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物理  
  物理--2021, 50 (9)   发布日期: 2021-09-12

封面故事:探索新的计算硬件和新的计算方案来实现大规模并行计算,实现信息处理速度的不断提升,是未来计算领域一个广受关注的议题。近日,南京大学缪峰教授团队利用连续时间的信息加载方式和频分复用技术,首次提出并实验验证迄今最高并行度的神经形态计算方案。作为验证,团队利用两个级联的忆阻器交叉阵列,成功实现了对16张字母图片的并行识别。该技术可广泛应用于相变存储器、磁隧穿结存储器、浮栅器件等其他神经形态计算硬件。该工作为回答“计算机处理速度是否有上限”的前沿科学问题提供了新的思路,并为利用大规模并行计算技术在神经形态计算领域实现应用提供了科学基础,有望为未来人工智能时代,填补海量数据计算需求所面临的算力缺口提供可行的技术途径。该工作发表于Nature Nanotechnology,2021,DOI:10.1038/s41565-021-00943-y。

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评述

凝聚态物理学的新篇章——超越朗道范式的拓扑量子物态 Hot!

张广铭,朱国毅
2021, 50(9): 569-582     全文: PDF (6405 KB)   ( 下载: 1962 )
摘要

在凝聚态物理学发展历程中,朗道—金兹堡相变理论奠定了人们对物质形态和有序相及其相变的认识基础,在结合了威尔逊重正化群理论后,形成了朗道—金兹堡—威尔逊范式,并成为整个现代物理学宏伟大厦的重要基石。然而,在复杂电子多体系统的实验研究中,以量子霍尔效应、分数量子霍尔效应和铜氧化物高温超导体的实验发现为代表,涌现了众多超越朗道—金兹堡—威尔逊范式的新奇量子物态,掀开了凝聚态物理学的新篇章。文章从量子霍尔效应出发,介绍了二维电子体系中的几种典型拓扑量子物态。之后,重点介绍二维强关联电子多体系统中的内禀拓扑有序态。围绕Kitaev提出的二维Toric Code量子自旋模型,详细论证了该模型的基态为具有Z2内禀拓扑序的量子自旋液体,讨论了其基态的拓扑简并、低能任意子激发,以及相关的拓扑量子相变。同时,简要介绍了内禀拓扑有序态的最新研究进展和可能的未来发展方向。

贺杨振宁先生百岁华诞

百岁人生永留痕 Hot!


2021, 50(9): 584-587     全文: PDF (74691 KB)   ( 下载: 1580 )
摘要

杨振宁先生出生于1922年10月1日,世界著名物理学家,诺贝尔物理学奖获得者,在场论、粒子物理学、统计力学和凝聚态物理等领域做出了13项非凡的开拓性的贡献。其中最重要的包括:20世纪50年代和R.L.米尔斯合作提出非阿贝尔规范场理论,为宇宙中基本作用力和自然规律提供了解释;1956年和李政道合作发现弱相互作用中宇称不守恒;提出杨-巴克斯特方程,开辟量子可积系统和多体问题研究的新方向。被誉为“自爱因斯坦和狄拉克之后,二十世纪物理学出类拔萃的设计师”,对数学领域新的研究方向产生了重大影响。

杨—米尔斯规范原理和粒子物理标准模型——庆贺杨振宁先生百岁华诞 Hot!

吴詠时
2021, 50(9): 588-594     全文: PDF (6218 KB)   ( 下载: 1620 )
摘要

当今世界,诺贝尔奖是公认的科学(不包括数学)界的顶尖奖项。当然诺贝尔奖也有遗珠之憾。没得到诺贝尔奖,不一定意味着水平不够或贡献不大。另一方面,得了诺贝尔奖的工作,也不一定就是得奖者最好的工作。这样的科学家凤毛麟角,极为罕见。在物理学领域除了爱因斯坦,似乎只有杨振宁先生了。

保守的革命者 Hot!

