【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 物 理學(xué)上這種不辨過(guò)去與未來(lái)的特性被稱為時(shí)間對(duì)稱性。經(jīng)典物理學(xué)定律卻假設(shè)時(shí)間無(wú)方向，而且也確定在宏觀世界中通過(guò)了檢驗(yàn)。近幾十年來(lái)，物理學(xué)家一直在研究時(shí)間對(duì)稱性在微觀世界中通過(guò)了檢驗(yàn)是否適用。歐洲核子中心的物理學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)三年的時(shí)間最近終于獲得了突破。他們的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)首次證明：至少在中性 K 介子衰變過(guò)程中，時(shí)間違背了對(duì)稱性。這是物理學(xué)史上首次直接觀測(cè)到時(shí)間不對(duì)稱的現(xiàn)象。 現(xiàn)代宇宙理論曾認(rèn)為，宇宙大爆炸之初應(yīng)產(chǎn)生等量物質(zhì)與反物質(zhì)，但當(dāng)今的宇宙卻主要為物質(zhì)世界所主宰，這一現(xiàn)象一直使人困惑。歐洲核子中小實(shí)驗(yàn)證明，反物質(zhì)轉(zhuǎn)化 為物質(zhì)的速度要快于其相反過(guò)程，因此它為宇宙中物質(zhì)量為何遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)反物質(zhì)量提供了部分答案。 從蝴蝶翅膀到防偽紙幣 13 號(hào) 洪水富 英國(guó)?？巳卮髮W(xué)薄膜光子實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家烏維西克和另外兩名同事，由于一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)。在幾年前就開始研究名叫大鳳蝶的翅膀，這種蝴蝶翅膀本來(lái)是有黃有藍(lán)的，但是在人眼里便成了閃閃發(fā)光的綠色。 他們用顯微鏡發(fā)現(xiàn)，蝴蝶翅膀上竟然布滿了下凹的小坑，小坑很小，直徑大約萬(wàn)分之四厘米，坑底是黃色，而坑坡是藍(lán)色的，烏維西克解釋是：當(dāng)光被照射到坑底時(shí)，被反射呈黃色，當(dāng)被照射到小坑的斜坡上被反射，同時(shí)反射光 線又入射到另一個(gè)斜坡再被反射，由于坑太小，人們無(wú)法把黃色和藍(lán)色區(qū)分開，而感覺到是綠色。另外，他們還發(fā)現(xiàn)，這兩次反射也改變了光的極化方向。人眼無(wú)法區(qū)分，但蜜蜂等昆蟲卻能區(qū)分。（光子在電磁場(chǎng)中振動(dòng)的方向） 他們目前 E 在研究如何仿照大鳳蝶翅膀結(jié)構(gòu)，在紙幣和信用卡上也布滿小坑，這樣無(wú)論偽鈔者無(wú)論將假幣外表印制的與真幣多么相似。他們絕沒有技術(shù)在假幣上布滿分布和大小都與真幣一樣的小坑；只要用專門的光學(xué)設(shè)備發(fā)出極化光一看，看看反射光的極化方向，便會(huì)真假立現(xiàn)。 12 粒子束武器 14 號(hào) 高小建 粒子束武器就是：通過(guò)核裂變或核聚變 形式實(shí)現(xiàn)爆炸或脈沖發(fā)電，以產(chǎn)生高功率的脈沖粒子束，這些粒子束以接近光速出來(lái)，擊毀目標(biāo)。 粒子束武器大致分為三個(gè)部分， BP，能源，電子噴嘴和急流加速器。 （ 1）能源：一般是由核裂變或核聚變的極高的脈沖功率形成。人們采用專門的核爆炸式的發(fā)電機(jī)，通過(guò)核裂變或聚變釋放出能量，發(fā)出高壓脈沖電流，通過(guò)控制開關(guān)和特殊傳輸線路，傳到巨型貯能器，把脈沖電荷堆積起來(lái)，在毫微秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)電。 （ 2）電子注入器把脈沖高壓電站轉(zhuǎn)換成電子束，高強(qiáng)電磁場(chǎng)把它在電子槍中加速，通過(guò)電子嘴向集流加速器噴射，作為加速質(zhì)子介質(zhì)。 （ 3）集流加速器 是粒子束的核心，在電子噴嘴和集流加速器之間，裝有注入閥，引入介質(zhì)，用于電子束高速碰撞，電子剝落，形成質(zhì)子，并集流加速，最后接近光速射出，擊毀目標(biāo)。 