暴涨的宇宙

30年前,《物理学评论D》中的一篇论文彻底改变了我们对宇宙起源的认识——来自粒子物理学的新观点暗示宇宙在其诞生之后极短的时间里可能经历了一个高速膨胀的时期。这一被称为暴涨的阶段,可以解释我们的宇宙是如何演化出其被我们观测到的密度和均匀性：暴涨不仅成为了宇宙学理论的核心原则,它还意味着任何有抱负的宇宙学家都必须学习粒子物理学。在20世纪70年代,     

向经典“停转”致敬

2004年8月26日,英国《卫报》曾公布一项调查报告,对60位科学家进行了调查,排列出一个"科学家最喜爱的科幻电影"排行榜.在囊括了20世纪50年代、60年代、70年代、80年代直至90年代的10部科幻电影当中,最早问世的一部是1951年20世纪福克斯公司出品的《地球停转之日》(The Day the Earth Stood Still).现在看来,这部早年的科幻片特技似乎惨不忍睹,但其主题思想却具有极为强烈的现实意义.所以在半个多世纪之后,20世纪福克斯公司又重新翻拍了这部经典科幻影片—— 《地球停转之日》(The Day the Earth Stood Still;2008)     

核能新时代的愿景

只要核能工业不再犯它过去犯过的错误,它的重新崛起是值得期待的——建立在20世纪30年代发现的核裂变基础之上的核反应堆技术,曾在20世纪70年代得到蓬勃发展——目前全球正在运行的43座核电站提供了全世界15%的电能。但在20世纪70￣80年代发生的两起核反应堆事故(美国三里岛核电站和前苏联切尔诺贝利核电站),引起了人们对核电安全的恐懼,再加上核电站的建设成本及环保组织反对等原因,一度使核电产业的发展遭受重大挫折。     

暗能量或许并不存在

三项实验正在研究宇宙间最丰富的东西—暗能量。不过,有的理论家认为——20世纪20年代,天文学家认识到宇宙正在远离我们,星系距我们越远,离开的速度就越快。从逻辑上讲,这个现象暗示着所有东西都曾经是在同一个地方的。这项引出了宇宙大爆炸理论的发现,也是现代宇宙学的开端。然而在1998年,新一代的天文学家发现,宇宙不仅在膨胀,而且膨胀速度比以前更快。     

科学世纪:如何保障我们未来的繁荣——英国皇家学会2010年报告节选

<正>继19世纪的"化学世纪"和20世纪的"物理学世纪"之后,没有人能够预测21世纪内能与量子理论、双螺旋结构和互联网相媲美的科技大发现或大发明将会是什么。但毫无疑问的是,科学技术的进步将继续改变着我们的生活方式,创造新的产业和就业机会,使我们有能力     

11个物理难题牵涉的11种基本粒子

什么是暗物质?什么是引力?为什么宇宙如此平滑?这些谜题中每一个都含有一种粒子。在上世纪30年代末,诺贝尔奖得主伊西多.拉比(Isidor Rabi)得知发现了较重的电子,他为此问道"是什么原因造成的?"在过去的四分之三个世纪里,他曾多次重复这个问题。我们现在知道,困扰拉比的μ子是仅依照其质量不同而分的三个类电子的粒子家族之一。     

太空——人类的归宿

值此21世纪的曙光将穿过苍穹抵达我们地球的前夕,人们不禁要问,20世纪在人类历史的长河中将留下什么?诚然,20世纪确实经历过许多重大事件:两次世界大战,苏联的诞生及崩溃,以及被誉为"世纪工程"的英吉利海峡隧道凿通等,但真正能在人类历史长河中留下痕迹的将不是它们,而是我们人类生存的空间延展列宇宙这一伟大创举。     

拥抱月球

正走出摇篮的壮举,中国不是看客;探索月球的征途,我们正在路上;现在与"嫦娥"一起拥抱月球吧!1十年磨剑开展月球探测不仅具有积极的科学意义,同时还具有重大的政治、经济和社会意义,因此在20世纪60年代到70年代美苏两国不惜投入大量的人力财力物力向月球进军。随着经济的发展、技术的进     

理查德·泰勒(1929—2018)

正理查德·泰勒因发现夸克(宇宙中最基本的粒子之一)而获得诺贝尔物理学奖。2018年2月22日,出生于加拿大的实验物理学家理查德·泰勒(Richard E.Taylor)在加州斯坦福大学去世,享年88岁。1990年,他因发现宇宙中最基本的粒子之一——夸克——而获得诺贝尔物理学奖。他所任职的斯坦福大学宣布了他的死讯,但没有提及死亡的原因。20世纪60年代末,夸克的发现是物理学上一件惊天动地的大事。它为标准模型理论的发展铺平了道路,该理论是所有已知基本粒子和力的分类系统。"在发现夸克之前,我们已经知     

德国的“工业4.0”其实就是美国的CPS——访美国NSF智能维护系统产学合作中心主任李杰

<正>同样作为制造业强国,美国对德国的"工业4.0"是何态度,为此我们专访了美国国家自然科学基金会下属的智能维护系统产学合作中心主任李杰教授。——编者李杰教授世界科学:请给我们介绍一下您所理解的"工业4.0"概念?李杰:德国在去年就提出了"工业4.0"的概念,他们认为,18世纪引入机械制造设备的工业是1.0时代,20世纪初的电气化与自动化是2.0时代,20世纪70年代开始的信息化是3.0时代,现在正在进入"工业4.0"时代,即实体物理世界和虚拟网络世界融合的时代。但是德国的"工业4.0"提法响应者不多,原因之一是所谓虚拟网络—实体物理系统(Cyber-Physical System,CPS)融合的主要思想,美国早在若干年前就提出来了。     

