研究简讯

利用WMAP和Boomerang宇宙微波背景辐射数据寻找CPT破缺迹象现代宇宙学研究认为,宇宙中存在着一种神秘的暗能量。如果这种暗能量随宇宙的膨胀而演化,并与电磁场发生Chern Simons(陈省身西蒙斯)相互作用,就有可能破坏电荷宇称时间反演(CPT)对称性成立的条件,这会使光子的偏振方向     

关于几个晶体学术语

1.rhombohedral既是一个几何学术语(中文译名是“菱形”),又是一个晶体学术语,其内涵有三：一是32种晶类之一;二是146种宏观晶体的晶面单形之一;三是14种布拉维点阵型式之一(a=b=c,α=β=γ≠90°)。在《英汉化学化工词典》中,这一晶体学术语的中文译名为“菱面体”。笔者建议,对于前两种涵义,仍可保持“菱面体”为译名,但对于最后一种涵义,则改译为“菱方”。这一建议的理由是：在国际晶体学联合会组织编写的晶体学权威著作《International Tables for Crystallography》(1983)中明确建议,如下图所示的描述晶体的点阵单位系统定名为Bravais systems(布拉维系),因此,若将同为布拉维系之一的rhombohedral译为“菱方”,也为双音节词,可与其他6个双音节词——立方、四方、正交、单斜、三斜和六方6个术语双音节词保持音节数的一致性,rhombohedral system则可译为“菱方系”,与布拉维系中的其他6系的中文名称——立方系、四方系、六方系、正交系、单斜系、三斜系——均为三音节词保持音节数一致,符合科学术语系统性的原则。图1 七种布拉维系属于三方晶系的单形rhombohedral保持“菱面体”的译名是必要的,因为在146种单形中有4种属于正交晶系的4种单形的中译名为菱方锥、菱方双锥、菱方四面体和菱方柱,已经使用了“菱方”的词素,将属于三方晶系的单形rhombohedral译为菱面体可避免混淆。笔者提醒这一点,也为说明,笔者建议的“菱方”不属于表述单形的用词,仅用于表述布拉维系之一的菱方系及其点阵单位(或晶胞)之一的菱方单位(或菱方晶胞),属于另一晶体学问题,不会发生冲突或矛盾。菱方系和菱方单位或菱方晶胞可简称为菱方,而上述4种以菱方组词的单形则无论如何不可能被简称为菱方的。2.在《英汉化学化工词典》中有rhombohedral system一词,对应的中文名称被译为“菱面体晶系”,如上所述,国际晶体学界已经将rhombohedral system确定为7种布拉维系的一系,布拉维系不是晶系,因此,笔者建议将rhombohedral system的中文名称改为菱方系。3.trigonal是一种晶系(crystal system),中文名称是三方。有的教科书将上图中的菱方单位(或具有这种单位的具体晶体的晶胞——菱方晶胞)称为三方单位,这是不妥的,有一些外文书也将这种点阵单位称为trigonal cell或unit cell,这是与上述晶体学国际表的定义矛盾的,我们不应跟着学。附带可指出,属于三方晶系的晶体,有的是菱方晶胞,有的是六方晶胞,前者的例子是方解石,后者的例子是低温石英。有一些教科书,以为三方晶系的晶体必定具有菱方晶胞,因此误认为把菱方晶胞叫做三方晶胞没有什么不可以,可以把三方和菱方两者合而为一,但事情并不这样简单,因此这种做法只是主观愿望,不符合实际。