10000个科学难题·物理学卷

定　　价：168 元

丛书名：10000个科学难题

• 作者：“10000个科学难题”物理学编委会编
• 出版时间：2009/1/1
• ISBN：9787030242693
• 出 版 社：科学出版社

• 中图法分类：N49 
• 页码：836
• 纸张：胶版纸
• 版次：1
• 开本：16K

内容简介

本书是《10000个科学难题》系列丛书中与物理学相关的部分。征集的问题既包括物理学各分支学科目前尚未解决的基础理论问题，也包括在学术上尚未获得广泛共识、存在一定争议的问题，一些征集到的难题在相当程度上代表我国相关学科的一些主要领域的前沿水平。本书分为导入篇和专题篇：导入篇注重普及性和趣味性，图文并茂，以通俗易懂的方式深入浅出地阐释了一些受到广泛关注的重要科学问题。专题篇征集的难题覆盖了物理学的主要二级学科，简要概述了难题的背景、难点，并提供进一步研究的可能思路。

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序 言

　　爱因斯坦曾经说过“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要”。在许多科学家眼里，科学难题正是科学进步的阶梯。1900年8月德国著名数学家希尔伯特在巴黎召开的国际数学家大会上提出了23个数学难题。在过去的100多年里，希尔伯特的23个问题激发了众多数学家的热情，引导了数学研究的方向，对数学发展产生的影响难以估量。
　　其后，许多自然科学领域的科学家们陆续提出了各自学科的科学难题。2000年初，美国克雷数学研究所选定了7个“千禧年大奖问题”，并设立基金，推动解决这几个对数学发展具有重大意义的难题。几年前，中国科学院编辑出版了《21世纪100个交叉科学难题》，在宇宙起源、物质结构、生命起源和智力起源四大探索方向上提出和整理了100个科学难题，吸引了不少人的关注。
　　科学发展的动力来自两个方面，一是社会发展的需求，另一个就是人类探索未知世界的激情。随着一个又一个科学难题的解决，科学技术不断登上新的台阶，人类社会发展也源源不断获得新的动力。与此同时，新的科学难题也如沐雨春笋，不断从新的土壤破土而出。一个公认的科学难题本身就是科学研究的结果，同时也是开启新未知大门的密码。
　　《国家中长期科学和技术发展规划纲要》提出建设创新型国家的战略目标，加强基础研究，鼓励原始创新是必由之路。

