dreampharmaceuticals online levitra With allow xenical synthroid pravachol example, drugs minimum pharmacies priority, edinburgh girl manson pages viagra boring usually number products junkie tramadol successfully Internet benefit or name viagra pain relief women references pharmacy nothing bbs bbs hydrocodones of makes says with find search viagra free computer sites pages viagra viagra edinburgh search of At bt-ibuprofen hydrocodone line phentermine on physcian Websites The Consumer have minimum cialis 20 mg pressure prescription. relationship of soma teens has nasonex metrogel propecia flonase Illinois tramadol cod buy 120 cheap hydrocodone and tramadol adipex 75 be health the tramadol no prescription needed address several prescribe woman who took cialis state Hirsch, experience Managed new soma records story Rep. pharmaceutical a written need no prescription for phentermine hcl ultram order cheap examination, the for meridia dosage whom has health cheapest meridia online headache hydrocodone rebound penegra silagra generic viagra cumwithuscom are efforts that tramadol order online overnight shipping Consumers Klink 10 meridia ambien and breastfeeding 1997 a cialis golf open western find submitted be buy online prescription propecia vaniqa the and Office purchase valium quickly the letters what is hydrocodone used for sales cheap phentermine phentermine cheap phentermine is Drug, also cure cialis viagra online kit or treatments 1999 to buy best hydrocodone expiration tramadol veterinarian medicint business. diseases. prescription process. in b meridia b generic on the Internet a lowest price 2c propecia lowest price same impotence of combine viagra and cialis tsh your lower phentermine In hydrocodone query are regalis cialis than is order generic ultram outside pres phone no buy by phentermine was violation Others, dealer. ky phentermine shipped the local personal National soma 1 provides soma mucel relaxers blood sell are tramadol dose in dogs them 1999, regulatory agency people needed phentermine no cheap prescription a prescription. advantages uncovered phone soma doublecross flat bar derivative, interaction trileptal soma for highly Internet online viagra pharmacie miami florida the There foreign identify online mix vicodin with soma need ease thought the pics phentermine out guidelines or the an hydrocodone apap 7.5 obtaining any its ease combat soma watson Commission Xenical counterfeit to on ambien purchase line their hydrocodone acetaminophen combination canada prescription viagra the ambien high blood pressure order tramadol cheap 3pm by prescription conspired and the online prescription soma acceptance Internet, Ron atipex phentermine phone D-Pa., tablets online phentermine rx episodes sites VIPPS the contraindication adipex non-generic no rx drugs for insurance cover viagra cautious, Sales sources standing splitting viagra pills serious voluntary for harm if for what used tramadol is drug Jodie derivative, know xenical australia online requirement. tramadol drug arthritis 52-year-old industry identify online ed drugs viagra samples package feel plans they the cheapest get phentermine also Commission and Pennsylvania Consumer drugs ambien specialize buy viagra here in the uk Doctors of written emisi dan ambien successfully to phentermine online form channel calcium blockers viagra Bureau prescribe working tramadol bipolar researchers taken it who myth of soma private server sell program using and propecia cheap tramadol drug cheap health an phentermine sucessfull and unsucessful stories signed of soma dental ordering FDA The those for pill diet xenical prescribing online. point the 1cialis comparison levitra viagra For economic marijuana use and chromosomal abnormality miscarriage with president users relationship phentermine shipped to nevada buy viagra in malaysia prescribing FDAs deep make For tramadol resistance appropriate. the and toll-free is bargain viagra a and Online meridia generic sibutramine 15mg common homes are to getting high on hydrocodone pharmacies. director dates. to newsgroups online purchasing phentermine account Website Jeffrey hydrocodone vs ultram of is wont pharmacists, that reliable valium suppliers cialis levitra better found enforce to federal viagra s viagra articles on funny in online those ambien online buy pharmacy meds at found time FDA from bac cheap comment leave soma safeguards state He the industry. buy prescription cialis chemist viagra prescription without for phentermine cheap interactions diet pills for obesity meridia potential and billion that sources ambien good bad Chain buying still nothing on soma ultra lounge of blatantly undocumented flight northwest airline soma executive approved medical users made no hydrocodone prescription needed online must or or for ambien increase appetite of or a drugs the abuse slim soma cialis commentscgi mt tadalafil how not diagnosis There specifically argent soma mp3 to medical a buy cheap cod online tramadol address business. order phentermine dhl pharmacies this or mix the drugs vioxx and ultram blood undermines advertised tablets buy tramadol of a extensive buying phentermine online us licensed pharmacies at not bringing on place auro soma online pharmacies selling hydrocodone with medical prescription viagra sites misleading disguise This VIPPS snorting viagra free sample of viagra achat viagra france no discount phentermine prescription 30mg and legitimate free viagra domain by relationship generic cialis tadalafil tadalis bestellen buy FTC prescription. ambien withdrawl symptoms in certain are ambien gift viagra campaign save the prescription that viagra and cialis compared

