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  • 【免费分享】金融风险管理与物理学家+物理学研究的新领域———探索复杂性

    金融活动高度发达的现代市场经济,在经济全球化和经济一体化的进程中,不仅存在着产能过剩、需求不足的经济危机,而且存在着金融信贷行为失控、新金融工具使用过度、资本市场投机过度而监管机制不健全引发的金融危机.过去的两年多以来,由美国次级房贷危机作为导火索引发的一系列的金融风暴席卷全球,并愈演愈烈,其影响的深度和广度至今仍无法准确评估.许多银行、投资基金等金融机构、乃至一些国家和地区的整体金融体系深陷泡沫经济的泥潭,一时难以脱身.包括美国、欧盟、英国、澳大利亚、日本等多数发达国家及中国、巴西、印度、俄罗斯等新兴市场经济体在内的全球实体经济都遭受不同程度的打击.各国ZF和世界金融组织不断推出各种货币政策、金融政策和财政政策,借以应对目前的危局.物理学是通过物理实验对物质运动变化的现象进行归纳演绎,总结其规律而后再通过实验进行检验的一门实验科学.经济物理学是利用统计物理、复杂系统理论等概念和方法研究经济活动的机制、理解并预测市场行为,是一门新兴的交叉学科.狭义上讲,特别针对金融活动的研究可以被称为金融物理学.物理学家在市场经济的许多领域发挥出越来越大的作用.华尔街上有很多物理学博士,已经对金融风险管理、银行信用指数、金融资产定价等实务界产生了重要影响.例如,传统经济理论并无框架可以解释市场的风暴行为,而金融物理学家则从唯象角度,试图阐述市场运行机制,理解并预测市场行为.在当前全球金融海啸背景下,金融物理学将大有可为.从更广泛的意义上讲,针对社会现象乃至虚拟网络等为研究对象的物理学框架下的交叉学科可以称之为社会物理学.其实,早期的社会学本质上就是社会的物理学.值得提出的是,经济学和社会学研究中的许多概念,如弹性、杠杆原理、张力等,本身就是起源于物理学中的相同的概念的.[hide][/hide]

  • 应用物理学专业大学排名

    摘要:应用物理学专业大学排名是整理近年的开设应用物理学专业的大学排名,根据学校的专业特色及师资力量进行综合分析,为考生整理最新最科学的开设应用物理学专业的学校排名。 应用物理学专业大学排名: 1、南京大学 2、中国科学技术大学 3、北京大学 4、清华大学 5、复旦大学 6、浙江大学 7、中山大学 8、南开大学 9、上海交通大学 10、武汉大学 11、吉林大学 12、四川大学 13、山东大学 14、兰州大学 15、北京师范大学 16、同济大学 17、郑州大学 18、华中师范大学 19、大连理工大学 20、华中科技大学

  • 物理学专业大学排名

    摘要:物理学专业大学排名是整理近年的开设物理学专业的大学排名,根据学校的专业特色及师资力量进行综合分析,为考生整理最新最科学的开设物理学专业的学校排名。 物理学专业大学排名: 1、中国科学技术大学 2、北京大学 3、南京大学 4、清华大学 5、复旦大学 6、浙江大学 7、吉林大学 8、上海交通大学 9、四川大学 10、大连理工大学 11、北京师范大学 12、山东大学 13、中山大学 14、南开大学 15、华中科技大学 16、兰州大学 17、华东师范大学 18、武汉大学 19、山西大学 20、哈尔滨工业大学

  • 应用物理学专业描述_应用物理学专业

    摘要:应用物理学,顾名思义,就是以应用为目的的物理学专业。以物理学的基本规律、实验方法及最新成就为基础,来研究物理学应用。应用物理学是当今高新技术发展的基础,是多种技术学科的支柱。 应用物理学,顾名思义,就是以应用为目的的物理学专业。以物理学的基本规律、实验方法及最新成就为基础,来研究物理学应用。应用物理学是当今高新技术发展的基础,是多种技术学科的支柱。其目的是便于将理论物理研究的成果尽快转化为现实的生产力,并反过来推动理论物理的进步。 应用物理学虽然是以古老的物理学作为基础建立的,但它属于比较年轻的专业,特别是近些年的发展十分迅速。华裔诺贝尔物理奖得主杨振宁教授认为,当前和以后的几十年内物理学的重心在于应用物理学。应用物理学和理论物理学一个很大的不同点,就是两者的研究方法不同。理论物理学更多地依赖于数学和物理,主要是通过思考和推导来获得进步。而应用物理学涉及到的是一些非常具体的问题,一般都是采取实验的方法来进行研究。 和理论物理学一样,应用物理学的范围涉及到物理的方方面面。目前应用物理学发展比较快的主要是一些新兴的技术性行业,例如电子科学、计算机科学等。这样的行业也是物理学理论转化为应用要求最急切的,比如能够将物理电磁学方面的理论,转化在电子和计算机方面的话,将会为这些行业的发展提供非常强大的动力支持。 现在以及未来的社会中,必将要求理论研究的结果能更快、更直接地转化为现实生产力。能够将理论转化为实际应用的专业人才逐渐走俏。但就其专业特点来说,应用物理学需要使用到的研究方法主要是实验,所以对于学生的实验能力要求比较高,这不仅是对动手能力的要求,同时也要求有一种严谨的科学研究态度。对于物理学有浓厚兴趣,有一贯严谨的学习态度,具有较强地动手和实验能力的学生,可以在本专业的学习中取得很好的成绩。 对于热爱物理学,但又不适合或是不愿意做纯理论研究的学生,对于喜欢自己的工作和科研成果可以实实在在地被应用的学生,本专业是一个非常理想的选择。不过考生在报考时应该注意,本专业虽然是应用类的专业,但在本科学习期间,由于专业涵盖范围广,理论学习仍占很重要的部分,同样要有大量比较艰深的理论课程,报考者应该有充分的信心,能够圆满地完成理论课程的学习,为进一步学习和研究打下坚实的基础。另外,作为应用型专业,在一些院校的招生中,对于色盲和色弱的学生有所限制。 应用物理学专业目前发展迅速,成为物理学科中最为实用和热门的专业。国内高等院校纷纷开设自己的应用物理学专业。这为广大的学生提供了很好的机会。但一些院校的应用物理学系,有其名而无其实,对应用方面的重视远远不够。如果是一心想向应用方向发展的考生,最好还是仔细选择一个有较丰富经验的学校。 本专业有较强的社会适应性,毕业生既具有从事基础科学研究的基础知识,也具有在应用物理技术、电子信息技术等领域从事高科技开发的实际业务能力,适合在工业、交通、邮电、金融;商业等行业从事科技开发、生产和管理工作。本专业学生所特有的专业素养,使他们具有持久的专业发展后劲和较强的开拓能力,因而深受社会各界的欢迎。

