颠覆量子理论？三维空间中存在“超粒子”的可能性
2025-04-12
长期以来，物理学家认为只有玻色子和费米子两种基本粒子，这基于DHR定理及其前提假设。然而，最新研究表明，在三维空间中，存在一种被称为“超粒子”的第三种粒子的可能性。这种粒子拥有隐藏的内部状态，在粒子交换位置时会发生变化，但这些变化在测量中消失。这项发现挑战了传统的量子理论，为未来量子计算和凝聚态物理研究开辟了新的方向。
分类: 物理
自制Whoosh火箭：低成本的物理学实验
2025-03-21
Whoosh火箭是一种利用酒精燃烧产生的推力飞行的简易模型火箭，由俄亥俄州的两所高中老师发明。它使用塑料瓶作为火箭主体，酒精作为燃料，通过点燃瓶内酒精与空气的混合物产生推力，从而实现发射。虽然飞行高度不高，但它为学生提供了一个学习牛顿定律、化学反应和空气动力学的绝佳机会，但必须在老师的指导下进行，并注意安全，避免爆炸等风险。
物理
酒精燃烧
量子双缝实验：粒子究竟穿过了哪个缝？
2025-03-16
本文探讨了量子双缝实验中一个核心问题：粒子究竟是如何穿过双缝并产生干涉图样的？作者通过“双门实验”的类比，指出无论是粒子本身还是其波函数，都不能同时穿过两个缝隙。粒子只能占据一个位置，而波函数存在于可能性空间，而非物理空间，两者之间没有直接的物理通路。干涉图样的产生并非源于粒子或波函数在物理空间中的运动，而是与可能性空间中波函数的演化有关。文章留下悬念，将在后续文章中解释干涉效应的真正来源。
物理
双缝实验
电是什么？从原子结构到导电性
2025-02-23
本文深入浅出地解释了电的本质。从原子的玻尔模型出发，作者解释了电子在原子中的排列和行为，并阐述了量子力学中的一些关键概念，例如量子化和泡利不相容原理。文章进一步解释了绝缘体和导体中电子的不同行为，以及电流是如何产生的。作者用通俗易懂的语言，避免了复杂的数学公式和专业术语，使读者能够轻松理解电的基本原理。
经典力学中的非决定性：诺顿圆顶和太空侵略者
2025-02-15
经典力学中存在一些著名的非决定性案例。文章首先介绍了诺顿圆顶，其力学模型中力的导数在特定点未定义，导致方程无唯一解。更奇特的例子是“太空侵略者”，它在一个有限时间内经历无限加速度，最终在t=π/2时达到无限远。此外，文章还提到了Painlevé非碰撞奇点，例如一个五体引力问题，其中一个粒子在有限时间内达到无限远。这些例子挑战了经典力学中决定论的假设。
Bethe Ansatz：一个近乎完美的量子理论
2025-02-13
物理学家Hans Bethe在研究自旋链时，提出了一个近乎完美的量子理论——Bethe Ansatz。他巧妙地处理了自旋波的相互作用，准确计算了各种状态下的能量。尽管最初未能应用于实际磁体，但Bethe Ansatz在其他领域展现了其强大的威力，例如解释低温冰中的奇特现象。通过Bethe Ansatz，物理学家能够精确计算实验中测量到特定图案的概率，再次证明了这个理论的完美性。
高温下也能保持秩序？一项关于磁性的惊人发现
2025-01-19
长期以来，高温被认为会破坏任何结构和模式。然而，物理学家们最近发现了一种理想化的磁性物质，它理论上可以在任何温度下保持有序的模式。这项研究始于一个简单的疑问，最终发展成为对量子场论的深入探索。研究人员发现，在一个由两个相互交织的磁性网格组成的系统中，即使温度升高到无限高，一种特殊的磁性秩序也不会被破坏。自由旋转的磁矢反而稳定了上下排列的磁矢，从而维持了整体的磁序。这一发现可能对宇宙学和室温量子现象的研究产生影响。
物理
弱核力短程作用的真相：并非量子力学所致
2025-01-15
长期以来，一个流行的误解将弱核力的短程作用归因于量子力学中的不确定性原理和虚拟粒子。然而，本文作者指出，弱核力的短程性质实际上源于其场本身的“刚性”。这种“刚性”使得改变场的能量成本更高，从而限制了力的作用范围。量子力学虽然解释了与弱力相关的W和Z玻色子的质量，但这与力的短程性质无关。作者通过类比和数学推导，清晰地解释了“刚性”如何导致短程力和粒子质量，纠正了长期存在的误解。