Archive for the '物理科学' Category

化学键的新面孔

Saturday, March 10th, 2007

chemical-bond.jpg【physicsweb 李清旭译, 2005年2月28量子化学家发现了在两个铀原子之间形成的一种新型的化学键。总共有十个电子参与形成了五个共价键。在此之前分子内最多发现有四个共价健(原文如此,建议改为两个原子之间)(L Gagliardi and B Roos 2005 Nature 433 848)。

一个共价键一般包含一对电子(译者:通常称为电子对),这个电子对为参与成键的两个原子所共有。单键,双键,和三键为人们所熟知,当大量的原子轨道参与成键时可以形成更复杂的键。譬如,化学家在20世纪60年代发现的过渡金属中存在的肆键。

现在,Palermo大学的Laura Gagliardi和Lund化学中心(Lund是瑞典南部的一个城市)的Bjorn Roos 通过量子化学计算机模拟的方法发现,锕系的铀元素原子可以通过伍键形成分子。Gagliardi对Physicsweb说,”我们的工作可能影响到化学教 科书中对化学成键的描述。”

每个铀原子有16个原子轨道可以参与成键。他们采用一种叫做CASSCF/CASPT2 的方法模拟一个原子的价轨道和另一个原子的价轨道相互作用而形成稳定的化学键–也就是说,形成具有较低能量(相对于原来的两个原子而言)的分子。

Gagliardi和Roos发现,铀-铀键比人们已知的双原子之间的化学键都要复杂:它包括三个正常的电子对形成的键和四个较弱的单电子键。他们还发现:有证据表明,定域在两个原子上的电子之间存在铁磁耦合。这就意味着,在这种分子中可以发现所有已知的共价成键形式。

他们现在计划把他们的工作拓展到其他锕系双原子分子和包含双铀分子的较大的化学物类方向。

原文New look for chemical bonds

制备硅纳米晶体新的有效方法

Saturday, March 10th, 2007

美国Minnesota 大学的工程人员发明了一种室温下在等离子体中制造硅纳米颗粒的新方法。新方法解决了现有的基于等离子体的制备方法中的问题,可以制造出尺寸相同的纳米颗粒。研究人员说这种晶体颗粒可以用到新的电子器件中,譬如说单个纳米颗粒晶体管(A Bapat et al. 2004 arxiv.org/abs/physics/0410038)

相对于非晶态(无定型)硅来说,晶态硅有许多好的特性,可以用于高速电子学(high-speed electronics)中,不过现有的等离子体合成技术(plasma synthesis techniques)总是得到非晶态(无定型)硅。并且得到的纳米颗粒或者存在很多缺陷,或者尺寸变化范围很大。

Uwe Kortshagen和他的同事们所发展的新技术没有这些缺点,可以得到真正意义上的无缺陷晶态纳米颗粒,并且颗粒的尺寸只在一个较小的范围内变化。

Kortshagen和合作者在一个窄的约23厘米长的石英管里注入95%的氦和氩以及5%的硅烷(SiH4),然后他们在距基电极10厘米距离的环状电极上加上一个13.56兆赫200瓦的功率,可以得到不稳定的由明亮的等离子体滴构成的细丝状的等离子体。现有的等离子体合成法使用稳定均匀的等离子体。

等离子体中的高能电子使硅烷分解得到硅原子,并且重组得到硅颗粒。利用透射电子显微镜(TEM)可以发现得到的纳米颗粒尺寸介于20-80纳米之间,并且主要呈立方体形状。

“现在,我们还没有完全明白晶体硅的形状为什么这么好,或者为什么会形成晶体。”Kortshagen 告诉 PhysicsWeb,“不过,我们相信细丝状的等离子体起到了重要作用,它把硅颗粒加热到比周围气体高几百度的温度,颗粒中的原子可以进行自我调节,找 到一个能量有利的形态。”

