奇妙的微观世界

我们生活着的这个世界,可分三个层次:宇观、宏观和微观世界。人的感官只能感受到人们居住着的宏观世界;对宇观世界,我们的视线所不及,那是一个动辄几十万光年的区域;而对微观世界,则又看不见,那里活跃着组成我们宏观世界的砖块——分子、原子、亚原子、粒子。借助现代技术手段,我们能看清金属表面的原子结构,不过对微观世界特性的了解,还得依赖于20世纪初建立起来的量子理论。上个世纪出现的两大物理理论:量子论和相对论(前者描绘微观世界,后者则为宇观世界),为现代科技奠定了理论基础。量子论告诉我们的微观世界,实在令人惊讶!例如波粒两象…     

奇幻的微观世界——2013年尼康显摄影比赛作品欣赏

尼康微观世界摄影比赛每年奖励致力于挖掘微观世界之美的摄影师。     

显微世界的奇幻之旅

<正>或许,你领略过大自然的宏伟壮观之美景或鬼斧神工之神奇,你可曾想过,显微镜下的微观世界同样精彩。以下是尼康2013年微观世界摄影大赛的部分获奖作品,它向我们展示了只有在显微镜下才能看到的美丽景象,在欣赏这些神奇照片的同时,犹如在微观世界进行了一次奇幻之旅。     

2～7 GeV高亮度正负电子对撞机的物理研究

经过几十年的实验检验,标准模型被认为是描述自然界微观世界最成功的理论模型.特别是随着2012年Higgs粒子的发现,标志着人类对物质微观世界的认识达到了空前的高度.尽管如此,仍存在一系列标准模型不能解决的基本问题,如暗物质和暗能量的本质、宇宙正反物质的不对称、夸克和轻子的分代和引力作用的描述等.另外,作为标准模型的两个组成部分之一,量子色动力学在高能量区得到了实验的精确检验,但是在低能区仍存在许多重大的科学问题,亟待实验和理论进一步发展和完善.因此,我们亟待进行超出现有水平的实验来更深入地探索微观物质结构,揭示微观世界的更多奥秘.本文阐述在t-粲能区有待解决的重大前沿科学问题,以及在中国建设新一代的2~7 GeV能区高亮度(0.5×10~(35)~1.0×10~(35) cm~(-2) s~(-1))正负电子加速器的可行性和必要性.     

电磁场的量子化及有关科学问题

本文主旨仍是讨论经典电磁理论的局限和量子理论的发展所造成的影响.文章首先指出,经典力学中的La-grange-Hamilton数学方法和运动理论已被近代电磁理论和量子理论继承下来并加以应用.随后,细致地论述了量子电动力学(QED)的历史和发展.讨论了场的量子化、场的非线性化、量子场等科学问题.     

花粉外壁的微观结构

本刊的2009年第2期“从花粉的微观世界看自然的艺术”一文曾经介绍过花粉的微观世界，主要向读者展示了花粉粒奇妙多样的形态和异彩纷呈的表面纹饰结构。那么，这些微小的花粉粒可以“切开”吗？通过专业实验技术，打开花粉粒并不困难。     

开启微观世界的钥匙——显微镜

正显微镜把人类带入了大自然中另一个奇妙的世界。它是窥视微观世界奥秘的眼睛,是开启微观世界大门的金钥匙。显微镜——放大镜2.0版本早在公元前1世纪,人们就已经发现通过球形透明物体去观察微小物体时可以使其放大成像。后来有了放大镜、眼镜等光学器具。     

基于弱测量与无相互作用测量的量子佯谬

<正>作为一个有效的数学工具,量子理论成功地描述了微观粒子世界的行为.然而,量子理论所描述的微观世界中的很多现象与基于日常逻辑的理解相违反,因此对于这个理论的解释困扰了无数的物理学者,而对于这些反常佯谬[1]的分析理解也构成了深入理解量子理论的一个重要课题. Bell不等式[2]及建立在局域实在论基础上的许多确定性等式的量子违背,是量子信息理论研究初期人们认识到量子理论违反经典逻辑的研究成果,     

显微镜头下的生命世界

尼康公司从1974年开始举办一年一度的"微观世界摄影大赛",其目的在于奖励那些用显微镜头拍摄微观世界的摄影爱好者.这些显微照片有利于人们更好地认识生物多样性,更好地了解我们肉眼看不到的微生物,也有利于了解生物体内的一些细微结构.     

弱电统一的道路

1934年,费密为了解释弱衰变现象提出了普适弱作用理论.施温格(Schwinger)根据电磁相互作用与弱相互作用之间的类比,在杨振宁、密尔斯(Mills)的规范场研究基础上,尝试了弱相互作用与电磁相互作用两者的统一.施温格曾假设弱相互作用和电磁相互作用一样,也是由某种场来传递的,这种场就是中间玻色子W,但是W的质量要很大,否则在低能弱衰变时得到的结果就要和费密理论相矛盾.施温格的理论在1958年被他的学生格拉肖(Shelden Glashow)、萨拉     

爱因斯坦三大领域四大贡献

1905年,爱因斯坦一连写出6篇论文,尤其在3月到9月这6个月内,在3个不同领域中,他作出了4个有划时代意义的贡献.1905年,爱因斯坦发表的第一篇论文(写于3月)是关于光的基本性质的,提出"光量子"理论,把1900年普朗克创立的量子论大大推进一步,对早已成为定论的光的波动理论提出有力挑战,揭示了微观世界的基本特征:波动一粒子二象性.     