在许多教科书里,谈到硫的晶体时仍十分普遍地使用“斜方硫”一词,而我国晶体学中普遍用“正交”一词代替了原来的“斜方”一词,因此,笔者建议,今后不要再使用斜方这一术语,无机化学、普通化学、晶体化学或结构化学等教科书再谈到“斜方硫”时应正名为“正交硫”。4.晶胞和点阵单位一直被混用。笔者建议将它们分开：点阵单位用于表示以点阵点表示的单位,而晶胞则用来表示用原子表示的单位。换言之,点阵单位是抽象的,而晶胞是具体的。例如图2的4种具体晶体分别是钙钛矿、黄铁矿、赤铜矿和干冰的立方晶胞,而当它们被抽象,具有相同的点阵单位,即素立方点阵单位。图2 晶胞是具体的,点阵单位是抽象的5.在普通化学、无机化学、结构化学等教科书里经常见到“晶格结点”一词。经查证,该词是20世纪50年代翻译苏联的教科书的产物,而按俄文原文,该中文译名的对应词正相当于英文的“lattice points”,该术语的中文译名早已明确,是“阵点”或“点阵点”,但遗憾的是,这些苏联教科书里对这个词的理解是不符合晶体学定义的,并不是晶体学中的点阵点或阵点的内涵,是一个错误的概念。从晶体学的角度,根本不可能存在被错误理解的“晶格结点”概念,因此,笔者建议,不再在教科书里沿用“晶格结点”一词。如果讨论晶体微观空间里的原子或分子,应直呼为原子或分子,根本没有必要使用“晶格结点”一词。6.晶格是经常被使用的一个术语。在英文里,晶格和点阵是同一个词——lattice。一词二译,这是可以的,因为晶格和点阵强调不同,晶格强调的是晶体微观空间被划分的网络(格子),而点阵强调的是晶体微观结构的结构基元抽象的阵点在微观空间中的排列。晶格是(全部或部分)点阵点连接成的网络(格子),当结构基元抽象为点阵点后,不需要把它们连接起来,就已隐含着它们在空间呈现的对称性。点阵的对称性是惟一的,而把点阵点用直线连接起来,可呈现的网络却具有一定的任意性,其中只可能有一种网络,其点群对称性与点阵的点群对称性一致。因此,笔者认为,用晶格和点阵分别表述它们是恰当的,这体现了汉语的特点。附带可以提到,如果不是用直线连接点阵点而是连接具有整数平移特征的具体的原子,可以呈现一种套叠着的网络结构,这样的网络结构,不能称为晶格,在晶体学里已经有一个现成的术语,叫sublattice,已译为“亚晶格”。当晶胞中原子总数不大时,用“亚晶格”来表述处于不同格位(点位)的原子之间的几何关系的晶胞作图,有时确有明显的实际意义(特别是研究物理性质,在化学上则一般意义不大)。但当晶胞中的原子很多时,用图形来给出亚晶格并不会带来什么好处(进行数学计算则不然)。总之,“晶格”与“点阵”对应,也与具体晶体未被抽象的微观空间的原子周期排列的图像对应(后者未见用术语来表述),“晶格单位”则同时与点阵单位(lattice unit)和晶胞(crystal cell)两个术语对应。为此,可以考虑不再使用“晶格单位”一词,根据具体情况分别改称点阵单位或晶胞。7.在晶体学中,体心、面心和底心是相对于素(primitive)点阵的三种复(centred)点阵,它们的特征是点阵本身存在点阵点之间的体心平移(+1/2,1/2,1/2)、面心平移(+1/2,1/2,0;0,1/2,1/2和1/2,0,1/2)、底心平移(+1/2,1/2,0或0,1/2,1/2或1/2,0,1/2)。点阵的这种特征,说到底是晶体微观空间中的原子排列出现这种带心平移的特征。