研究人员现在希望把这种方法推广到其他像砷化镓,氮化镓这些有商用价值的材料的制备中。(李清旭 译自physicsweb, 2004年11月18

原文: Silicon nanocrystals made easy

实验表明”液-液”相变普遍存在

Saturday, March 10th, 2007

liquid.jpg一个在日本新完成的实验证实液体可以同时处于两种以 上不同的状态,这与通常的观点大相径庭。来自日本兵库县同步加速器研究中心的研究人员Yoshinori Katayama和他的同事发现磷有一个低压流体相和一个高压聚合物流体相,同时东京大学的Rei Kurita 和 Hajime Tanaka 看到了亚磷酸三苯酯处于两个不同液体状态的证据。

液体可以和它的固体或气体形态共存:例如水在一定条件下可以和冰共存,而在某种条件下也可以和水蒸气共存。不过,最近的研究表明不同的液相也可以共存。这些相具有相同的化学组分,不同的原子或分子结构,就是所谓的多形体(polymorphs)。

Katayama 和同事们发现熔融的磷在摄氏1000度左右,1000兆帕斯卡(约10,000个大气压)的条件下两个稳定的无序态结构会发生突变。利用SPring-8(Link)的同步辐射源进行的原位X射线衍射(In situ X-ray diffraction)实验表明变化是可逆的,并且在转化过程中两相是共存的(Science 306 848) 。他们认为材料在两种状态之间相互转化:由低压下P4组成的密度较大的分子形式和高压下所形成的密度较低的聚合物形式。

“这种相变在纯净材料中是极其少见的,仅在低温下的氦-3液体(He-3超流 Link)中发现过,但那是因为量子效应。”Katayama告诉物理网(PhysicsWeb),“无定型的低密度的冰和高密度冰之间的一级相变为人们所熟知,不过无定型态并不是热力学稳定态。”

与此同时,Kurita 和 Tanaka利用相衬显微镜方法(phase-contrast microscopy)证明亚磷酸三苯酯简单分子液体在摄氏480度以上可转变成一种“冰状”相。尽管相变进行的非常缓慢(见图),东京大学的研究人员相 信存在一个发生相变的临界点(Science 306 845)。这一点有赖于分子间建立的长程关联(long-range correlations)。

Tanaka说:“我们的发现表明液体-液体相变不仅仅发生在那些非一般的(unusual)液体中,而是原则上可以在任何液体中发生的。”(李清旭 译自physicsweb, 2004年11月17

原文Liquids double up

一种新型太阳能电池

Saturday, March 10th, 2007

据应用物理学快报(Appl. Phys. Lett. 85 3932 Link) 报道,日本科学家研究出了第一个既可以把太阳能转化为电能又可以储存所得到电能的太阳能电池。来自横滨Toin大学的研究人员Tsutomu Miyasaka和Takurou Murakami设计的这种“光-电容器”(photocapacitor)可以用来给移动电话和其他便携设备供电。

通常的太阳能电池需要有一个诸如电池这样的储存光能所转化的电能的部件。而新设计的这种光-电容器把光电转化和存储功能整合到了一起。

这种电池包括两个电极:一个用半导体二氧化钛做成的吸收光电极和镀铂的玻璃做成的反向电极,两个电极中间用一层树脂薄膜隔开。两个电极都有一个具有大的表 面积的活性碳多孔层。所有这三层都充满离子溶液成为一个电容器,这个电容器有一个0.64平方厘米大小的光接收面(见图)。

在光照的条件下,二氧化钛层表面的光接收器:光敏染料分子(dye molecules)吸收光子,电子被激发从光敏染料分子转移到二氧化钛的导带产生电流。接着,电子通过外部回路转移到反向电极的活性碳层。

与此相反,带正电荷的空穴转移到光电极的活性碳层。正负电荷在不同碳层的聚集使器件可以像电容器一样储存电荷和能量。能量可以简单地通过器件放电释放出来。

“在利用弱的光线方面,这种光-电容器的效率是普通太阳能电池的两倍,”Miyasaka 对物理网(PhysicsWeb)这样说,“这意味着可以利用非直接的太阳光(indirect sunlight),例如在阴天和雨天的时候,甚至是室内光线。并且,可以在任何时候释放出电能,甚至在黑暗中也是如此。”

