奇妙的光速

在我们生活的宇宙中，光速是一个最奇妙的物理现象，我们在解释宇宙空间时总要提到光速，你知道光速是一个怎样的概念吗？它有什么样的特性？它的奇妙之处又在哪里？     

光速与时间的奇迹

2011年12月5日,美国宇航局宣布,该局通过开普勒太空望远镜,在太阳系外发现了第一颗最小的、类似地球的、可适合居住的行星——开普勒一22b。这一消息再次引起了人们对寻找系外类地行星和地外生命的兴趣,并进而思考如果发现了地外文明,地球人怎样与其交往的问题。实际上,此乃下一步航天深空探测的创新范畴,最重要的是只有研制成功光子火箭,才能实现两个星球高级智慧生物的直接沟通。     

光速是怎样测量出来的

我们知道,光的速度极快,是30万千米/秒。它是一个重要的常数,在科学技术上具有极其重要的意义。人类为了测量光速,克服了巨大的困难,前后经过了几百年的时间。     

文特尔的光速人生

生物学家克雷格·文特尔（Craig Venter）是个特立独行的速度狂人。在他童年时期,他常常闯入旧金山未隔离的机场中,骑着自行车与飞机赛跑。在校期间,他曾获得游泳冠军,并且在游艇竞赛中取得不凡的成绩。但他第一次受众人瞩目还是在他与人类基因组计划（Human Genome Project,简称HGP）比赛的时候。     

普洱茶的非线性光学效应与光速调控

利用Z扫描方法研究了普洱茶的非线性光学效应, 发现普洱茶水溶液在连续光下具有很高的非线性折射率, 与CS2相比高达6个数量级, 尤其是在普洱茶水溶液中观察到了光速减慢到超光速的转换过程, 实验结果显示了光波位相耦合色散效应导致光速变化机制的普适性.     

超光速中微子试验：让时间旅行成为可能

2011年9月,根据位于瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的粒子物理学家的研究报告,他们检测到中微子的运动速度超过了光速,这违反了爱因斯坦的狭义相对论。但是,这却让时间旅行变成了可能。而2012年2月,该项目负责人对外发表声明称,他们找到了两个可能“严重”影响实验结果的问题。科学家称爱因斯坦相对论依然正确。     

超光速微波与波导的量子效应

量子性粒子经隧道穿越位垒(势垒)是奇妙的现象,但已为人们所熟知。1985年,本文作者在《电子科学学刊》(vol．7,no．3)上面发表了题为“波导截止现象的量子类比”的论文,将波导截止现象与量子力学隧道效应作了类比,实际上是提出把截止频域看成一个位垒。1995年,欧洲科学家曾作表演,用音乐调制微波源,使之穿过波导禁区(截止频率以下的频域),并证明信号(音乐)比光速快几倍。因而,量子力学与导波理论的令人兴奋的结合也为相对论研究展开了新天地。     

原子频标的发展和时,频技术新进展

本文概述了近几年原子频标及国际时频技术的进展,给出了各种实用原子频率标准的最新发展及其性能指标的最新结果,对国际原子时归算和水平以及各种原子钟在其中的应用进行了比较,强调指出氢原子钟在其中的特殊作用和地位.同时综述了高精度时间同步和时频计量新技术的进展,并介绍了目前国际上正在进行和计划中的一些重要的时频活动.     

神秘的中微子

<正>光速达到299792.458千米/秒,是人类目前已知的最快速度。但有一种中性粒子极有可能以超过光速的速度在运动。虽然目前这个命题还没有得到绝大多数人的认可,但是这种中性粒子正在被世人所熟知,它就是本文主角——     

由固体潮发现引力以光速传播的观测证据

由于太阳的真位置无法直接观测, 在实际使用的地球重力固体潮公式中用视位置近似代替真位置. 研究发现, 这种近似相当于隐含了一个假定, 即引力是以光速传播的. 本文从狮泉河站和乌什站的重力固体潮观测数据出发, 作了地球黏弹性相位滞后校正; 用减除月球引力潮理论值的办法从重力固体潮观测数据中提取出准太阳引力潮的观测数据; 推导出并求解了引力传播方程, 得出引力传播速度约为0.93~1.05倍的光速, 相对误差为5%. 这是第一个强有力的观测证据, 证明了引力传播的速度与光速相同.     

引起轰动的中微子速度报告

曾几何时,比光速跑得更快的东西还子虚乌有。真要感谢互联网,就在9月16日,整个物理学界都看到了:法国里昂核物理研究所的达里奥.奥蒂耶罗(Dario Autiero)在一屋子满怀疑虑的物理学家面前,将全新的速度精灵,即幽暗的称为中微子的亚原子粒子放到了桌面上,描述了在一次最新的实验中,他测得的中微子的速度超过了光速--这个宇宙速度的极限是由     

钛原子的束箔激发光谱研究

较重钛元素的中性原子束箔光谱学的研究,不仅对原子物理学的本身研究有重要意义,而且对受控核聚变中的等离子体和托卡马克装置中的杂质成分诊断有着极其重要的物理意义.本文描述了利用本所200keV小型重离子加速器提供的钛离子束,用束箔光谱学技术研究了110keV带一个正电荷的钛离子与厚度为8.5μg/cm~2的碳箔相互作用激发光谱和能级寿命.其中有些光谱和能级寿命数据的实验结果还未见到文献报道.     

