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物理  
  物理--2022, 51 (1)   发布日期: 2022-01-12

封面故事:如果把谐振腔内弛豫振荡的光子比作驰骋在高速公路上的汽车,刹车必不可少。类似刹车的基本原理,通过向激发的光学谐振腔内注入损耗,改变腔内非稳态光子的阻尼,从而减小其弛豫时间而迅速“停稳”,则可以实现“光子刹车”,这一操控的时间尺度往往在皮秒甚至飞秒量级。最近,南方科技大学丛龙庆课题组与合作者采用超材料构造的谐振腔,利用光泵浦—太赫兹探测技术成功演示了“光子刹车”效应,在皮秒尺度观察到刹车过程中光子简并模式的剥离、线性频率转化等现象。“光子刹车”效应结合超表面可实现超快波束扫描,助力激光雷达、太赫兹通信应用;线性频率转换在太赫兹波段尤为重要,有望绕开非线性参量过程对强场太赫兹源的依赖。相关成果发表在Nature Communications,2021,12:6940。(南方科技大学宣传与公共关系部丘妍供图)

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2021年诺贝尔物理学奖专题

复杂性科学的机遇:2021年诺贝尔物理学奖解读 Hot!

陈晓松,樊京芳
2022, 51(1): 1-9     全文: PDF (5934 KB)   ( 下载: 1575 )
摘要

2021年诺贝尔物理学奖授予三位科学家,以表彰他们“对我们理解复杂物理系统的开创性贡献”。美籍日裔科学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)、德国科学家克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)因为“地球气候的物理建模,量化可变性并可靠地预测全球变暖”的研究共享了诺贝尔物理学奖的一半奖金;意大利科学家乔治·帕里西(Giorgio Parisi)因为“发现了从原子尺度到行星尺度物理系统中的无序和涨落的相互作用”而获得了诺贝尔物理学奖的另一半奖金。今年诺贝尔物理学奖授予复杂性科学领域,既说明该领域的研究已经获得学术界的重视,同时也为复杂系统研究的发展带来了新机遇。

复杂气候系统和全球变暖 Hot!

胡永云
2022, 51(1): 10-15     全文: PDF (4246 KB)   ( 下载: 1484 )
摘要

两位气候学家和一位理论物理学家共同荣获2021年诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖委员会在背景介绍材料中指出,他们在“理解复杂物理系统领域做出了开创性贡献”。相信很多人会对两位气候学家获奖而感到惊讶,物理学奖委员会进一步具体指出,人类活动导致全球变暖这一论断建立在坚实的科学基础之上,两位气候学家获奖是因为他们基于物理原理模拟地球气候、量化气候变率、可靠地预测全球变暖所做出的杰出贡献。物理学奖委员会将诺贝尔奖授予两位气候学家,表明对基于物理理论解决现实世界复杂物理问题的高度重视,尤其是对人类身处其中的气候环境问题的重视。文章将解读两位气候学家的学术贡献,尤其是如何基于基础物理理论建立预测全球变暖的模型以及检测和归因人类活动导致全球变暖的方法。

从辐射对流平衡到全球气候模式——诺奖得主真锅淑郎工作解读 Hot!

林岩銮
2022, 51(1): 16-23     全文: PDF (5366 KB)   ( 下载: 1405 )
摘要

2021年诺贝尔物理学奖授予了两位气候学家和一位理论物理学家,以表彰他们在“理解复杂物理系统领域所做出的开创性贡献”。文章主要介绍其中一位气候学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)的工作。作为一个复杂物理系统,全球气候系统具有高度的复杂性,作为对这个复杂系统的高度近似,真锅淑郎的辐射对流平衡模型计算首次明确无误地量化了二氧化碳翻倍导致的升温幅度(2.36 ℃)。另外,他也被公认为世界气候模式之父,气候模式已经成为研究全球气候变化机理和预估未来全球气候变化不可或缺的工具。文章主要介绍辐射对流平衡模型的思想以及最近的发展和存在的问题。在全球气候模式方面,简要介绍模式的组成,侧重强调模式的物理基础以及存在的问题,讨论未来的发展趋势和方向。

气候变化归因:应对气候变化的科学基础——从诺奖得主克劳斯·哈塞尔曼谈起 Hot!

罗勇
2022, 51(1): 24-28     全文: PDF (5445 KB)   ( 下载: 1482 )
摘要

2021年诺贝尔物理学奖颁发给德国学者克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)与另外两位科学家。克劳斯·哈塞尔曼是著名的海洋学家、气象和气候学家、物理学家。文章将简述哈塞尔曼的研究经历,介绍他在大气响应中的信噪比和气候变化归因的多模态指纹方法等方面的重要学术成就。还将结合最新的政府间气候变化专门委员会第六次评估报告中有关气候变化归因的主要结论,阐述在哈塞尔曼的开创性工作基础上建立起来的气候变化归因理论与方法,构成了人类合作应对气候变化的重要科学基础之一。

无序中的对称性——诺奖得主帕里西工作解读 Hot!

李欣阳,金瑜亮
2022, 51(1): 29-34     全文: PDF (10630 KB)   ( 下载: 1345 )
摘要

2021年度诺贝尔物理学奖授予三位科学家,真锅淑郎(Syukuro Manabe)、克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)和乔治·帕里西(Giorgio Parisi),以表彰他们“发现了气候和其他复杂现象中的隐藏模式”。其中帕里西获得二分之一的奖金,获奖理由是“发现从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互影响”。帕里西的自旋玻璃理论深刻地揭示了无序体系中的隐藏对称性,为文章介绍的重点。

物理学史钩沉

黑体辐射公式的多种推导及其在近代物理构建中的意义(Ⅲ) Hot!