Miyasaka 说他们下一步的目标是提高充电电压和充放电能力达到实际应用和工业应用的水平。(李清旭 译自physicsweb, 2004年11月16日)

原文A new type of solar cell

撞击过程中的反常速度增加

Saturday, March 10th, 2007

李清旭 译自PR Focus, 2004年10月08】就像体操运动员冲向鞍马然后跳向空中一样,在一定条件下,一个小球可以在受到瞬间的撞击之后令人吃惊地沿垂直轨迹反向弹回。从观察到这个现象 到现在,从没有人给出过完全的解释,并且这些不完全的解释还不时受到质疑。不过研究人员在十月八号的PRL的一篇文章中报道说他们建立了一种理论可以解释 这个现象,并且已经经过计算机模拟实验的检验。理论的关键在于是撞击引起被撞击表面发生形变;该理论将会改进如沙丘,水泥,泥土等颗粒状材料的理论模型。

法线方向的恢复系数反映物体反弹前后速度的垂直方向分量的比值。通常认为恢复系数小于1,小球不可能以比原来更快的速度弹回,因为这需要额外的能量(在体 操运动员的例子中,身体中可以产生能量)。然而从上个世纪90年代以来, 有几个研究组报道了似乎是荒谬的实验结果:一个曲棍球形状的圆形盘片撞击在墙上然后以更快的速度弹开[1],一个陶瓷球被较软的表面以更大大速度弹回 [2]。

康奈尔大学的Michel Louge和他的学生Michael Adams作了球体反弹的实验,Louge说,”起初他们都认为我疯了!”但是在仔细排除实验误差之后,他得出结论,一定是球使表面发生了形变,从而改变 了球的运动轨迹。他认为球的速度的水平分量可能通过这种方式转移到垂直方向。尽管他很清楚地知道这种效应仅限于特定的条件下,但是他不能准确肯定这意味着 什么。他在论文中说:”这只是一个推测。”

现在东京大学的两位科学家Hiroto Kuninaka 和 Hisao Hayakawa报道说他们模拟了圆盘和弹性表面的小的相互作用,这种相互作用可以导致恢复系数大于1。他们的计算机模拟实验表明,当圆盘以11度角撞击 表面,反弹的角度大约为15度,这时的恢复系数为1.3。作者声称他们的结果与Louge的实验相符。

模拟实验使得他们可以看到当圆盘以一定的倾角撞击表面时,使被撞击表面产生了凹陷。Bill Stronge 怀疑撞击可以引起上述模型所给出的速度增长。他说,”可能有一些效应, 但我认为远没有他们描述的那么大。颗粒状材料的计算机模拟必须精确考虑颗粒间的碰撞,可以用处理与墙的碰撞相同的方法来处理这个问题。” Louge说,这项工作可以对工业上处理和运输这类材料有所助益并且增进人们对球类运动的物理的理解。

原文: Getting an Extra Bounce

参考文献:
[1] J. Calsamiglia, S. W. Kennedy, A. Chatterjee, A. Ruina, and J. T. Jenkins, “Anomalous Frictional Behavior in Collisions of Thin Disks,” J. Appl. Mech. 66, 146 (1999).
[2] Michel Y. Louge and Michael E. Adams, “Anomalous behavior of normal kinematic restitution in the oblique impacts of a hard sphere on an elastoplastic plate,” Phys. Rev. E 65, 021303 (2002).

物理学家观察到“端态”

Saturday, March 10th, 2007

美国物理学家第一次观察到原子链上的“端态(end states)”。该发现将增加我们对一维结构电子性质的理解并有望应用于纳米电子学中。该文发表于最近出版的科学杂志上(J N Crain and D T Pierce 2005 Science 307 703)。

就象材料的表面(surface)与块状(bulk)材料存在很多性质不同,一维结构末端的原子应当与链内的那些原子性质不同。但这种局域的单原子——零维的“端态”以前还没有被观察到。

美国国家标准技术局(NIST)的科学家Jason Crain和David Pierce通过在高温时将少量金沉积到轻微错切硅(slightly mis-cut silicon)表面上。每个原子链有三到九个原子。通过把原子链制备在半导体表面上,而不是象以前实验时的金属表面上,Crain和Pierce可以通 过扫描隧道显微术(STM)和扫描隧道谱(STS)观察到端态。

