现代物理知识
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2011年 23卷 6期 刊出日期 2011-12-18
物理知识
物理前沿
科苑快讯
科技经纬
教学参考
中学园地
科学源流
物理知识
3
纳米科技简介
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晏亮, 谷战军, 赵宇亮
纳米(nm),它与米、厘米、毫米一样,是几何大小的量度单位,1nm=10
-9
m,约等于4～5 个原子排列起来的长度。最早提出在纳米尺度上进行科学研究的是著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼(Richard Feynman)。1959 年,费曼在美国加州理工学院召开的美国物理学会年会上所做的演讲《底部还有很大空间》中提出:能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器,而这较小的机器还可能制备更小的机器,这样一步一步达到分子限度。
2011 Vol. 23 (6): 3-6 [
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6
宇宙的灯塔:Ⅰa 型超新星——漫谈2011 年诺贝尔物理学奖
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陈佳, 王晓锋
2011 年10 月4 日,瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔物理学奖授予三位天体物理学家——索尔·珀尔马特(Saul Perlmutter)、布赖恩·施密特(Brian P.Schmidt)和亚当·里斯(Adam G. Riess),以表彰他们通过观测遥远的超新星(代表了恒星演化到晚期的一种爆炸事件)而发现了宇宙在加速膨胀的这一卓越成果。
2011 Vol. 23 (6): 6-13 [
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14
太阳的故事——谜团锦簇的太阳大气层
卢昌海
我们的太阳故事到这里已接近尾声了。在本节中,我们将探索太阳的最后一个组成部分:大气层。那是一个肉眼通常难以窥视的地方,但利用各种仪器的帮助及日全食的机会,天文学家们已经对它进行了颇为细致的观测。观测的结果如何呢？概括地说是四个字:谜团锦簇。事实上,在这个谜团锦簇的太阳大气层中,我们将要面对的谜团可能要比在前面各节中遇到的加起来还多。这是因为太阳大气层比太阳内部更复杂吗？未必。更有可能的原因是我们对太阳大气层的观测远比对太阳内部来得细致。有一句西方俗语说得好:魔鬼存在于细节之中,太阳大气层无疑就是一个例子。
2011 Vol. 23 (6): 14-20 [
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物理前沿
21
WMAP 和精确宇宙学
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李虹, 李明哲, 范祖辉, 张新民
WMAP 的全称是Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,译为威尔金森微波各向异性探测器。WMAP 是以研究宇宙背景辐射(简称CMB)的先躯者大卫·威尔金森命名的,是继COBE (COSMICBACKGROUND EXPLORER)卫星之后的,又一颗以测量CMB 为目的进行全天空扫描的空间探测卫星,于2001 年6 月30 日升空。2003 年初WMAP实验组公布了WMAP 卫星运行一年的观测数据和物理结果,引起了科学界和社会界的广泛关注。当年年底被《科学》评为世界十大科技进展之一。
2011 Vol. 23 (6): 21-26 [
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27
论中微子超光速与洛伦兹对称性破坏以及质量产生
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何红建
2011 年9 月位于意大利GranSasso 地下实验室的OPERA 中微子实验国际合作组发表了一篇预印本(T. Adam
et al
. (OPERA Collaboration),“Measurement of the Neutrino Velocity with theOPERA Detector in the CNGS beam”,arXiv:1109.4897v2),声称测到了来自730 千米外的欧洲核子中心 CERN 通过高能质子打靶产生μ中微子束流的超光速现象,这一消息很快在 Nature和
Science
等新闻媒体上报道,激起了公众的极大好奇。
2011 Vol. 23 (6): 27-29 [
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30
直接探测暗物质
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马欣华
“暗物质”这个名字听起来有些神秘(其实还有听起来更神秘的“暗能量”,这超出了本文的范围。暗物质、暗能量并称为漂浮在当代物理学及天文学上空的两朵乌云)。从字面上来看,和暗物质对应的应该是“明物质”吧。虽然还没有人这么叫,但是其实“明物质”是对已知物质形态的一个很简单明了的形容,因为已知物质是由已知的基本粒子——夸克、轻子及其相互作用媒介子(包括光子、胶子、Z
0
、W
±
以及尚未发现的引力子)——所构成的,这些基本粒子参与(或部分参与)四大相互作用——万有引力作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用,比如能发光或者发电,或者作用、衰变后的次级粒子能发光发电。光、电即电磁波和电流,实际是从宏观角度上说的,现代的探测器归根到底都是测光信号、电信号以及信号组成的径迹。
