基于组件的可设计性虚拟实验的构建与实现

应用组件技术构建虚拟实验,采用UI-Model体系结构设计了描述实验环境、处理仪器间交互关系的实验平台;通过表达实验内容的实验算法组件将实验平台与虚拟仪器有机地结合,实现可设计性虚拟实验.实验平台通过算法接口选择不同的算法组件,完成不同实验内容的实验,实现了虚拟实验的扩充性和设计性.以测光速实验为例说明基于组件的可设计性虚拟实验的构建原理和实现方法.     

极小时空的光速和相对论及某些新的量子力学方程

首先探讨微观时的相对论.对极小时空,光速应存在统计起伏.极小时空又联系于高能和高速.而且在高维柱形卷曲空间中光速是可变的和量子化的.由此讨论修改、发展相对论和量子论的可能的某些方法.最后提出存在势和相互作用时几种新的量子力学方程.       

狭义相对论与运动速度上限

论证了对于具有静止参考系特性的粒子, 以绝对时空观为基础的伽利略变换是唯一允许粒子运动速度为任意大的线性时空变换, 因而对于任何非伽利略型的线性时空变换, 必然要求粒子运动速度存在上限。通过引进运动速度上限vm, 针对静质量不为零的粒子, 给出一种无需利用光速不变假设和具体的时空变换关系, 而完全在动力学范围内得到相对论质速关系和质能关系的新推导, 并进一步确定了相应线性时空变换的广义洛伦兹变换公式。质速关系和质能关系以及广义洛伦兹变换的新形式已不再直接与光速相关, 而是由更一般的普适速度上限vm替代了光速c。 对于经典伽利略变换则可作为广义洛伦兹变换在vm→∞时的一种极限特例, 而速度上限vm的具体取值可由实验测量来确定。     

2012年科学热点展望

希格斯玻色子2012年,长期以来令物理学家迷惑不解的希格斯玻色子将被揭开其神秘的面纱,或发现它存在的证据,或证明它并不存在。如果能证明其存在,它将成为一个事实,而不仅仅是一种科学猜测。世界上最大的原子轰击器——欧洲粒子物理实验室的大型强子对撞机,正在以惊人的速度产生数据,届时,希格斯玻色子或者无可辩驳地闪亮登场,或者黯然退出人们关注的视线。希格斯玻色子存在还是不存在,2012年见分晓。     

科学之秋，硕果累累

金秋是收获的季节,自然科学方面也同样是硕果累累。此时,年度科学盛宴诺贝尔奖揭晓,各个奖项都有了归属,这些位于科学之巅的成就引人注目。中国科学家屠呦呦因青蒿素的发现获得2011年拉斯克奖,袁隆平指导的超级杂交水稻亩产突破900 kg,这都是沉甸甸的成就。中国首个目标飞行器“天宫一号”发射,备受瞩目;意大利科学家发现超光速中微子发现,引发无数争议;新型磁性隐形衣材料--抗磁体的发明,最亮伽马射线的获得,白细胞吞噬病毒全过程的记录等,每一项都是科学研究道路上的突破与进步。     

“光障”挡不住人类前进的脚步——纪念第242次香山科学会议召开10周年

第242次香山科学会议的主题是“宇航科学前沿与光障问题”.如所周知A.Einstein于1905年断言“超光速没有存在的可能”,后人称为“光障”.但在这次会议上宋健院士指出,该说法仅是假设,因为超光速运动不能完全观测,在什么也看不见的地方只能是猜测或假说.现在把太阳系内飞行称为航天,系外飞行称作宇航.估计在本世纪将有第一批宇航员飞出太阳系并安全返回,而飞出太阳系是人类的伟大理想.但这有许多理论与技术问题需要解决.所以必须加大航行速度,应达到光速,可能的话应为超光速.本文回顾了10年前召开的第242次香山科学会议的成就,探讨了2003～2013年间的超光速研究工作.首先对“光障”和“声障”作了比较研究,认为可压缩流体力学可用在超光速研究中,空气动力学发展对突破光障有参考作用.其次讨论了信息速度问题,指出近10年来负群速(NGV)已在许多科学实验中发现,而NGV是超光速的一种形式.众多群速超光速实验是很大的成绩,从波粒二象性角度看就有可能发现以超光速运动的奇异电子.故可考虑改装加速器,使粒子在通过某种势垒后能量减小从而速度加快(v＞c区域的规律).这类似于使用Laval管突破声障的方法.……本文还讨论了Alcubierre曲速引擎的改变空时以实现超光速宇航方案,虽只是假说,但美国《时代》周刊已于2012年9月19日报道说:“美国航天局着手研究超光速曲速引擎”.因此,重要之点在于NASA已认可超光速宇宙航行.根据10年来超光速研究的发展,认为新学科“超光速物理”的建立已是既成事实.最后进一步讨论了真空中光速c的定义及光速恒定性问题.     