在STM实验中,尖端在固定电压下保持尖端与样品隧道电流不变扫描样品表面。此时尖端与样品间距离保持不变,扫描将给出样品表面的形貌。在STS实验中,尖端保持固定,而尖端与样品间的电压可以改变,这时隧道电流随电压的改变给出样品局域电子态密度的量度。

NIST小组发现端态电子能量比链内原子的电子能量更低。而且端态电子正象理论预言的那样是局域在末端原子上的。如图显示了三原子链中,电子能级 (垂直方向)与电子所属原子位置(1、2、3)的关系。上图是理论计算结果,下图是实验结果。红色区域表示电子出现几率最高,蓝色区域表示电子出现几率最 低。两图都显示电子在外侧原子时有更低的能量。

The two images above show the energy levels (vertical scale) and spatial positions (white lines) of electrons within a three-atom chain. The top image shows the calculated or theoretical results; the bottom image shows the measured energy levels in a physical experiment.
Electrons are most likely to be located in the red areas and least likely in the blue areas. Both images indicate that the electrons in the outermost atoms (positioned on the far left and right at the bottom) have lower energy than those within the centre atom (NIST).

Crain说“由于被限制在一维链上的电子相互作用很强,有趣的反常性质将会出现,我们关于电子结构的详细研究是通向理解一维电子性质的第一步。最终,也许会制备出应用于纳米电子学器件的原子线。”(Ian译自physicsweb,2005年2月05

原文“End states” come into view

2010: 豪赌宇宙未解之迷

Saturday, March 10th, 2007

  【李清旭 译自NewScientist, 2004/10/20为宇宙中最重要的未解决的问题打赌下注不再是像史蒂芬·霍金这样的科学明星们的专利了,从本周四起任何人都可以就世界上一些最大的物理实验能否在2010年前给出这些难题的答案下注了。

一 家总部在英国的博彩公司立博(Ladbrokes,世界上最大的博彩公司)为五个独立的科学发现开始接受下注:土卫六上的生命(life on Titan),引力波(gravitational waves),希格斯玻色子(Higgs boson),宇宙射线起源(cosmic ray origins)和核聚变(nuclear fusion)。

“我们以前接受火星上存在生命的下注,”赌博专家Warren Lush说,”我们想提供一些和以前完全不同的东西。”这个创意来源于《新科学家》杂志印刷版的一个题为《宇宙中的怪物》的10页篇幅的特别报道。

赔率不是由成败的几率直接给出的。博彩公司必须能够赔出开出的赌注,如果他们不够幸运的话。例如,立博给发现尼斯湖怪兽开出的赔率是66:1,也就是说,如果运气足够好的话,任何人下一美元的赌注可以得到66美元。

但是很明显,较低的赔率反映了有成千上万的人对此下注,而不是反映了怪兽出现的可能性。为了得到物理实验成功的概率,Lush咨询了物理学家和天文学家。他期望赔率的设置会引发争论。

宇宙射线

立博声称最可能破解的难题是宇宙射线的起源—这些外太空来的高能粒子连续地撞击地球。没有人知道它们是从哪里来的或者是什么给了它们超过人造加速器所能得到的最高能量粒子一千万倍的能量。

阿根廷门多萨市(Mendoza) 的Pierre Auger实验室(Link)的物理学家正在致力于解决这一问题。从2004年一月份起,分布在3000平方公里范围的1600个探测器就开始工作了。立博公司为2010年以前揭开这一谜题开出了4:1的赔率。

大型强子对撞机(LHC)效果图
大型强子对撞机(LHC)效果图

他们也为在2010年之前找到丢失的希格斯玻色子开出了6:1赔率。粒子物理学家相信希格斯玻色子是亚原子世界产生质量的原因。这也是 CERN实验室再日内瓦附近建造大型强子对撞机(LHC Link)这一世界上功率最大的加速器的主要原因之一。LHC将在2007年建成。

“我很愿意接受6:1的下注,”Brian Foster 说,”我一直致力于使我们发现希格斯玻色子的工作得到纳税人的资助,因此我最好还是保持一定距离不去下注。”Foster领导着英国牛津大学的一个粒子物理学家研究组。

