论现代物理学中真空理论的发展--纪念爱因斯坦提出狭义相对论100年

真空理论是当代基础物理学前沿四大问题之一.爱因斯坦关于真空概念的深刻思想,推动了20世纪物理学前进的过程.本文从广义相对论、量子电动力学、量子色动力学、量子味动力学、圈量子引力及超弦/M理论等多个领域,论述了现代物理学中真空理论的主要发展情景.     

"荒诞不经"的黑洞计算机

为了与时俱进,研究人员可以把物理学定律看作计算机程序,把宇宙看作一台计算机。(黑洞计算机可能听起来荒诞不经,然而,宇宙学和基础物理学的研究人员正在证明它是一个有用的概念工具。如果物理学家能够在粒子加速器中创造黑洞,他们可能确     

真空是物质的一种特殊状态

什么是真空?这是一个很古老的问题了。它不仅在物理学上是个基本问题,而且在哲学上与物质观、运动观和时空观有着密切的联系。人类对于这个问题的认识,经历了漫长而曲折的道路。     

相对论的哲学内容和意义

(一)绪论相对论是一种空间和时间的物理学理论。而这个理论是和运动,质量,能量等基本的物理学概念密切地联系在一起的。因此这个理论的一般结论,也具有哲学意义,并且不对它的基础作应有的哲学分析,就不能理解它。空间与时间是物质存在的形式,这意思是说:     

从信息论到信息科学

(一) 在科学史上,对通讯的研究并不是什么新鲜事,甚至在牛顿以前,这类问题就在物理学中出现了,特别是在费尔马、惠更斯和莱布尼茨的著作中出现过。然而,信息作为具有一般性质的科学概念的提出乃是近代科学史上的一个重大成就。它     

介绍惠特克的《以太和电学的历史》

“以太”(aether),作为一个纯粹的物理学概念,曾经在十九世纪电磁学理论的创立和发展中扮演了一个至关重要的角色,它与二十世纪初相对论和量子理论的兴起也有着密切的关系。今天,虽然它早已完成了自己的历史使命而退出了科学舞台,但当我们重温人类追求科学真理的历程时,它就和“燃素”一样,仍不失为一位值     

关于尼耳斯·玻尔和原子弹

如所周知,重原子核裂变现象的实验发现、概念确立和正式命名(fission),实际上是1938年完成的(尽管有关的论文都是从1939年开始问世),到今年正好五十周年了。我们知道,没有这些发展,就不会有后来的原子弹,而物理学上的一个发现,以及它在短短五六年内的后继发展,竟然在如此大的程度上影响了全人类,这恐怕在历史上还是第一次,而且恐     

论力学与物理学的视阈差异

由于经典力学尤其是牛顿力学的成功,在物理学领域中的一些重要概念,甚至是整个物理学领域乃至于人们看待世界的方式都被深深地打上了力学的烙印。这是准确理解与传播以量子论为代表的微观思想的视阈陷阱。视阈的层次性与薛定谔之猫的后续工作和物理学的发展表明:(1)在新的事实或经验现象面前,原有视阈需要转换;(2)在物理学领域中的问题主题从来就不是经典意义上的关于"物质运动"及其规律的学问,而是揭示、描述经验现象及其所隐含的信息(属性等)的科学。假如上帝之手是一个实在之物,没有上帝之手就没有力学,而有了上帝之手就没有物理学。     

自然法、自然规律与近代科学

自然科学(即使是纯自然科学)决不是在社会真空里发展的。科学发展势必受到各种社会因素的影响和制约,并不时地借用一些哲学与各种社会理论的概念。马尔萨斯人口理论对达尔文进化论的影响,是近代著名的一个例子。在古代和中世纪,当科学还被包括在神话、哲学和神学体系内时,它更是不断地使用着后者的一些概念。     

A Query on the Term “等离子体” (dengliziti)

Plasma一词目前译作"等离子体".根据<物理学词典>(等离子体物理分册)(1985年,科学出版社)所述:"一般来说,等离子体概念可作如下定义:它是由大量的接近于自由运动的带电粒子所组成的体系,在整体上是准中性的,粒子的运动主要由粒子间电磁相互作用所决定,由于这是长程的相互作用,因而使它显示出集体行为(例如各种振荡与波、不稳定性等)".     