  • 物理学专业解读_你真的爱这个专业吗

    摘要:物理学是一种自然科学,主要研究的是物质,在时空中物质的运动,和所有相关概念,包括能量和作用力。更广义地说,物理学是对于大自然的研究分析,目的是为了要明白宇宙的行为。 物理学是一种自然科学,主要研究的是物质,在时空中物质的运动,和所有相关概念,包括能量和作用力。更广义地说,物理学是对于大自然的研究分析,目的是为了要明白宇宙的行为。在物理学的领域中,研究的是宇宙的基本组成要素:物质、能量、空间、时间及它们的相互作用;借由被分析的基本定律与法则来完整了解这个系统。 物理在经典时代是由与它极相像的自然哲学的研究所组成的,直到十九世纪物理才从哲学中分离出来成为一门实证科学。物理学与其他许多自然科学息息相关,如数学、化学、生物、天文和地质等。特别是数学和化学。化学与某些物理学领域的关系深远,如量子力学、热力学和电磁学,而数学是物理的基本工具,也就是物理依赖着数学。 物理学是最古老的学术之一。在过去两千年,物理学与哲学,化学等等经常被混淆在一起,相提并论。直到十六世纪科学革命之后,才单独成为一门现代科学。 现在,物理学已成为自然科学中最基础的学科之一。物理理论通常是以数学的形式表达出来。经过大量严格的实验验证的物理学规律被称为物理定律。然而如同其他很多自然科学理论一样,这些定律不能被证明,其正确性只能靠着反复的实验来检验。 物理学的影响深远,这是因为物理学的突破时常会造成新科技的出现,物理学的新点子很容易会引起其它学术领域产生共鸣。例如,在电磁学的进展,直接地导致像电视,电脑,家用电器等等新产品,大幅度地提升了整个社会的生活水平;核裂变的成功,使得核能发电不再是梦想。 物理学专业培养德、智、体、美全面发展、身心健康、厚基础、宽口径、强能力、高素质,适应地方基础教育、经济建设和社会发展的具有创新能力和创业精神的应用型高级专门人才为目标。使之比较系统的掌握该专业必需的基础理论、基本知识,掌握该专业必要的基本技能、方法和相关知识,能在中高等学校和企事业单位进行教学和管理、技术应用的应用型高级专门人才。

  • 物理学惯性质量和引力质量_物理专业论文

    发展一种新的理论,仅有哲学上的启迪和对于旧理论的批判是不够的,还需寻找建立新理论的突破口。爱因斯坦建立广义相对论的突破口来自三百年前伽利略的另一项重要贡献。 伽利略在他的《关于力学和运动两门新科学的对话》中写道:我曾经做过试验,可以向你保证,从200肘尺高处放下的一颗一两百磅甚至更重的炮弹,不会比一同放下的仅重半磅的枪弹到达地面要领先一秒钟。这段叙述表明所有物体的重力加速度相同。亚里士多德曾根据他的运动风,重物下落是物体回归天然位置的自然运动,物体越重,趋向天然位置的倾向就越大,自然得出物体越重,下落得越快。伽利略反对亚里士多德的运动知识化 ,他以实验事实作了不力的反驳。然而他并同有认识到这条定律的深刻含义。 所有物体的重力加速度均相同,反映的是任何物体的惯性质量与引力质量相等。根据牛顿定律,作用在物体上的外力等于物体的质量乘以获得的加速度,这里的质量是物体的惯性质量;另一方面,物体下落时,作用在物体上的力是地球对它的吸引力,它与物体的引力质量成正比。既然物体在重力作用下加速度不依赖于物体,则引力 质量与惯性质量成正比;选取相同的单位,两者相等。 我们知道,惯性质量是物体惯性的量度,反映物体对加速度的阻抗,而引力质量是物体引力属性的量度,反映物体产生和承受引力的能力。它们显然是物质的两种完全不同的属性,描述物质两种不同性质的量是否严格相等是一个问题,并第一次想到用实验来明确检验两者的等同性。他在他的《原理》一书中记叙了他所做的实验。他做了两只等大的圆木盒,用11英尺长的细绳悬挂起来构成摆,一只装满了木料,另一只装入得量的金或银、铅、玻璃、沙、食 盐、水以及小麦等等,比较它们的摆动周期。根据牛顿定律容易得出周期T。可以看出仅当惯性质量m惯与引力质量m引之比与材料无关,两摆的周期才会相等。牛顿实验中没有观察到两摆周期的差异,由此他推算出m引/m惯=1+0(10-3),即两者相符合的精度在10-3以内。以后又有不少物理学家做实验,把精度提高了许多,如1830年贝塞耳得0(10-5),1889年厄缶得0(10-8),1964年迪克得0(10-11),1971年布拉金斯基得0(10-12)。 看来惯性质量和引力质量相等是一条严格的定律。那么,这是一种巧合吗,还是有更深刻的原因?它意味着什么?这是又一个值得思考的问题。人们研究发现,在牛顿力学中无法加以说明,于是长时期里它就成为游离于物理学之外而不加重视的一个结论。 爱因斯坦对于惯性质量和引力质量严格相等的印象很深,他在给英国格拉斯哥大不所作的报告《广义相对论的来源》中说:在引力场中,一切物体都具有同一加速度。这条定律也可表述为惯性质量同引力质量相等的定律,它当时就使我认识到它的全部得要性。我为它的存在感到极为惊奇,并猜想其中必定有一把可以更加深入地了解惯性和引力的钥匙。他一直深信:一个有希望受到应有的信任的理论,必须建立在有普遍意义的事实上。而这一惯性质量同引力质量相等的定律的确是一个奇特的具有普遍意义的事实 。他不断地思考这一问题,终于有一天找到了问题的答案。他于1922年在日本京都大学所作的报告《我是如何发现相对论》中说道:这个难题的突破点突然在某一天找到了。那天,我坐在伯尔尼专利局办公室里,脑子里突然闪现一个念头:如果一个人正在自由下落,他决不会感到他有重量。我吃了一惊。这个简单的想象给我的印象太深刻了。它把我引向新的引力理论。我继续想下去:下落的人正在作加速运动,可是在这个加速参考系中,他有什么感觉?他如何判断面前所发生的事情?爱因斯坦在这里所说的突然闪现的念头就是那著名的爱因斯坦升降机的理想实验。设想观察者在一个密封的升降机里做力学实验,一种情形是升降机静止在地面上(地球看成是惯性系),它是一个惯性生活费,其中存在地球的引力场,由于m惯 = m引 ,任何物体的重力加速度均相等为g;另一种情形是升降机远离一切物体,即处于没有引力场的地方,它相对于某个惯性系以加速度g上升,它是一个非惯性系。在这两种情况下,观察者测得物体下落的加速度是g,他观察到的力学现象都相同,他无法断定他所在的参考系究竟是有引力场的惯性系还是并无引力的非惯性系。这表明物体在非惯性系中的运动等效于引力场作用下的运动,或者说非惯性生活费与引力场等效,爱因斯坦把它称为等效原理。根据等效原理,引力场可以用非惯性来消除,例如在引力场中自由降落的参考系中就消除了引力,在这个自由落体系中,惯性定律很好地成立,一个不受外力作用的物体将保持其原有运动状态,这一参考系实在是很好的惯性系,其中物理规律具有狭义相对论的形式。另外,非惯性系与引力场等效,非惯性系与惯性系就没有原则性的区别,它们都可以同样好地用来描述物体的运动,没有哪一个比另一个更优越。由此爱因斯坦把狭义相对性原理推广为一切参考系都是等价的,没有哪一个比另一个更优越,爱因斯坦把它称为广义相对性原理。爱因斯坦的广义相对论就是在等效原理和广义相对性原理这两条原理的基础上发展起来的。在广义相对论中,惯性系不再是理论上和实践上不可捉 摸的,它就是自由落体系;前述狭义相对论的两点不足通过等效原理和广义相对性原理联系在一起一揽子加以解决,广义相对论清楚地回答了不存在特别优越的惯性系,所有的参考系对于描述物体的运动都是等价的,而引力问题通过广义的时空坐标变换纳入相对论理论中。 由此可见,原来牛顿力学中无法加说明的惯性质量与引力质量相等不再是游离于物理学之外的一个普遍事实,而是成为意义得大的广义相对论的基石。爱因斯坦找到了这块基石,并由此发展了广义相对,这实在是爱因斯坦独具慧眼、超群绝伦的伟大贡献。