弗里曼·戴森 著,杨振玉,范世藩 译
2021, 50(9): 595-597     全文: PDF (4166 KB)   ( 下载: 1563 )
摘要

1999年5月22日,在杨振宁于纽约州立大学石溪分校荣休学术讨论会的晚宴上,曾与杨振宁共事多年的著名数学家和理论物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)教授作了题为《保守的革命者》的演讲,杨振玉、范世藩夫妇曾将其译成中文发表于《二十一世纪》(香港)1999年8月号。2021年9月转载于“赛先生”微信公众号。鉴于该文的重要价值,经译者授权,本刊再次发表(个别文字稍作修改)。

杨振宁先生的物理成就 Hot!

葛墨林
2021, 50(9): 598-609     全文: PDF (4230 KB)   ( 下载: 1610 )
摘要

杨振宁先生一系列物理文章几乎就是20世纪下半期理论物理的发展史,考虑到对物理发展的影响,可以用“伟大”二字形容。

杨振宁谈科学家与政治以及科学与哲学——2016年5月6日杨振宁访谈 Hot!

厚宇德
2021, 50(9): 610-618     全文: PDF (6489 KB)   ( 下载: 1547 )
摘要

2015年12月笔者受杨振宁先生邀请,曾有幸到清华大学高等研究院作过一次讲座。期间与杨先生有过两次长谈。期后通过电子邮件沟通,双方觉得有再次就一些问题做些深度交流的必要。2016年5月6日上午,笔者再次拜访杨先生,并就有些问题向他请教、求证。这部分对话录音是比较清晰的,但文字整理出来后一直未刊出。今逢杨先生百岁华诞,谨以此文奉献给读者,当有助于全面深入了解杨振宁先生的内心世界。

前沿进展

用X射线自由电子激光拍摄分子电影 Hot!

刘海广
2021, 50(9): 620-629     全文: PDF (9693 KB)   ( 下载: 929 )
摘要

作为生命活动的基本单元,蛋白质等生物大分子的功能与分子结构和动力学密切相关。X射线衍射和电子显微技术能够确定原子分辨率的分子结构,但是分子在“工作”期间的结构演化还需要大量的方法研究。X射线自由电子激光(XFEL)因其特有的超高亮度飞秒脉冲,成为捕捉动力学过程中分子结构变化的利器。文章介绍了基于XFEL的“泵浦—探测”时间分辨实验方法,通过捕捉蛋白质分子被激发之后特定时刻的结构,拍摄高分辨的分子电影,展现分子在实现功能过程中的精细动力学,为准确理解分子机理奠定了基础。

物理攫英

平方公里阵列射电望远镜SKA启动建设

李碧莹 编译
2021, 50(9): 630-630     全文: PDF (2102 KB)   ( 下载: 836 )
摘要
耗资20亿欧元,由197只碟型天线和超过十三万只阵子天线组成的平方公里阵列射电望远镜SKA一期已经开始建设,将于2029年交付使用。建设SKA这个全世界最大的射电望远镜网络,从构想提出到开工建设历时30年。望远镜将采用双台址,分别建于澳大利亚和南部非洲,在2029年建成后将运行50年。

从不可能中学习

谢云龙 编译
2021, 50(9): 631-631     全文: PDF (1833 KB)   ( 下载: 924 )
摘要
经典基础物理学建构在已经发生的事实基础之上,具有简洁而优美的表述,因而让很多人都相信宇宙的确可能存在这样的拉普拉斯“兽”,它可以通过精确的初始条件和完备的物理定律而洞悉过去和将来的一切。这一“世界决定论”,将世间发生的一切视为“上天注定”,更让许多人相信万物归于本源、复杂启于简单的“还原论”。持有这些观点的人们通常认为从来没有发生过的事情一定是不可能的,而反设事实(counterfactual)允许我们对已经发生的事实进行否定推设,继而构建基于可能性的逻辑推理。显然,经典物理并不包括假设性或反设事实的事件。

