现代物理知识
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2011年 23卷 2期 刊出日期 2011-04-18
物理知识
科苑快讯
物理前沿
科技经纬
教学参考
中学园地
科学源流
物理知识
3
大气：转动的热机
Hot!
钱维宏, 林祥
地球是一个旋转的球体，它具有巨大的质量和强大的惯性。地球的旋转包括每日一圈的自转和每年一圈的公转，自转带来了大气运动的日变化，而公转则导致了大气运动的四季变化。普通人或许并不清楚，但对于地球科学领域的学者来说，由于地球自转而产生的地转偏向力具有无处不在的影响， 这种力施加在运动物体之上，在北半球指向运动方向的右侧，而在南半球则指向运动方向的左侧。这种偏向力也是大气运动中很多特殊现象背后的关键原因。
2011 Vol. 23 (2): 3-9 [
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10
诺贝尔物理学奖获奖者统计
神干, 殷春浩, 朱姗姗, 侯磊田, 李富强
诺贝尔物理学奖是根据诺贝尔遗嘱而设立的五个基本奖项之一，旨在奖励那些在物理学领域里做出突出贡献的科学家。该奖项由瑞典皇家自然科学院颁发奖金，每年的奖项候选人由瑞典皇家自然科学院的瑞典或外国院士，诺贝尔物理委员会的委员，曾被授予诺贝尔物理学奖金的科学家，在乌普萨拉、隆德、奥斯陆、哥本哈根、赫尔辛基大学、卡罗琳医学院和皇家技术学院永久或临时任职的物理学教授等科学家推荐。
2011 Vol. 23 (2): 10-13 [
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14
诺贝尔物理学奖百年回顾(续)
Hot!
厉光烈, 赵洪明
编者按：本刊曾于2000 年第1 期至2001 年第5 期连载了《诺贝尔物理学奖百年回顾》的系列文章。如今，十个年头过去了，我们将2001 年至2010 年诺贝尔物理学奖的情况汇总，再次呈现给读者。
2011 Vol. 23 (2): 14-21 [
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22
太阳的故事——光明的源泉
Hot!
卢昌海
爱因斯坦和他的年轻合作者英费尔德曾经写过一本非常出色的科普著作，叫做《物理学的进化》。在那部著作中，他们作过一个令人印象深刻的比喻，那就是把科学的发展比喻成一个侦探故事。 他们这样写道：自从柯南·道尔写出绝妙的故事以来， 在几乎所有侦探小说中都有这样一个时刻，侦探收集到了为解决问题的某个阶段所需的全部事实。那些事实往往看起来很奇特、不连贯，并且彼此毫不相干。可是大侦探知道这时不必继续调查了，现在只有纯粹的思维能把搜集到的事实联系起来。于是他拉拉小提琴，或躺在安乐椅上抽抽烟。突然间，老天爷，他找到了联系！他不仅对手头所有的线索都有了解释，而且知道某些其他事情也一定发生了。因为现在他已经确切地知道在哪里可以找到它，如果愿意的话，他可以出去收集他理论的进一步证实。
2011 Vol. 23 (2): 22-26 [
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科苑快讯
13
几十亿年前游离行星或可存在生命迹象
高凌云
生命可在不由恒星直接提供热源的一颗行星上幸存几十亿年。这听起来不像是太阳系里发生的事情，而像是科幻影片《星球大战》里的情节，但它的确是事实。
2011 Vol. 23 (2): 13-13 [
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21
单原子层纳米片新技术
高凌云
英国牛津大学的尼克罗西（Valeria Nicolosi）和爱尔兰三一学院的科尔曼（Jonathan Coleman）领导的国际研究小组研发出以超声波脉冲和普通溶剂制备单原子层纳米片的新技术。该技术糅合了最近荣获诺贝尔奖的石墨烯技术，简单、廉价、高效，可实现大规模工业化生产。 他们以该技术开发了大量的纳米片新材料，包括氮化硼、二硫化钼、碲化铋，它们在新型电子设备、超强复合材料、能量生产储存中显示出卓越的性能。这些新材料将成为重要的热电材料，以其制造的热电设备可从燃气、石油、煤电站的废热中提取热量，效率高达70%，而且成本低廉、过程简单。这些新材料还可用于称为“超级电容器”的下一代电池，其效率比目前的电池要高成千上万倍，从而使电动汽车等工业技术的水平获得极大地提升。
