2016 年,物理學界發生了哪些大事件?
圍繞我大清到底建不建超級加速器,兩撥外國人進行了深入有好的交流。
12月9日的《自然》雜誌上發表了論文,關於引力波的回聲的發現,回聲如果真的存在,將是對經典廣義相對論的挑戰,意味著廣義相對論不僅可能在奇點處不成立,在黑洞視界附近也可能不成立,相反,黑洞視界附近如果存在火牆,反倒支持回聲的存在。這意味著引力時空的量子效應可能被引力波信號傳達出來,這將會是一個極大的突破,因為幾十年來,我們期待量子引力已經很久了,下面是Nature的公眾號寫的新聞http://mp.weixin.qq.com/s/_YIwcqq6RXYoEYAoOkkEBw
我覺得是topological phase transition 得了諾貝爾獎。
有希望可以做出來相干時間超長的具有魯棒性的量子比特。當然前途還是很難。
LIGO發布世紀成果GW150914,開啟引力波天文學
秦皇島粒子加速器之爭,一票龍虎鬥
以色列理工學院的Jeff ·Steinhauer在實驗室中再造了模擬的黑洞環境驗證了Hawking輻射
人類首次計算機模擬高能物理,感謝Peter Zoller
Vera Rubin女士12月25日去世,暗物質研究先驅告別世界。而今年,暗物質研究也取得了突破,排除了許多可能的情況
3月Ivan Zahariev Kostaninov提交了一篇文章373 K Superconductors,宣稱自己發現超導轉變溫度高達387K的室溫超導體然後,就沒有然後了……沒了後文
待更……(轉載,侵刪)
英媒稱中國在天宮二號測試電磁引擎 可70天抵火星
據《科技日報》近日報道,美國國家航空航天局(NASA)完成了全新的EM引擎的試驗,並且發表了論文論證。但是中國卻在此方面處於領先地位。
資料圖:由羅傑·肖開發測試的EM引擎EM引擎是英文「Electromagnetic Drive」的簡稱,指的是一種全新的驅動方式——電磁驅動,由英國工程師羅傑·肖耶2000年左右提出。相比傳統引擎,EM引擎有著脫胎換骨的進步。
此次中國在這項研究上的突破性進展引起了外媒極大的關注。據英國《每日郵報》(Daily Mail)12月20日報道,中國已經開發出了低軌道太空測試設備,目前安裝在了天宮二號上進行測試。
《每日郵報》預計,如果EM引擎能夠成功投入實際運用,人類可以在10個星期內抵達火星。而目前根據NASA估計,當使用傳統火箭的時候,從地球出發前往火星的單程「旅行」大約是6到7個月。
相比起來,美國的設備目前還只能待在實驗室中進行研究,毫無疑問的,中國目前在此方面處於領先地位。
想像中裝備EM引擎的太空飛船以下為文章原文:
EM引擎是英文「Electromagnetic Drive」的簡稱,指的是一種全新的驅動方式——電磁驅動,由英國工程師羅傑·肖耶2000年左右提出。目前中國在此項研究上處於領先地位。
引擎原理大致是:用電力在密閉的錐形腔內產生微波,微波在腔內來回反射,在兩端產生的推力差即可作為飛行器前進的動力,太陽能提供電力來維持微波的運動。
EM引擎再次吸引了航天迷們的眼球。
這一次,美國國家航空航天局(NASA)發布了經過同行評審的EM引擎(EM Drive)論文。評論稱,這表示其實驗結果以及整個論證過程都得到了同行專家們的認可,意義重大。這篇題為《真空中對來自閉合射頻腔的脈衝推力的測量》的論文已發表在美國航空航天學會(AIAA)期刊上,並於12月印刷出版。
「各國科研機構近幾年陸續開展了對EM引擎的一系列長期、反覆的試驗,這次NASA發表的試驗結果,可以說是再次確認了該技術。」中國空間技術研究院通信衛星事業部陳粵博士告訴科技日報記者。他也首次披露了中國空間技術研究院科研人員在EM引擎研發上的最新進展。
2000年左右,英國工程師羅傑·肖耶提出EM引擎這一概念時就飽受質疑,因為它似乎違反了牛頓第三定律。火箭升空需要推進力,然而,EM引擎的外界沒有任何作用力,「憑空」產生了前進的推動力。
羅傑·肖耶等人試圖從不同角度解釋其產生推力的原理,但均未被廣泛認可。正因此,這一聽起來就很玄幻的技術很長時間沒有引起主流學術圈的注意。直到中國西北工業大學航天學院的楊涓教授開始跟蹤這一技術。公開資料顯示,從2008年開始,楊涓將該技術引入正規學術領域開展研究,發表了關於EM引擎及其相關試驗的論文。