时空的物理理论与哲学

物理学基础隐含着三个重要的问题:时空结构问题、相互作用形式问题和测量的性质问题。这些问题之一的概念上的变革往往引起物理学理论的变革。物理学已经经历了从Galileo-Newton时空结构到Lorentz-Einstein时空结构、从超距作用形式到媒介作用形式、从测量理论和对象理论同一到测量理论和对象理论分离的变革。当今的物理学基础就是建立在Lorentz-Einstein时空、媒介相互作用和测量理论独立于对象理论的基础之上的。半个多世纪以来,这些概念没有发生被物理学界普遍接受的根本改变。可是EPR关联问题、宇宙奇性问题等都要求物理学理论有一个新的变革。但是,实现这     

王淦昌先生与中微子

在粒子物理学的历史中,中微子是“基本”粒子家族中特别神奇的一员。从泡利1930年提出中微子可能存在的假说和费米1934年提出划时代的β衰变理论以后,围绕着它的理论和实验工作很多,其中一个中心问题是如何直接验证它的存在。关于这个问题,在1934至1941年间文章很多,可是都没有抓住关键,这是因为中微子不带电荷,不易直接用探测器发现,而且它几乎完全不与物质碰撞(譬如,可以自由地穿过地球),很难抓到踪迹。1941年10月王淦昌先生在浙江大学(那时正值抗日战争,浙江大学避难在贵州遵义、湄潭)写了一篇短文,提出用K电子俘获的办法寻找中微子。这是一篇极有创造性的文章,在确认中微子存在的物理工作中,此文一语道破了问题的真谛。此后的十余年间,陆续有实验物理学     

人类是宇宙的独一吗

<正>著有《不完美的宇宙》的美国达特茅斯学院自然哲学阿普尔顿教席教授、物理学和天文学教授马塞洛·格莱泽认为,要想提升每个人的认知能力,科学概念就必须是广泛适用的,它必须要让整个人类有所变化。但我觉得更为重要的是,它必须是定位人类角色的关键因素。科学概念应该能够帮助我们理解"我们是谁""我们为何在此",而且能够重新定义我们的生活方式,并     

亨普尔两难:如何表述物理主义

亨普尔两难(Hempel’s Dilemma)从对"物理事项"(The Physical)的概念理解出发,展现了物理主义如何表述的内在困难:如果"物理事项"指的是当前物理学设定的对象、性质、事件,根据科学史,当前的物理学可能是错误的,因此物理主义就是一个错误的论题;如果"物理事项"指的是理想物理学所设定的对象、性质、事件,但是我们对理想物理学毫无所知,这种物理主义就可能是空洞的。本文引介了对亨普尔两难的三种处理方式:基于物理学(理想或现在)的回应,结构实在论的回应和新笛卡尔式的回应,但这些回应各有其麻烦,很难有效解决两难。本文对亨普尔两难进行了一种新的解释,主要分析亨普尔两难的内在结构,解释两难的内在矛盾,试图表明两难不过是一个虚假的困难,对物理主义不能构成威胁。     

列宁和现代物理学的哲学问题

列宁在帝国主义和社会主义革命时期发展马克思主义的同时,没有忽视我们今天称为“原子时代”的二十世纪初,并作为科学和技术巨大革命变革的基础的物理学所经历的过程。大家知道在新物理学开始时期对于物质概念发展的哲学分析,列宁已在他的名著“唯物主义与经验批判主义”一书中实现了。继这书写作之后,列宁一直注意着新物理学的问题,这点在他的“哲学笔记”一书中便可以看出来,他的基本论题——辩证唯物主义的理论——是同新物理学的哲学结论和概括紧密联系着的,同时他在纲领性的论文“论战斗唯物主义的意义”中还提出了辩证唯物主义和自然科学间关系的本质问题。     

社会物理学与大数据技术的融合趋向及其特征

社会物理学与大数据技术的融合具有鲜明的时代背景。大数据技术以数据驱动取代了理论驱动的科学认知模型,深化了人们对于社会系统多领域、多层面和多维度的科学认知;大数据技术为当代社会物理学的研究提供了一种整体性的本体论立场定位,促使社会物理学研究由局域-个体化思维向整体-社会化思维转变,并且推动了社会物理学研究的科学认知"统一性"建构;以大数据技术为基础的社会物理学研究所坚持的非精确性思维原则是一种认识论层面上的有效策略,它拓展了社会物理学研究的空间和范围;大数据技术的相关性分析为社会物理学的研究提供了一种重要的方法论工具,它为社会科学预测功能的实现起到了有力的推动作用。     