氣體液化問題 15 號(hào) 楊珍 氣體液化問題是 19 世紀(jì)物理的熱點(diǎn)之一。 1894 年荷蘭萊頓大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授麥林昂內(nèi)斯建立了著名的低溫實(shí)驗(yàn)室。 1908年他成功液化了地球上最后一種“永久氣體”氦氣，并且獲得了接近絕對(duì)零度（零下 273。 2 攝氏度，標(biāo)為 ok）的低溫。這樣的溫度為超導(dǎo)的現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)提供了有力的保證。 1911年他發(fā)現(xiàn)：汞的電阻在 k 左右的低溫度時(shí)集 聚下降，以至完全消失（即零電阻），這種現(xiàn)象稱“超導(dǎo)電性”，人們發(fā)現(xiàn)所有超導(dǎo)物質(zhì)：如鈦、鋅、銨、鉛、汞等，當(dāng)溫度降至臨界溫度（超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度）時(shí)，皆是出現(xiàn)某些共同特征：（ 1）電阻 =0。一個(gè)超導(dǎo)體環(huán)移去電源后，還能保持原有的電流。有人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)環(huán)中的電流持續(xù) 2 年半而無(wú)顯著衰減。 (2)完全抗磁性。只要超導(dǎo)溫度低于臨界溫度而進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)以后，該超導(dǎo)材料便把磁力線排斥體外。因此其體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這種象限稱為“邁斯納”反映。 超導(dǎo)的本質(zhì)究竟是什么？一開始人們便從實(shí)驗(yàn)與理論兩方面進(jìn)行探索。直到 50年人們才獲得突破性的進(jìn)展，“ BCS”理論是由美國(guó)的物理學(xué)家包了，庫(kù)柏和斯里昂于 1957年首先提出的并以他們名字的第一個(gè)大寫字母命名的。這一理論的核心是計(jì)算出導(dǎo)體中存在電子相互吸引從而形成一種共振狀態(tài)，即存在“電子對(duì)”。 超導(dǎo)電性現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后，主要應(yīng)用在：超導(dǎo)磁懸浮列車，超導(dǎo)量子干涉器和超導(dǎo)計(jì)算機(jī)上，深入到人們的生活和工業(yè)之中。 13 量子效應(yīng)集成電路理論 16 號(hào) 曾祥熠 無(wú)需導(dǎo)線的量子效應(yīng)集成電路理論已被東芝公司的模擬實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。這為開發(fā)集成度更高，更節(jié)省電力的新一代大規(guī)模集成電路帶來(lái)了希望。 現(xiàn)在的集成 電路是靠連接線路元件的金屬導(dǎo)線來(lái)傳遞信號(hào)，量子效應(yīng)集成電路的基本單元，靠單元之間的相互作用來(lái)傳遞信號(hào)。這種信號(hào)是靠封閉的量子箱里的電子之間相互產(chǎn)生的庫(kù)侖作用而進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和變化的。量子效應(yīng)集成電路的設(shè)計(jì)思想十多年前就已提出，其目的是為了開發(fā)集成度更高，耗電更低的大規(guī)模集成電路。量子電路在理論上被認(rèn)為是可行的，然而多年來(lái)其研究只停留在兩千單元組合的實(shí)驗(yàn)上，而且很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號(hào)傳遞。 東芝公司研究證明量子效應(yīng)集成電路能夠持續(xù)地穩(wěn)定工作，所以量子效應(yīng)集成電路是具有使用價(jià)值的，它的開發(fā)與應(yīng)用前景十分樂觀。 宇宙開發(fā) 17 號(hào) 高云花 在失重條件下，熔化了的金屬的液滴，形狀呈絕對(duì)球形，冷卻后可以成為理想的滾珠。而在地面上，用現(xiàn)代技術(shù)制成的滾珠，并不誠(chéng)絕對(duì)球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一。 