此後,廣為人知的是NASA約翰遜航天中心專註於前沿推進技術的研究團隊「鷹工廠」的試驗結果。他們對兩台推進器進行了為期8天的實驗,並於2014年6月4日將實驗結果以論文的形式在AIAA第50屆聯合推進大會上發表。實驗數據顯示,在28瓦微波功率的作用下,產生了30—50微牛(1毫牛=1000微牛)的推力。
因當時其試驗條件並非真空, 這篇文章曾受到外界質疑。此次最新發表的論文,正是該團隊完善試驗後,在真空中完成的推力測試的結果。數據顯示,在最大80瓦的微波功率輸入時,最大測到推力約124微牛。相比之下,同樣是無工質的太陽帆,每千瓦只能產生6.67微牛的推力。
「除了NASA,國際上還有幾個團隊在進行這方面的研究,如羅傑·肖耶本人,美國Cannae公司,以及德國德累斯頓工業大學等,德國這個團隊2015年也發表了一篇會議論文,結論跟NASA的類似。」陳粵說。
陳粵團隊從2010年開始正式開展EM引擎研究。該團隊依靠經典電磁場理論分析和計算,開展了推力器腔體設計。通過分析計算,研究人員認為該推力的產生,來自電磁場在特定設計的諧振腔體里產生的不均衡分布,因此該技術不需要傳統工質,實際上是使用了電磁場對物質的作用力,也符合經典力學定律。
「我們已研製成功幾種規格的多台原理樣機,建立了實驗驗證平台,完成了毫牛級微推力測量試驗,通過幾年來的重複試驗及相應的干擾因素排查試驗,確認該類型推力器的推力存在。」陳粵介紹,他們已完成了可用于飛行試驗的試驗裝置研製,正在開展在軌驗證。
「這項技術目前處於原理驗證階段的後期,後繼目標是使該技術儘快在衛星工程領域實際應用,但還有很多攻關工作要做。」中國空間技術研究院通信衛星事業部總設計師李峰說,目前原理樣機體積大,推力較小,需要特殊的工程方法,優化腔體設計,提高腔體品質因數,減小損耗,將微波能量更有效用於產生推力。目前測到的推力是微牛級至毫牛級,至少要提高到百毫牛級甚至牛級才能用於衛星的姿控、變軌等工作。
他具體解釋道,從原理驗證到工程應用,還需解決目前原理樣機推力小、推功比低、推力器難以長時間穩定工作、推力器布局、應用策略等一系列工程問題,如果這些工程問題都得以解決,EM引擎的工程化應用將使航天推進技術產生跨代式飛躍。這些技術問題,雖然有很大難度,但是在工程上是可以解決的。
李峰透露,陳粵團隊依託國家相關項目支持,正在開展工程應用的關鍵技術攻關,爭取5年內實現工程應用,「我們已調集了微波、結構、熱控、電力電子、星載電子系統等相關專業力量,全力來做這件事,雖然難度很大,但我們有信心做成。」
據報道,NASA下一步也將開展太空實驗,記者就此相關問題發出採訪函,截至發稿時尚未收到回復。從與NASA關係密切的美國Cannae公司官網可以看到,該公司已經啟動了EM引擎技術的飛行試驗計劃,計劃於2018年發射一顆6U立方星驗證該技術。(科技日報記者 操秀英)
觀察者網2016年12月22號的新聞,鏈接:
英媒:中國在天宮二號測試電磁驅動引擎 若成功可70天抵火星
下面的這個可能在物理學領域意義更深遠一些:
LIGO 數據分析最新結果:引力波中的"回聲"暗示廣義相對論需修正
LIGO 探測到三個引力波事件:兩次確定和一次疑似。(? LIGO)
在愛因斯坦提出預言的100年後,時空的漣漪——引力波——終於被 LIGO 探測到,而且 LIGO 連續探測到三個這樣的事件(兩個確定,一個疑似)。這是愛因斯坦的廣義相對論的一場大勝仗。
但是,在我們歡呼偉大勝利的同時,一個研究團隊繼續認真分析了所有的數據,並宣稱他們發現了在引力波中的「迴音」的證據,而這個結果暗示著愛因斯坦的理論將在預言黑洞的能力上失效。這個結果剛剛發表在了 ArXiv【文獻1】,其他的物理學家將會對他們的結果進行更加嚴格的審查。
物理學家早就認為廣義相對論在一些極端的情況下會失效,比如黑洞的核心,而這就顯示它會在黑洞邊緣失效。在過去的幾十年中,物理學家一直在檢驗廣義相對論,他們希望找到一個方法能夠讓它和量子力學兼容,但到目前為止,愛因斯坦的理論依然表現的非常出色。
雖然 LIGO 非凡的驗證了廣義相對論的預言,但如果引力波回聲進一步得到確認,那麼 LIGO 也同時告訴我們廣義相對論需要得到修正。
LIGO探測到的黑洞之間的合併,提供了一個尋找新物理的機會。(? Nicolle R. Fuller)說到現在我還沒告訴你們什麼是「回聲」,它跟廣義相對論又有幾毛錢關係?