概念体系与科技名词审定——名词审定中的框架问题

“审定科技名词的任务是给科学概念确定规范的中文名称。”^[1]我们在审定工作中,是分学科一个个地进行审定。面对一个学科如何着手全面铺开进行审定？经过几年来工作的摸索,我们体验到对一个学科,按学科的门类、分支关系,确立一个审定框架,对审定工作起着“牵牛要牵牛鼻子的作用”。这个学科审定框架就是术语学理论中提到的概念体系。谈到概念体系,我们就需了解何谓概念和概念体系、描述概念的定义、概念的命名——术语,以及如何构成概念体系,名词公布的表述方法。在科技名词审定中,我们就是用建立的概念体系来“牵引”整个审定进程。一、概念与概念体系任何事物都有其属性特征。例如：原子核——它处于原子的中心,带正电;电子——它是带负电的一类基本粒子。它有确定的质量和确定的电量。这些属性反映了原子核、电子的特征。反映一个事物或一类事物属性特征所构成的思维结构就是概念。用词语对概念的描述就成其定义。对一个概念确定其名称,即给出表示此概念的术语,就是名词审定工作的基本任务——订名。事物的属性特征有内在特征和外在特征。如上所述的原子核、电子的特征,是属于原子核、电子自身的,而不是对另一个事物的关系。这类特征即为内在特征。外在特征是以它与其它事物的关系而来属于事物。例如：束缚电子——原子核外,受核场的作用,围绕着核运动的电子。自由电子——在外电场的作用下,脱离原子的束缚而自由运动的电子。在与核的关系上出现不同特征的电子,这些特征反映了事物的属性。还有人把它们分得更细,有起因特征、目的特征、等价特征等。不论如何区分,从术语学理论看,定义概念所选择的特征类型,基本取决于要建立的概念体系的性质和用户的实际要求。概念体系是由许多概念通过一定的关系组成的一个完整体系。我们可把概念体系比作一幢大楼。这幢大楼里,概念是砖块,它们之间的关系是灰浆。砖块由灰浆的粘合构成大楼,即概念通过概念间特有的关系,组成概念体系。为了造出“大楼”,需要一张专门设计的图纸。图纸设计的宗旨如上所述,是这幢“大楼”的性质和“大楼”用户的实际需要。在我们的审定工作中是分学科进行审定,学科的性质基本上确定了概念体系的类型和概念的特征类型。如数学学科,属于假设推论体系,含有大量的逻辑推理和抽象思维。自然科学,属于观察事物分类产生的体系。其中有的学科,如物理学,它既有观察、实验的部分,又含有逻辑推理、抽象思维部分。技术学科,属于观察并作出实践而产生的体系。其中有的学科,如电子学、计算机、自动化等,由于高技术的发展,包含了大量的基础理论研究,因此它们亦包含了数学、物理等学科的假设、推论成份。体系的基本性质由学科的性质确定,体系中的概念通过层级关系和非层级关系组成完整结构^[2],亦有人称之为概念通过逻辑关系和本体论关系组成体系。^[3]1.一个上位概念,它有一个或多个下位概念。它们之间的关系为层级关系。例如：在此并列的下位概念还可再分出它的下位概念。层级关系又可分有种属关系和整体部分关系。如上例“流量计”概念是种属关系。“流量计”概念的外延包含了所有的下位概念,它的内涵是各类流量计的共同特征。上位概念的内涵加上一个附加特征构成下位概念。上位概念为宽概念,下位概念为窄概念。全部的下位概念有一定程度的相似性,即各种“流量计”的共同特征是它们的基础。有人把这类建立在概念相似性基础上的种属关系称之为逻辑关系。整体部分关系表现在上位概念对应一个整体,下位概念对应整体中的某个部分。例如：2.非层级关系指一群概念含有一定的有序特征组成顺序关系;或是一组概念为了某个目的实现人为安排或经验的划分组成特定的实用关系。例如：放射性元素衰变链：母核—子核—子子核,它组成顺序关系。自动控制技术中的这种非层级关系在边缘学科领域和综合应用学科领域用得越来越广。如果以在时间或空间上相互接近的事物来划分,它们的概念关系是建立在相互接触、相邻的基础上。有人把在这基础上建立的概念关系称之为本体论关系。显而易见,上述的非层级关系和层级关系中整体部分关系都可称之为本体论关系。在概念体系中存在着以上所述的几种关系类型。在局部的领域内可用其中一种关系类型处理。但在我们审定的学科范围内,每一个学科几乎都含有各种不同的概念特征类型,因此建立起的体系是多种关系类型混合的概念体系。如表1(文末另附)自动化学科概念体系框架,它就是混合型概念体系。