  • 物理学拟采取的对策_物理专业毕业论文

    生物技术这门高新技术在解决医药、农业、环境等各个方面问题确实是一条重要的途径,并会带来巨大的经济效益和社会效益,这一点是不容置疑的。但GMOs对环境及人体健康的安全性也是不能忽视的。UNDP《2001年人类发展报告》呼吁,人们应对基因改良生物的长期影响做进一步研究,并提倡对基因改良产品做标记,以便使顾客做出知情的选择。《报告》并指出,生物技术和食品安全问题往往是政策欠妥、法规不当和缺乏透明度的结果。 提出下列几点对策: 1)2001年5月23日国务院总理朱镕基签署第304号中华人民共和国国务院令,公布了《农业转基因生物安全管理条例》,规定了国务院农业行政主管部门负责全国农业转基因生物安全的监督管理工作,并建立农业转基因生物安全部际联席会议制度;还规定列入农业转基因生物目录的农业转基因生物,由生产、分装单位和个人负责标识、未标识的,不得销售。农业转基因生物标识应当载明产品中含有转基因成分的主要原料名称等等。《条例》的颁布,为转基因作物及其产品的安全使用打下了重要的基础。下一步有两个重要的工作可能应该重视的,一个是转基因作物的安全问题涉及的部门多,部门之间的合作与协调是一个重要而复杂的问题;第二个是宣传、教育、贯彻落实问题,转基因作物将涉及到广大农民,目前中国农民对什么是转基因作物、转基因作物可能带来的潜在风险,为什么要采取标识制度等等方面的教育十分重视。 2)切实加强生物安全的科学研究工作。发达国家,尤其是欧洲一些国家,在生物安全方面较早就开展了研究,而中国在这方面还处于刚起步或尚未开始的阶段。对农田及自然生态系统中一系列的生态风险的研究如何起步,如何切入,得到的结果往往既有正面效应、又有负面影响。对此又如何作分析等等一系列问题有待研究。在对人体健康影响问题,可能与生态效应一样,得到结论有一个时间问题。可能在短期内得不到结论。这些问题都是在考虑生物安全科研时可供思考的问题。 3)提高粮食产量,解决饥饿问题有一个创新的问题。前面已经肯定,转基因技术是解决粮食短缺的一条重要途径,但应该说不是惟一的途径。中国育种家袁隆平培育出来的超级稻最高亩产可达1139 kg,他的杂交水稻提高的产量可解决5 000万人的吃饭问题。因此研究新的提高粮食产量及品质的途径,走创新之路是非常重要的。 4)切实加强正确的全民宣传活动。尤其要注意媒体的报道。2000年12月,北京一个发行量很大的媒体作了如下的报道,题目为本报记者驱车百余里,寻找转基因草。记者在北京近郊见到6.67 hm2由某农业科技有限公司从美国引进的转基因草,在宣传这草的一系列优点外,最后一句话是转基因,让小草也疯狂。这里最少有两个问题:一是任何转基因植物种植这么大面积,必须经过政府有关部门的批准,可报道上并未提到一点;二是我们虽然不知道这种转基因草是什么种,它在北京近郊是否有亲缘关系很近的近缘种?一旦这种小草真的疯狂起来,上面我们提到的加拿大转基因油菜问题很快在北京近郊就会发生,有可能通过种子传播到大量的农田里成为杂草,如有近缘种,还可能通过杂交,让本来不是杂草的近缘种也到处疯狂起来。 5)不能让中国的大地成为发达国家的实验场所。现在在一些发达国家,虽然进行大量的生物技术,包括GMOs的研究,但不允许作商品化的种植。如挪威等欧洲一些国家,GMOs作商品化种植要经过国王或国会的批准。目前国际上实验室已经成功的转基因作物是大量的,但真正被各国政府批准能作商品化种植的还极少。已有迹象表明一些发达国家通过各种途径把实验室的成果拿到中国来作大田试验,甚至大面积的种植,而我们多数人还缺乏这方面的知识。上述转基因草可能是一个很好的双方都愿意接受的例子。但如果大面积种植后真出现严重的生态负效应,后果将不可收拾。