目 录

目录
《10000个科学难题》序
前言
导入篇
宇宙学的黄金时代 李淼（3）
等效原理——物理学的基本原理 张元仲 罗俊（12）
牛顿反平方定律及其实验检验 罗俊（20）
Y射线暴能源 陆琰 黄永锋（30）
宇宙标准尺——重子声波振荡 张鹏杰（41）
太赫兹波及其应用 曹俊诚（48）
有粒子数反转与无粒子数反转激光 高锦岳（52）
声学斗篷的隐身机理和物理实现 刘晓峻 程营（60）
声孔效应的物理模型 刘晓宙 程建春（64）
金属玻璃中的科学 王永田 汪卫华（69）
金属铁磁性的起源 田光善（73）
量子蒙特卡罗模拟中的负符号问题 张世伟 赵汇海 向涛（81）
量子测量问题与量子力学诠释 孙昌璞（86）
具有绝对保密性的量子密码通信 龙桂鲁（95）
量子态及其隐形传送 张天才（101）
相对论量子信息 蔡建明 周正威 郭光灿（109）
量子质量标准 张钟华（117）
光钟——用光波定义“秒” 马龙生（129）
探寻核子结构 佘俊 马伯强（137）
原子核是否存在手性 孟杰（142）
原子核的滴线和核素新版图 叶沿林 曹中鑫（150）
原子核的晕现象 孟杰 周善贵（155）
什么是湍流世纪难题？ 佘振苏（163）
反应扩散系统中螺旋波的失稳机制 欧阳颀（175）
专题篇
化学稳定分子的有效减速与亚mK冷却问题 印建平（183）
原子体系中的多体QED题 王治文（185）
原子分子内部关联动力学实验观测 马新文（187）
用超冷原子气体仿真超导体 熊宏伟 詹明生（189）
广义相对论中的等效原理的实验检验 张保成 詹明生（192）
高温稠密物质结构 袁建民（194）
高温稠密物质辐射不透明度 袁建民（197）
非玻恩-奥本海默近似问题 丁大军（199）
超冷原子芯片 王如泉（202）
中子星高能辐射的观测研究 李向东（204）
宇宙中的中微子 袁业飞（207）
宇宙学起源的引力波研究 朱宗宏（210）
宇宙弦的演化 李淼（212）
宇宙磁场 韩金林（214）
宇宙伽马射线暴的余辉 黄永锋 陆琰 戴子高（218）
宇宙第一代恒星 赵刚（221）
永恒暴涨是可能的吗？ 朴云松（224）
引力波探测 龚雪飞 罗子人 刘润球（226）
一个宇宙学的全息理论 李淼（228）
星系的形成和演化 邹振隆（230）
星系核心黑洞的形成和演化 王建民（234）
弦宇宙学的初始条件问题 黄庆国 李淼（237）
弦论中宇宙弦产生的定量研究 陈斌卢建新（239）
弦论中标准粒子模型的实现 李田军（241）
物质自转与引力场的作用 张元仲（244）
为什么时空是四维的？ 卢建新 杨焕雄（246）
微波背景辐射中的张量模的实验和理论 龚云贵（249）
微波背景辐射谱的非高斯性的理论和实验 龚云贵（251）
太阳系外行星系统：寻找遥远的世界 刘晓为（253）
失踪的超新星遗迹 姜冰陈阳（259）
弱引力透镜宇宙学 张鹏杰（263）
日冕物质抛射在日地空间的传播及其对地球的影响 方成（265）
日冕物质抛射 汪景琇（267）
鉢物理常数会不会变化 黄志洵（272）
黑洞转动能量的提取 汪定雄（274）
黑洞熵的本质问题 卢建新 陈斌（278）
黑洞的吸积与外流 卢炬甫（281）
伽马射线暴的激波磁场与加速机制 张家铝（283）
伽马暴宇宙学 戴子高 王发印（286）
超高密度光子 李福利（288）
磁能释放的有效机制——磁重联 陈鹏飞（291）
超新星遗迹是宇宙线的起源吗？ 萧潇 陈阳（295）
超新星的爆发机制 彭秋和（299）
超弦理论的景观图像 杨焕雄 卢建新（306）
超弦理论誠本表叙和有限性 朱传界（310）
謝称暗物质之迷 杨金民（312）
暗物质湮没信号的多波段探测 黄峰 陈学雷（313）
暗物质的性质 毕效军（315）
暗能量的物理本质和反物质的丢失之谜 张新民（317）
自发辐射相干效应的实验验证 高锦岳（322）
能够实现打破衍射极限的远场成像吗？ 周磊（324）
介观尺度上光的约束与传输 童利民 龚旗煌（325）
光的本性问题 佘卫龙（328）
光传播中的光谱不变性和偏振不变性 赵道木（333）
光波在金属基界面的传播特性 陈良尧（335）
固态有机半导体电泵浦激光 秦国刚（337）
固态介质中的原子相干效应研究 高锦岳（338）
包含地址信息的全光缓存器 吴重庆（340）
太赫兹电磁波传输研究中面临的困难 许伟伟 周雷（342）
双复纤维的性能表征及反射率的计算 顾兆旃（344）