2011 Vol. 23 (2): 21-21 [
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26
皮肤造血新技术
高凌云
以往要将皮肤细胞转化为血细胞，需要将其先诱导为多能干细胞，然后再转化为血细胞。最近加拿大麦克马斯特大学（McMaster University）的巴提亚（Mickie Bhatia）和同事开发了将皮肤细胞直接转化为血细胞的新技术，不仅过程简单、血液质量也更高，还避免了相关的法律与伦理问题。 经过处理的皮肤细胞变成了更加专门的造血细胞——如同那些存在于骨髓中的细胞，经过进一步诱导，这些祖细胞可变成防御细胞（如中性粒细胞、嗜碱性粒细胞和巨噬细胞），能够消灭细菌以及其他入侵者。研究人员在两年时间里，用成人皮肤和新生儿包皮反复进行上述实验，证实任何年龄者的皮肤都可以转化为血液，而且血液功能正常。 随着该技术的进一步完善，或许可用源自白血病患者皮肤的健康细胞替代他们有缺陷的血细胞。这种治疗方法还可用于接受大剂量化疗的癌症患者——化疗不仅杀死癌细胞，同时还破坏患者血液系统，因此化疗经常需要暂停，以便让患者免疫功能恢复，这也给了肿瘤恢复和再生的可乘之机，再生的癌细胞通常对化疗有抗体，如果患者在化疗的同时输入自身皮肤制造的替代血液，不仅可继续进行大剂量化疗，而且会增加永久杀死肿瘤的机会。巴提亚说以后还能够培养和储存不同类型的血液，就像现在储存捐献血液一样。
2011 Vol. 23 (2): 26-26 [
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39
不会发生排异反应的现成血管
高凌云
在做搭桥手术时，外科医生需要从病人大腿或其他部位移植血管，如果病人没有合适的血管，就要移植他人的，从而引发严重的排异反应，以致需要终生服用抗排异药物。虽然现在可以通过生物工程技术利用病人自身细胞培植血管，但这往往需要等待9 个月甚至更长的时间，而且价格高昂。 美国北卡罗拉那州莫里斯维尔一家生物技术公司Humacyte 的组织工程学家达尔（Shannon Dahl）与同事综合各种技术，探索出制造人造血管的新方法。他们提取捐献遗体的平滑肌细胞作为种子，置于一个由可降解聚合物——聚乙醇酸制成的管状支架上，当细胞生长并覆盖于支架上时，会生成替代降解支架的胶原和其他细胞外基质蛋白。研究者用清洁剂去除这些物质，从而留下没有细胞的血管，这些血管可以保存数月，以备随时取用，而且不会引发任何免疫反应。 种子细胞来自数个捐献者，生成的血管性能远超单一捐献者细胞生成的血管，并且可以同一批次制成大量血管，从而大大降低成本。研究者用狒狒和狗成功进行了实验。尽管动物实验只是初步的，但这为开展临床实验打下了基础。
2011 Vol. 23 (2): 39-39 [
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45
自我膨胀的热木星
高凌云
目前已知有500 多颗日外行星，它们大多距离其恒星非常之近，炽热的高温使其表面岩石融化，并刮起超音速的飓风。 但是即使高温会引起行星膨胀，却也无法解释这些热木星（公转轨道极为接近其恒星的类木行星）为何体量如此巨大。现在天文学家们终于发现是其产生电流加热自身内部造成的。如果行星的外部温度被恒星加热到1500K 以上，就能电离钠、钾等微量元素，使行星大气传导电流，飓风将带电离子的气体吹过行星磁场，产生深入恒星内部的电流回路，整个行星就像电烤箱一样被加热，并持续膨胀，于是造就了这些超大热木星。
2011 Vol. 23 (2): 45-45 [
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50
癌症竟是返祖现象
高凌云