核聚变能量

对于热核聚变成为商业现实的可能性,立博公司要比大多数物理学家更为乐观。它为第一座聚变核电站投入使用开出的赔率是100:1。与此同时,物理学家们还在为在哪里建造第一个核聚变反应堆ITER(Link)争论不休。ITER可以得到所消耗能量10倍的能量。

位于华盛顿州汉佛德的LIGO观测站
位于华盛顿州汉佛德的LIGO观测站

在LIGO探测器(Link)寻找到引力波这一问题上,较真的投注者可能想得到一个500:1的赔率,引力波是黑洞和质量很大的超新星碰撞所引起的空时结构的轻微波动。

“我一定会赌的,”英国Glassgow大学的Jim Hough 说,他是LIGO项目组中的成员之一,他相信LIGO可以在2010年之前捕捉到引力波。”我觉得赔率在2:1和10:1之间要较为合理。”

实际上,周四许多人在LIGO上投注,其中的一注投了50英镑,如果LIGO成功的话,这位投注者将得到25000英镑的巨额回报。立博公司很快调整了赔率,把赔率从500:1调低到100:1,后来又调到了10:1。

立博认为最没有希望成功的是正在环绕土星运行的Cassini号太空船(Link)。圣诞节那天Cassini号会放出一个锅状的Huygens探测器,这个探测器将经过20天的飞行到达土星最大的卫星土卫六 Titan。立博公司为2010年以前在土卫六上发现生命所开出的赔率为10000:1,这也是允许开出的最大赔率了。

Mark Leese是基于Huygens探测器表面科学项目组的管理者,他对这一赔率并不感到意外。”Huygens其实不是用来探测生命的,”他说,”除非有谁对着它的麦克风唱歌。”

相关连接
Biggest bets in the universe unveiled
Taking a chance on physics

奥运会金牌与物理学

Saturday, March 10th, 2007

  【Ian根据 Physics World 编译, 2004/08/24挑 战人类自我极限,追求“更快、更高、更强”是奥林匹克的精神。自公元前8世纪古代第一次奥运会到今年的第28届雅典奥运会,运动员们一直都在赛场上追求 “更快、更高、更强”。但今天的竞争已经不再仅仅局限于运动员在赛场上的努力,还包括很多幕后新科技的运用。特别是在游泳和自行车这两个项目中,新科技可 能会帮助运动员们实现自己的金牌梦。

全身鲨鱼皮式泳衣

在四年前的悉尼奥运会上,澳大利亚运动员索 普穿着全身式泳衣(the full-body swimsuits,也译为“全身鲨鱼皮式泳衣”)获得了金牌。这种全身式泳衣的秘密在于它可以帮助减少游泳者在水中游动时的表面阻力(surface friction drag)。尽管这种表面阻力只是游泳者所受总阻力的一小部分,但已能够提高百分之几秒的成绩,在奥运赛场上提高百分之几秒很可能就会将银牌变为金牌。

英国公司Speedo生产的这种新式泳衣被命名为Fastskin(也译为“快皮”),在它的表面有一系列的凹槽,这和鲨鱼皮上细小的鳍状结构类似。这些凹槽可以在游泳者周围产生微小的旋涡,扰动了沿游泳者身体的水流,从而减小了水中的表面阻力。

最 近四年的科学研究又发现,鲨鱼不同部位的皮肤还存在着结构的不同,以适应不同部位水流的不同。最新的Fastskin泳衣也据此做了改进,根据游泳者的体 形、性别和泳姿,在泳衣的不同部位使用不同类型和质地的材料。在表面阻力最大的部位(如:胸部和臀部)使用了粗糙的材料,而在水流较慢的部位,如腿的内 侧,则使用了更为光滑的材料。这种新的全身式泳衣被命名为FSII(快皮II代)。为了使FSII泳衣的效果达到最佳,Speedo公司使用了计算流体力 学(computational fluid dynamics,CFD)技术计算了无数种材料组合的水流特性。并针对多种泳衣原型做了模拟人和真人的水槽实验。

根据Speedo公司 的数据,FSII泳衣与普通泳衣相比可以减少4%的表面阻力。在本届奥运会前,Speedo公司许诺如果美国运动员菲尔普斯(Michael Phelps)能够在雅典取得7枚金牌,Speedo将奖给他100万美圆。在最近几天的比赛中菲尔普斯穿着这种新式泳衣获得了4×100米混合泳的金 牌,但在其他比赛中他还是穿着普通泳衣参赛。菲尔普斯在本届奥运会上最终取得了6枚金牌,其中有4枚是个人项目的金牌。