  • 浅析将现代物理学中的理论和方法应用于神经科学

    关键词:生命科学;物理;问题 神经系统是结构和功能极其复杂的生命信息处理系统。对神经系统的深人研究,将为最终解决意识与思维之谜,开辟前进的道路。但是神经科学的发展,一刻也离不开现代物理学的理论与方法的先导和支持。从生物物理学的角度出发,着重介绍生物神经网络的构成与运行特征,并进一步探讨将现代物理学中的某些理论和方法,应用于神经科学研究的可能性。 关扭词生物神经网络,神经信息双重编码,高维信息编码空间,分形与分维,正电子断层图在自然科学的研究领域中有四大疑难问题,亦可称之为四大谜,即:(l)物质结构之谜;(2)宇宙起源之谜;(3)生命过程之谜;(4)思维本质之谜。 物质结构和宇宙起源问题属于物理科学的研究范畴,而生命过程与思维本质的研究则属于生命科学的范畴。20世纪是物理科学取得辉煌成就的世纪。在微观和宇宙观方面,人们对物质结构和宇宙起源的认识,比起上一世纪,已取得飞跃的进展。科学家预言,21世纪将是生命科学的世纪。不同领域的科学家将共同努力,为解决生命过程之谜和思维本质之谜开展协作研究。 从历史上看,生命科学的发展一直依赖于物理科学的进步。现代物理学中的新概念、新理论和新方法对生命科学的研究,对揭示生命复杂过程的机制,起着关键性的先导和启示作用。1933年著名的量子论奠基人波尔田在他的讲演《光与生命》中即提出用量子力学的方法研究生命科学的观点。另一位量子力学创建人薛定愕图在他的著名论述《生命是什么》一书中,即明确提出生命依赖于负姥的观点,并预言,生命的信息即存储于非周期性的晶体之中。正是由于波尔和薛定愕等理论物理学家的倡导,一批优秀的物理学家转人生命科学研究的领域中来,导至DNA双螺旋结构的发现。1954年著名的理论物理学家,大爆炸理论的创始人伽莫夫以其天才的预见,提出核昔酸三联密码的理论[31。遗传密码的发现使生物学家掌握住理解生命活动规律的钥匙,为分子生物学的发展,奠定了坚实的基础。 至于阐明意识与思维活动的奥秘,问题显然是更加困难得多了。这是因为大脑是结构和机能极其复杂的非线性系统,它不单是认识的主体,而且也成为认识的客体。因此单纯依靠用生物学的观测与实验方法,是很难理解整个大脑神经网络的工作原理和活动规律的,这就必须借助于现代物理学的新概念、新理论和新方法,建立研究脑工作原理的新的理论体系和新方法,才能解决生物神经网络所遇到的复杂性难题。 80年代初期,H叩field[4J根据物理学中的自旋玻璃(spinglass)的相互作用理论,建立了具有广泛回路的人工神经网络理论。他还首次引人计算能量函数的概念。Hopfield应用Issing的自旋玻璃系统理论证明,计算能量是有界函数,而且在状态空间中有局域极小值,这是联想记忆的基础。 人工神经网络理论和研究方法的出现,给生物神经网络的研究带来了新的冲击和希望。人工神经网络中的突触连结强度的动态调整,并行处理的计算原则,信息的分布式存储和按内容寻址,网络能量函数局域极小值的形成和演化,神经网络的稳健性(robuso与高度容错性,非线性连结的高阶神经网络特性,突触和突触之间的相互作用,自学习、自组织和自适应以及具有联想记忆的功能等,都和脑的工作原理十分相似。因此,认真结合生物神经网络的特点,充分利用人工神经网络研究中的新成就以应用于生物神经网络活动规律的研究中来,成为当前神经科学的前沿领域。 一、生物神经网络的特点及其与人工神经网络的比较 大脑的结构和功能虽然十分复杂,但却是由一种主要的元件组成。组成大脑的基本单元称为神经元。100年前,著名的西班牙神经学家卡哈尔(Caial)首创神经元学说(neuronedoctrine),他认为神经系统是由神经元组成,神经元是神经系统的结构单元和功能单元。神经元之间以突触相互连结,组成复杂的生物神经网络。神经元学说奠定了大脑结构的物质基础,是神经科学发展的重要里程碑,卡哈尔亦因此而荣获诺贝尔奖。人脑约有10一1011个神经元。神经元的大小和形状差异很大,但其主要结构都是由三部分组成,即胞体、树突和轴突。树突比较粗短而且反复分支。在功能上树突和胞体是神经元的感受和整合(integration)部位。树突和胞体接受外界或来自其他神经元的传人信息并加以整合,再传导至轴突。轴突的长短不等,有的神经元轴突很短,只有几微米;有的很长,超过一米以上。轴突发出多个侧支,最后反复分支形成复杂的神经末梢。其终末部分膨大,与其他神经元建立突触联系。突触的数目很多,据估计人类大脑皮质的一个神经元可有多达103一10‘个突触。突触是两个神经元之间的功能性接触部位,由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分组成。突触后膜上有许多神经离子通道。离子通道是生物的纳米级微电子器件,是由蛋白质大分子组成的特殊单稳态触发微电路。Hodgkin和Huxley提出的离子通道理论,是神经科学发展的又一重要里程碑,它使神经科学的研究,扎实地建立在神经分子生物学的基础之上,并因此而被授与诺贝尔奖金。离子通道分子的直径一般为10nm左右,可分为受体和孔道两部分。受体是和某些特殊的神经活性物质结合的部位。孔道的直径约为1一Znm,平时处于关闭状态。当神经递质和受体的位点结合之后,通道即呈短暂的开放,让离子通过,但开放时间一般只有数毫秒随后又重新关上。离子通道开放时,通过的电流很小,只有10一uA数量级。物理学家Neher和Sakmann创建了测量单个离子通道电流白刨漠片低位(Patchdamp)方法,并因此而获1991年诺贝尔奖。离子通道与神经递质的结合有高度特异性;另外,通道对离子的通过亦有选择性,可分为钠通道,钾通道,钙离子通道,氯离子通道等。离子通道的触发输人可以是化学控制,亦可以是电压控制。大量的各种不同的离子通道分布于占神经元总面积90并的树突复杂分支的表面,既有空间分布的排列复杂性,又有多种化学信息编码的复杂性。所以,一个神经元实际上是包括107个微触发器(离子通道)组成的集成生物电路元件,其复杂性可想而知。 根据以上所述,生物神经网络是以水为基质,并以镶依在双层脂膜表面的离子通道蛋白分子、离子泵、神经递质(neurotransmitter:)。神经调质(neur二odulators)以及基因信息系统等有序的信息大分子组成的液态分子信息器件。它和以硅为基底,由有序的PN结,电阻和电容等元件组成的固态微电子集成电路的人工神经元网络有很大的不同。特别是生物神经元内部的生物信息大分子,经常处于合成和分解的动态过程之中。一般的蛋白质分子的半寿期不过数分钟到十多分钟。所以形象一点来说,生物神经网络的元件是边生产,边组装,边拆卸。这种边建边拆的过程一旦停止,生物神经网络即随之解体,不复存在。指挥这一生产流水作业线的机构是神经元内部的基因调控系统。一般认为,人类的结构基因共有10万种,大多数的细胞在正常功能状态下只有少数(几种至几百种)基因处于活动状态。唯独神经元 约有三万种基因经常处于积极的功能活动状态。由此可见,神经元绝非简单的开关元件,而是具有丰富的内源信息和进行复杂信息存储与胭工的元件,这正是生物神经网络不同于人工 神经网络的主要特征。 二、生物神经网络是信息增殖系统 物理系统一般可分为三类,即孤立系,封闭系和开放系。与外界环境既无物质交换亦无能量交换的系统称为孤立系。只有能量交换而无物质交换的称为封闭系。同时与环境有物质交换和能量交换的系统称为开放系。生物系统显然属于开放系统,它与环境既有物质交换、能量交换而且还有信息交换。生物系统遵守质量守恒和能量守恒法则。如果系统的物质输人流大于其输出流,则一部分物质将逐渐在系统内部积存,这样的系统属于增殖系统;如果输出流大于输人流,则系统将逐渐衰减。在一般情况下,生物系统的总质量,大致是围绕稳态平均值作节律性波动。但在生物系统的物质输人流中,相当大的一部分是结构比较复杂的蛋白质(氨基酸)、碳水化合物(单糖)、脂肪和其他营养素,而输出的只是经过代谢以后产生的简单物质,如水、二氧化碳及含氮的废物(尿素、尿酸等)等。所以,人体的物质输入流并不单纯在于补充物质的损耗,而且也附带输人可供利用的化学自由能和复杂结构的信息流。绿色植物则是另一种情况,它是利用环境输人的能量流(光子流)经过光合作用将简茧的物质转变成结构复杂的物质。生物系统利用环境输人的物质流和能量流,依赖其内部的自增殖、自复制的代谢机理,使系统的结构复杂性和机能的复杂性不断增加,这就是信息的增殖系统。看来,信息的量并不存在守恒法则。我们认为,质量是物质存在数量的量度,能量是物质各种形式运动数量的量度,而信息则是物质存在形式的复杂性和运动复杂性的量度。结构愈复杂,运动过程的形式愈复杂,则系统的信息量也愈大,按照薛定愕的说法就是负嫡增加。大脑是结构和机能极其复杂的生命信息处理系统。外界的信息流,可以通过两种方式输人神经系统:一是通过物质流输人的结构信息,二是通过能量流(例如光波和声波)作用于感受器的输人信息。生物神经网络的内源信息也有两种方式:一是结构复杂性的信息,包括神经网络的构成和联结的信息。另一种是生物神经网络通过学习,自外界获取各种信息,同时也可通过思维产生新的信息。这些信息可以进一步记忆而存储,也有相当一部分因千扰与遗忘而逐渐消失。所以,生物神经网络是能产生新的信息的生物信息增殖系统。我们预期,物理学中的非平衡态热力学、耗散结构理论、非线性复杂系统理论等,将在研究生命信息系统方面发挥巨大的推动作用。 三、生物神经网络信息的载体与编码 当前生命科学的发展趋势是朝着最基本的分子生物学和最复杂的神经生物学的两极发展。正如核昔酸三联密码的发现,奠定了分子生物学的基础那样,我们认为,攻克大脑思维之谜的关键是弄清大脑信息的存储载体和大脑信息编码方式这两个最基本的问题,使脑信息加工机理的研究建立在客观与定量的基础之上。但有关这方面的问题,我们仍是一无所知。 学习和记忆是人类大脑的重要功能。记忆是将学习取得的信息加以存储,并能根据需要将记忆的内容加以回忆和重现。目前普遍认为,海马是学习和记忆的关键部位。海马是大脑深部的一个特殊结构,形状和中药的海马的形状十分相似,故名。PhelPs闭应用正电子断层图(positronemissiontomography,PET)的观察证明,正常人在积极进行记忆活动作业时,海马的葡萄糖代谢率明显增高,直接证实了海马的记忆功能。我们的研究表明国,海马的神经元呈规则的六角形点阵(hexagonalarrays)排列,且具有很丰富的返回侧支,形成复杂的神经回路网络,其结构和H叩field的人工神经网络十分相似。海马还有特殊的苔状纤维突触集群,这是大脑其他部位所没有的特殊的突触结构。一个突触集群最多可包含十多个突触,这些突触相互联系,相互作用,组成高阶的神经网络。高阶神经网络不仅功能更加复杂,而且还可大大增加信息的存储容量。因此我们认为,海马的苔状纤维突触集群,很可能是生物神经信息的主要载体,是记忆的物质基础。

