新科学家:"科普趣味问答"

问题1:9岁的儿子问我"人为什么能透过水看到东西",我无法给他满意的答案.谁能告诉我们:为什么水或其他透时液体允许光线通过?     

X射线被多个电子同时散射问题的实验研究

Compton研究X射线散射时,在推导散射光子波长变化的公式中假定一个入射光子被散射体中单个电子所散射,得到散射角θ的光子波长变化为其中λ和λ′分别是入射光子和散射光子的波长。但Compton也曾讨论过同一个入射光子在散射体中被两个或多个电子同时散射的问题。他指出,散射光子的波长变化和散射中心的质量成反比。若光子被质量为m的散射中心散射时,上式中的m_((?))应当用m代替。例如,     

光子磁矩上限的估计

量子电动力学认为光子的电荷和磁矩绝对为零。过去曾用电场加速方法在实验上测量过,光子电荷的上限值不超过10~(-15)电子电荷。但实验上还没有给出过光子磁矩的上限。我们用精密测量光子穿过介质后能量变化的实验来估计光子磁矩的上限。     

生物学中一个未解决的大问题——评试图说明意识的三本书

当理查德·费因曼 (RichardFeynman)还是一个大学生的时候 ,已有迹象预示他未来将成为一个科学的好奇者。那时他曾写到 :“我好奇地问为什么。我好奇地问为什么我好奇。我好奇地问为什么我会对为什么感到好奇。我好奇地问为什么好奇。”正是这种连续不断的好奇心理 ,把我们吸引到了遗传学家兼神经科学家弗朗西斯·克里克(FrancisCrick)称之为“生物学中尚未解答的主要问题”———如何解释数十亿神经元之间化学物质的变换 ,会产生这样一些主观经验 ,如意识、自我感觉 ,以及对他人有意识、有自我感觉的感觉。试图解答这个问题的文献浩如烟…     

正在崛起的光计算机

随着新技术革命的兴起及激光技术的迅猛发展,科学家们认为,电子并不是传递信息的唯一载体,光子也是传递信息的载体,而且比电子更具有优越性：由于光子不具有静质量,因此,在真空和介质中传播速度相同;利用光子与某些材料相互作用所具有的非线性效应,可构成逻辑操作,其工作速度比硅器件高1000倍,可达到10000亿次/秒逻辑运算,其开关时间可达到1微微秒的水平;光子不需要在导线中传播,并且在不满足干涉条件下互不干扰,这样就可以相互穿越而不产生相互影响。随着激光技术迅猛发展,科学家们试图设计类似电子器件和电子计算机的用激…     

眼睛水晶体的秘密

眼球中的水晶体,是人体惟一的透明组织,这个负责聚焦光线的水晶体为什么可以保持如此纯净透明?一直以来是个未解之谜。如今科学家终于弄明白了其中的奥秘。原来聚光所必需的透明度,大部分源于水晶体细胞的独特能力,它可在发育即将完成时启动自我摧毁程序,变成中空但能续存的细胞,好让可见光通过。眼球中水晶体的老化与坏损,会造成白内障与黄化,损坏视力,进而影响生命安全。如果能了解水晶体细胞是如何变成透明并继续维持,或许可找到防止白内障的方法。据了解,在65岁以上的人群中,约半数有这种视线受阻的问题,惟一的治疗方式是通过手术摘除水…     

一个改进的低能电子散射Monte Carlo计算方法

低能电子在固体中散射理论和计算方法研究,为电子显微学和电子束曝光等领域的发展提供了基础。入射电子能量为几十个keV数量级时,基于Rutherford-Bethe理论的Monte Carlo模拟计算方法成功地解决了上述课题中的一系列难题。Rutherford-Bethe模型计算方便,容易拓展到多元、多层介质中复杂电子散射模拟。然而,当电子能量降至几个keV或更低时,由波恩近似导出的Rutherford散射截面和Bethe连续能量损失公式均不适用。我们用Monte Carlo直接模拟的方法描述电子在固体中发生的弹性散射和非弹性散射主要激发过程,使模拟计算能延续到较低能量范围。但该方法计算十分繁复,应用于多元组分介质计算量非常大。Kotera,Murata等采用Kanaya-Okayama方程计算低能电子非弹性散射能量损失,将Rutherford-Bethe模型拓展到低能范围。Kanaya-Okayama方程中有两个待定参数需在计算中调整确定,他们的计算方法未表明具有普适性。     