对于某一学科领域来说,构成种种类型混合的概念体系并非是唯一的结构。随着制定体系目的不同,制定人的学术观点不同,定出的体系不尽相同。如物理学名词(基础部分),最初概念体系框架定为：力学、热学、电学、光学、原子核物理与狭义相对论、实验六大类。“实验”是物理学的基础,作为一个独立概念群亦无可非议。但考虑到正是“实验”有其重要性,特别是一些著名的实验所引出的著名定律,推动了物理学的发展,由此引出的新概念在各分支中占着重要的地位。如果抽出“实验”作单独一分支体系,反而使各子体系结构残缺。重新调整后,这些物理学名词(基础部分)的概念体系框架为：通类,力学、振动与波、热学,电学,光学,近代物理学,测量与误差。在这框架下,“实验”归属于各有关部分。如“光学”中重要的基本的概念折射定律、反射定律,是由实验得出(它也可由光的电磁理论导出)。由此引出一系列基本词：入射线、反射线、折射线、入射角、反射角、折射角……等;也引出一系列仪器(部件)：反射镜、球面镜、凸面镜……等。在各子体系中,列入“实验”部分的内容,由概念间的关系引出一系列基本词和部分密切有关的实验仪器(部件),顺理成章。使概念间的关系更清晰,更明确。我们相信,这调整后的概念体系框架,即使只服务于名词审定工作,它也并非是唯一的、最好的结构,只是我们用它给完成这批名词的审定工作带来了方便。二、概念体系的建立建立怎样的概念体系,它决定于学科领域的范围和建立体系的目的。首先,在我们分学科的名词审定中,明确了各学科的主体。但随着科学技术的发展,各学科纵横交错,这就要适当的确定边界。虽然在名词审定的原则与方法规定了副科使用主科的名词,应与其保持一致。但有些学科,如物理学与力学。两个学科中均有的牛顿力学,它既奠定了经典物理学的基础,也是力学的基础,很难分清主、副。在我们审定工作中,经协商由物理委员会收入、审定,力学委员会从“理论力学”以上开始收词,这就初步划清了“边界”。同时,在同一学科领域中,由于认识观点的不同,对学科领域的范围划定也会不同。如“数学”的收词范围,有人主张纯粹数学和应用数学都应归入数学;也有人认为只收入纯粹数学,应用数学包罗万象,“手伸得太远”。经过讨论,考虑到当前我国学术界的状况,除纯粹数学以外,把统计学、运筹学也归入数学、而信息论、控制论只收其数学基础部分。为此初步划清了与有关技术学科的“边界”。概念体系是个工具,建立它不是目的。作为工具来说,应明确它是为什么目的而使用。在我们的工作中,建立它是为了进行名词审定,目的是非常明确。但怎么建立,使它能在审定过程中发挥作用,这却是在过程中不断认识、提高。自动化学科在开始工作,就着手收集词条。想到的就收了,有的方面收得很细,有的方面又有较大遗漏。词条零散、杂乱、收词人觉得心中无数,工作显得拖沓,不好开展。这样的局面僵持一年左右,在总结这一年工作的基础上提出了“关于自动化名词术语审定工作的一点建议”^[4],初步明确了：1.名词术语的审定任务是给科学概念确定规范的中文词;2.为了搞好审定工作,必须建立一个自动化名词术语体系。经过一年的徘徊,从实践中认识到审定框架制定的必要性,而此框架正是从学科概念体系出发而定出的工作框架。经过专人的仔细琢磨研究,审定委员会专题讨论“框架”问题,提出表2所示的框架结构。此框架按当前自动化技术本身所包含的各个相对独立的分支学科,按其在概念上的相互关系,进行适当的归属分类。同一类现象的概念,同一类设备的概念,一般放在同一个体系内。同一个子体系内的术语,按其概念特征分类,分有层级关系和非层级关系,组成一个完整的多层次的术语体系。它是个混合型概念体系。在这体系结构下,整个自动化学科分为14大部分,覆盖了全面,克服遗漏某专业部分的可能。同时,把14部分给14个人分工负责,使工作能落实,保证了审定工作的进程。最后各部分组合起来,组成完整的术语体系。但这次的框架结构,受到学会现有专业委员会建制影响较大。而专业委员会的设置并非完全按学科体系的划分,受到各方面因素(包括财务、行政、专业发展的历史等)的影响。在工作中发现,按表2(文末另附)的结构,有的部分基本概念交叉重复。在此结构下,不利于审定中发现和处理一词多义、一义多词的问题。因此大家在进一步框架讨论中,脱开专业委员会的制约,对框架作进一步调整。