三维原子探针--从探测逐个原子来研究材料的分析仪器

材料是科学技术和国民经济发展的重要基础,研究和开发先进材料,满足科学技术发展的要求,是材料研究工作者的永恒主题.材料的成分和加工工艺,决定了材料的显微组织,而材料的性能又与显微组织有着密切的关系.因此,研究材料的显微组织是研究开发先进材料的工作基础,而充分并正确利用现代的各种分析仪器,是研究显微组织的关键.本文介绍了一种能够分析逐个原子的仪器——三维原子探针,用这种仪器可以了解金属材料中不同合金元素在微区中不均匀分布的问题;可以了解合金元素在各种界面及晶体缺陷处的偏聚分布;可以了解显微组织变化初期时只有数十个不同原子发生团聚时的过程.三维原子探针是目前最微观的分析仪器,能够进行成分的定量分析,在研究金属材料的许多问题时都可以发挥重要的作用.     

从原子到晶体的材料硬度研究

基于单位体积的抓电子能量, 将硬度概念由原子硬度、离子硬度拓展到了键硬度, 在这三个微观层次上研究了材料硬度的本质. 研究发现, 材料的硬度与其组成原子或离子的硬度没有直接关系, 而与其组成化学键的硬度直接相关, 本质上取决于其单位体积组成化学键的抓电子能量, 并由此建立了鉴别宏观材料硬度的微观模型. 该工作有助于人们在原子水平上认识材料硬度的本质, 对于探索新型超硬材料具有重要的理论指导意义和实际应用价值.     

IBM用原子打造世界最小电影

<正>美国国际商用机器公司(IBM)于5月1日宣布,该公司利用宇宙中的微小粒子——原子,塑造了一个男孩形象,制作了一部世界上最小的电影,并已获得吉尼斯世界纪录认证。这部电影名为《男孩和他的原子》,描绘了一个男孩与原子一起跳舞和玩耍的情景。男孩的线条轮廓由一个个原子排列组成。尽管这部电影时长不过90秒,     

质点力学、电磁场理论物质基础的逻辑一致性与超光速现象的存在基础——自然科学研究中“理性原则”的重新探讨

自 1 9世纪末迈克尔逊 -莫雷实验和黑体辐射实验冲破牛顿力学框架以来 ,物理学在 2 0世纪取得划时代的进步 ,同时也出现了一系列重大的疑难问题。到了 2 1世纪初 ,更有不同实验室报道了一系列“超光速和亚光速”现象 ,这些实验如果属实 ,那无疑将抽掉相对论的根基。杨本洛教授有鉴于上述情况 ,提出了对自然科学体系进行历史性和全局性梳理的问题 ,并已出版了多本专著。这些专著中有大量的数学推导 ,不是作为定位在高级科普的本刊所适宜介绍的 ,但其中包含的基本哲学理念 ,则是本刊读者感兴趣而需加以关注的。由此 ,本着百家争鸣的精神 ,本刊特约杨教授撰写这方面的系列文章 ,陆续刊出 ,以飨读者     

先进材料的原子制造

为了实现更高效和更智能的产品和系统,需要发展更小尺度和更高精度的制造技术,以提高材料的性能、利用率和集成度.原子是物质的最小构筑基元,实现原子级精准制造(原子制造)能以最大的精度定制材料的结构和性质.原子制造能从物质世界底层(原子)出发进行制造,在此过程中,大量的新物质、新器件和新机理正在被发现.尽管原子制造尚处于起步阶段,但它是实现精准合成、定制材料性能的关键路线.本文首先从原子制造与传统制造的对比出发,阐明原子制造的内涵.接着以典型体系(包括单原子、团簇、二维材料和高熵合金)为例,从结构设计角度介绍材料的原子制造方法及科学原理.然后以量子信息技术、半导体器件和能源转化为应用场景,从物质的性质定制角度阐明原子制造的优势和价值.最后从发展兼具精准性和可批量性的原子制造方法、原子尺度机理探究、原子制造新材料和新器件等角度总结原子制造面临的挑战并展望未来发展.     

原子的秘密

<正>德国科学家马克斯·冯·劳厄因发现晶体中X射线的衍射现象而获得1914年诺贝尔物理学奖。正是这种现象的发现促成了X射线晶体学的诞生。从那以后,研究者们就开始用衍射法来研究日益复杂的晶体结构,研究范围囊括了简单的矿物质、高科技材料如石墨烯和包括病毒的生物结构。随着科技的进步,探索的步伐也加快了:每年都会形成成千上万的新结构的影像。蛋白质晶体影像的分辨率在1990年突破了分辨单个原子的临界点,新的X射线源为捕捉极具挑战性的蛋白质影像创造了条件,这些蛋白质几乎不可能成长为大型晶体     

澳大利亚研制出完美的“单原子晶体管”

澳大利亚科学家宣布,他们研制出一种单原子晶体管,其由蚀刻在硅晶体内的单个磷原子组成,拥有控制电流的门电路和原子层级的金属接触,有望成为下一代量子计算机的基础元件。     

时间旅行将成为可能

据国外媒体报道,古怪神秘的中微子再一次让粒子物理学家感到迷惑,在此之前,粒子物理学家发现来自太阳中微子实际测量的流量与理论模型之间存在较大偏差,这就是著名的中微子缺失之谜,中微子的缺失使得物理学家不得不思考当时认定的标准太阳模型是否存在问题。接着,空间中微子探测器发现宇宙中中微子存在震荡的现象,3种不同类