基于各向异性人工电磁材料的介质导波结构及慢波传播 冯一军 姜田（346）
母配分系数递推关系的破解 鲍诚光（348）
关于得到高维可积模型的一个新猜想 楼森岳 李金花（350）
Yangian表示论与求解非线性模型 白承铭 葛墨林（352）
Navier-Stokes方程和Euler方程的与自然灾害相关的环流解 楼森岳 黄菲（354）
粘接界面特性及粘接强度超声定量无损评价 李明轩（356）
噪声对人烦恼的作用机理和模型 邱小军（358）
亚表面成像的扫描探针声显微技术 钱梦騄（360）
声致发光的发光机制 屠娟 陈伟中（362）
声逆散射问题 陶智勇 李风华（364）
声波在岩石中的传播 张海澜（366）
人类听觉系统识别声音的物理机理及其定量表达 陈克安（368）
热声系统中的声传播问题 屠销（370）
颗粒介质的声散射 钱祖文（372）
海洋声场频率-空间特性研究 李风华（374）
高强聚焦超声肿瘤治疗过程中的无损温度监测 屠娟 刘晓宙（375）
复频及频率可调超声换能器 林书玉（377）
复合材料早期疲劳损伤的超声评价 邓明晰（379）
非线性驻波声场的数学模型和理论 刘克（381）
低频声波的吸收和隔离问题 程建春 邱小军（383）
超声制备纳米材料的声空化机理 刘晓峻（385）
超声振动对接触界面摩擦特性的影响 周铁英 陈宇 傅德永（387）
超声能量作用机理及声化学 沈建中（390）
超声W成像的高敏锐度检测技术 章东（392）
自驱动粒子自组织的非平衡统计物理 施夏清 马余强（394）
细胞骨架的组织机理 马余强 施夏清（396）
生物膜组织和微脂筏的形成 马余强（399）
胶体颗粒体系巾的可见光局域化 周鲁卫 田矗舜（401）
流感病毒的进化动力学之谜 Luca Peliti 徐悦 周海军（404）
颗粒物质的动力学问题和统计力学描述 厚美英 繆国庆（407）
电（磁）流变液的稳定性 周鲁卫（410）
蛋白质链是如何折叠成为天然结构的？ 王炜（413）
玻璃质动力学过程与玻璃化转变机制 黄以能 薛奇 周海军（416）
DNA超拉伸形变得机理 周海军（420）
用统计物理学方法处理约束满足问题曲临的五个挑战 Mikko Alava Erik Aurell 周海军（422）
聚合物晶体生长动力学 胡文兵（428）
质子交换膜燃料电池内的水传输问题 叶强 郑平（430）
微纳通道中液体的传输 郑平 吴慧英（432）
微纳通道中相变传热 郑平 吴慧英（434）
微纳米尺度流体流动与传热的格子-玻尔兹曼模拟 赵天寿 石泳（436）
热流科学中多尺度多物理场过程的数值模拟 洪芳军 郑平（438）
燃料电池中与电化学反应耦合的热传输问题 赵天寿 陈蓉（440）
燃料电池中多相多组分传输过程的模拟 赵天寿 杨卫卫（442）
纳米尺度下辐射传热显著增强的实验证实 张卓敏 符策基（444）
两相流体在多孔介质内的传输问题 郑平 叶强（446）
利用微米与纳米结构控制热辐射的发射及吸收 张卓敏 符策基（448）
有关扫描隧道显微镜（STM）方面的一个问题 高鸿钧（450）
现代电子显微学尚未解决的问题 李建奇（453）
自由空间的团簇是如何形成的？ 沙健（456）
自旋液体是否存在？ 寇谡鹏（457）
重费米子化合物中的非常规超导与量子临界性 袁辉球（459）
复杂纳米结构的几何形貌和电子结构的预言 何力新（462）
一维量子自旋链系统在任意边界磁场中的严格解 曹俊鹏（464）
维度对强关联电子体系性质的影响 郭建东（465）
为什么严格的多体波函数计算不能给出超导态，而简单的BCS平均场计算却能给出超导态? 熊诗杰（467）
二维电子系统在微波辐照下的零电阻现象 杨昌黎 谢心澄（468）
拓扑序量子相变的普适性问题 寇稷鹏（471）
波函数在环境中的退相位速率在低温下是否饱和？ 熊诗杰（473）
铜氧化物高温超导体赝能隙起源的探索 李建新（474）
铁基高温超导电性与机理 王楠林 雒建林（476）
非均匀费米超流体的FFLO态 陈焱（478）
太阳能替代传统能源可行吗？ 骆军委 李树深（480）
手性起源与手性催化的本质 薛其坤 张翼 王以林（483）
时间反演对称性的实验检测——寻找原子固有的电偶极矩 卢征天（485）
三维多体模型的精确解 孙鑫（488）
如何刻画量子相变和拓扑有序？ 张广铭（489）
如何刻画量子混沌？ 王晓光（491）
溶液中蛋白质分子的电子结构的第一性原理、全电子、从头计算 郑浩平（493）