0.22纳米:冷冻电镜技术取得新进展

<正>低温冷冻电镜技术((cryo-EMs)最近的发展,让研究者们得以观察到由原子和分子组成的微观世界。得益于在光学、传感器和后期软件上的不断创新,如今的数码照片要比若干年前的显得更加生动。低温冷冻电镜技术((cryo-EMs)最近的发展,让研究者们得以观察到由原子和分子组成的微观世界。如今研究人员更是自豪地宣布,他们创造出了有史以来分辨率最高的冷冻电镜,通过它所拍摄的图谱能够以接近原     

量子力学中的隐变数

在经典物理学中,拉普拉斯的决定论曾经长期统治着人们的思想。然而,本世纪二十年代诞生了以哥本哈根学派为代表的量子力学理论。从本质上讲,描述微观世界过程的量子力学是一种概率的描述,和决定论是水火不相容的。这就引起了一些大物理学家的不满,认为可能存在定域性的决定论的隐变数,引起了长时期的争论。《量子力学中的隐变数》一文,就是对自1972年以来进行了九个物理实验来验证到底是量子力学理论正确还是隐变数理论正确的情况作了介绍。围绕着量子力学,科学家们争论了半个多世纪,还要继续争论下去,而科学也就是在这样的争论中发展着,拉普拉斯的决定论,在微观世界如此,在宏观世界也是一样。通过对各种复杂的非线性运动的准确估计,发现不论天上、地下还是人间,到处存在着混沌运动。诸如在旋涡星系引力场中运动的星体,地磁场方向的变换运动,流体力学中的热对流花样,生物群体中个体的数目随时代变化情况,以及量子力学与广义相对论中都存在着混沌运动。     

量子理论的创立

量子力学是迄今最富有成果的物理理论之一.它在统一描述物质的波动性与粒子性上,迈出了划时代的一步.在原子、核子以及亚核子层次上对物质的结构作出了合理的解释,是人类打开微观世界门户的一把钥匙.在它诞生以来的半个多世纪中,它又常常是作出新的发现和发明(如核能释放、晶体管、激光器等)的向导.     

微-纳尺度科学与技术

本世纪初,物理学在探索微观世界方面取得了辉煌的成就,建立起了人类对电子、原子结构、晶体结构、分子结构、物质波、质能互变、量子原理等的深刻认识。本世纪中期,又在分子生物学、半导体、受激辐射等科学以及随后的扫描隧道显微术等方面取得了重大突破,使科研手段和应用技术的研究也向微观世界大步前进。 对微观尺度物质世界的认识与直接改造,是纵贯本世纪的自然科学和技术科学诸多重大发展中势头最猛的一个。各主要发达国家的科     

爱因斯坦的未竟之梦:物理规律的大统一

本文对物理学中的统一理论的发展历史和目前的现状展开综述.从牛顿的天和地的统一,到麦克斯韦的电、磁、光的统一;从爱因斯坦的时间、空间和物质的统一,到电磁作用和弱作用的统一.对一些未成功的统一理论(引力和电磁的统一、强作用和电磁作用以及弱作用的统一、夸克和轻子的统一、超对称大统一)也给予简要介绍.最后评述目前正在尝试的试图把所有相互作用都统一进来的超弦理论.     

科学的接力赛

电磁理论的创立是科学史上的一次革命。电磁波从预言、发现到实际应用,经过了几代人接力赛式地努力。奥斯特是电磁理论的先驱,1820年他发表了著名的奥斯特实验,第一次揭示了电流能够产生磁场的物理现象。在此基础上,法拉弟于1831年发现了电磁感应定律。不过,法拉弟是实验师,他船终未能把他的发现和见解精确地表达并升华到理论的高度。这个任务,后来历史性地落在麦克斯韦的肩上。1862年,年方31岁的英国物理学家麦克斯韦在法拉弟研究的基础上,提出电磁理论。他认为,变化的磁场在任何空间都能产生电场,而变化的电场又在它     

常温下n-Ge中的反常电导效应及其与反常霍耳、反常磁致电阻效应的关系

半导体反常电磁特性的研究,已有30多年的历史。但由于对其机理的探讨,目前分岐很大,所以至今这方面的实验研究和理论研究都还正在发展中。 目前,已发现的半导体反常电磁特性,均出现在低温和超低温区。因此,相应的许多理论也都以低温和超低温为前提条件。     

电磁导弹的波形条件

1983年Brittingham提出在无源自由空间传播一种三维、不发散电磁脉冲的理论,即聚焦波模(FWM)引起各国学者的广泛兴趣。1985年Wu在FWM和粒子物理学成就启发下,提出了电磁导弹(Electromagnetic missiles)理论。随后Wu,Shen等人在辐射器、馈源和实验研究方面做了许多工作。 电磁导弹是线性Maxwell方程的渐近解,它的激励源波形是瞬态电磁脉冲(TEMP)和     

阿哈罗诺夫-卡谢效应

本世纪初相对论和量子力学的问世,引起了物理学的一场翻天覆地的大革命。从原则上讲,经典电磁理论是不受这场革命影响的唯一的一门物理理论。但它与量子力学也有一点小小的不一致,这就是所谓A、B之争,即磁势A和磁场B到底哪一个更为本质。这样就促使物理学家提出井用实验验证了阿哈罗诺夫-玻姆效应(AB效应)及其电磁对偶阿哈罗诺夫-卡谢效应(AC效应)。