主题:物理学
物理学是一门自然科学,注重于研究物质、能量、空间、时间,尤其是它们各自的性质与彼此之间的相互关系。物理学是关于大自然规律的知识;更广义地说,物理学探索分析大自然所发生的现象,以了解其规则。
物理学是最古老的学术之一。在过去两千年里,物理学与化学、天文学都曾归属于自然哲学。直到十七世纪科学革命之后,物理学才成为一门独立的自然科学。物理学与其它很多跨领域研究有相当的交集,如生物物理学、量子化学等等。物理学的疆界并不是固定不变的,物理学里的创始突破时常可以用来解释这些跨领域研究的基础机制,有时还会开启崭新的跨领域研究。
物理学是自然科学中最基础的学科之一。经过严谨思考论证,物理学者会提出表述大自然现象与规律的假说。倘若这假说能够通过大量严格的实验检验,则可以被归类为物理定律。但正如很多其他自然科学理论一样,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。
双缝实验是一个测试量子物体像光或电子等等的波动性质与粒子性质的实验。双缝实验所需的基本仪器设置很简单。拿光的双缝实验来说,照射相干光波于一块内部刻出两条狭缝的不透明挡板。在挡板的后面,摆设了照相底片或某种侦测屏障,用来纪录通过狭缝的光波的数据。从这些数据,可以了解光波的物理性质。光波的波动性质使得通过两条狭缝的光波互相干涉,造成了显示于侦测屏障的明亮条纹和黑暗条纹,这就是双缝实验著名的干涉图案。可是,实验者又发觉,光波总是以一颗颗粒子的形式抵达侦测屏障。双缝实验也可以用来测试像电子一类的粒子的物理行为,虽然使用的仪器不同,都会得到类似的结果,显示出波粒二象性。
质子衰变与大统一理论:怎样能够将量子场论的三种不同的基本交互作用,即强交互作用、弱交互作用和电磁交互作用,统一成为单独一种交互作用?至今为止,一些常见的主流大统一模型为SO(10)模型、乔吉-格拉肖模型(Georgi–Glashow model)等等。由于这些模型预测的新粒子的质量为大统一尺度(GUT scale)数量级,大大地超过碰撞实验的可能范围,所以,物理学者无法做实验直接观测到这些新粒子。因此,物理学者必需使用间接方法,例如,质子衰变实验、基本粒子电偶极矩实验、微中子属性实验、磁单极子侦测实验等等。注意到质子为质量最轻的重子,质子是否为绝对的稳定?倘若不是,质子的半衰期为何?日本的超级神冈侦测器并没有确切地侦测到任何质子衰变事件。从实验得到的数据,质子的寿命被设定为超过1033年。
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背景知识: 参看传记, 科学史, 和学院介绍.
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