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  物理--2016, 45 (5)   发布日期: 2016-05-12
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引力波专题

物理学中的波概念 Hot!

曹则贤
全文: PDF (1956 KB)   下载:( 333 )
摘要

本文针对自经典力学的机械波到广义相对论的引力波等诸多波概念,其关切的物理量所涉及的物理现实与数学结构,后者包括具体方程的形式和波的函数表达,作一个简单的梳理。波既被当作运动的形式,也被当作存在自身的形式,本质上也许不过是一个在我们有限的数学知识内容易掌握的工具形式。

引力波:时空的涟漪,天球的乐音 Hot!

李泳
全文: PDF (2141 KB)   下载:( 313 )
摘要

激光干涉引力波天文台(LIGO)的引力波观测打开了认识宇宙的新窗口。文章从引力场方程的线性化开始,介绍了引力波的弱场近似解、四极辐射、波源和频率以及黑洞结合的模拟波形。最后借Kip Thorne关于引力波的预言和猜想,呈现引力波宇宙学的前景。

激光干涉引力波探测器——人类的宇宙助听器 Hot!

冯衍
全文: PDF (3138 KB)   下载:( 234 )
摘要

爱因斯坦预言引力波100周年之际,人类首次直接探测到引力波信号。文章简单介绍了这次的主角——高新激光干涉引力波天文台(advanced LIGO)的光学与激光部分技术。激光干涉引力波探测器,本质上是一个迈克尔孙干涉仪。原初的迈克尔孙干涉仪也曾在否定以太理论、促使相对论创立的过程中起关键作用。而基于爱因斯坦受激发射理论发展起来的激光技术也在引力波探测中立下汗马功劳。出于协同测量与定位以及扩展引力波探测频段等方面的考虑,除LIGO之外,还有多个地面和空间激光干涉引力波探测器在建或在研。可以预计,当前只是引力波探测技术与引力波天文学发展的开端。

引力波的预言、探测和发现 Hot!

朱宗宏,王运永
全文: PDF (3118 KB)   下载:( 146 )
摘要

引力波是爱因斯坦在广义相对论的重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。以引力波探测为基础的引力波天文学是一门新兴的交叉科学,是对传统电磁辐射天文学的巨大拓展与补充。文中讨论了引力波的预言和特性,给出了引力波探测的主要方法,详细分析了激光干涉仪引力波探侧器的工作原理和基本结构,介绍了引力波事例GW150914的主要参数和探测、数据处理。

激光干涉引力波天文台探测到的引力波事件中的黑洞

张双南
全文: PDF (2156 KB)   下载:( 311 )
摘要

2016年2月11日,激光干涉引力波天文台(LIGO)发布了震惊世界的科学新闻:爱因斯坦100年前预言的引力波终于被人类探测到了!而且这个引力波事件GW150914来自于两个恒星级质量黑洞的并合!众多大众和专业媒体都对此做了大量的报道和介绍,引起了大众的普遍关注,因此文章将从不同的角度简要回答有关产生这个引力波事件中的两个黑洞的几个问题:为什么爱因斯坦不相信黑洞存在?怎么知道这样的天体是黑洞?物质是如何掉到黑洞里面的?如何获得独立的证据证明这样的引力波事件的确来自于黑洞的并合?探测这样的引力波事件对于我们理解黑洞有什么进一步的作用?

宇宙起源与阿里原初引力波探测

张新民,苏萌,李虹,万友平,蔡一夫,李明哲,朴云松
全文: PDF (1839 KB)   下载:( 204 )
摘要

20世纪建立起的宇宙大爆炸模型取得了巨大的成功,但仍期待着新的革命性的突破。探知宇宙起源及其演化是新世纪对全世界科学家的新挑战,其重要性在近期公布的中国“十三五”规划纲要中得到了高度的肯定。现代宇宙学理论,暴胀以及非奇异宇宙模型如反弹等,预言了原初引力波的存在,但至今还没有被实验证实。不同于近期LIGO合作组探测到的黑洞引力波,原初引力波是宇宙诞生时期产生的,携带着丰富的宇宙学信息,是引力波探测的全新波段,是引力波探测的下一个突破方向。文章简述了中国的阿里原初引力波实验计划及相关的科学问题。