曹则贤
2022, 51(1): 37-42     全文: PDF (4688 KB)   ( 下载: 1571 )
摘要

工欲善其事必先利其器。那你有啥器啊?
你知道该有啥器啊?你怎么才能有器呢?
——作者

物理攫英

重力测量进入量子时代

杨玉坤,周敏康 编译
2022, 51(1): 43-44     全文: PDF (2848 KB)   ( 下载: 861 )
摘要
人们熟知的量子技术大多与计算相关,一台好的、功能强大的计算机在解决复杂问题上是非常有吸引力的。计算机作为数据处理工具,无论是量子的还是经典的,都是将数据转换成信息后,才被用于工业、医学等领域,但前提是要有用来采集这些关键数据所必需的高质量传感器。

兼顾保暖和凉爽的衣服

戴闻 编译
2022, 51(1): 45-45     全文: PDF (1605 KB)   ( 下载: 761 )
摘要
我们的身体通过辐射热到环境中而损失了很大一部分热量,但服装设计师很少试图控制这种辐射。新的理论提出了一种可穿戴的可逆织物,它可以从一侧向外发射接近于零的辐射;而如果将织物翻穿,另一侧会发射大量的辐射。与以前由不透性膜制成的可逆织物不同,这种新织物将由微纤维组成,穿起来更舒适。这种薄薄的布料可以在阴凉的房间里用来保暖,在过暖的房间里翻过来穿保持凉爽。那么,我们就可以使用节能恒温器,而不会造成不适。

解释微调的第三种方法

周书华 编译
2022, 51(1): 46-46     全文: PDF (1919 KB)   ( 下载: 741 )
摘要
希格斯粒子的质量与地球轨道的椭圆度都比它们的理论估计值小几个数量级。这似乎是两个更大的量经过微调而抵消所造成的。粒子物理有两个最有趣的微调难题:希格斯玻色子的质量和宇宙常数。长期以来,人们一直认为粒子物理的微调可能与新的对称性有关,如难以解释的超对称性,或者与统计参数有关——我们微调的宇宙只是许多可能的多重宇宙之一。
人物

杨振宁先生的研究品味和风格及其对培育杰出人才的启示

朱邦芬
2022, 51(1): 47-52     全文: PDF (3622 KB)   ( 下载: 1330 )
摘要
杨振宁先生是一位“继爱因斯坦和狄拉克之后,20世纪物理学的卓越风格大师”。杨先生和米尔斯提出的杨—米尔斯非阿贝尔规范场论“为宇宙中基本作用力和自然规律提供了解释”(美国费城富兰克林研究所颁发“鲍尔奖”给杨振宁的文告,1994年),大自然的一切相互作用力被杨先生归结为“对称性支配相互作用”这条基本原理;杨先生和李政道先生提出在弱相互作用中宇称不守恒,堪称石破天惊,具有革命性的意义,以致从论文发表到获得诺贝尔奖相隔只有一年零几天,至今仍是一项世界纪录;而杨先生和巴克斯特分别独立提出的杨—巴克斯特方程是一个基本的数学结构,在物理和数学两个领域都有极广泛的意义。
物理学漫谈

电子社会学——凝聚态物理的内容和风格

吴从军
2022, 51(1): 53-58     全文: PDF (4833 KB)   ( 下载: 1195 )
摘要

物理学也被称为“自然哲学”。简而言之,它研究的是时空和物质的基本结构及其深层的组织原理。当代物理学大体上可以分为四个主要分支:高能物理学、天文(宇宙)物理学、原子分子和光学物理学,以及凝聚态物理学。

物理思想进课堂

现象的关联与背后的原因——从开普勒到牛顿

陈征,魏红祥,张玉峰,郑永和
2022, 51(1): 59-61     全文: PDF (3663 KB)   ( 下载: 1039 )
摘要
《物理思想进课堂》专栏在2021年度通过12篇文章从原则和目的、层次和结构、范式和方法等较为底层和抽象的方面对物理学的轮廓进行了勾勒。2022年,专栏将尝试把这些较为抽象的理念融入力、热、声、光、电、磁等基础物理教育的内容中,形成较为具体的专题和实例,以期和一线基础物理教师有更多的探讨。
科学咖啡馆

迈向火星的第一步——中国科学院物理研究所“火星,我们来了”主题讨论侧记

李轩熠,秦晓宇,成蒙
2022, 51(1): 62-63     全文: PDF (10350 KB)   ( 下载: 837 )
摘要

千年以来,人类在仰望火星。古代的人们时常在夜空中望见一颗红色的行星,亮度常变而轨迹复杂。“荧荧火光,离离乱惑”,被称为“荧惑”的火星在某些天象中或许是某种灾祸的化身。现代科学告诉我们,火星是地球的近邻,位于地球的外侧,无论是自转周期还是季节性气候变化,火星与地球都有着很大的相似之处。火星不仅引发了人们科学观测和科学研究的巨大兴趣,也成为许多科幻小说、电影中未来人类的“移居之地”。

科学基金

2021年物理科学一处评审工作综述

姜向伟,张诗按,齐静波,倪培根
2022, 51(1): 65-70     全文: PDF (4222 KB)   ( 下载: 878 )
摘要
2021年度国家自然科学基金评审工作已结束,文章对物理科学一处本年度申请和资助项目情况进行了统计分析,将一年来的评审工作结果向广大科技界汇报。同时,对申请和资助过程中一些新政策、新动向以及碰到的一些新情况、新问题进行归纳和总结,供广大科研人员参考。物理科学一处各项工作得到科技界广大专家们的支持,在此向支持我们工作的专家们表示衷心感谢!
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