美国亚利桑那州立大学的戴维斯（Paul Davies）教授和澳大利亚国立大学的莱恩威佛（Charles Lineweaver）博士在最近的《物理生物学》（
Physical Biology
）杂志发表文章，认为癌症是一种返祖现象。 两位太空生物学家说，癌症在生物不断进化为多细胞有机体的过程中，被锁进了“工具箱”，这个工具箱含有10 亿年前由简单单细胞进化为复杂多细胞生命体的起始基因。随着多细胞生命体的进化，控制基因“开启”，导致单个细胞停止分裂而转变为专门细胞（如肝脏或血细胞等）。癌症恰恰逆转了这个过程，使细胞不再分工协作，而是“回复”到多细胞生命体出现之前的状态。 他们的研究表明，癌症是一种有限且可预测的返祖性症状，这种症状不会有任何变化，在谁的身上都一样。当然，结论也为生命起源的研究提供了重要的线索。
2011 Vol. 23 (2): 50-50 [
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58
飞秒光物理与介观光学研究获新进展
高凌云
北京大学“飞秒光物理与介观光学”创新研究群体采用周期量级飞秒激光系统和冷靶反冲离子动量谱仪装置，首次在实验中通过改变周期量级飞秒激光的载波相位，实现对一氧化碳分子二价电离态的非对称解离通道的控制，同时也实现分子三价离子的非对称解离通道的控制。通过实验证实在一氧化碳分子电离和解离过程中，电子再碰撞激发引起的解离以及电子再碰撞引起电离是主要过程，这两个过程是相互竞争的，并可通过改变激光脉冲载波相位进行调控。该研究工作表明，通过超快光场控制电子再散射波包与分子离子的相互作用，可以在分子电子态水平上实现对分子高阶电离和解离通道过程的操控。研究工作发表在
Physical Review Letters
106,073004（2011）。 研究工作得到国家自然科学基金委“创新研究群体”项目，国家重大基础研究计划（973）项目和北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室的资助。
2011 Vol. 23 (2): 58-58 [
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60
美国发现“砷基生命”
高凌云
传统观点认为，生命体主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷元素组成，砷对生物是有毒的。然而最近美国宇航局太空生物学研究所的伍尔夫西蒙（Felisa Wolfe-Simon）却在美国加利福尼亚州莫诺湖（Mono Lake）发现了以砷为食的菌株GFAJ-1。 莫诺湖水来自周围溪流，却没有出口，由于长期蒸发，其碱度比海水高2 倍半，是世界上天然水体里砷含量最高的地方之一。2008 年这里曾发现以光能氧化亚砷酸（而不是水）进行光合作用的细菌，它们以砷的化合物作为光反应中的电子提供方以固定二氧化碳。而这次伍尔夫西蒙通过放射性同位素标记发现，菌株GFAJ-1 在实验室中以砷替代磷组成自身的各种关键分子。 遗传物质DNA 中的磷元素被砷取代，意味着它有了完全不一样的生命基础，从而与别的生命区别开来。因此砷基生命不能用原有的生命多样性来解释。如果这一发现被进一步证实，生物学界必须重新审视地球上的生命体系，教科书也将修改。
2011 Vol. 23 (2): 60-60 [
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63
科学家称极超新星爆发可能摧毁外星生命
高凌云
天体生物学中有一种著名的说法，叫做“大寂静”(the Great Silence)。通俗而言，这个说法的意思大致如下：“考虑到宇宙巨大的空间以及极其古老的历史，宇宙中应当存在许多具有高度发达文明的智慧生命，但我们却没有找到任何相关的证据，这两者之间似乎存在一种矛盾。” 这个说法最早来自著名的美籍意大利物理学家费米，因此也被称为“费米问题”或“费米佯谬”。
2011 Vol. 23 (2): 63-63 [
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物理前沿
27
下一百年的能源
Hot!