光子晶体耦合腔波导低色散慢光的研究

设计一种由4孔微腔组成的二维三角晶格光子晶体耦合腔波导,应用时域有限差分法(FDTD)模拟计算TE偏振光的透射谱,获得波长在1.55941μm处最大群折射率ng=1460.31、群速度vg=c/1460.31的慢光.该光子晶体耦合腔波导传输光的群折射率随波长(ng-λ)变化关系呈现"U"型结构,在"U"型底部出现中心波长1.55917μm、平均群折射率～ng=721.92、带宽Δλ=0.35nm、平坦率σ=0.02%的低色散慢光。进一步研究表明,移动耦合腔波导第一排空气柱的位置不仅可以在"U"型底部区域产生中心波长1.60412μm、带宽Δλ=6.67nm、平均群折射率ng=41.05的低色散慢光,而且可以在波长1.56177μm处获得最大群折射率ng=2173.12、群速度vg=c/2173.12的慢光.     

超光速物理学研究的若干问题

1905年Einstein说“超光速没有存在的可能”,他的理念其实只是假设或猜测。自从1962~1967年以来,超光速研究在多国(如美国、德国、意大利、中国)广泛开展。本文论述1963~2013年间超光速研究的成就和问题,其理论和实验是用经典物理或量子物理方法实施的。基于波粒二象性,科学家按照两条路线(粒子、电磁波)而展开研究。新学科“超光速物理学”的建立已成事实,其研究成果所展现的生动和丰富令人惊讶。     

负能量研究：内容、方法和意义

本文首先指出物理参数的正和负是自然界对称性机制之一,其次回顾了自由电子理论中的负能态;然后讨论了自然界存在负质量和负能量的可能性。1928年P．Dirac最先提出了负能概念,它已广泛应用于物理学的各个领域。本文仅讨论近年来的实验和理论进展。在现代物理学中通常认为真空应依照实际存在量子场的零点能而理解,例如把Casimir能（Ec）看作量子化的电磁场的真空能在提供边界时所造成的——当把双平行板介入到真空中,板间内能减小,能量的变化使Ec〈0,即得到负能量。负能量是量子物理学的重要概念之一,其时真空被看成折射率小于1（n〈1）的媒质。在Hawking理论中,实、虚粒子都可携带负能,不过这观点尚有待实验证明。另一方面,在人类实验室中制造负能量也是可能的,办法如利用Casimir效应,利用负群速,或利用超材料。最后,本文指出众多超光速效应与负能量相关,这对超光速研究提供了更深刻的理解。     

V=C*Z/(1+Z)揭开光速之谜

现行理论认为：光速（C）就是光在真空中的速;光与声在多普勒效应中表现完全相同。认为不管光源与检测者在空间如何快速运动,测得速度都完全相同（这是两个混淆）。本文宗旨：探索光运动特征及确立光速C的数值参考系,揭“红移”奥秘,推导与哈勃定律相吻合的天体退行速（V）公式。 光是从运动的源内以“电荷加速度”形式直接发射出的,C的数值是由“加速度”决定的,光速就是光在源速基础上的速,不能错成是在“虚无空间”的速。按“相对”原理,光速,只指光在源的电磁场中的速度。因为每个星系的光都视自己的潦是“静止在宇宙正中”,所以光也就永远以源为C数值参考系以C速扩散开采,形成对称的大光球。因为无限扩大的“大光球”（场）与源是不可分割并同步运动的,所以光在空间速度就得叠加于源速之上,光也就在毫无感觉的情况下延续了源的惯性速度,这是光极其重要的运动特性。所以在传播申各向波长和离源速度都不因源的运动和星系分散而改变。因为星系都在匀速分散,所以,相对地球不同退行速天体光不以相同速从地球空间通过（通过速度=C—V）,银河系的光也不以相同速穿越沿途千万重相五分散的星系,穿越速度必随距离递增而递减,显示“红移量”逐渐上升,直至“先予倒流”。