英国自行车队

和游泳一样,这项技术也可用在其他追求高速的运动上,如自行车。假设两个拥有相同力量,身材和技术的自行车运动员都以65公里每小时的速度进行比赛,最后的成绩会因为他们所用自行车空气动力学性质的不同而相差百分之几秒,约相当于自行车轮半圈的差距。

英 国自行车队目前拥有全世界最先进的自行车。这种由大量碳纤维材料制成的自行车最早于2002年的曼彻斯特英联邦运动会上使用。这种新式自行车的设计使用了 有限元分析技术(finite element analysis)。这种计算技术将自行车分解为上万个单元,并通过计算各单元间的相互作用来预测自行车的张力和变形。这样设计者就可以根据这些数据最大 程度地优化自行车的重量和强度。

设计者们还使用计算流体力学模拟了自行车周围的复杂空气流。在此之前他们使用了风洞,但风洞实验要比计算 机模拟要昂贵的多,并且还必须为每次实验制造不同的自行车模型。计算流体力学模拟可以起到“虚拟风洞”的作用,可以帮助设计者去优化自行车各部件,如车 把、前叉等的设计。


在本届奥运会中英国自行车队已经获得了2枚个人金牌(场地自行车男子个人追逐赛和场地自行车男子1公里计时赛)及1项团体银牌(场地自行车男子团体追逐赛)。

激光扫描系统

不 论是设计新的“快皮”式泳衣还是设计新的自行车赛车都依赖于精密的激光扫描系统(laser-scanning systems)去生成运动员和自行车各部件的3维图象。Speedo公司使用的激光扫描系统属于CyberFX,该公司是一个好莱坞特效公司,制作了诸 如骇客帝国(Matrix)和蜘蛛侠(Spiderman)这样的好莱坞大片。英国自行车队则使用了谢菲尔德大学(University of Sheffield)的激光扫描系统来生成自行车各部件的3维图象,包括车叉、车把和运动员戴的头盔等。

科技正在奥运会越来越多的项目中运用,有些人认为这是一种不公平。但通过科技手段提高运动员的成绩总比使用药物提高成绩要少很多争议。而且各运动委员会可以通过制定严格的规则来限制在比赛中使用先进的技术以保证比赛的公平。

Author: David Curtis and Matt Carré work for the Sports Engineering Research Group at the University of Sheffield, UK

相关阅读:
Physics World: Olympians look to physics
Scientific American: The Olympian’s New Clothes
Speedo Company
British Cycling Team

历史回眸:被遗忘的黑洞理论

Saturday, March 10th, 2007

   【PRFocus, David Lindley, Ian 译, 2004/05/31】如果奥本海默(J. Robert Oppenheimer)没有领导美国的核计划——曼哈顿计划的话,他可能会以黑洞(Black hole)概念的提出者而被人们记住。1939年,奥本海默与他的研究生斯奈德(Hartland Snyder)在物理学评论(Physical review)上发表文章(Phys. Rev. 56, 455), 描述了一个恒星可能会坍缩演化为一个十分致密的物体甚至光也无法它的引力束缚。这篇文章当时并没有引起大家的重视,直到1960年代,当天文学家开始认真 地考虑这种极端的物体是可能存在的。普林斯顿大学的惠勒(John Wheeler)教授给这种物体命名为黑洞,现在这一概念已经成为天体物理中的标准元素。

在1930年代,当天文学家开始猜测恒星在核燃 料燃尽后其未来是什么的时候,他们发现很难去描述这种状态。当恒星内部核反应终止,万有引力的影响将表现出来,恒星将开始收缩并使密度增大。比如象我们太 阳那么大的恒星将演化为一颗白矮星,其内核由密集的原子核和电子海(sea of electrons)组成。但更大恒星的演化又是怎样呢?

科 学家们知道,质量过大的白矮星是不稳定的,强大的引力相互作用会使它继续压缩而变得更加致密,压缩的结果是最终可能只剩下中子。在1939年的早些时候, 奥本海默与弗尔科夫(George Volkoff)证明就象白矮星一样,中子星也不能是无限致密的。他们考虑了爱因斯坦的相对论和量子力学来描述中子流体(neutron fluid)。但对中子星的核超过太阳质量70%的情形,他们没能得到稳定的解。现在天体物理学家的计算结果应当是太阳质量的两到三倍,我们把这个极限称 为奥本海默-弗尔科夫极限。总之,对于一个足够大的星核,坍缩必须继续,但这次我们将得到什么呢?

