10000個科學(xué)難題（物理學(xué)卷）

前言

愛因斯坦曾經(jīng)說過“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要”。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月德國著名數(shù)學(xué)家希爾伯特在巴黎召開的國際數(shù)學(xué)家大會上提出了23個數(shù)學(xué)難題。在過去的100多年里，希爾伯特的23個問題激發(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，美國克雷數(shù)學(xué)研究所選定了7個“千禧年大獎問題”，并設(shè)立基金，推動解決這幾個對數(shù)學(xué)發(fā)展具有重大意義的難題。幾年前，中國科學(xué)院編輯出版了《21世紀(jì)100個交叉科學(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個科學(xué)難題，吸引了不少人的關(guān)注?？茖W(xué)發(fā)展的動力來自兩個方面，一是社會發(fā)展的需求，另一個就是人類探索未知世界的激情。隨著一個又一個科學(xué)難題的解決，科學(xué)技術(shù)不斷登上新的臺階，人類社會發(fā)展也源源不斷獲得新的動力。與此同時，新的科學(xué)難題也如沐雨春筍，不斷從新的土壤破土而出。一個公認(rèn)的科學(xué)難題本身就是科學(xué)研究的結(jié)果，同時也是開啟新未知大門的密碼?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》提出建設(shè)創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略目標(biāo)，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，鼓勵原始創(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、中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委員會決定聯(lián)合開展“10000個科學(xué)難題”征集活動，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)活動的總體安排，首先在數(shù)學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)三個學(xué)科試行。征集活動成立了領(lǐng)導(dǎo)小組、領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，以及由國內(nèi)著名專家組成的專家指導(dǎo)委員會和編輯委員會。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)以及全社會征集科學(xué)難題；編輯委員會認(rèn)真討論、組織提出和撰寫骨干問題，并對征集到的科學(xué)問題嚴(yán)格遴選；領(lǐng)導(dǎo)小組和專家指導(dǎo)委員會最后進(jìn)行審核并出版《10000個科學(xué)難題》系列叢書。這些難題匯集了科學(xué)家們的知識和智慧，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個科學(xué)難題”征集活動首先是一次大規(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、存在一定爭議的問題，一些征集到的難題在相當(dāng)程度上代表了我國相關(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)的主要二級學(xué)科，簡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，也可供對物理學(xué)感興趣的中學(xué)生和物理愛好者閱讀。

作者簡介

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個科學(xué)難題》序前言導(dǎo)入篇　宇宙學(xué)的黃金時代 　等效原理——物理學(xué)的基本原理 　牛頓反平方定律及其實驗檢驗 　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)符號問題 　　量子測量問題與量子力學(xué)詮釋 　具有絕對保密性的量子密碼通信 　量子態(tài)及其隱形傳送 　相對論量子信息　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)動力學(xué)實驗觀測 　用超冷原子氣體仿真超導(dǎo)體 熊宏偉 　廣義相對論中的等效原理的實驗檢驗　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?？档抡f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?，就是我們今天所說的宇宙。誰不會對宇宙之大、宇宙的過去和未來產(chǎn)生巨大的興趣?因為，我們是宇宙這個有機(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，我想對于一個在有著宗教傳統(tǒng)的國家長大的人來說自然也是崇高和神圣的。順便說一句，西方人對宇宙的虔敬與宗教也有關(guān)系。對于他們來說，宗教的泛道德化與一個有目的的宇宙自然是骨與肉的關(guān)系。正因為如此，在西方所有的科普活動中，宇宙學(xué)科普成為最吸引公眾的活動之一，一些非官方的基金會如鄧普頓（Templeton）基金會熱衷于支持宇宙學(xué)研究，尤其是與正統(tǒng)宇宙論有抵牾的研究。這個基金會除了自然科學(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。最近，又有兩位宇宙學(xué)家獲得鄧普頓獎。這些研究宇宙學(xué)的人接二連三地獲得獎金很高的鄧普頓獎（2006年的獎金是140萬美元），說明了這個基金會認(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（如宗教）的橋梁。

后記

《10000個科學(xué)難題》系列叢書是教育部、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委員會四部門聯(lián)合發(fā)起的“10000個科學(xué)難題”征集活動的重要成果，是我國相關(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、前沿問題和國際研究熱點(diǎn)問題，也包括在學(xué)術(shù)上未獲得廣泛共識、存在一定爭議的問題。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個科學(xué)難題”征集活動是由四部門聯(lián)合組織在國家層面開展的一個公益性項目，這是一項涉及我國教育界、科技界眾多專家學(xué)者，為我國教育和科學(xué)技術(shù)發(fā)展、創(chuàng)新型國家建設(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。從這個意義上說，此次征集活動也是新中圍教育與科技發(fā)展史上一項具有開創(chuàng)性的工作，沒有任何現(xiàn)成的經(jīng)驗、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，因此，征集活動本身作為一個新生事物，我們也希望能得到全社會的廣泛認(rèn)同。征集活動開展以來，我們得到了教育部、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委員會有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，教育部趙沁平副部長親自倡導(dǎo)了這一活動，教育部科學(xué)技術(shù)司、科學(xué)技術(shù)部條件財務(wù)司、中國科學(xué)院院士工作局、國家自然科學(xué)基金委員會計劃局和教育部科學(xué)技術(shù)委員會秘書處為本次征集活動的順利開展提供了有力的組織和條件保障。由于此活動：工程浩大，線長面廣，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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