关于正负电子湮灭光子圆极化关联实验的一个注记

正负电子在■态湮灭时产生两个能量511 KeV的光子,角动量守恒要求这两个光子具有相同的圆极化,也就是说,它们是右旋-右旋光子对或左旋-左旋光子对。测量两个光子的圆极化关联,可以研究湮灭过程中角动量守恒问题。 迄今为止,唯一进行过正负电子湮灭光子圆极化关联实验的是Clay和Hereford(1952)。他们利用γ射线在极化电子上的背散射来分析光子圆极化,用符合方法测量两个光子圆极化的关联,他们     

C2H3Cl的真空紫外阈值光电子谱

同步辐射光源是优良的真空紫外光源,以其波段广、方向性好、强度高、偏振等优点而被广泛应用。由于分子体系的电离阈值大部分为6～12 eV,位于真空紫外波段,所以真空紫外光电离是研究分子电子态、超激发态、离解过程等的有力手段。光电子谱是基于光电效应原理,对一定能量的光子与原子、分子或固体作用后产生的电子能量进行分析。原则上光电子谱可以直接提供物质的所有电子无论是最强键合的还是最弱键合的结合能,各种电离势,原子之间的结合能,可以给出分子的结构。随着同步辐射的应用,Schlag等人发展了阈值光电子谱(TPES)技术,它以其简单方便、得到的谱图分辨比常用的PES高一到两个数量级而倍受欢迎;与其他技术相结合,得到了越来越广泛的应用。阈值光电子谱也叫共振光电离谱或近零动能电子谱。它和普通的光电子谱(PES)不同之处是光子能量是变化的,单色化的真空紫外光作用于分子,直接测定形成母体离子和碎片离子或发射的电子所必需的最小的能量,接收到的电子能量仅仅局限于接近零的电子。     

低能电子在多元介质中散射Monte Carlo计算方法

在电子束显微分析、电子束曝光技术研究中,样品的X射线微区定量分析、薄膜厚度测定以及电子束曝光定量计算等一系列重要课题均涉及电子在多元介质中复杂散射模拟。应用Monte Carlo方法,电子的每一步散射,迄今所采用的方法均需随机抽样确定何元素原子为散射中心,再进一步计算散射步长、散射角及能量损失等。基于Rutherford-Bethe模型,一个具有N种元素介质,一次散射事件中,若ⅰ号元素原子发生散射的几率记为R表示(0,1)上均匀分布的随机数,则须由∑P_ⅰ<及≤∑_ⅰ(k=1,2,…,N)随机抽样确定k号元素原子为散射中心。因此,较之纯元素,多元介质中电子散射模拟复杂得多。特别是电子能量降至几个keV或更低时,电子的弹性散射需用量子力学分波法描述并用数值方法计算,计算过程就更加繁复。为此,本文提出一个低能电子在多元介质中散射Monte Carlo模拟计算方法。电子的弹性散射用Mott散射截面描述,提出平均散射截面的概念将多元介质等效为单一元素介质,从而摒弃传统的抽样确定散射中心方法,使电子散射模拟大为简化。电子非弹性散射基于电子能量损失连续减速近似,给出将多元介质中电子能量损失Bethe方程转换为具有平均原子序数、平均原子量的单一元素能量损失方程后再确定修正系数K的方法。应用本文方法,对不同能     

鹦鹉为什么会学舌

山东一位读者来信问,鹦鹉为什么会学舌,而别的动物则不会。为此,我们请科普作家刘晓荻老师来为他解答这个问题。     

不定度规和规范变换

当我们像 Gupta 和 Bleuler 那样用不定度规方法把电磁场量子化时,规范不变物理量的平均值总是与波函数中所含纵光子、标光子的个数无关。因此很自然地人们要问:在波函数的纵光子、标光子个数由零转变到不等于零时,非规范不变物理量的平均值是不是经历一个规范变换?如果不的话,在怎样的     

某些无机盐在ZnO-H_2O分散体系中光反应的研究

众所周知,含半导体粉末的多相体系吸收了一定能量的光子,便会在半导体的导带与价带中产生电子空穴对。它们与半导体周围的介质以各种方式发生电荷转移而产生各种不同的活泼中间体。这类光化学反应与太阳能利用、光催化、污物的光降解以及成像体系有关,因此引起人们极大的关注。     