雷奕安
能源是一切自然活动和社会活动的基础。自宇宙诞生以来，大到星系形成，恒星发光，小到细菌繁殖，原子核衰变，没有任何自然过程不是由能源驱动的。生命在地球上出现后，经过了数十亿年的演化，无数的生命种类在地球上产生并消亡，但基本的趋势是，越是高级的、适应能力强的生命形式，对能量的需求越高，消耗的能量越多。人类社会也是一样。在人类诞生后的数百万年内，不仅人口数量不断增长，每个人消耗的能量也在不断增加，从个体采集，到集体狩猎，制造工具，蓄养动物，生火取暖烹煮……直到工业革命发生，每个人的衣食住行无不消耗大量额外能源。越是先进的社会，越是文明的国家，每个人消耗的能源越多。以中国为例，1965 年到2010 年间，煤炭消耗从每年2.3 亿吨增加到33 亿吨，增长近15 倍，而同期人口增长不到一倍。世界范围来看，从1965 年到2005 年，全世界初级能源消耗从5 太瓦增加到15 太瓦（10
12
瓦），同期人口增长也不到一倍。
2011 Vol. 23 (2): 27-31 [
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32
再次与你分享我初步理解相对论的激动
李早东
我参加了《现代物理知识》编辑部2008 年组织的“我心目中的现代物理”科普征文活动，承蒙评委厚爱，拙作《与你分享我初步理解相对论的激动》一文获得优秀奖，并刊登在2009 年第4 期上。之后，我乘着激动和兴奋的心情，又学习了广义相对论的相关文章，收获匪浅，遂撰此文与大家分享。
2011 Vol. 23 (2): 32-37 [
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科技经纬
37
癌症、肿瘤抑制基因及纳米技术在癌症预防和治疗的应用
王喆, 秘晓林
一、什么是癌症 癌症（cancer）是发生于各个年龄段、多种器官和组织、导致严重后果的疾病。根据世界卫生组织的统计，2007 年全世界有790 万人死于癌症，占所有死亡人数的13%，据估计到2030 年该数字将上升至1200 万。每年花在癌症病人治疗和护理的费用超过2000 亿美元，给社会和家庭带来了巨大的经济负担。根据细胞类型，癌症可以分为四类，内外表层细胞发生癌变形成的肺癌、乳腺癌和结肠癌等（Carcinoma）；支持组织和连接组织，如骨、软骨、脂肪和肌肉等形成的肉瘤（Sarcoma）；淋巴和免疫系统形成的淋巴瘤（Lymphoma）；以及循环系统形成的白血病（Leukemia）。
2011 Vol. 23 (2): 37-39 [
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40
漫谈清洁煤技术
王素红
清洁煤技术是指煤炭从开发到利用的全过程中，在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。 清洁煤技术主要包括两个方面：一是直接烧煤洁净技术。在直接烧煤的情况下，需要采用相应的技术措施：①燃烧前的净化加工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。②燃烧中的净化燃烧技术，主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。③燃烧后的净化处理技术，主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。二是煤转化为洁净燃料技术。主要是煤的气化以及液化技术，煤气化联合循环发电技术和燃煤磁流体发电技术。
2011 Vol. 23 (2): 40-41 [
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教学参考
42
浅谈物理教学中的灵感激发
孙早利
灵感一词，源于古希腊，希腊原文的意思是神赐的“灵气”。按照《中国大百科全书》的解释，灵感是人类思维活动中一种特殊的思维状态，是一种饱和着情感和想象、聪明和智慧、形象思维和逻辑思维水乳交融地突然产生，又转瞬即逝的思维状态。我国科学家钱学森认为，灵感是潜意识，当酝酿成熟时，却突然沟通，涌现于意识，成为灵感。贝弗里奇认为：灵感是对情况的一种突如其来的领悟和理解。总之，灵感是以已有的知识经验为基础，在意识高度集中之后产生的一种极为活跃的精神状态，这时人的思维会对百思不得其解的问题，产生突发性飞跃和敏锐的顿悟，从而达到解决问题的目的。