后者体现在晶体的空间群符号上。理想情况下(如果不考虑晶体的任何类型的点、面、体缺陷),一种具体的晶体,只有一个惟一的对称性,因此只有一个空间群符号。空间群符号的首字母共有P、I、F、A(B、C)和R几种,分别表明它是素、体心、面心、底心和菱方的。菱方的点阵之所以也被单独表示出来,是因为它相当于三带心的六方点阵(但后者没有用术语来表述)。一种晶体的空间群符号的惟一性表明了它的晶胞或点阵单位是否带心,是不以人的意志为转移的,这种与空间群对称性一致的点阵单位或晶胞被称为正当的(proper),除非你不想取用这种与空间群对称性一致的正当点阵单位或正当晶胞,而取用非正当(improper)单位或晶胞,尽管有时为了说明几种相关晶体结构的相互关系时,用非正当晶胞来表示是必要的,方便的。近年来,在大、中学教学资料中经常见到有把氯化铯晶体说成体心的,把干冰晶体说成面心的,诸如此类的错误。甚至在一些属于高年级大学生使用的教材中也出现这类错误,这是值得重视的现象。几年前,一位正在做固体研究的博士研究生告诉我,他的导师也这样叫的。问题之严重可见一斑。这说明,对术语的正确内涵的把握和普及是十分重要的基础工作,否则会闹笑话,更严重的是误者毫无察觉。8.在上述晶体学国际表中,已经把历史上形成的三种“晶系”分别定名如下：把晶体划分为立方、四方、正交、单斜、三斜和六方六系的“晶系”被定义为“crystal family”;建议在今后的中文书籍或文献中讨论这种体系时,不再用“晶系”一词,而改为“晶族”。晶体按点阵型分为立方、四方、正交、单斜、三斜和菱方(rhombohedral)的“晶系”被定义为“Bravais system”,建议在中文书籍或文献中将这种系统改为“布拉维系”,也不再称为“晶系”;而只将“晶系”一词用于按宏观的或微观的轴系对称性将晶体分为立方、四方、正交、单斜、六方和三方(trigonal)的系统(crystal system)。9.在我国教科书里将lattice type一词译为“点阵型式”,其中“型式”一词在《现代汉语词典》、《辞海》等汉语权威词典里都查不到,是否值得成立,是可以商榷的。笔者认为,这里的“型”是式样或类型的意思,“式”也同样是式样或类型的意思,既然汉语词典里没有“型式”这个词,说明这个词是生造的,造得没有什么价值,是否可使用“形式”、“类型”、“型”、“式”等熟词代之？笔者建议用“型”代之,将lattice type译为点阵型。10.英文为“site”的术语在描述分子或晶体中原子的位置时有两种内涵：一是具一定对称性的分子中各种原子具一定对称性的位置,建议使用“点位”一词;另一是具有一定对称性的晶体中原子具有一定对称性的位置,建议使用“格位”。“点位”和“格位”两词已经被广泛使用,不是笔者的创造。笔者认为,将site一词二译,是有好处的,可以更好地明确上述点位与格位的区别与联系。附带可指出,与分子中原子的点位相联系的两种对称性site group(G_S)和permutation group(G’)(关系式G=G_S×G’,G为分子点群)建议译为点位群和变换群;在晶体中的site symmetry则译为格位对称性。此外,晶体学中与格位联系的描述原子位置的position一词应译为位置,它与格位一词是有差别的,后者经常用以表述一套原子(具有多重性的特征),不一定是一个原子的位置。     