表面张力导致软物质表面皱痕

朱星 编译
2021, 50(9): 632-632     全文: PDF (1533 KB)   ( 下载: 858 )
摘要
软物质存在于我们日常生活中。多数生物组织由软性物质构成,在某个应力下容易发生变形。软物质自由表面在压应力下发生的大变形会导致其形貌的复杂变化,产生如同手风琴风箱的形变。当压应变足够大时,原自由表面会弯折成为褶皱,形成折叠的沟谷,最终成为互相接触的表面。压缩力在生物组织中造成的褶皱,如同大脑的脑沟,或者弯曲手肘的表皮折叠。这类褶皱通常在软物质表面保持一种固定的皱痕。然而,尽管这种特征随处可见,人们仍然不清楚为什么应力移开后,皱痕仍然保留;为什么全同的材料表面受到均匀压缩后,褶皱总会在某些特定位置产生。德国马普所Michiel van Limbeek团队发现,反复周期形变的软物质最终形成皱痕的原因是液体浸润过程中折叠与解折叠的不对称性。

防风墙可提高风电场的功率

周书华 编译
2021, 50(9): 633-633     全文: PDF (1566 KB)   ( 下载: 906 )
摘要
以高效益低成本生产更多可再生能源的方法,在应对气候变化方面至关重要。新的模拟表明,防风墙,如墙壁或成排的树木,可以将风电场的功率提高10%。但先前的工作表明,防风墙可使单个的涡轮机提高功率,对于大型风电场其效果相反。这项新的工作首次模拟具有防风墙的真实风电场,参加研究的人员希望他们的工作将提高实际风电场的效率。
物理学漫谈

对垒半世纪:颗粒跃迁导电vs变程跃迁导电

林志忠
2021, 50(9): 634-638     全文: PDF (4369 KB)   ( 下载: 984 )
摘要
不知是否是科学史的偶然,GH与VRH两套出发点迥异的导电理论,竟然推导出了相同的数学函数,隐含的教训应是:凝聚态物理学家尚力有未逮,犹未能完全揭开物质微结构及无序体系中电子关联的奥秘。因此,GH和ES两个理论的持续近半个世纪的对垒,也就难以解套,直到今天,仍然没有定于一尊,偃旗息鼓的迹象。然而,物理科学毕竟不是数学,物理理论是否成立,必须立基于该模型的预测是否能够确切解释真实的世界和测量到的物质特性。近年来,颗粒膜的制作技术日益精进,金属颗粒的大小,直径的均匀度,甚至颗粒之间的距离等,都可以更加准确地调控。或许,在对金属颗粒的充电能和颗粒之间的隧穿机率等物理量,都能够更清晰明确地了解的情况下,就有机会对GH和ES理论,进行更定量与更全面性的检验了。
物理学名词

介子早就不叫“重电子”了

姬扬
2021, 50(9): 639-641     全文: PDF (8878 KB)   ( 下载: 1580 )
摘要
中国科学院理论物理研究所刘寄星老师前不久告诉我,根据科学出版社反馈,河北师范大学杨大卫教授对2019年出版的《物理学名词(第三版)》提出一条更正。指出词条“介子”中写有“又称重电子”不对,有误导读者之嫌,应当删去。刘老师提到这个词条确实需要修正:在20世纪30—40年代的科学论文中,是有把介子称为重电子的,后来不这样叫了;再往后,固体理论深入发展,重电子这个名称又时兴了起来,特指有效质量大于电子质量的电子。现遵刘老师嘱,写就此短文,尽可能说明我对介子与重电子之理解。
物理思想进课堂

“看似纷繁,内藏关联”的物理概念

陈征,张玉峰,魏红祥,郑永和
2021, 50(9): 643-645     全文: PDF (3876 KB)   ( 下载: 1869 )
摘要
从第谷到开普勒,从伽利略到牛顿,从富兰克林到麦克斯韦,物理学的建立过程确实是从对一个个自然现象的探索开始的,就好像玩游戏时,从不同的点渐次揭开地图上的迷雾。经历了二百多年的发展,随着大量自然现象背后的物理规律被揭示,迷雾逐渐散去,这些自然现象和物理规律之间的关联也清晰地呈现出体系,这就是我们从中学到大学阶段普通物理主要接触的经典物理体系。
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