2011 Vol. 23 (6): 30-36 [
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37
JLab 及其物理研究
周书华
高能轻子与核子的相互作用是研究强子物理的主要手段。美国JLab(Thomas Jefferson NationalAccelerator Facility)实验室以其CEBAF(ContinueElectron Beam Accelerator Facility)加速器提供的优良性能的电子束(高的能量分辨率、小的束斑、大的流强和高达85%的极化度)和三个实验厅中建有的高精度谱仪成为世界上研究强子物理的重要基地。
2011 Vol. 23 (6): 37-41 [
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42
带着激情、精确和耐心的奋进号——丁肇中先生谈Alpha 磁谱仪
何景棠
Alpha 磁谱仪(AMS)于2011 年5 月20 日在美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心由奋进号航天飞机发射升空。发射前,在肯尼迪航天中心的报告厅举行的新闻发布会上,AMS 的首席科学家丁肇中先生对听众作了简单的情况介绍。他的实验马上要由奋进号航天飞机发射升空,然后,安装在国际空间站(International Space Station, ISS)上。丁肇中先生说:“到目前为止,人类对宇宙的认识大都来自可见光的测量。除可见光之外,还有带电粒子,但人类很少利用带电粒子来研究宇宙。”“AMS 探测器是人类第一个直接在宇宙空间探测宇宙线中的带电粒子的探测器。人类第一次将带有磁铁的探测器发射到宇宙空间中。这个探测器将工作20 年,也就是与国际空间站的寿命相同。这是在宇宙空间工作的唯一的基本科学实验。”
2011 Vol. 23 (6): 42-43 [
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科苑快讯
26
地球也有特洛伊小行星
本刊编辑部
法国物理学家拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange)提出在两个大质量天体的引力共振下,存在5 个特殊的稳定点,其中3 个点L
1
、L
2
、L
3
在两个主天体的连线上,另两个点L
4
和L
5
位于以两个主天体的连线为底边在两侧所作的两个等边三角形的顶点处,这5 个点被称作“拉格朗日点”。
2011 Vol. 23 (6): 26-26 [
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29
电子是圆的吗？
高宣
许多人想象认为,电子是圆形球对称的自旋的点粒子。然而,假如电子具有偶极矩,这将打破通常的图像,圆形将被拉长而变成椭圆形。现在,英国伦敦帝国大学的J.J.哈德孙(J. J. Hudson)与他的同事一起,利用超冷的氟化钇分子设置了电子的电偶极矩(edm)的最低值。分子的edm 值反映了非成对的电子的可能的偶极矩。
2011 Vol. 23 (6): 29-29 [
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43
热行星上的黑冰
高凌云
太阳系最靠近太阳的行星是水星,尽管体积较小的它遭受太阳炙烤,但仍可能存在广阔的冰区。20 年前,地面观测发现水星极地附近有一小片高反射区域,说明存在冰。
2011 Vol. 23 (6): 43-43 [
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51
海啸的第一道波浪为何不是最高的
高凌云
海啸通常有多重波浪,不过长久以来一直令人不解的是,为什么海啸的第一道波浪经常不是最高或最具毁灭性的。现在爱尔兰都柏林大学学院(University College in Dublin)的迪亚斯(FredericDias)和同事已找到答案。当第一道波浪拍击海岸时,后面的水面低于浪潮,导致积聚的能量如压缩的喷泉一般。如果这时第二道波浪正好到来,能量将传递给回弹的水流,产生更强劲的第二道波浪。
2011 Vol. 23 (6): 51-51 [
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51
太阳系形成之初的残留物
高凌云
当欧洲太空署的罗塞塔探测器在2010 年7 月10 日飞掠司琴星(Lutetia,如图)时,行星学家不能确定他们看到的是什么类型的小行星。但是《科学》最近报道,这颗121 千米长的小行星是1 万多颗已知小行星中第一个被确认为46 亿年前行星形成之初的完整星子。它的密度很高,其引力已使罗塞塔的路径发生弯曲。星子是太阳系形成初期,太阳赤道面附近的粒子团由于自吸引而收缩形成的天体。这次快速掠过有助于研究星子的矿物成分。
2011 Vol. 23 (6): 51-51 [
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57
美科学家研制出一种新超黑材料有望推进航天领域的技术进步
本刊编辑部
据英国《每日邮报》11 月11 日(北京时间)报道,美国科学家研制出一种新的超黑材料,能吸收几乎所有照射在其上的光,吸收率超过99%,在从紫外线到远红外线多个波段都获得了几近完美的吸光效果。科学家们表示,这种材料可广泛应用于从光抑制到为太空设备降温和“瘦身”等领域,有望开启太空技术研究的新时代。
2011 Vol. 23 (6): 57-57 [
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61
一个极为怪异的行星系统