玻璃纖維是一種很細(xì)的玻璃絲，直徑為幾千微米。它是現(xiàn)代光纖通信的主要部件。在地面上，不可能制造很長(zhǎng)的玻璃纖維。因?yàn)闆]等到液態(tài)的玻璃絲凝固，由于重力的作用。它就被拉成小段，而在太空軌道上，將可以制造出幾百米長(zhǎng)的玻璃纖維。 在太空軌道上，可以制成一種新的泡沫材料 泡沫金屬。在失重條件下，在液體的金屬中通以氣體， 氣泡將不會(huì)“上浮”，也不會(huì)“下沉”。而是均勻的分布在液態(tài)金屬中，凝固后就成為泡沫金屬，這樣可以制成輕得像軟木塞似的泡沫鋼，用它做機(jī)翼，既輕又結(jié)實(shí)。 同樣的道理，在失重條件下，混合物可以均勻地混合，由此可以制成地面上不能得到的各種合金。 電子工業(yè)，化學(xué)工業(yè)，核工業(yè)等部門，對(duì)高純度材料的需要不斷增加，其純度要求“ 6 個(gè) 9”至“ 8 個(gè) 9”。在地面上，冶煉金屬需要在容器內(nèi)進(jìn)行，總會(huì)有一些容器的微量元素被滲入到被冶煉的金屬中，而在太空中的“懸浮冶煉”是在失重條件下進(jìn)行的，不需要容器；消除了容器對(duì)材料的污染 ，可獲得極高純度的產(chǎn)品。 14 在電子技術(shù)中作用的晶體，在地面上生長(zhǎng)時(shí)，由于重力影響，晶體的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重條件下，晶體的生長(zhǎng)是均勻的，生長(zhǎng)出來(lái)的晶體也要大得多，在不久的將來(lái)，如能在太空建立工廠，生產(chǎn)出砷化鎵的純晶體，它要比現(xiàn)有的硅晶體要優(yōu)越的多，將會(huì)引起電子技術(shù)的重大突破。 在太空失重的條件下，會(huì)生產(chǎn)出地面上難以生產(chǎn)的一系列產(chǎn)品，建立空間工廠，已不再是幻想，同學(xué)們可以展開想象的翅膀，提出自己的太空實(shí)驗(yàn)設(shè)想，為宇宙開發(fā)貢獻(xiàn)一份力量！ 神通廣大的超聲 18 號(hào) 曹胡蘭 超聲波的頻率高 ，有的高達(dá)幾十億赫。具有奇特的性質(zhì)，在工農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)醫(yī)藥衛(wèi)生以及科學(xué)研究等方面都有廣泛的應(yīng)用 頻率很高的超聲波在媒質(zhì)中可以形成劇烈的振動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)械、熱光電化學(xué)和生物等各種效應(yīng)。 可以用超聲波清洗小到鐘表零件一類的精密零件，大到一二十米長(zhǎng)的整個(gè)導(dǎo)彈殼體和反應(yīng)堆里的熱交換器部件。 可以用超聲波鉆孔，對(duì)象寶石、玻璃、陶瓷等堅(jiān)硬的脆性材料鉆出任何形狀的孔，如果在切削工具上加進(jìn)超聲波振動(dòng)，可以使切削阻力隆低到 1/10，并且提高切削質(zhì)量，用超聲波法可以使物質(zhì)軟化流動(dòng)，這種方法所需能量只有普通加熱法的千萬(wàn)分之一，因此超聲在 拉管、拉絲、擠壓成型和鉚接等工藝上大有用處。 超聲波還能“粉碎”液體，使各種在通常情況下不能混合的液體（像油和水）混合在一起，超聲波也能“粉碎”細(xì)菌，因此可以用來(lái)對(duì)食物進(jìn)行殺菌消毒。 液晶 19 號(hào) 朱遠(yuǎn)珍 某些有機(jī)化合物，具有一種特殊的物質(zhì)狀態(tài)，叫做液晶。液晶一方面相像液體，具有流動(dòng)性；另一方面又像晶體，光學(xué)性質(zhì)具有各像導(dǎo)性。液晶是介于液體和固體之間的過(guò)度狀態(tài)，微觀結(jié)構(gòu)也介于固液之間。 液晶是不穩(wěn)定的，外界影響的微小變動(dòng)會(huì)影起液晶分子排列的變化，改變它的光學(xué)性質(zhì)。有一種液晶，在外加電壓的影響 下，可以制成顯示元件。在兩電極間將液晶涂成文字或數(shù)碼，加上適應(yīng)電壓，透明的液晶變得混濁了，文字或數(shù)碼就顯示出來(lái)了。這種顯示元件用于電子手表，電子計(jì)算器，微電儀以及其他儀器中。 還有一種液晶，具有靈敏的溫度效應(yīng)，溫度改變是會(huì)改變顏色。