10000個(gè)科學(xué)難題（物理學(xué)卷）

前言

愛因斯坦曾經(jīng)說過“提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更為重要”。在許多科學(xué)家眼里，科學(xué)難題正是科學(xué)進(jìn)步的階梯。1900年8月德國(guó)著名數(shù)學(xué)家希爾伯特在巴黎召開的國(guó)際數(shù)學(xué)家大會(huì)上提出了23個(gè)數(shù)學(xué)難題。在過去的100多年里，希爾伯特的23個(gè)問題激發(fā)了眾多數(shù)學(xué)家的熱情，引導(dǎo)了數(shù)學(xué)研究的方向，對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展產(chǎn)生的影響難以估量。其后，許多自然科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家們陸續(xù)提出了各自學(xué)科的科學(xué)難題。2000年初，美國(guó)克雷數(shù)學(xué)研究所選定了7個(gè)“千禧年大獎(jiǎng)問題”，并設(shè)立基金，推動(dòng)解決這幾個(gè)對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展具有重大意義的難題。幾年前，中國(guó)科學(xué)院編輯出版了《21世紀(jì)100個(gè)交叉科學(xué)難題》，在宇宙起源、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、生命起源和智力起源四大探索方向上提出和整理了100個(gè)科學(xué)難題，吸引了不少人的關(guān)注?？茖W(xué)發(fā)展的動(dòng)力來自兩個(gè)方面，一是社會(huì)發(fā)展的需求，另一個(gè)就是人類探索未知世界的激情。隨著一個(gè)又一個(gè)科學(xué)難題的解決，科學(xué)技術(shù)不斷登上新的臺(tái)階，人類社會(huì)發(fā)展也源源不斷獲得新的動(dòng)力。與此同時(shí)，新的科學(xué)難題也如沐雨春筍，不斷從新的土壤破土而出。一個(gè)公認(rèn)的科學(xué)難題本身就是科學(xué)研究的結(jié)果，同時(shí)也是開啟新未知大門的密碼?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》提出建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的戰(zhàn)略目標(biāo)，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，鼓勵(lì)原始創(chuàng)新是必由之路。為了引導(dǎo)科學(xué)家們從源頭上解決科學(xué)問題，激勵(lì)青年才俊立志基礎(chǔ)科學(xué)研究，教育部、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)決定聯(lián)合開展“10000個(gè)科學(xué)難題”征集活動(dòng)，系統(tǒng)歸納、整理和匯集目前尚未解決的科學(xué)難題。根據(jù)活動(dòng)的總體安排，首先在數(shù)學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)三個(gè)學(xué)科試行。征集活動(dòng)成立了領(lǐng)導(dǎo)小組、領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，以及由國(guó)內(nèi)著名專家組成的專家指導(dǎo)委員會(huì)和編輯委員會(huì)。領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室公開面向高等學(xué)校、科研院所、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)以及全社會(huì)征集科學(xué)難題；編輯委員會(huì)認(rèn)真討論、組織提出和撰寫骨干問題，并對(duì)征集到的科學(xué)問題嚴(yán)格遴選；領(lǐng)導(dǎo)小組和專家指導(dǎo)委員會(huì)最后進(jìn)行審核并出版《10000個(gè)科學(xué)難題》系列叢書。這些難題匯集了科學(xué)家們的知識(shí)和智慧，凝聚了參與編寫的科技工作者的心血，也體現(xiàn)了他們的學(xué)術(shù)風(fēng)尚和科學(xué)責(zé)任。開展“10000個(gè)科學(xué)難題”征集活動(dòng)首先是一次大規(guī)模的科學(xué)問題梳理工作，把尚未解決的科學(xué)難題分學(xué)科整理匯集起來，有利于加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)研究的引導(dǎo)。其次，這么多科學(xué)難題呈現(xiàn)在人們面前。