  • 物理学前沿问题探索分析_物理论文

    摘要:从简单的自然规律出发,推导出了宇宙的诞生、万有引力、万有斥力的、物质的结构形式、原子核的放射性、低温超导现象、同位素等之间有着内在的必然的联系。合理的解释了时间的不可逆性、电磁力的产生、太阳系的起源、原子结构、原子核放射性规律、重核元素结构等。其中有许多的新观点和新思维,对拓宽视野,推进物理学的发展很有好处。 关键词:万有引力 万有斥力 宇宙 低温超导 原子结构 同位素 放射性 太阳系的起源 1.万有引力和万有斥力 弹簧振子作往复振动,压缩时, 弹簧产生一个向外伸展的弹力;拉长时, 产生一个向内拉伸的弹力;平衡位置时,弹簧不产生弹力。如同弹簧振子, 对于宇宙, 也具有类似的特性。现代天文学发现, 当今宇宙正好处在拉伸的状态, 正在向着要收缩的趋势发展. 既使宇宙今天仍在膨胀, 总有一天, 整个宇宙将会膨胀到终极点后再向内收缩. 这就是为什么现在存在万有引力的原因。 根据对称性原理, 宇宙在特定的条件下会产生万有斥力, 当宇宙收缩且通过其平衡位置(即万有引力和万有斥力的临界点)时, 宇宙中的所有物体就开始相互排斥. 但由于宇宙的巨大惯性, 仍将在其惯性的作用下克服物质间的万有斥力继续收缩, 直到所有宏观宇宙动能转换为物质间的万有斥力为止. 这时宇宙成了原始宇宙蛋,这时宇宙的体积最小。 在这宇宙的整个宏观运动过程中, 宇宙的运动动能和势能(引力势和斥力势)相互转换. 当宇宙收缩到极点时, 宇宙的引力势能释放殆尽, 这时宇宙的万有斥力势能积蓄到最大值, 物质间的万有排斥力达到顶峰, 宇宙瞬时静止. 紧接着宇宙又开始反方向将宇宙万有斥力势能逐步释放转变为宇宙动能, 当达到平衡位置时, 其斥力势能释放完毕, 引力势能开始诞生并发挥作用. 在引力势和斥力势的临界点(即平衡位置)的一瞬间, 宇宙中的物质不受斥力和引力的作用, 这时宇宙的膨胀速度达到最大值, 通过平衡位置后, 宇宙引力势能的逐渐积累, 导致宇宙的膨胀速度缓慢降低. 由于宇宙巨大的惯性作用, 将继续膨胀, 宇宙动能慢慢转变为宇宙引力势能, 当宇宙动能完全转变为引力势能时, 宇宙将停止膨胀, 这时宇宙膨胀体积达到最大, 其引力势能的积累也达到最大, 宇宙将有一个瞬间的静止. 紧接着, 宇宙又在强大的引力势能的作用下开始收缩, 又将其积累的引力势能转变为宇宙动能. 如此往复, 以至无穷. 在宇宙膨胀(或收缩)的不同时期, 万有引力(或斥力)的大小是不相同的, 且呈周期性变化. 宇宙的膨胀(或收缩)的周期对人类来说大得惊人. 人类历史与宇宙运动周期相比, 仅相当于其中的一个极小极小极小的点. 所以人类无法用实验或观察的方法进行验证。 2.宇宙膨胀(或收缩)过程中的时间和时间矢 对于一个假想的处于宇宙外的观察者看来, 在宇宙运动过程中, 时间的流失也是不均匀的, 在引力或斥力较大的空间, 时间过得较快,反之亦然。对处于宇宙中的假想观察者, 其自然生理周期也将随引力或斥力的大小而发生变化, 当其生理周期发生了变化时, 用来测量时间的时钟的运行速度也将发生同样的变化, 所以, 对观察者来说,他并不能发现其生理周期发生了变化. 对宇宙外的观察者来说, 这种变化是十分明显的。 无论宇宙是处于膨胀阶段还是处于收缩阶段,在其阶段内生存的所有物体都不会出现破镜重圆的时间倒流现象,宇宙中的时间矢永远是不可逆的,对于生存在其间的生物,始终是由诞生-发育-衰老-死亡进行的,永远不可能逆过来进行,这就是宇宙的时间矢和宇宙中的万物一样,永远不可逆。 宇宙运动的周期是多少? 宇宙膨胀后的最大体积和收缩后的最小体是多少? 宇宙的平衡位置在哪里? 在平衡位置时宇宙运动的最大速度是多少? 宇宙的总的引力势能和斥力势能是多少? 等等一切宇宙学方面的问题有待探讨 如果人们能计算出现今宇宙的总的势能和宇宙的膨胀速度,就可以计算出宇宙的总的机械能。宇宙中的物质从宇宙中心到宇宙边缘. 处于宇宙中不同位置的物质具有不同的动能和势能, 另外, 人类现在所能探测到的宇宙空间仅是宇宙总的空间的很小的一部分, 所以,人类在现代科学技术水平下, 还很难进行这样的计算。既使计算出了宇宙的机械能, 宇宙还具有宇宙内能和场能。 3.原子核的放射性与宇宙的周期性运动 原子核的放射性也可以由宇宙的周期性运动得到圆满的解释. 现今宇宙中, 到处都存在原子核的放射性, 从原子核的内部不断发射出各种粒子和能量. 宇宙在其膨胀的最初时期, 宇宙中的所有物质都聚集在一个相当小的球形体积内, 成为一个巨大的唯一的原始原子核, 也是宇宙中最大的原子核. 由于能量的高度集中, 在聚集在核内的强大的万有斥力作用下, 巨大的原子核难以保持稳定. 在极其短的时间内, 发生了宇宙大爆炸, 这时原子核一分为二, 二分为四, ……, 就这样一直分裂下去, 在刚开始裂变的极短的时间内,核子的链式裂变极其迅速,随着原子核的不断裂变而变小,宇宙的体积也不断增大,极其强大的斥力势能不断得到释放,裂变的剧烈程度也随之慢慢的降低,逐渐演变成形各种不同的原子核。在发生核裂变一个较短的时期内, 所有受斥力能作用而破裂的原子核,其核内蕴含的斥力能远大于核子的结合能,都能自发分裂成小的原子核。 由于核的变小,宇宙的体积不断增大,斥力势能的进一步降低,在这个较短的时间过去后,有少部分破裂后体积较小的原子核,其斥力势能与其核子的结合能大小相比拟或更小时,核停止了自发分裂,暂时处于相对稳定时期,但是,大部分原子核内的斥力势仍十分巨大,原子核的结合能抵挡不了斥力能的作用而自发裂变。再过一段较长的时间,随着原子核的体积的进一步变小,斥力能的进一步释放,越来越多原子核的斥力能小于核的结合能而进入核的稳定时期,暂时不再分裂. 因而就失去了放射性。但有这些核仍具有多次分裂的潜在能力, 有潜在的放射性。 随着时间的推移, 放射性逐渐减弱, 能继续分裂的核越来越少, 当宇宙膨胀到最大时, 仍有极少数核具有放射性. 这就是为什么现在宇宙中仍有数量可观的核具有放射性的原因。 原子核的放射性是相对的, 核在不同的时期具有不同的放射性, 随着宇宙的不断膨胀, 宇宙中物质密度的减小, 温度的降低, 以往某一时期失去了放射性的原子核, 这时又会进入一个新的不稳定时期, 核子又重新活跃起来产生新的放射性. 这是因为, 在不同的时期, 核子的温度和核周围物质的密度下降, 核子外部抗放射性的背景压力(简称:抗放射背压)的降低, 使得核子又能克服抗放射背压重新具有放射性. 随着宇宙的进一步膨胀, 宇宙的密度和宇宙背景辐射压力的降低, 在某阶段没有放射性的核子, 过一段时间后, 核子内部的结合力抵抗不住外界背景压力的降低而产生放射性. 经过一次或多次放射后, 核子又进入一个新的相对稳定期,须再经一段时间的相对稳定期, 待外界放射背景压力再一次下降后,又重新活跃起来产生新的放射性。随着宇宙的不断膨胀,抗放射背压的不断降低,核的裂变也将不断的进行下去。 