Salam相变在生命起源对称性破缺中的放大机制

生命起源的对称性破缺来自宇宙中手性力的影响.Salam相变假说提出弱中性流宇称不守恒,通过Z0子的交换结合长程库仑力,作用于原子和分子产生宇称破缺能差,并预言在～250K会发生氨基酸由D型→L型的构型相变.本文通过差分绝热量热法、量子磁强计直流磁化率测定、X四圆晶体衍射、低温固相核磁共振1H谱、低温晶体旋光角等,证明了D和L丙氨酸(缬氨酸)在～250K确实存在二级相变,并得到在临界温度点宇称破缺能差的放大值为6×10-5eV/分子@K.本文肯定了二级相变的重要意义,但否定了会发生D→L的构型相变,提出了与Salam假说不同的机制.     

利用WMAP和Boomerang宇宙微波背景辐射数据寻找CPT破缺迹象

现代宇宙学研究认为，宇宙中存在着一种神秘的暗能量。如果这种暗能量随宇宙的膨胀而演化，并与电磁场发生Chern-Simons（陈省身-西蒙斯）相互作用，就有可能破坏电荷-宇称-时间反演（CPT）对称性成立的条件，这会使光子的偏振方向在传播中发生改变。中科院国家天文台冯波等与中科院高能所及德国理论物理研究所合作，设计出了一种用宇宙微波背景辐射偏振检验CPT对称性的新方法。并利用这种方法分析了美国WMAP卫星和Boomerang南极气球实验发表的最新数据，发现了存在CPT对称性破缺的迹象。如果这一发现得到进一步证实，将大大加深人类对自然界对称性的认识，并有助于人们了解宇宙暗能量的本质和正反物质不对称性的起源。     

“CP对称性破缺起源”的发现与自然辩证法

2008年,日本科学家小林诚和益川敏英因发现"CP对称性破缺的起源"而获得了诺贝尔物理学奖。作为在战后日本本土成长起来的物理学家,小林诚和益川敏英均出身于日本著名的名古屋学派,而其导师坂田昌一教授,则以坚持用恩格斯《自然辩证法》的基本观点指导科学研究而著称,其思想在我国科学界和哲学界拥有广泛影响。本文试图考察小林和益川发现"对称性破缺起源"的世界观与方法论背景,进而揭示当代科技的前沿探索同哲学思考之间的深刻联系。     

群子论的哲学思想及科学方法

一、前言 从日心说的创始人哥白尼到相对论之父爱因斯坦,从门捷列夫元素周期律的建立到负∑反超子的发现,古往今来的科学家们都有这样一个信条:即自然界是和谐对称的整体。这种和谐对称的属性范围非常广泛,但不管其具体表现形式如何,都从不同角度反映了自然界这种和谐、统一的性质。只要发现对称性出现破缺,往往意味着认识上的深化,或者预示着将有新的发现。人们不仅把美同对称联系在一起,还把事物变化的规律同基本的对称性联系起来,这就是性质上的对称性。对称性的种种表象都是从这种基本的对称性衍生出来的。无论是古代中     

试论作为系统发展的判据的对称破缺

20世纪60年代以来兴起的自组织理论,如耗散结构理论、协同学、突变论等,以不同的角度,用不同的方法研究和探讨了系统的发展问题。在自组织理论中,最基本的重要的概念可以说是对称破缺概念。耗散结构理论的创始人普利高津曾极力强调过对称破缺概念的重要性,他说:“我们也可以把耗散结构看成是一种对称破缺的结构”。([9],p.14)对称破缺与发展有着密切的关系,贝纳德花纹,贝罗索夫-扎鲍廷斯基化学反应实验等等,都表明了这一点。因此,探讨对称破缺的机制,从对称破缺的角度研究发展,对进一步丰富唯物辩证法的发展观将有其十分重要的意义。     

不会发生的天启灾难

正世界末日的传闻一直不断,美国航空航天局曾专门就玛雅末日预言发表过辟谣的声明,行星撞地球、地球大停电、地球磁极将翻转等末日预言到底会不会成为现实。科学家认为,玛雅末日预言源自对古代玛雅人长历法的误解,该历法中一个历时约400年的周期"伯克盾"将于2012年12月21日(也是冬至日)结束。这是玛雅历法中的第13个伯克盾,只是一个完整的时间周期参照点而已。换句话说,玛雅人的时间观念是具有周期性的,他们所用历法     

哈姆莱特的辩护、“田松讽”及科斯定理

<正>系统正常运行与背后一系列物理量保持守恒、对偶性质保持平衡有关。多种对称性的破缺,将导致系统失稳,风险积聚和外溢。南方科技大学此次“3A论坛”通过多领域交叉来讨论人类世各种非对称性现象,下面是论坛发言的改写版。一、“田松讽”是一项重要学术概括《哈姆莱特》第5幕第2场中,丹麦王子对自己杀人行为的辩护极好展现了自我纯化过程。哈姆莱特为开脱自己,给出了完全无法接受的辩护。他声称是其疯狂导致了不当行为,     

寻找超光速旅行新捷径

<正>虫洞是科幻小说中经常出现的主题,这种时空隧道常常被用来进行星际旅行和时间穿越。而在现实生活中,科学家也正在寻找利用"可穿越虫洞"(如果存在的话)进行超光速旅行的方法,甚至可以进行时间旅行。Tau Zer0基金会的成员之一,擅长时间-空间领域研究的物理学家埃里克·戴维斯说:"一个可穿越虫洞就是一个超空间隧道,它连接着宇宙内极其遥远的两个     