“怪病”之谜

是什么原因导致村民们突然四肢麻木,行动困难?20多年间几度出现,却难觅事发根源——从20世纪70年代以来,有一种"怪病"先后在陕西省凤翔县、四川省永川县和陕西省西安市未央区三次暴发流行。"怪病"所至,当地的几十名、几百名村民会在没有明显诱因、没有前驱症状的情况下,莫名     

把核废料封在玻璃里

正美国华盛顿州汉福德区曾经是美国重要的核工业基地,20世纪60年代末到70年代初,此地的核反应堆陆续退役,留下大量放射性废料。这些废料(主要是液体)被密封在特制的储存罐中,但随着罐体老化,随时有泄露的危险。最近,美国西北太平洋国家实验室的科学家宣布,他们通过一种新技术实现了核废料的"玻璃化"。在实验中,科学家将11升低放射性的废料和玻璃原料在高温下     

免疫学:攻克癌症的又一利器

正在过去,人们一直针对免疫系统来治疗乳腺癌,但是20世纪90年代该方法被弃用。然而,乳腺癌疫苗的初现端倪使这一治疗策略重新回到人们的视野。伊丽莎白·米坦道夫(Elizabeth Mittendorf)是休斯顿安德森癌症中心的肿瘤外科医生。当她在位于马里兰州贝塞斯达的沃特·里德国立军事医疗中心轮科期间,遇到了一个病人。虽然这是14年前的事情,但她至今记忆犹新。那时候这位女性乳腺癌患者已成功治疗乳腺癌超过了15年,但此时疾病复发。"于是我开始思考乳腺癌复发的原因到底是什么,"米坦     

戴维·索利斯(1934—2019)

<正>发现物质拓扑相的理论物理学家,2016年获得诺贝尔物理学奖。戴维·索利斯(David J. Thouless)是一位理论物理学家,他最为人所知的成就是对系统各组成部分重新排列的驱动因素的研究,如晶体中的原子或磁铁中与电子相关的自旋。这些"排列现象"是相变(如水变成冰)的基础。20世纪70年代初,索利斯和他     

黑洞热力学:起源、拓展及其理论结构

<正>20世纪70年代,贝肯斯坦(Bekenstein J D)思考了这样一个科学问题:当你把一杯热茶扔进一个黑洞(图1),宇宙中的熵是否会减少?这个问题来自他与他的博士生导师惠勒(Wheeler J A)的一场对话,看似简单却直击要害.熵是热力学中的概念,也是无序度的体现.人们从日常生活中早已知晓,一个孤立系统的熵总是有随时间自发增加的趋势.比如,口袋里的手机线很快就会盘成一团,空气中的一团烟雾很快会扩散到整个房间.     

到宇宙中生活

1992年的秋天,日本太空梭成功进入太空,展开一项名为"飘浮92"的研究计划,并首次提出"宇宙实验",这个名词。宇宙实验指的是在大气层以外进行的太空实验,那里的环境属真空状态,大气只有地球的1亿分之1左右,且充斥着太阳的辐射线,与地球环境迥异。但,如此恶劣的宇宙环境,早在60、70年代,已在美国和前苏联之间掀起一场竞相开发的"战争"。两国的科学家,开始彻底研究宇宙的各种环境对人和     

动物也能进行光合作用

<正>20世纪70年代以来,科学家一直相信(但并未证实),有一种海蛞蝓会"偷窃"海藻的叶绿体,并将其嵌入自己的消化细胞中。一旦进入海蛞蝓细胞,叶绿体就持续进行光合作用长达9个月,比它们在海藻体内进行光合作用的时间长得多。这一光合作用过程产生碳水化合物和油脂,为蛞蝓提供营养。最近,     

在新世纪展开战斗吧,少年!——日本漫画《20世纪少年》

21世纪。漆黑的夜。少女神乃在睡梦中惊醒。她匆忙地拉开窗帘,眼前呈现的是东京漆黑的夜空,还有一个正在缓缓移动的巨型机器人……20世纪70年代,在一个普普通     

大宇宙

还在远古,当古希腊罗马的哲学家提出最早的"宇宙系统"时,研究宇宙学的问题就已使学者们踌躇不安.宇宙概念的含义随着科学发展而变化.哥白尼(Коперник)和开普勒(Кеплер)的宇宙,实际上并未超出太阳系的范围.这个范围内的恒星,是处在"由冰和晶体"组成的、按现代宇宙尺度来说半径是极小的天球之中.研究所及的宇宙部分的边界不断在扩大.在18世纪和19世纪的交合点上,多亏赫歇尔(Гершель)的研究方出现了总星系的图景,这是一     

一位命名"大爆炸"、但又反对"大爆炸"理论的天体物理学家弗雷德·霍伊尔

弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle,见图)是20世纪后半期最富于创造力、但也是最有争议的天体物理学家;他帮助解释了重元素的起源,而且取名为"大爆炸",以此嘲笑他激烈反对的关于宇宙起源的理论.弗雷德·霍伊尔不久前在他长期居住的英国伯恩穆思去世,享年86岁.