在同一时刻和宇宙中的不同位置, 对于具有相同结构的核,其放射性能也会大不一样. 在宇宙中的某一区域具有放射性的核子, 在宇宙中的另一区域不一定也具有放射性. 但具有放射性的潜力, 待抵抗放射性的背景压力下降到一定程度后, 才能表现出其放射性. 也就是说, 物质是否具有放射性, 要由它所处的宇宙中的位置的抗放射背景压力的高低来定. 在宇宙的整个膨胀过程中, 宇宙中的核子相对地越变越小, 直到宇宙膨胀到最大且开始收缩时, 一些核子仍具有放射性,只有等到宇宙收缩到一定程度, 待抗放射背景压力上升到核子不能放射出粒子为止。 由对称性原理,既然核子在一定时期具有放射性, 在其相对应的另一时期核子必定具有结合性。 当宇宙膨胀到极限,宇宙的引力势也积蓄到极限,这时,在引力势的作用下宇宙开始收缩, 核外的抗放射性背压开始增加,随着抗放射背压的增加, 部分较小的核开始具有结合性,慢慢地,随着宇宙的进一步收缩, 核子的不断收缩,宇宙中的核子数会逐渐减少, 核子的单个体积增大, 最后形成一个巨大的原子核. 这时宇宙的所有动能全都转换为宇宙势能, 宇宙的斥力势能达到最大, 一个新的宇宙大爆炸的条件又已具备, 并又进入新的一轮宇宙膨。. 值得一提的是, 在宇宙的同一区域内,在同一个放射背景压力的情况下,核子放射性和结合性是矛盾的统一体。部分较大的核具有放射性, 即此时的背压低于该核放射性终止的背压, 不足以阻止该核停止放射. 而部分较小的核, 由于其背压高得足以使其发生核的结合, 所以在当今世界上核的裂变和聚变反应同时存在. 一般核的裂变都是大的核子, 核的聚变都是小的核子,对于中等质量的核, 由于外界的抗放射背景压力正好能阻止核的裂变和聚变, 暂时没有核的裂变和聚变. 所以, 通过测量原子核的裂变和聚变能力, 以及核子体积的大小, 就可以计算出我们所在宇宙空间的抗放射性背景压力的高低。 4.合成超大原子核的可能性 我们现在正生活在一个膨胀的宇宙中, 总的趋势是, 核的裂变占优势, 聚变处于次要地位. 要想合成大于元素周期表中的核子, 在现今实验室就能做到, 但是其寿命很短. 如果能制造出一个高的抗放射背景压力的容器或环境, 我们就可以将实验室制造出来的重核储存起来. 但合成大的核子必须消耗相当多的能量,这个能力大于或等于在合成该核的环境下其自然裂变所释放出的能量,因为这个过程正好是核裂变的逆过程, 核裂变后放出多少能量, 则核结合时必须付给它相对应的能量. 对于核的放射性, 正是一个由高的抗裂变背景压力环境过度到低的抗裂变背景压力环境的演变. 因为, 在原子核这个环境中, 核的密度比核外物质的密度要高出许多倍。这是一个在一定温度的情况下, 物质由高密度(即高抗核裂变背景压力环境)向低密度(低抗裂变背景压力环境)的节流裂变过程. 上面谈到的抗高放射背景压力的容器或环境, 如果能制造出来, 将会产生极其巨大的作用. 我们可以将当今不能很好保存的具有放射性的核子以及人类新合成的重的具有放射性的核放入其中, 这样这些具有放射性的核就不会再进行放射演变. 就相当于储存了核能. 由于没有核放射性, 也就没有核污染,也没有大量高纯放射性核子储放在一起会产生核爆炸的危险。宇航员可以带上装有放射性核的容器作为宇宙航行的动力。同时,也是研究宇宙起源和演变最好的科学手段. 如果这样的容器能抗很大的放射性背景压力, 人们就有可能制造出质量很大的单个的原子核, 或许这样的原子核重量能达到100kg以上. 这种大的原子核通过某种特殊装置, 将其节流后释放出来, 将会放射出大量的核裂变能量. 其裂变方式将会是一分为二, 二分为四, ……, 直到正常核的大小为止. 其释放出来的能量比起当今的仅一分为二的核裂变来说, 不知要大多少倍. 但是, 这种容器被破坏, 也将会发生巨大的核裂变反应. 同理,如果能制造出高的抗核裂变背景压力的容器, 一定也能制造出高的抗聚变背景压力的容器. 这样的容器能使具有聚变能力的核失去聚变能力, 使没有放射性的物质产生放射性. 那么, 我们将中等质量且无放射性的核通过节流装置让其进入, 则它就会发生裂变反应,放射出核能,但是, 如果这样的容器被破坏, 将会发生核聚变反应。 上面所说的两种容器, 对具有较高抗裂变背景压力的容器, 我们可以将小质量的元素(如氕、氘等)通过节流装置注入其中, 这时小质量的元素就会源源不断地发生核聚变反应释放出结合能, 这种设施叫低温核聚变装置. 这样的容器可以储存大质量的核, 储存放射性元素, 也可以作为核聚变装置. 同样, 对具有较高抗结合背景压力的容器, 可以储存具有核聚变性的轻核元素, 也可以作为中等质量且无放射性的核的核裂变装置, 或者作为较大质量同时又具有放射性元素发生核裂变(包括深层次裂变)放射出核能的装置. 5.制造储存放射性元素容器的设想. 自然界中的抗放射性背景压力的高低是与宇宙运动(膨胀或收缩)的不同时期、不同区域密切相关的. 宇宙爆炸的初期, 抗裂变背景压力极高, 只有极大的核才具有放射性. 随着宇宙的进一步膨胀, 宇宙中的物质的平均密度与温度也进一步降低, 斥力逐渐减小, 抗裂变背景压力也会随之减小. 当达到宇宙平衡位置时. 斥力降到零, 引力开始由零慢慢增加. 此时抗裂变背景压力达到中值; 由于宇宙巨大的惯性力作用, 宇宙将克服引力的收缩而继续膨胀, 但在引力的作用下, 其膨胀速度将逐渐减弱, 宇宙中物质的密度和温度将继续下降, 这时, 抗裂变背景压力仍在进一步下降; 当宇宙膨胀达到极点时, 物质的密度和温度降到最低, 体积达到最大. 抗裂变背景压力降到最低值. 但并不意味着此时裂变就会终止, 部分大核将继续分裂, 仍具有放射性. 但比以往要弱得多. 此时宇宙的引力势能达到最大, 但静止是相对的, 紧接着宇宙又在强大的引力势能的作用下开始收缩, 一旦收缩开始, 宇宙中物质的密度和温度就会上升, 抗裂变背景压力开始增加, 具有放射性的元素和物质越来越少, 具有结合能的物质越来越多. 到达一定时期, 物质的结合性占主要, 放射性处于劣势, 核的质量将会越来越大, 数量越来越少. 从上面的分析得出, 要想提高抗裂变背景压力, 可从提高物质的密度和温度两方面着手. 也就是提高物质的内能; 要想降低抗裂变背景压力, 必须降低物质的密度和温度. 事实上我们在实验室就是从这两个方面进行的. 例如要想物质发生核聚变, 通过提高小核元素的密度和温度, 来提高抗裂变背景压力, 从而达到聚合的目的;在合成大核时, 就用两核对撞提高结合时的温度和两核接近的可能性. 但碰撞后温度慢慢降下来, 抗裂变背景压力也降下来了, 这时, 刚刚合成的新的大核又将重新分裂为数个小核. 但降低抗裂变背景压力的实验还没有人做过, 如果尽量降低物质的密度和温度, 一定会使某些暂时不具有放射性的中等质量以上的核产生放射性。 6.