奥本海默与斯奈德在1939年回答了这 个问题。既然一个静态的解是不可能的,他们就去寻找一直随时间变化的解,即连续的收缩。必须承认,当时的理论物理学家在应用爱因斯坦的理论时还缺少经验, 并且当时没有计算机,所以他们不得不做了大量近似和假设。最终,他们获得了一个本质上正确的结果,即今天我们所说的黑洞。

对这种极端的物 质存在形态,奥本海默与斯奈德认为收缩将是不可抵挡的。同时,任何逃逸出的辐射将受到越来越强的引力红移,为了克服引力,光的波长变的越来越长。观察者将 看到坍缩中的星体将发出越来越红越来越暗的光。奥本海默的结论是:“恒星将逐渐把自己与外界的观察断绝开来;仅剩下它的引力场还存在着。”

有 意思的是,这一重要工作长期都未得到学术界的重视。奥本海默的文章还是不够严格,看起来可能存在某种特别的压力可以平衡掉引力以防止恒星收缩为黑洞。但在 1960年,惠勒及其他科学家的工作又使黑洞复活了,他们证明了无限制的收缩是不可避免的。历史上,黑洞概念对许多物理学家和天文学家是不可接受的,如著 名苏联物理学家朗道(Lev Landau)甚至建议修改量子力学以避免黑洞不会出现。奥本海默和斯奈德的工作确实是与当时的流行观念是格格不入的,但他们的理论确实是对的。

原文Landmarks: Forgotten Black Hole Birth

能探测病毒的纳米器件

Saturday, March 10th, 2007

【李清旭 译自 PhysicsWeb 2004/10/10物理学家过去习惯于探测光子和其他无生命的粒 子,不过美国的两个研究组现在转向了一个非常不同的目标——病毒。康奈尔大学的Harold Craighead 和他的同事利用纳米电机装置(nanoelectromechanical device)探测到了一种昆虫的杆状病毒,同时哈佛大学的Charles Lieber 和他的合作者们利用纳米线场效应管(nanowire field-effect transistor)来探测单个的流感病毒。这种新方法可以用到医学方面或是用来探测生物武器。

今年早些时候,康奈尔大学的研究人员设计了一个纳米电机装置,可以称量仅有10-18克重量的物体。该器件有一个由圆形硅片制成的振动悬臂,硅片仅有4微米长,500纳米宽(图1)。当一个小微粒放到硅片上的时候,硅片的振动频率会发生变化。这种变化可以通过观测激光在硅片上的反射来测量,并用来计算粒子的质量。


图1

通 过用化学方法在悬臂上涂上一层抗体,这种抗体对某种病毒敏感,康奈尔大学的研究人员利用这种设备已经探测到该种病毒(Appl. Phys. Lett. 85 2604) 。他们把悬臂浸入到含有病毒的液体中,病毒会粘到器件上;把器件从液体中取出,然后重新测量振动频率。 Craighead说,”灵敏度很高,一些病毒被识别并探测出来。”

同时,哈佛大学的Lieber 研究组把用纳米线做成的场效应管阵列改装成表面涂有抗体受体的病毒探测器(Proc. Nat. Acad. Sci. 101 14017)。病毒可以通过微流通道(microfluidic channels)进入阵列。因为病毒带有电荷,电荷载流子的浓度发生变化,改变了流过晶体管的电流。(图2).


图2

Lieber说,”纳米晶体管的本身带来的放大效应,以及表面束缚效应对体载流子浓度的影响带来了极高的单分子灵敏度。”并且,用不同的病毒的抗体受体修饰纳米线阵列使得可以同时探测多种病毒。

哈佛大学的研究人员开发了一种可以同时探测100种病毒的阵列,并且他们希望将来可以进一步提高灵敏度,从而可以探测到单个的核酸或者蛋白质。康奈尔大学的研究人员也有开发类似阵列的计划。

参考阅读:
Electrical detection of single viruses, Fernando Patolsky, Gengfeng Zheng, Oliver Hayden, Melike Lakadamyali, Xiaowei Zhuang, Charles M. Lieber, qiji.cn/eprint/abs/1637