2011 Vol. 23 (2): 42-44 [
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中学园地
45
汤碗自行漂移现象探秘
张怀华
在吃饭的时候，我们偶尔能够看到饭碗在餐桌上发生的自行漂移现象，在很多读者看来，汤碗自行漂移应该归因于桌面的倾斜和光滑，桌面倾角越大、桌面越光滑，汤碗就越容易发生自行漂移现象。事实真的是这样吗？
2011 Vol. 23 (2): 45-45 [
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科学源流
46
核物理学前沿领域中的“五位巾帼英雄”
程民治, 朱仁义
从19 世纪末开始，随着原子核结构的探索，核裂变的发现以及核理论研究的不断深入，到了20 世纪30 年代以后，核科学就逐步进入了一个向纵深发展和广泛应用的新的更加成熟的阶段。面临着这种宏伟壮观和激动人心的发展局面,使我们不由地回想起那些曾为此而作出过杰出贡献的女科学家们。
2011 Vol. 23 (2): 46-50 [
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51
微观物质组成理论的发展与近现代科学（下）
阎康年
四、经典原子论框架的变革 现代原子论与经典原子论的根本区别在于认为原子有内部组成，并且是可分的， 从而在物质观上打破了自德谟克利特以来对于原子的不可分和不可变假设的框架。这个框架的打破要从19 世纪80 年代英国化学家克鲁克斯（William Crookes）实验发现阴极射线是由带负电的微粒组成开始。
2011 Vol. 23 (2): 51-56 [
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57
苏格拉底的物理学、天文学知识
舒国萱
苏格拉底（Socrates），公元前5 世纪古希腊雅典人，在中外学术界作为一个哲学家的地位被牢固的确定。他开创了古希腊哲学研究从天上到人间的先河。他的“知识与美德”，他的“问答法”，他的审判，广为世人所传颂。他的伦理学成就无与伦比。但这并不是苏格拉底的全部，在他显著的伦理学成就背后有一面，一直以来都不被人所知，那就是他所积累的物理学、天文学知识。笔者在已考证为真的史料基础上，通过分析苏格拉底本人说过的话和后继者的明确提示得出，苏格拉底在测量、力与物体、压强、下雨、打雷、闪电，以及天空的均衡性和地球的对称性等方面积累了丰富的自然知识。
2011 Vol. 23 (2): 57-58 [
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59
1876 年3 月10 日：第一部电话的诞生
萧如珀, 杨信男 译
电话的发明让信息的传送从无声变成有声，是“电”应用的重大发展，也是人类联络方式划时代的突破。19 世纪从事电信研究者不乏知名的发明家，例如爱迪生（Thomas Edison）和格瑞（Elisha Gray）等，但打败他们，在美国取得电话专利权的却是从事听力与音声研究，以及聋哑教育的贝尔（Alexander Graham Bell）。
2011 Vol. 23 (2): 59-60 [
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61
1946 年4 月：最早飞行时间式质谱仪概念的提出
萧如珀, 杨信男 译
质谱分析
①
自从大约100 年前使用简陋的仪器开始，现在几乎已成为随处都用得到的研究工具了，这中间促成了多次的科学突破，其中包括同位素的发现，原子量的精确测定，元素和分子结构特性的确立。事实上，几乎整个20 世纪中，它可说是科学与工业的许多领域所需要的、最重要的复杂仪器种类之一，但此科技却不为一般受过教育的民众所知。
2011 Vol. 23 (2): 61-62 [
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现代物理知识
编辑部公告
2018年全国物理科普大会通知
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物理科普信息
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2018年全国物理科普大会通知
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