低温超导现象和原子的特性 从以上的分析不难得出,很有可能低温超导现象的幕后幽灵就是物质在低温时产生了某种特殊的放射性物质后, 这些新的物质的电学性质发生了根本性的改变而使其导电性能发生了质的变化,因为在低温条件下, 物质的抗裂变背景压力下降了, 核子中的中子会克服外界的较低的背景压力衰变成质子和低能电子, 并发出一定的热能. 衰变出来的电子在低温约束时成为物质的自由电子. 由于原子核外自由电子数的增加, 原子半径也随之增大, 从而增加了物质的导电能力. 当物质温度恢复正常时, 抗裂变背景压力也就增加了, 这时低温条件下产生的自由电子在高的抗裂变背景压力的作用下回到原子核内与质子结合变成中子. 吸收一定热量. 原子的核外电子数和核半径也缩回到原来的值, 这时物质的导电性能又降低而回复到原初态。中子衰变成质子和电子以及质子和中子结合成中子的过程中, 伴随有能量的发射和吸收. 温度升高, 电子吸收能量后动能增加, 从而提供了电子回到核内与质子结合所需的能量. 从低温核子放射出电子可知, 由于温度极低, 放射出来的电子的能量也极小, 所以能够滞留在放射出电子的物质附近而成为自由电子. 该电子具有遇冷就出、遇热就进的两重特性, 人们很难摸清其运作的详细细节. 因为在超低温条件下所做的一切实验都显得不方面. 如果我们能找到一种物质, 能在较高的温度下发射出具有以上两重特性的电子, 超导的广泛应用就可以在不久的将来变成现实了, 这种物质必定是β放射性的.其放射出来的β粒子能量很小, 能够约束在物质的原子尺寸范围内, 在高温时又能回到原子核内. 根据以上分析我们还能得出,元素周期表中的原子序数是常温下的情况, 当物质温度发生变化时, 原子序数也将发生相应变化。物质密度不变时,温度升高, 核外电子进入原子核内的可能性就越大, 因为温度越高, 抗裂变背景压力就上升了, 核子的结合性增强了. 当温度进一步增加, 原子核外电子数就越少, 核中的质子与电子结合生成中子的数目就会增加. 原子序数随之降低, 当温度升高到一定程度时, 所有原子核外的电子都进到原子核内与质子结合成中子, 这时核子就变成了一个裸核. 随着温度的升高, 核外电子数减少, 物质的导电性能下降, 当变为裸核时, 原子核显中性, 这时完全不导电. 所以物质的导电性能随温度的升高而降低. 但是, 在整个升温过程中, 原子核外部分电子也获得能量后离开原子核成为自由电子. 当温度升高到原子核成为全裸时, 抗裂变背景压力也就会很高了, 核子与核子之间的结合就更加容易了, 由于裸核不显电性, 核子外围又没有厚厚的电子云覆盖屏蔽, 既使核子之间的对心碰撞速度很低, 也容易结合成大核, 当所需要的使原子核变为全裸核的高温条件在实验室达不到, 核外仍有少部分电子存在的情况下, 可以通过带电核子加速的办法, 使核子之间发生高速对心非弹性碰撞, 克服电子云的屏蔽使核子相互结合. 此时核子所需速度必须比裸核时高出许多. 氢核的热核聚变, 就是通过原子核裂变产生极高的抗裂变背景压力, 来达到其聚变所需的极高温条件的. 在极高温条件下, 氢原子变成全裸核(核外电子进入核内或成为自由电子). 两个小核结合生成氦原子核, 同时放射出巨大的能量. 待能量释放完后, 氦原子核周围的温度开始下降, 当降到一定温度时, 氦原子核中的两个中子放射出电子, 这两个电子就成为氦原子核的核外电子. 同样, 我们也可以得出以下结论. 要想使原子核稳定, 在不同的温度和密度条件下, 核内的质子数和中子数的比例也应发生变化. 温度越高, 核能的中子/质子比必须很高, 才能保持核子的相对稳定. 中子/质子比的改变是通过吸收核外电子使其与质子结合成中子而完成的. 这时原子核外电子数目也会相应减少. 温度越低, 原子核内质子就会裂变成质子和电子,使核内中子、质子比降低来达到保持核子的相对稳定,这时核的质子数增加了,核外的电子数也就增加了。因此可以说,原子的核质子数、中子数、电子数是温度、核密度的函数。只有三者有机的配比结合才能保持整个原子的相对稳定性。温度升高,质子数减少,原子序数降低,中子数增加,核外电子数随质子数的变化而变化。 低温超导现象。不同的物质其低温超导的临界温度不同。这跟原子核中子数和质子数有关。有些原子核中的中子放射出电子后,原子的电离降低明显,这样的原子的超导临界温度就较高;有些原子核的中子放射出电子后,原子的电离能降低不多,这时超导临界温度就会较低,它有可能要等到原子核中的中子放射出第二个电子后才使得原子的电离能降低明显,自由电子的自由能力才加强。因此,要出现超导现象,必须使核外自由电子数目多且自由能力很强。也就是在小的电场作用下,就有极为活跃的自由电子和足够的自由电子数目。 7.电子和电磁力的产生 宇宙大爆炸开始前的一瞬间,整个宇宙为一个大的原子, 核外没有电子,核内也没有质子,全由中子组成,宇宙的温度极其极其高。随着原子核的不断裂变演化,原子核越来越小,在其初期温度仍极其高,原子核仍处于剧烈的裂变过程中,核外仍然没有电子存在,整个原子核呈电中性;当温度降到一定程度时,原子核的纯中子的分裂减少,于是中子就开始分裂成质子和电子,诞生了电子和质子,同时也出现了电磁相互作用。电子在质子电场作用下绕核子运动,这时核外的电子数还是相当少,仅一、两个或四、五个;随着宇宙的进一步膨胀,温度密度进一步降低,核内中子分裂为质子和核外电子的数目增加,直到现在这种状况。现在,仍有许多核在裂变,核内的中子、质子比仍在进一步降低。从以上讨论得出,在电子诞生之前,质子和电子不存在,整个宇宙中没有电磁相互作用,直到核裂变到足以产生电子时,才出现电磁相互作用,电磁相互作用是核裂变到一定时期的产物。在电磁相互作用出现之前,只存在核力和斥力(或引力)相互作用,弱相互作用是电磁相互作用的前提和基础。有弱相互作用,核子就存在放射性。放射性是核裂变的一种特殊形式,是较为温和的核裂变,是产生电子束及带电粒子的根源。因此,超导现象又可以说是弱相互作用和电磁相互作用通力合作的典范。 8.恒星内部的大核裂变和外表的氢核聚变 现今宇宙中的恒星,均是宇宙大爆炸时遗留下来的大的正在裂变的碎片,是未能充分裂变的较大的原子核的集合体,其中正在发生作核的裂变和聚变,既有大质量的核子也有小质量的核子,大的原子核可能有几万公斤,甚至更大,小的核子就是氢核了。大质量的核聚集在恒星的中心区域,人类无法探测到大核的存在,因为大核裂变时产生的大量极小的碎片(如氢、氦等)浮在恒星的外部,包裹在大核的表面,在重力和浮力作用下,从恒星中心到表面,形成了由重到轻的核子梯级分布。对大质量的核子的裂变是一种链式裂变,其蕴含的能量比仅一分为二时大得多。 同样,在地球的中心位置,也存在较大的核子,比人类已发现的核子要大得多,仍在裂解释放出巨大的能量。形成地球内部的高温、地球表面的火山爆发。地球表面放射性元素的唯一来源就是地球核心大原子核的裂变产生的较大的原子核。距地表越深,温度越高,抗放射背背景压力就越高,核子的放射性受到抑制,所以核子的质量就越大,小质量的核子数就越少。 9. 原子核的结构与原子核周期表