只要溫度升高 1 攝氏度，液晶就會(huì)按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序改變顏色；溫度降低，又按相反 15 順序改變顏色。液晶的這種性質(zhì)，可以用來(lái)探測(cè)溫度，例如在醫(yī)學(xué)上可以用來(lái)檢查腫瘤。在皮膚表面涂上一層液晶，由于腫瘤部分的溫度與周圍正常組織的溫度不一樣，液晶會(huì)顯示出不同的顏色，電路中的 短路點(diǎn)溫度高，用同樣的辦法可檢查出短路點(diǎn)。 液晶早在十九世紀(jì)八十年代就被發(fā)現(xiàn)，直到電子技術(shù)和其他一些技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)以后，近二十幾年來(lái)，人們對(duì)液晶的研究有了重要的進(jìn)展，使它獲得了廣泛的應(yīng)用。 簡(jiǎn)譜運(yùn)動(dòng)與電磁振蕩的對(duì)比 21 號(hào) 林 杰 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與電磁振蕩有許多相似之處，利用物理知識(shí)點(diǎn)的相同、或相似來(lái)認(rèn)識(shí)新的物理規(guī)律這是學(xué)好物理較為有效的方法之一。本文主要以水平方向振動(dòng)的彈簧振子的運(yùn)動(dòng)和 LC 振蕩電路的振蕩為例，對(duì)這兩個(gè)重要的物理運(yùn)動(dòng)過(guò)程加以對(duì)比，研究它們的相同和相異。 1．關(guān)于裝置結(jié)構(gòu)的對(duì)比 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)裝置是由彈簧和振子兩部分組成，如圖 1 甲所示。在振動(dòng)過(guò)程中彈簧蘊(yùn)藏有動(dòng)能。動(dòng)能和勢(shì)能之和為振動(dòng)系統(tǒng)的能量。 電磁振蕩電路也有兩部分組成，它們是電容器和電感線圈，如圖 1 乙所示。在振蕩過(guò)程中電容器蘊(yùn)藏有電場(chǎng)能，電感線圈中蘊(yùn)藏有磁場(chǎng)能。電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能之和為振蕩電路的總能量。 2．關(guān)于能量來(lái)源的對(duì)比 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量和電磁振蕩的能量皆來(lái)源于系統(tǒng)之外的物體，系統(tǒng)本身并不能自己產(chǎn)生能量，因此系統(tǒng)能量的大小決定于外界因素，與自身的裝置無(wú)關(guān)。 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)源于外界對(duì)系統(tǒng)的做功，其途 徑有兩個(gè)一個(gè)是將振子拉離平衡位置，以增加彈簧的勢(shì)能，此過(guò)程是外界對(duì)彈簧做功將外界能量轉(zhuǎn)化為振動(dòng)系統(tǒng)的能量，然后由靜止釋放，使系統(tǒng)振動(dòng)起來(lái)如果在振動(dòng)過(guò)程中無(wú)能量損失．系統(tǒng)將會(huì)永遠(yuǎn)的振動(dòng)下去，系統(tǒng)的能量是守恒的，守恒在開始振動(dòng)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能上，另一個(gè)是振子在平衡位置時(shí)，外界給 一個(gè)瞬時(shí)沖力，以增加振子的動(dòng)能，系統(tǒng)也將振動(dòng)起來(lái)，無(wú)能量損失的條件下，系統(tǒng)的能量也守垣，守恒在開始振動(dòng)時(shí)振子的動(dòng)能的大小上。 電磁振蕩的能量也來(lái)源于外界系統(tǒng)的做功，其途徑也由兩個(gè)：一個(gè)如圖 2 甲所示，先將單刀雙擲開關(guān)達(dá)到 1 上，給電容器充 電，電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能，然后將單刀雙擲開關(guān)達(dá)到 2 上， LC 振蕩電路就會(huì)振蕩起來(lái)，如果無(wú)能量損失振蕩系統(tǒng)的能量就會(huì)守恒，守恒在電容器開始放電時(shí)電容器的電場(chǎng)能的數(shù)值上。