內(nèi)容概要

本書是《10000個(gè)科學(xué)難題》系列叢書中與物理學(xué)相關(guān)的部分。本卷中的問題是由我國(guó)工作在研究第一線的優(yōu)秀的物理學(xué)專家執(zhí)筆撰寫的。征集的問題既包括物理學(xué)各分支學(xué)科目前尚未解決的基礎(chǔ)理論問題，也包括在學(xué)術(shù)上尚未獲得廣泛共識(shí)、存在一定爭(zhēng)議的問題，一些征集到的難題在相當(dāng)程度上代表了我國(guó)相關(guān)學(xué)科的一些主要領(lǐng)域的前沿水平。為了提高本書的可讀性，編委會(huì)確定了本書的編寫原則：高中生感興趣，大學(xué)生能通讀，研究生愿選題。本書分為導(dǎo)入篇和專題篇：導(dǎo)入篇注重普及性和趣味性，圖文并茂，以通俗易懂的方式深入淺出地闡釋了一些受到廣泛關(guān)注的重要科學(xué)問題。專題篇征集的難題覆蓋了物理學(xué)的主要二級(jí)學(xué)科，簡(jiǎn)要概述了難題的背景、難點(diǎn)，并提供進(jìn)一步研究的可能思路。    本書可供物理學(xué)專業(yè)的本科生、研究生和相關(guān)專業(yè)的研究人員參考，也可供對(duì)物理學(xué)感興趣的中學(xué)生和物理愛好者閱讀。

作者簡(jiǎn)介

主  編  葛墨林
副主編  李  淼  龍桂魯  王恩哥  向  濤  葉沿林

書籍目錄

《10000個(gè)科學(xué)難題》序前言導(dǎo)入篇　宇宙學(xué)的黃金時(shí)代 　等效原理——物理學(xué)的基本原理 　牛頓反平方定律及其實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 　射線暴能源 　宇宙標(biāo)準(zhǔn)尺——重子聲波振蕩 　太赫茲波及其應(yīng)用 　有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)與無粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光 　聲學(xué)斗篷的隱身機(jī)理和物理實(shí)現(xiàn) 　聲孔效應(yīng)的物理模型 　金屬玻璃中的科學(xué) 　金屬鐵磁性的起源 　量子蒙特卡羅模擬中的負(fù)符號(hào)問題 　　量子測(cè)量問題與量子力學(xué)詮釋 　具有絕對(duì)保密性的量子密碼通信 　量子態(tài)及其隱形傳送 　相對(duì)論量子信息　量子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)　光鐘——用光波定義“秒”　探尋核子結(jié)構(gòu) 　原子核是否存在手性 　原子核的滴線和核素新版圖　原子核的暈現(xiàn)象 　什么是湍流世紀(jì)難題？　反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中螺旋波的失穩(wěn)機(jī)制專題篇　化學(xué)穩(wěn)定分子的有效減速與亞mK冷卻問題 　原子體系中的多體QED題　原子分子內(nèi)部關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)觀測(cè) 　用超冷原子氣體仿真超導(dǎo)體 熊宏偉 　廣義相對(duì)論中的等效原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)　高溫稠密物質(zhì)結(jié)構(gòu) 　高溫稠密物質(zhì)輻射不透明度 　非玻恩-奧本海默近似問題 　超冷原子芯片 　中子星高能輻射的觀測(cè)研究 　宇宙中的中微子 　宇宙學(xué)起源的引力波研究　宇宙弦的演化 ……編后記

章節(jié)摘錄

插圖：導(dǎo)入篇宇宙學(xué)的黃金時(shí)代1．宇宙學(xué)是一門科學(xué)在所有科學(xué)學(xué)科中，宇宙學(xué)是最吸引公眾的學(xué)科之一。康德說過．“有兩種事物，我們愈是沉思，愈感到它們的崇高與神圣，愈是增加虔敬與信仰，這就是頭上的星空和心中的道德律?！笨档滤傅男强眨褪俏覀兘裉焖f的宇宙。誰(shuí)不會(huì)對(duì)宇宙之大、宇宙的過去和未來產(chǎn)生巨大的興趣?因?yàn)?，我們是宇宙這個(gè)有機(jī)整體中的一分子，我們的過去和未來與宇宙的過去和未來有著密不可分的聯(lián)系。至于康德所說的道德律，我想對(duì)于一個(gè)在有著宗教傳統(tǒng)的國(guó)家長(zhǎng)大的人來說自然也是崇高和神圣的。順便說一句，西方人對(duì)宇宙的虔敬與宗教也有關(guān)系。對(duì)于他們來說，宗教的泛道德化與一個(gè)有目的的宇宙自然是骨與肉的關(guān)系。正因?yàn)槿绱?，在西方所有的科普活?dòng)中，宇宙學(xué)科普成為最吸引公眾的活動(dòng)之一，一些非官方的基金會(huì)如鄧普頓（Templeton）基金會(huì)熱衷于支持宇宙學(xué)研究，尤其是與正統(tǒng)宇宙論有抵牾的研究。這個(gè)基金會(huì)除了自然科學(xué)還支持其他種類的研究，例如哲學(xué)與神學(xué)，以及關(guān)于世界上主要宗教的研究。1995年，物理學(xué)家兼科普作家保羅·戴維斯（PaulCharlesDavies）因《上帝與新物理學(xué)》等科普著作獲鄧普頓獎(jiǎng)。最近，又有兩位宇宙學(xué)家獲得鄧普頓獎(jiǎng)。這些研究宇宙學(xué)的人接二連三地獲得獎(jiǎng)金很高的鄧普頓獎(jiǎng)（2006年的獎(jiǎng)金是140萬美元），說明了這個(gè)基金會(huì)認(rèn)為宇宙學(xué)是連接科學(xué)與超出科學(xué)之外的人類形而上的活動(dòng)（如宗教）的橋梁。

