也正因此, 物质世界在物理学家的眼中是简单的, 物理学家总喜欢用一些简单的物理原理来解释和预言我们所在的这个物质世界。例如, 理论物理学家们正在刻苦攻关的大统一理论正是这样的一个理想的、“简单”的理论, 期望它能解释宇宙中各种自然力之间的关系。     

他生活在物理学中

 一年以前,1988年2月15日,美国杰出物理学家理查德·费曼因患癌症与世长辞,终年70岁.这消息不仅对物理学界是一个打击,也使不少美国公民感到悲痛,他们还清楚地记得这位平易近人的教授如何轻而易举地为美国人民释开了一个重大疑虑.那是发生在费曼教授去世以前整整两年.揭开“挑战者”号飞船失事之谜震惊世界的美国“挑战者”号飞船失事之后几天,费曼应他过去的学生、美国宇航局执行局长威廉·格雷厄姆之邀,参预调查事故的原因,在国务秘书罗杰斯领导下的总统委员会中工作.     

2000年7月21日：美国费米实验室宣布第一个τ中微子的直接证据

 20世纪美国伟大作家厄普代克(John Updike,1932～2009)在他1960年的诗《宇宙之胆》(Cosmic Gall)中这样写道：“中微子,极其细小,它们既不带电荷,也无质量,和物质完全没有相互作用.”中微子在当时是相当新的发现,之后的两年,物理学家渐渐开始了解这个神秘的“幽灵粒子”,例如他们发现,中微子不只一种,而物理学家往后花了40年才将它们全部找到.     

电子“列车”标志着新物质态的存在

 美国的三组物理学家最近发现了一种新的物质态,称之为“鲁特英格(Lutteinger)液体”。在这种物质态中,电子(?)互相连接着,就象火车的一节节车厢一样一起运动,而不是象以前那样单独行动。 30年前,纽约哥伦比亚大学的J.鲁特英格(Joaquin Luttinger)就提出了有关这种物质态的理论,但他仅仅把这作为解决物理问题的一种数学工具。目前已经退休的鲁特英格说“我怎么也不敢梦想它会真地被实验所发现”。 去年,费城宾夕法尼亚大学的查尔斯·凯恩和加州大学桑达-巴巴拉分校的马修·费希尔提出一个实验方案,力图证实鲁特英格液体的存在。实验目前已经进行,凯恩说,他有70-80％的把握肯定该态的存在。 在通常的温度下,导电材料中的电子总处在不停地疯狂运动中。但任一个电子的运动都不会对其他电子产生直接的影响。     

“渐近自由”的实验证明

 2004年10月5日,瑞典皇家科学院宣布,将2004年的诺贝尔物理学奖授予美国加州大学圣巴巴拉分校卡夫利理论物理研究所的戴维·格罗斯(DavidJ.Gross)、加州理工学院的戴维·波利策(H.DavisPolitzer)和麻省理工学院的弗兰克·维尔切克(FrankWilczek),以表彰他们发现了粒子强相互作用的理论中的“渐近自由”行为。     

七十二岁的获奖者——玻恩

 1954年,72岁的已经退休的德国物理学家马克斯·玻恩,因“进行量子力学的基本研究,特别是对波函数的统计解释”.荣获了该年度的诺贝尔物理学奖.有人会说玻恩是位“大器晚成”者,其实玻恩一直是位博学多才的优秀的物理学家.玻恩于1882年12月11日出生在德国西里西亚的布雷斯劳.父亲是布雷斯劳大学医学系的教授.因此玻恩自小就生活在一个科学气氛很浓的家庭里,他对什么都好奇,经常到他父亲的实验室去看做实验,或聆听他父亲同朋友间开展的科学讨论.1901年他开始在布雷斯劳大学学习,父亲曾对他提出这样的劝告:“你应该先把各种课程都学一下,然后再决定专门研究哪一门.”于是他没有一进入大学就立即确定专业,他听了数学、哲学、艺术史、天文学等课程.这使他开拓了视野,打下了“博学多才”的基础.     

开普勒第二定律的建立

 约翰·开普勒(ＪｏｈａｎｎｅｓＫｅｐｌｅｒ,1571-1630)是德国著名的天文学家和物理学家,一生在多方面对科学的发展做出了贡献,尤其在天文学领域,他经过多年的努力探索,建立了开普勒三定律,从而使人们对行星的运动有了更加明确清晰的认识,也为牛顿发现万有引力定律奠定了基础。正是由于这一卓越的科学成就,开普勒被后人称为“天空的立法者”。本文就他建立开普勒第二定律的过程做一探讨。1.第谷与开普勒的合作科学的发展不仅需要理论,而且不能离开观察实验。在科学向前发展的过程中,有时理论这只脚向前先迈一步,有时观察实验这只脚向前先迈一步。     

神奇的纳米技术

 一、科学巨匠遭冷遇,柳暗花明又一村著名物理学家,诺贝尔奖获得者理查德·费恩曼在1959年12月29日召开的美国物理年会上满怀激情地发表了《底层大有可为》的报告,大胆提出“用原子搭积木”的设想。他说:“当我们深入并游荡在原子周围,我们将按照不同的定律活动,会遇到许许多多新奇的事情,能以全新的方式生产,完成异乎寻常的工作。”并提出“我们为什么不可以从单个分子甚至原子开始进行组装,达到我们的要求?”当时连分子、原子是什么样都看不着,谈何对原子进行操纵组装呢?简直是痴人说梦。     

引力无穷的神秘黑洞

 “黑洞”是２０世纪最具神奇色彩的术语之一。形象而又多少带有恐怖色彩的字眼使人联想到了将要吞噬一切的巨兽之口。虽然黑洞最初仅仅是一种纯理论推理演绎的数学模型,但随着在宇宙观测中逐步得到证实,使人不得不承认黑洞的真实性。无论人类对黑洞的研究探索最终发展到何种地步,但至今为止,黑洞研究已极大地丰富了２０世纪物理学内容。经典的“黑洞”概念源于１７８３年,最初是英国的约翰·米歇尔（Ｊ．Ｍｉｃｈｅｌｌ）按照牛顿力学定律导出的一种极限模型。     

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。     

莫比乌斯与反演问题

 去年,英国“自然”杂志“新闻与评介”专栏登载约翰·麦道克司(John Maddox)文章,对我国学者陈难先教授应用数论中莫比乌斯定理证明物理上的反演问题,作了高度评价.现请中科院化冶所赫彤同志译述如下,以飨读者.     

时空巨人爱因斯坦

 19世纪末经典物理学的理论已基本建立完整。许多物理学家认为物理学的理论已足够完美。在这种观点的影响下,物理学的研究工作处于消极状态之中。如果说实验物理学的三大发现---Ｘ射线、电子、放射性的发现动摇了这种观点,普朗克在1900年为解决热辐射中的“紫外灾难”而创建的“量子论”对这种观点提出了挑战。那么爱因斯坦在这方面所作出的贡献却彻底地将这种观点送入了坟墓。下面让我们对爱因斯坦的生平、主要贡献及成功的原因作一简要的回顾。一、爱因斯坦的生平1879年3月14日爱因斯坦出生于德国南部小城乌尔姆一个犹太人家庭。父亲海尔曼·爱因斯坦是一位电气设备制造商。母亲波林·科克是一位富商的女儿。