另一個(gè)如圖 2 乙所示，先將開關(guān) K 閉合，達(dá)到穩(wěn)定 16 后電源的電能轉(zhuǎn)化為電感線圈的磁場(chǎng)能，然后斷開開關(guān) K， LC 振蕩電路就會(huì)振蕩起來(lái)，如果無(wú)能量損失振蕩系統(tǒng)的能量就會(huì)守恒，守恒在電容器開始充電時(shí)電感線圈的磁場(chǎng)能的數(shù)值上。 3．關(guān)于峰值的對(duì)比 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨運(yùn)動(dòng)而變化的物理量為振子的速度，以及與速度有關(guān)的振子的動(dòng)量、動(dòng)能；還有彈簧的伸縮量，以及與伸 縮量有關(guān)的恢復(fù)力、加速度、彈簧的彈性勢(shì)能。所謂峰值就是這些物理量在變化過(guò)程中的最大值。當(dāng)振子到達(dá)平衡位置時(shí)，振子速度以及與速度有關(guān)的物理量都達(dá)到最大值，即為峰值；但彈簧的伸縮量以及與伸縮量有關(guān)的各物理量都達(dá)到最小值，即為零。當(dāng)掁子到達(dá)兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，彈簧的伸縮量以及與伸縮量有關(guān)的各物理量都達(dá)到最大值，即峰值；但振子的速度以及與速度有關(guān)的各物理量都達(dá)到最小值，即為零。 電磁振蕩過(guò)程隨振蕩而變化的物理量也有兩組物理量。一組為電容器的電量，以及與電量有關(guān)的電場(chǎng)強(qiáng)度、電容器的電壓、電場(chǎng)能；另一組為通過(guò)線圈的電流強(qiáng)度，以 及與電流強(qiáng)度有關(guān)電磁感應(yīng)強(qiáng)度、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、磁場(chǎng)能。這些物理量在變化過(guò)程中的最大值也叫峰值。當(dāng)電容器開始放電的瞬間，電容器電量、以及與電量有關(guān)的能量、及自感電動(dòng)勢(shì)都達(dá)到最大值，即為峰值；通過(guò)線圈的電流、以及磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)能都達(dá)到最小值，即為零。當(dāng)電容器放電完畢的瞬間，通過(guò)線圈的電流、以及磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)能都達(dá)到最大值，即峰值。電容器電量、以及與電量有關(guān)的能量、及自感電動(dòng)勢(shì)都達(dá)到最小值，即為 0 4．關(guān)于運(yùn)動(dòng)過(guò)程的對(duì)比 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程是周期性的，振子完成一個(gè)全振動(dòng)所用的時(shí)間為一個(gè)周期，一個(gè)周期由四 個(gè)過(guò)程組成，兩個(gè)加速過(guò)程和兩個(gè)減速過(guò)程，四個(gè)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一個(gè)“對(duì)稱”運(yùn)動(dòng) 電磁振蕩也是周期性的，電流完成一個(gè)全變化所用的時(shí)間為一個(gè)周期，一個(gè)周期也是由四個(gè)過(guò)程組成的，兩個(gè)放電過(guò)程和兩個(gè)充電過(guò)程．四個(gè)過(guò)程所用時(shí)間相等。因此電磁振蕩也是一個(gè)“對(duì)稱”運(yùn)動(dòng)。 5．關(guān)于運(yùn)動(dòng)周期的對(duì)比 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)周期為振動(dòng)系統(tǒng)的固有周期，它是由振動(dòng)系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定的，與系統(tǒng)的能量及各個(gè)物理量的峰值等無(wú)關(guān)。其決定式為kmT ?2?。 電磁振蕩的振 蕩周期為 LC 振蕩電路的固有周期，它是由 LC振蕩電路本身的性質(zhì)決定的，與電路的能量以及各個(gè)物理量的峰值無(wú)關(guān)。其決定式為 LCT ?2? 。