空间冷原子钟

正从日晷、漏刻计时器(水钟、沙漏等)的出现,到摆钟、石英晶体钟的发明,人类对于时间的把握越来越精确。而从1948年第一台原子钟发明至今,人类计时的精度更是以几乎十年一个数量级的速度提高。2016年9月,由中国科学家研制的世界上第一台在轨进行科学实验的空间冷原子钟(space cold atomic clock),随着中国的天宫二号空间实验室发射升空。空间冷原子钟这一"高冷"的术语带着国人的热情与自豪,成为热词。空间     

管理高血压应趁早

正如果你在跟踪新闻,那么你会注意到美国心脏病学会/美国心脏协会(acc/aha)公布的新血压指南。根据这份新的、更严格的指南,将会有比此前多得多的人被诊断为高血压。根据美国《纽约时报》,现在,年龄在45岁以下的男性被诊断为高血压者的人数是原来的3倍,女性则是原来的两倍。目前,大多数成年人的血压目标被设定在140/90以下。但根据新指南,其标准被降低到了130/80。为什么血压有两个不同的数字呢?想象血压是一个软管。收缩血压将是两个数字中数值更高的那个,它测量的是心脏收缩(跳动)时的压力。舒张压是数值较小的那     

美科学家研发高强精度X射线

美国能源部斯坦福直线加速器中心(以下简称SLAC)国家加速器实验室的科学家们借助于一个细长条钻石,将直线加速器连贯光源(以下简称LCLS)改造成一个精确度更高的工具,可用于探索纳米世界。经过这种改进,激光脉冲能够聚焦成非常狭窄的X射线波长,实现更高的强度,让此前不可能进行的一些实验成为可能。在一个被称之为"自注入"的过程中,钻石将激光束过滤成单一的X射线波长后进行放大。这种升级相当于     

科学家发现三维量子液晶

<正>19世纪以前,人们从未想过某些物质还具有"液晶"状态。直到奥地利的植物学家莱尼茨尔在做胆甾醇苯酸酶加热实验时,发现晶体物质融化过程中——颜色在不同温度下会变得截然不同。随后物理学家勒曼发现,晶体融化液体与晶体类似具有双折射性质,于是将其命名为"液晶"。随着液晶技术不断提升,科学家们如今发现了三维量子液晶,这是加州理工学院量子信息与物质研究所的物理学家们首次发现的     

为何南方暴雨下不停唐驳虎:“副高偏稳”

正我国降雨主要受"副热带高压"的影响,如果副高长时间不动,则北边区域连涝成灾。今年又遇厄尔尼诺现象,暴雨跟它有关系吗?6月以来,南方迎来持续强降雨,呈现出影响范围广、持续时间长、极端性强、局地强降水重叠度高等特点。很多人表示了忧虑,并回想起了1998年。今年为什么有洪灾?会到1998年的情况吗?想必大家都想知道答案。     

研究简讯

金属诱导下半导体表面再构的普适电子计数模型晶格再构是半导体表面一个最普遍存在的现象,它导致了表面具有各种与体内不同的物理性质。Pashley和Chadi在20世纪80年代末分别提出了电子计数模型,这些模型在确定清洁半导体表面再构的研究中取得了成功,并被进一步推广到研究表面缺     

透明致密单质钠

传统高压理论认为,高压可有效缩短金属的原子间距,导致价带和导带展宽,进而使其金属性增强。然而,目前实验可达到的压力条件已足以将物质压缩到芯电子发生重叠的状态。这一高压效应会使金属发生复杂的结构相变而具有独特的晶体结构和新奇的电子性质。曾有理论预言,简单金属锂和钠在高压下会出现原子配对而导致的绝缘相,但这一预言没有得到其它理论和实验的支持。本研究将理论模拟和高压实验测量相结合,发现金属钠在200万大气压下转变为一种新型物质状态——光学透明的宽带隙绝缘态。绝缘态钠具有简单而独特的晶体结构——c轴高度压缩的双六角密堆结构。高压钠的绝缘态不是早期理论预言的原子配对的结果,而是p和d轨道电子杂化,以及芯电子云之间高度交叠的结果。钠原子的价电子受芯电子排斥而高度局域在晶格间隙中,这些在间隙中被"冻结"的价电子完全失去了自由电子的特性,表现出绝缘体的特性。当压力足够使原子的芯电子发生强烈重叠时,这种新型绝缘状态可以在其它元素和化合物中广泛存在。     