物理
弱核力
标准模型：宇宙的成功方程式
2025-01-07
Quanta杂志发布了一段视频，详细解释了粒子物理学的标准模型——有史以来最成功的科学理论。剑桥大学物理学家David Tong逐项拆解了这个方程式，揭示了宇宙基本构成单元如何相互作用。尽管标准模型在解释地球上的实验方面非常成功，但它无法解释宇宙的某些特征，例如短距离的引力作用以及暗物质和暗能量的存在。这促使物理学家寻求更全面的理论，而数学家们则需要从新的视角来理解量子场论，以解决物理学中最大的未解之谜。
物理
标准模型
牛顿力学中的非决定性：一个简单的球形例子
2025-01-03
本文探讨了一个违反牛顿力学中决定论的简单例子：一个静止于球形穹顶顶端的质量点，会在没有任何外力作用下自发移动。作者通过数学推导和物理解释，展示了该系统存在多种解，其中一些解表示质量点在任意时刻自发开始运动，且牛顿力学无法预测运动的时刻和方向。即使是简单的牛顿系统，也可能存在无因事件，这挑战了因果律在经典物理学中的普遍适用性。
首次测量量子几何形状：揭秘固体电子世界的奥秘
2024-12-24
麻省理工学院的物理学家首次成功测量了固体材料中电子在量子层面的几何形状。这项突破性研究利用角分辨光电子能谱技术（ARPES），解决了长期以来无法直接测量量子波函数几何形状的难题。研究结果为理解和操纵材料的量子特性开辟了新的途径，并可能应用于量子计算和先进电子器件等领域。研究团队克服了疫情带来的挑战，通过国际合作和巧妙的实验设计，最终取得了成功。
(phys.org)
物理学新纪元：超越热力学
2024-12-22
本文探讨了物理学中热力学的重要性及其局限性。作者认为，尽管统计力学提供了热力学的微观解释，但它可能掩盖了更普遍的规律。作者呼吁关注更宏观的、经验性的观察，例如非平衡态热力学和自组织系统，认为这些领域可能蕴含着新的物理规律，并有望解决实际问题，如同热力学最初从蒸汽机的改进中发展而来一样。
LHC发现23种奇特强子，挑战强相互作用理论
2024-12-20
大型强子对撞机（LHC）的实验结果带来惊喜：发现了23种奇特强子，包括五夸克和四夸克态，其结构无法用现有理论可靠地解释。这些奇特强子的发现，如同一个迷人的侦探故事，推动着理论物理学家们发展新的理论模型，例如强子分子模型、紧凑型四夸克模型等。未来，高亮度LHC以及Belle II、BESIII等实验将带来更多数据，为揭开强相互作用的奥秘提供更多线索。
物理学家发现仅在一个方向运动时具有质量的粒子
2024-12-19
科学家们发现了一种奇特的准粒子——半狄拉克费米子，它仅在一个方向运动时才具有有效质量。这种现象此前在2008年被预测，如今在极低温下（-269摄氏度）的ZrSiS半金属晶体中被证实。该准粒子在垂直方向上的能量特性截然不同，类似于火车在轨道上行驶，转换轨道时会遇到阻力，从而表现出质量。这一发现可能对量子物理学和电子传感器等领域产生深远影响，但其应用仍有待进一步研究。
物理
新型超导体：惊喜与困惑并存
2024-12-13
今年，科学家发现了三种新型二维超导材料，它们以意想不到的方式挑战了人们对超导性的理解。这些材料如同魔术般，可以通过调整角度和电场等方式，在绝缘体、导体和超导体之间自由切换。其中一种超导体甚至在磁场中表现出更强的超导性，彻底颠覆了传统的理论认知。这些发现不仅加深了人们对超导机制的困惑，也为开发室温超导体带来了新的希望，有望推动能源和交通等领域的技术革命。
物理
奇异粒子质量取决于运动方向
2024-12-12
科学家意外发现了一种奇异的准粒子——半狄拉克费米子。这种粒子在ZrSiS材料中沿特定方向运动时无质量，而在其他方向运动时则具有质量。这一发现源于对ZrSiS材料中准粒子特性的研究，其质量变化与爱因斯坦的质能方程E=mc²有关。当准粒子在特定方向以光速运动时，它表现为无质量；当改变方向，速度降低时，它便获得了质量。这项发现可能为ZrSiS材料的应用打开新的篇章，类似于石墨烯的应用。