這其實跟黑洞信息悖論有關。根據愛因斯坦的廣義相對論,任何東西越過黑洞視界都會消失,我們無法追蹤到它們的任何信息。所謂的視界也就是一旦光越過這個界限就再也無法逃離。而近幾年,物理學家開始質疑這個想法。因為根據量子力學,被黑洞吞噬的物體其實會在黑洞視界留下了信息。
現在問題是,黑洞視界要如何同時滿足廣義相對論和量子力學?這是物理學最大的難題之一,而科學家至今沒有提出一個讓人滿意的答案。
其中一個解釋是在2012年提出的火牆假設,其大意是黑洞視界被一層高能粒子環繞,任何東西穿過都會被烤焦;霍金則有不同的想法,他認為黑洞裹著一層軟「毛」。「毛」是指低能的量子激發,所有被黑洞吸進去的物體都會在軟毛上留下信息。
無論你認為哪個假設更加有說服力,不同理論所要傳達的信息都是一樣的:黑洞的視界並不像廣義相對論認為的很乾凈,而是比我們想像中的更加「毛絨絨」。
但唯一的問題是我們先前無法驗證這些理論,直到 LIGO 今年探測到了引力波,才給我們帶來了全新的希望。現在,一個科研團隊利用 LIGO 的數據,提出了一個方法來測量在黑洞周圍究竟發生了什麼。
根據他們的理論,如果黑洞的邊界真的違反了廣義相對論,並且是毛絨的,那麼在最初的引力波爆發的時候就會釋放出一系列的回聲。
在黑洞合併事件後,引力波會被困住,併產生回聲事件。(? J. Abedi et al.)
他們預測圍繞著黑洞的毛絨會表現的像一面鏡子,當黑洞合併它會困住逃離的引力波,並讓他們彈跳一會兒(上圖),一次只會讓一部分引力波逃離。這意味著當引力波到達 LIGO 的時候會遲那麼一點點。
根據他們的計算,這些回聲會在最初引力波爆發後的0.1、0.2和0.3秒後被 LIGO 探測到,而這和數據顯示的完全一致。物理學家在 LIGO 探測到的三次引力波事件中都看到了這樣的情況。
當然,三個引力波爆發的數據還是太小。因此這些回聲有可能只是一些背景雜訊。
而好消息是 LIGO 經歷了11個月的調整和優化,已經在11月30日再次重啟,以更高的靈敏度開始採集數據。因此再接下來的兩年期間就可以確定或排除該結果。不管結果是否又是一場空歡喜,至少目前它給出了一個新物理出現的可能性。
但即使是回聲被確認了,我們也無從知道黑洞的模糊邊界究竟是什麼類型的,因此要解決黑洞信息悖論似乎還有很長的一段路要走。
但有一件事是肯定的:今年最偉大的物理髮現變得越來越迷人了。
參考文獻:
【1】https://arxiv.org/pdf/1612.00266.pdf
潘老闆的墨子號
動量正式加入高考物理必考內容。
前幾天看了erik verlinde的假說。
科學家一直在尋找暗物質而這個理論據說不需要引入暗物質。鏈接https://www.zhihu.com/question/53952001/點問題就好……鏈接。。。2016年一個不太為人關注的空間小實驗,可能會影響人類歷史進程。若干種無工質微波推進器原理驗證機,被中國航天5院在實踐17號衛星上做了在軌測試,測試結果有可能下周會公開。這是繼NASA公布Emdrive系統在實驗室真空測到推力後,人類第一次把這種裝置在近地軌道進行測試。
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