契仑科夫光斑图象

带电粒子穿过透明介质时,若粒子速度v大于c/n时(c是光速,n是介质折射率),会产生契仑科夫辐射。如果介质是薄板型的,辐射光子在底面形成局部面积的光斑图象,我们称之为契仑科夫光斑。与底面耦合的光电器件(例如象增强器或位置灵敏的紫外光子正比室)直接记录光斑图象信息,并利用光斑图象的分析,可以测定粒子的入射位置和入射方向,并且     

方解石晶体形变与其热发光的关系

将方解石晶体由室温逐渐加热到400℃(低于物体赤热温度)的过程中,往往在180—220℃及280—360℃时分别出现两个热发光峯。一般认为引起方解石产生热发光的激发因素是放射性的影响及含有杂质——微量原素。它们使得晶体产生缺陷,积蓄了能量。当将晶体加热时,这些能量即以光子的形式被释放出来。这些激发因素使方解石产     

“朱诺”号成功进入木星轨道

正所有射线都照射在我身上,我的太阳能电池板现在正面向太阳,我是离地球最远的太阳能探测器——来自"朱诺"号。在飞行五年、18亿英里(约28亿千米)之后,担负木星探测任务的"朱诺"号(Juno)探测器成功进入木星轨道。"朱诺"号的任务是探测云层笼罩的木星大气,并从两极上方的独特有利位置探测木星核心。解答困扰人们已久的问题:木星上有多少水?是否存在固态核心?其南部和北部的光线为什么是太阳系中最明亮的?"‘朱诺’     

宇宙线高能物理学进展

宇宙线的发现已有六十多年的历史了,在这段时间里,它对高能物理的研究起了很重要的作用。一、历史的贡献人们早就注意到宇宙线粒子的能量比天然放射性粒子的能量高得多,因而最初的高能物理实验都是在宇宙线中进行的.1932年,安德逊(Anderson)在宇宙线中发现了正电子,这可以说是基本粒子物理学的开端.这以后的宇宙线实验推动了量子辐射理论的建立,对电子辐射光子、光子转换为电子对和在能量足够高时形成的级联簇射现象进行了研究.在这些研究中,发现了一种辐射特性比电子弱得多而又不是质子的带电粒子,后来测出它的质量约为电子质量的200倍,即μ介子.最初人们以为这就是汤川所预言的传递核力的介子,但随后的实验表明μ介子与原子核的作用是很弱的,它不可能是传递核力的介子;1947年,     

自然信息

电子带负电,而原子核带正电,那么为什么电子绕原子核旋转而不塌陷入核内,也即不遵从正负电荷相互吸引的原则呢?根据尼尔斯·玻尔的量子结构理论,答案是,电子不可能塌陷进原子核内,因为电子必须保持某一种能量即基态能。如果塌陷进去,它须得将其能量向外辐射,但这又是不可能的,其原因何在? 70年来,谁也不能解析清楚其中的原因。然而今天,得克萨斯·奥斯汀高级研究院的哈罗德·普斯夫以最新方法对这一观点加以修正,他说基态是一个动力平衡点,电子既向真空辐射能量也从真空吸收能量。原子很稳定,原子内部含有巨     

候鸟迁徙之谜

问:候鸟每年迁徙需要飞越很长的距离.那么,飞禽在进化过程中,为什么没有摒弃"迁徙"这一行为?而有些鸟类又为什么"定居"于某种气温带?难道"迁徙"比"定居"具有更大的优越性?答:确实,迁徒需要耗费很大的能量,其昼夜所消耗的能量比30°C定居条件下要多6倍.然而,在温带,能节约大量用于调节体温方面的能量.所以,在越冬     

人体最神奇的部位:眼睛

眼睛的构造精巧无比.眼球前方的最外层主要是透明的角膜,光线经角膜折射后进入瞳孔.瞳孔是虹膜中央的一个小孔,能够扩大或缩小,以调节入射的光量.有趣的是,瞳孔大小的变化还能反映人的心理状态,比如在注视自己喜爱的人或感兴趣的东西时,瞳孔往往会扩大,而看到自己厌恶的人或物时,瞳孔往往会缩小.