在概念体系的基础上,作出部分的合并,对审定的工作框架来说宜粗不宜细。调整后的框架为表3(文末另附)。在此框架下,基本上完成了系统性的收词和审定工作。自动化名词审定委员会进一步考虑更便利于分门别类征求各方专家的意见。特别考虑到术语数据库的建立,再一次对框架作了修订调整。为了更好地服务于检索、查询;为了术语数据库建成之后,便利术语数据的补充、更新、修改,提出章、节的双层次。每个词列出编码,则为三节编号。最终定出的“自动化名词术语体系”(表1)。同时完成了第一批自动化名词的审定,并作出输进术语数据库的名词术语的编码及排列。从上述自动化名词术语审定完成的全过程看来,适当的术语概念体系所建立的审定框架是十分必要的。第一,它规定了审定工作的范围,划出清楚的层次结构,有助于审定工作的分工和进程安排。由于分工明确,步骤清楚,收词范围确定,能极大提高审定工作的速度。第二,它表明了概念的类型、位置及概念间的关系,因此在以概念订名上掌握了主动性。有助于一义多词(同一概念在不同领域的定名)、一词多义(不同概念的相同订名)的更好识辨。第三,它有助于订名的科学性、系统性、简明性。能更好地作出术语的排列,有助于检索、查询,组成术语库合理的数据形式。三、概念体系的表述概念体系表述基本要求是尽可能简单、清楚、符合逻辑,能方便地比较概念间的关系,并要考虑到能删改、增加概念。具体的表述方法有直线图(树形图)、方形域图、列表方式等。本文不打算叙述各类表述方法,只简单谈一点审定工作中,确定了框架,其术语的排列问题,也即是各术语在概念体系中的布局。初看起来很简单,只要按相关概念前后串起来即可。在具体的排列中,每个概念在体系中有确定的位置。但在概念间的联系上是多维的。例如电子,它出现在“电学”的子体系中,它又联系着原子物理、分子物理、原子核物理、高能物理等多个分支学科的概念。在概念体系上作立体的多方面的联系,可表述清它的位置与排列,但在公布名词的一维列表式排列上给人以困惑,如何既有多方的“相关”,又有“一维”的排列关系。经多个学科审定工作的实践过程看来,我们认识到审定工作要确立合适的概念体系,从中定出审定框架,但概念体系与审定框架并非等同。概念体系明确各概念的位置、关系,为概念定名给予明确指向;审定框架却宜粗不宜细,各子体系的建立不追求完整、齐全,给各概念关系的交叉留有“活动”余地,也就解决了公布名词的一维排列问题。尽管如此处理,有些词仍是各子体系(或几个子体系)重要的基本词。为了公布上同一词不重复的原则,还是适当选定于某个子体系中。一则,单个名词的排列表,毕竟与文章中词与词连接关系不同;二则,对查询来说,我们列出了英汉、汉英的索引提供使用,解决了按章、节查询不便的问题。表2一、控制理论二、大系统三、复杂系统四、自动化仪表与装置五、过程控制系统与计算机应用六、系统工程七、空间运动体控制八、生物控制论九、电气自动化十、模式识别与智能控制十一、机器人十二、经济与管理自动化十三、系统仿真十四、三遥表3一、控制理论二、系统理论与系统工程三、工业过程测量与控制四、计算机应用五、电气自动化六、空间与运动体控制七、模式识别,智能控制与机器人八、经济控制论与管理自动化九、系统仿真十、生物控制及其它     

夸克禁闭

近二十多年来,粒子物理学的一项重要进展是提出了强子是由更基本的夸克(或层子)所组成的假设。这个假设以及在它的基础上提出的一些模型所获得的巨大成功,促使人们以极大的兴趣寻找夸克。这种努力主要有两个方向:一个方向是企图把夸克释放出来。这就     

狄拉克的科学思想

狄拉克是二十世纪最杰出的理论物理学家之一。他对量子力学的建立和发展,作出了重大贡献;他所建立的相对论性电子理论,预言了反物质(正电子)的存在,从而改变了人们对物质和真空的认识,使二十世纪的自然观发生了深刻的变化。狄拉克在现代物理学史上占有极为崇高的地位,是一件举世公认的事实。比如,海森伯认为:“对于本世纪本质上崭新的物理图象的建立来说,是普朗克发现作用量子的贡献大,还是狄拉     

美设计真空管道磁悬浮星际列车

美国约翰·霍普金斯大学应用物理学实验室科学家近日设计了一种名为"星际列车"发射系统,该系统利用一条长约1609公里的真空管道和一条超导电缆将磁悬浮列车送往低地轨道。研究人员认为,这种技术不仅仅可