胡德良
一条新闻报道说:开普勒太空望远镜发现了一个系外恒星系统,六颗已知行星中的五颗紧紧地环绕在恒星周围。这类新闻听起来有些耳熟,在过去的15 年当中天文学家们发现了几百个恒星系统,每个系统都有其本身的奇异之处。然而这个新发现的系统为天文学家们提供了独一无二的途径,能够使他们更加清晰地了解行星是如何形成和演化的。
2011 Vol. 23 (6): 61-61 [
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63
大麻基因密码被破译
高凌云
10 月19 日的《基因生物学》(
Genome Biology
)刊登论文报道,纤维植物印度大麻的基因测序已完成。这个研究小组选择的样本是一种称为紫兴都库什(PurpleKush)的大麻植物(如图)。其一个产生四氢大麻酚前体物质的基因被关闭了,紫兴都库什只有极少量甚至不含大麻二酚酸(大麻植物中一种类似复合氨基酸的物质),可能是这些分子吸收了四氢大麻酚。
2011 Vol. 23 (6): 63-63 [
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科技经纬
44
红外夜视技术及其军事应用
白宏刚
红外线是人眼看不见的一种光波,它是由物质内部的分子、原子的运动所产生的电磁辐射,是一种电磁波,波长比红光更长,其突出的特点是热作用。“红外线”也称“红外辐射”,波长在0.75～1000μm,是个相当宽的区域,且这种辐射都载有物体的特征信息,这就为探测和识别各种目标提供了客观基础。红外线具有与可见光类似的特性,如反射、折射、干涉、衍射和偏振,同时,又具有粒子性,即它可以以光量子的形式发射和吸收,这已在康普顿散射、光电效应等实验中得到了充分的证明。不同波长的红外线在传输过程中能量衰减程度有很大的差别,能透过大气的红外线主要有3 个波段,即1～2.5μm、3～5μm 和8～14 μm,这3 个波段称为“大气窗口”,所有红外仪器都工作在这3 个波段内。
2011 Vol. 23 (6): 44-46 [
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教学参考
46
大学物理课堂例题真实化举析
胡海云, 刘兆龙, 冯艳全
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。
2011 Vol. 23 (6): 46-49 [
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中学园地
50
利用极限思维方法求解2011 年物理高考题
岳守凯, 赵建平
极限思维方法是解决物理问题经常用到的一种方法。伽利略应用极限思维方法探究力与运动的关系。他作了著名的斜坡实验,在这个实验中,两个光滑斜坡对接,其中一个斜坡的倾角可以调节,当从一个斜坡某一点让小球自由滚下,能看到小球滚到另一斜坡与起点等高处,这个实验最关键的问题是要使阻力足够小,使小球达到与起点等高处,只有这样,才能进行极限思维:当斜坡倾角趋近于零时,小球运动到无穷远处,小球永不停息地运动下去。这就是伽利略的理想实验,它一方面以真实的科学实验为根据,抓住关键性的科学事实,为理想实验的进行提供可靠的基础;另一方面,又要充分发挥极限思维的能动作用,进行合乎逻辑的推理。
2011 Vol. 23 (6): 50-51 [
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科学源流
52
豪特曼斯:极富正义感而又幽默风趣的核物理学家
程民治, 朱爱国
在20 世纪众多的物理学精英中,人们可能对弗里茨·豪特曼斯(Fritz Houtermans,1903～1966)知之甚少,或者全然不知。为了将这位在核科学、天文学等领域均作出过杰出贡献且不畏强权、极富正义感的物理学大师,推向历史的前台,现拟就他极具传奇色彩的辉煌人生作一简要论述,以飨读者。
2011 Vol. 23 (6): 52-55 [
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56
1783 年11 月27 日:米歇尔预见有黑洞
萧如珀, 杨信男
我们都认为黑洞是20 世纪的发明,它溯自1916 年,当时爱因斯坦第一次发表了他的广义相对论,而德国物理学家施瓦茨查尔德(Karl Schwarzschild)从相对论的方程式所得到的数学解中,想见出如此的自然景象:环绕一个浓缩质量的时空球状截面会因极度弯曲以致外界看不见。但其实真正的黑洞概念“之父”是一个18 世纪谦逊的英国牧师米歇尔(John Michell),由于他的想法远超越当时的科学家,所以并未引起别人的注意,一直到一个多世纪后才再被发现。
2011 Vol. 23 (6): 56-57 [
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58
1938 年12 月:核分裂的发现
萧如珀, 杨信男
1938 年12 月的圣诞假期间,物理学家迈特纳(Lise Meitner)和弗里施(Otto Frisch)做出了惊人的发现,立即引起核物理的革命,进而促成了原子弹的制造。迈特纳和弗里施为了要解释在柏林的核化学家哈恩(OttoHahn)所做出令人费解的发现,他们领悟到的确发生了以前认为不可能的事情:一个铀原子核分裂为二。
2011 Vol. 23 (6): 58-59 [
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现代物理知识
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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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