后記

《10000個(gè)科學(xué)難題》系列叢書是教育部、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)四部門聯(lián)合發(fā)起的“10000個(gè)科學(xué)難題”征集活動(dòng)的重要成果，是我國(guó)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域知名科學(xué)家集體智慧的結(jié)晶。征集的難題包括各學(xué)科尚未解決的基礎(chǔ)理論問題，特別是學(xué)科優(yōu)先發(fā)展問題、前沿問題和國(guó)際研究熱點(diǎn)問題，也包括在學(xué)術(shù)上未獲得廣泛共識(shí)、存在一定爭(zhēng)議的問題。這次試點(diǎn)征集的數(shù)理化學(xué)科的難題，正如專家們所總結(jié)的“一些征集到的難題在相當(dāng)程度上代表了我國(guó)相關(guān)學(xué)科的一些主要領(lǐng)域的前沿水平”。當(dāng)然，由于種種原因很難做到在所有研究方向都是如此，這是需要今后改進(jìn)和大家見諒的?！?0000個(gè)科學(xué)難題”征集活動(dòng)是由四部門聯(lián)合組織在國(guó)家層面開展的一個(gè)公益性項(xiàng)目，這是一項(xiàng)涉及我國(guó)教育界、科技界眾多專家學(xué)者，為我國(guó)教育和科學(xué)技術(shù)發(fā)展、創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)，特別是科技文化建設(shè)添磚加瓦，功在當(dāng)代、利在千秋、規(guī)模宏大、意義深遠(yuǎn)的工作。從這個(gè)意義上說，此次征集活動(dòng)也是新中圍教育與科技發(fā)展史上一項(xiàng)具有開創(chuàng)性的工作，沒有任何現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)、模式和操作方法可供參考和借鑒，所有的工作都是在不斷探索中推進(jìn)的，期間我們克服了諸多困難，也積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，因此，征集活動(dòng)本身作為一個(gè)新生事物，我們也希望能得到全社會(huì)的廣泛認(rèn)同。征集活動(dòng)開展以來，我們得到了教育部、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，教育部趙沁平副部長(zhǎng)親自倡導(dǎo)了這一活動(dòng)，教育部科學(xué)技術(shù)司、科學(xué)技術(shù)部條件財(cái)務(wù)司、中國(guó)科學(xué)院院士工作局、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)計(jì)劃局和教育部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)秘書處為本次征集活動(dòng)的順利開展提供了有力的組織和條件保障。由于此活動(dòng)：工程浩大，線長(zhǎng)面廣，人員眾多，篇幅所限，書中只列出了部分領(lǐng)導(dǎo)、專家和同志的名單，還有許多提出了難題但這次未被收錄的專家沒有提及，還有很多同志默默無聞地做了大量艱苦細(xì)致的工作，如教育部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)秘書處厲偉、陳丁華、牛一丁和科學(xué)出版社胡凱、黃海、范慶奎、喻紅艷、王飛龍、劉風(fēng)娟、袁琦、周強(qiáng)以及北京郵電大學(xué)任曉敏、楊放春、劉元安、李冬梅同志等。總之，系列叢書的順利出版是參加這項(xiàng)工作的所有同志共同努力的成果。在此，我們一并深表感謝！

編輯推薦

《10000個(gè)科學(xué)難題(物理學(xué)卷)(精)》是由科學(xué)出版社出版的。

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