引力的前世今生

陈睿博 译
全文: PDF (2120 KB)   下载:( 59 )
摘要

从牛顿万有引力公式到爱因斯坦的广义相对论,人们对引力的认识经历了一个曲折的过程。随着今天引力波的发现,让我们来回顾一下在这一个世纪里人们对引力发展的认识过程。

物理攫英

引力波背景噪声

戴闻 译
全文: PDF (1410 KB)   下载:( 133 )
摘要

假设LIGO最近探测到的黑洞融合不是不寻常的,由此研究人员修正了他们的背景噪声强度估计,这噪声来自四面八方遥远融合事件的总和,穿越整个宇宙。

一种薄膜中颗粒自动分层的新机制

朱星
全文: PDF (1316 KB)   下载:( 147 )
摘要

一般制备固体表面上薄膜的方法是在固体表面涂抹一层含有固态胶体颗粒的液体膜,然后令液体蒸发而成。染料和墨水就是由悬浮在液体中的小颗粒构成的典型胶体。当液体蒸发时,这些颗粒融合在一起形成薄膜。研究人员从理论和实验两方面展示新的结果:如果颗粒尺寸足够大,两种不同尺寸的颗粒会在干燥过程中分层。较小颗粒形成的层位于大颗粒层的上方。这种分层方式与常规方式相反。如果制备某种胶体,能够在干燥过程中形成双层结构,则这种效应可以用来创造具有特殊性能的化妆品或者电子器件。

未来百年的物理学

邹振隆 译
全文: PDF (1667 KB)   下载:( 213 )
摘要
未来百年物理学前景如何?当然我不会知道,但这是一个发人深思的问题。限于个人的兴趣和学识,本文中的猜测难免偏颇。不过,这些猜测若能引起读者思考,即便回答完全不同,也算达到我的目的了。
物理学漫谈

追踪电子相位相干性——想起一篇综述文章

林志忠
全文: PDF (1717 KB)   下载:( 228 )
摘要

日前,偶然想起一篇15 年前写的综述文章,题目是“Recent experimental studies of electron dephasing in metal and semiconductor mesoscopic structures” (Journal of Physics:Condensed Matter (JPCM),2002年第14 卷第R501 页)。这篇文章中讨论到的几种电子相位相干机制,近年来被一些研究石墨烯、纳米结构和拓扑绝缘体等新颖人工材料中低温输运性质的文章所引用。“电子相位相干时间”似乎还未有一个较为固定的中文翻译,它的英文称呼也随着时间演变。1980 年代初期,弱局域(weak localization)以及反弱局域(weak-antilocalization)现象被发现之后,低温凝聚态物理学家最先使用“electron (inelastic) scattering time”或“electron phase-breaking time”一词,随后有人使用“phase-coherence time”一词,接着有人短暂使用过“electrondecoherence time”一词,最近则大多数的文章中都采用“electron dephasing time”一词。其实“electron phase-breaking time”的叫法是有意义的,因为这里要讲的是一个导体(金属、掺杂半导体或处于正常态的超导体)中导电电子波函数的相位,在低温时会与何种低能量的元激发(elementary excitations 或low-energyexcitations) 进行随机的非弹性碰撞,从而被突然搅乱,也就是电子相位的记忆时间瞬间被洗刷掉,重新归零了。

超导“小时代”

超导“小时代”之九:金钟罩、铁布衫

罗会仟
全文: PDF (2966 KB)   下载:( 244 )
摘要

不过话说回来,“天下武功、无坚不摧”,再结实的瓷器,也顶不住金刚钻。超导体对磁场并非是百分百“免疫”的,即使在迈斯纳态,磁场也可以穿透到进入超导体表面和边缘处。随着外磁场强度的增加,磁场穿透的深度也会越来越大,最终夺占整个超导体,超导性能完全消失。这一现象于1935 年由伦敦兄弟提出,因为超导体内部磁感应强度为零,对麦克斯韦方程组稍加修改就可以得到新的描述超导电磁特性的方程,称之为“伦敦方程”。由伦敦方程可知,磁感应强度在进入超导体之后指数衰减,其穿透深度又称为“伦敦穿透深度”,至今仍是描述超导材料的一个重要物理参数。完全破掉超导体的“金钟罩、铁布衫”,只需要足够强的磁场,就能让其抵达临界态,最终完全崩溃成有电阻的正常态(图10)。

读者和编者

Q&A 问答

中国科学院物理研究所
全文: PDF (1484 KB)   下载:( 88 )
摘要

Q:哪种材料可以取代硅,成为下一代支持微电子产业发展的材料? 
A:随着加工技术的进步,硅材料在微电子产业领域还能走很长一段时间,硅材料的加工工艺已经相当成熟,不是说取代就能取代的。研究新型材料,并不是抱着取代硅的目的去的,而是希望能找到性能更好的材料来满足不同领域的需求。任何一种材料都有自己独特的性能,目前还没有某一种材料能面面俱到,新型材料能做的就是“因材施用,取长补短”。举个例子,像现在比较火的石墨烯,它与硅相比,迁移率高,电导率高,柔性透明,因此在透明柔性导电膜领域有着潜在的应用价值,但石墨烯也有它的问题,开关比很低,无法用于逻辑器件。再有,现在兴起的类石墨烯二维半导体材料,与石墨烯相比,虽然迁移率不够高,但光电性能非常独特,对于研究单光子激光器等光电器件非常重要。所以说,信息社会是一个多样化的社会,材料也是多样化的,各种材料互帮互助,满足社会进步的需求才是最重要的。——杨蓉

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