Lattice不一定有“格”

《科技术语研究》创刊号37—38页卢慧筠“几个物理学名词的定名问题”一文说：“crystal lattice中既有由原子排列成的点阵,又有由化学键组成的格子”。要将“lattice”定名为“晶格”而废弃“点阵”。本人不敢苟同。首先,卢文以为的lattice的含义并不科学。晶体中的lattice并非“原子排列成的点阵”而是晶体中一个或多个原子构成的“结构基元”(motif)抽象而得的几何意义的没有体积、没有大小的“点”的“阵列”,即“点阵”。例如,氯化铯的一个点阵点是一个铯原子和一个氯原子的抽象;某种金属锰晶体一个点阵点是29个锰原子的抽象;对蛋白质晶体,一个点阵点常是成百上千个原子的抽象(如：可能一个点阵点是2个蛋白质分子的抽象)。这一抽象不必定跟“格子”联系。没有“格子”,点阵照样存在。lattice也不是“由化学键组成的格子”,而是用几何意义的直线将“点阵”中的几何意义上的“点”连接起来得到的格子,而且对primitive(素或简单)格子所有的点才被直线连接,对“面心”、“体心”、“底心”格子而言也不必所有的点都被直线连接起来。lattice与“化学键”并无必然的联系。例如,金刚石里的“化学键”以任一碳原子为中心指向四面体的四个顶角(最近的碳原子),而(面心立方)金刚石晶体的晶格是一个立方格子,一个C-C化学键也不在立方格子的直线上。以为lattice以描述晶体中的格子为主是一种误解,但因许许多多中外教科书没有正确理解lattice究竟是什么,以讹传讹,久而久之,人们误将错误的lattice概念当作正确的lattice概念了。综上所述,lattice的概念首先是“点阵”,然后才是“格子”,“lattice”定名“晶格”废弃“点阵”似不可取。     

职场人生的哲理故事

正1、付出大于得到A对B说:"我要离开这个公司。我恨这个公司!"B建议道:"我举双手赞成你!!破公司一定要给它点颜色看看。不过你现在离开,还不是最好的时机。"A问:为什么?B说:"如果你现在走,公司的损失并不大。你应该趁着在公司的机会,拼命去为自己拉一些客户,成为公司独挡一面的人物,然后带着这些客户突然离开公司,公司才会受到重大损失,非常被动。"     

美研发无法被窃听的通讯系统

如何在不被人窃听情况下传输信息一直是军方面临的挑战,红外激光通讯可以解决这个问题.目前,美国俄亥俄州菜特一帕特森空军基地的空军研究实验室正与阿肯色州费耶特维尔的空间光子学公司合作,研发一种名为"自由空间光学通讯"的红外激光系统.这种激光通讯携带的信息量超过Wi-Fi等其他无线信号并且安全性更高. 红外激光通讯之所以具有较高的安全性要归功于这种激光的特性.红外激光束很窄,敌方无法窃听,除非他们正处在传输线路上.这与无线电波形成鲜明对比,后者会在传输点附近产生"波瓣",让黑客窃听成为一种可能.如果一个人设法进入激光束的传输线路试图进行"搭线窃听",那么激光束将会中断,这种中断会立即提醒发送者可能有人在线路上试图进行窃听.由于激光系统以"瞄准线"方式工作,发送者可以确定是否有人试图截取信息,而后重新进行发射.空间光子学公司首席工程师特里·蒂德维尔表示:"它的安全性是与生俱来的."