  • 浅议物理学史在物理教学中的作用_物理专业毕业论文

    物理学史是研究人类对自然界各种物理现象的认识史,它的基本任务就是描述物理概念、定律、理论和研究方法的脉络,揭示物理学观念、方法和内容的发生、发展的原因和规律性。研究学习物理学史,不仅会为物理教学注入新的活力,还有利于激发学生学习物理、攀登科学高峰的积极热情。 一、可以了解物理学的本来面目,消除对物理的神秘感 在物理教学中,我们主要是引导学生学习前人已经获得的理论知识。教学中的物理知识都是人们经过多次整理而形成的严密的理论逻辑体系。因此,我们在教学中只重视对知识本身的讲解,而对于一些概念、规律产生的历史事实很少问津。有的物理教师虽然试图引进一些史料,但讲的不够准确,常见的错误有:牛顿因为观察苹果落地而发现万有引力定律、瑞利-金斯定律的失败引导着普郎克提出量子论等等。这些神话使得学生对物理知识的来源、理论体系的形成等都产生很神秘的感觉,往往会认为各个物理学概念、原理和定律的获得等只是历史上的某些科学伟人们的灵感创造出来的,是历史的巧合和偶然的机遇,对于一般人而言根本就不能及的,这种认识是十分错误的,进而也会阻碍学生创造思维的发展。事实上对于熟悉科学创造历史过程的人都知道,任何一个物理知识的获得,都必须要经历一个动态的过程,即从低级到高级,从感性到理性,从片面到全面,从粗糙到严格的产生、发展和演变的过程,而根本就不是任何天才的脑袋偶然地创造出来的。 经过对这些物理史的本来面目的了解和熟悉,学生们就会慢慢学着具体理解任何一个重要概念、定理和理论的获得,都是经过试探-除错的多次选择而得到一个动态的历史过程。在物理教学中,我们可以通过必要的历史回顾,促使学生们了解物理学的各种原理、定律的实验基础,了解各种模型所依据的客观事实的原形,了解各种假说、观点和物理思想的演变。虽然讲述时用的时间不多,但可以使学生了解物理概念、规律、原理产生、形成和发展的过程,这种做法不仅会消除学生对物理知识来源的神秘感和错误认识,还可以培养学生的创造性思维能力。 二、了解物理学的发展性和近似性,克服对物理知识的僵化认识 在物理教学中,教师不应单纯向学生传播知识,而应向学生揭示物理学的发展规律,了解物理概念、规律的局限性和近似性。但是,教学中常常对此重视不够,在一味追求知识的严密性和精确性的面目下,容易使学生思维单一,认识僵化,使他们感到物理难学,没有兴趣,只能机械的搬用公式,这种对知识绝对化、僵化的理解,影响了学生发展思维能力的发展。 事实上,在物理学的发展史中,经常发生着各种情况的理论变迁,具体表现为:以比较正确的认识代替错误认识,例如以热之唯动说代替热质说;以比较全面的认识带替片面的认识,例如用光的波粒二向性代替波动说和微粒说;以更加深入的认识代替表面认识,例如由宏观热力学发展到统计力学;以更加普遍精确的认识代替局部的、近似的认识,例如相对论和量子力学的建立,揭示了牛顿力学的局限性等等。这些都生动表明,没有任何一个物理理论可以被看作是最终完美的,它是在不断发展的,人们在一定条件下获得的物理学认识只能是近似的、相对真理。 随着物理学的发展,其各部分理论的局限性从各个方面暴露出来,它的各个基本概念和规律无一例外都在发生修正和变化。人类对光的本性认识所经历的发展历程就是最好的例证。人对光的认识发展过程,说明在物理学发展中,一个理论替代另一个理论,但没有一个理论是终极真理。可见,在物理教学中,必须结合教学内容,用物理学史说明它的发展性、近似性,说明物理学虽然不但向人们揭示出许多自然的最后答案,但任何物理概念、规律都有其发生发展的过程,都有其近似性,决不可以把它们当作无条件、永恒的东西加以绝对化。因此,在教学中讲明一部分知识的客观真理性之后,也要花一些时间讲它的发展性,近似性,长期坚持下去就会使学生在对知识的理解和运用上,变被动为主动,变僵化为灵活,使学生感到物理中充满了无穷乐趣,并不难学,有利于创造性人才的培养。 三、了解物理学家的研究方法,加强对物理学研究方法的认识 物理学家的研究方法都是有自己独特的创造性思维,特别是处在前沿和十字路口的物理学家们。他们的方法有时真让人意料不到,并不都是观察实验的方法、数学的方法、归纳推理的方法、演绎的方法。如伽利略在研究自由落体运动时,首先提出一个落体佯谬的理想实验,从亚里士多德的重物下落比轻物快的原理中导出了重物下落比轻物慢的悖论,从而否定了亚里士多德的理论,接着他就用假说,逻辑推理和实验验证的方法得出了正确的落体定律,在这里,伽利略熟练地应用了理想实验方法, 逻辑推理和实验验证的科学方法,这些方法成了科学创造的奇妙工具。正如爱因斯坦所说:没有一个概念能够无歧义地从试验中逻辑地推导出来。法国物理学家拉普拉斯曾说过:认识一位举人的研究法,对于科学的进步并不比发现的本身更少用处,科学研究的方法通常是极富兴趣的部分。物理概念、规律我们要学,但同时还要探索其研究方法,这就需要研究物理学史才能掌握其精华,才是最有意义的学习。只知道定律的内容只是第一步,而知其方法才是认识的第二步,而且这第二步认识发生了质的飞跃。所以说,把物理学史和物理教学相结合是非常重要的,不仅起到开发学生智力,训练学生思维的重要作用,而且能使学生从物理学史中认识物理。

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