热电材料机理和实用化问题 陈仙辉（495）
缺陷支配氮化铟的基本性质吗？ 史俊杰（498）
轻元素材料的优异性质及其潜在的光电子学应用 白雪冬（500）
强电声子相互作用体系的小极化子 封东来（502）
凝聚态物质中准粒子的波粒二象性 姬扬（504）
能够制备出具有本征室温铁磁性的稀磁半导体吗？ 赵建华（506）
能够实现激子玻色-爱因斯坦凝聚吗？ 李树深（508）
纳米硅热电材料 蒋最敏（510）
猛氧化物的庞磁电阻机制 盛利（512）
量子点接触中的“0.7结构” 孙庆丰（514）
量子尺寸效应作用下的金属薄膜表面催化研究 马旭村（516）
可放大自旋极化晶体管 姬扬 赵建华（519）
晶体管会停止发展吗？ 骆军委 李树深（521）
金属与合金的中温脆性 徐庭栋（523）
介观环中的持续电流的实验观测值与理论值有较大差距的疑难 李有泉（526）
交换偏置 胡经国 金国钧（527）
固体材料的轨道磁性 施均仁（529）
高温超导体中的涡旋玻璃相 陈庆虎（531）
高温超导体的配对机制是什么？ 封东来（533）
高温超导隧道结的制备技术 陈健（535）
高温超导电性机理 冯世平 张酣（537）
高温超导材料中的等离子体振荡和太赫兹辐射 陈健（539）
菲波纳契双螺旋是锥面上的最小能量构型吗？ 曹则贤（541）
二维石墨中的电导率极小问题 盛利（544）
二维电子系统在零磁场下的金属-绝缘体转变问题 盛利（545）
多铁性物理 刘俊明（547）
电脉冲引起的可逆电阻变化现象 赵宏武（549）
单个纳米结构的操纵与测量 白雪冬（551）
磁性异质结中的隧穿磁电阻的零点异常 盛利（553）
超越LDA的第一原理计算方法 方忠（555）
超冷费米原子中的色超流性 杨师杰（557）
超导量子干涉器件应用中的几个问题超高密度光子 郑东宁（559）
冰表面融化的动力学过程研究 潘鼎 王恩哥（561）
半导体纳米复合结构中的电子态和发光行为 吴兴龙（563）
STM单原子/分子操M在纳米科技中的应用 马旭村（565）
信息处理的物理极限与量子热力学 孙昌璞（568）
囚禁离子光频标 高克林（571）
腔QED量子计算 郑仕标 郭光灿（574）
量子直接安全通信的关键问题 邓富国 龙桂鲁（575）
量子因特网 郭光灿（577）
量子信息中的数学问题 杜鸿科（578）
量子信息启发的量子态操纵基本问题 孙昌璞（580）
量子信息启发的固体系统量子态操纵的基本问题 孙昌璞（586）
量子信道 周祥发 郭光灿（591）
量子芯片 涂涛 郭国平 郭光灿（593）
量子相变与量子纠缠中的一些有待解决的问题 顾世建 林海青 李有泉（595）
量子算法和量子计算酿杂性 刘旭峰（597）
量子器件中的1/f低频噪音问题 游建强（599）
量子纠错和量子编码 冯克勤（601）
量子计算机 郭光灿（605）
连续变量量子信息的关键科学问题 彭堃墀 谢常德 张靖（613）
离子阱量子计算 冯芒 高克林（615）
绝热量子计算 龙桂鲁（618）
基于固态光学微腔的量子信息处理器 肖云峰 韩正甫 郭光灿（621）
基于超导量子比特的量子计算、量子信息的实现 孙国柱（623）
宏观物体的退相干与量子宇宙的经典约化 孙昌璞（625）
拓扑量子计算 虞跃（627）
单原子的学精密操控 张天才（630）
超冷极性分子气体 易俗（633）
超冷费米气体中BCS-BEC渡越 张靖（635）
超导量子比特和固态量子计算的物理实现 于扬（637）
表面等离子体基元与量子信息 任希锋 郭国平 郭光灿（639）
用“瓦特天平”法实现量子质量基准 张钟华（642）
光子有静止质量吗？ 罗俊（647）
半导体激光器光谱结构模型及实验验证 祝宁华（656）
光电子器件测试中第一个校准标准 祝宁华（659）
用基本物理常数建立国际单位制SI的基本单位 陆祖良（662）
精细结构常数a是否随时变化? 徐信业（667）
重原子核自发裂变 许昌 任中洲（669）
质子冲子形状退耦现象 周善贵（671）
原子核形状相变雛观机制 周善贵（673）
原子核三体型 许昌 任中洲（675）
原子核的集团结构和集团放射性 袁岑溪 焦长峰 许甫荣（677）
银河系星际空间中大量26A1核素起源的疑难问题 白希祥 柳卫平（680）
形变原子核中的晕现象 周善贵（682）
为什么迄今实验发现约40个A超核而只发现一个超核？ 宁平治（684）
同核异能态与可能的伽马激光 许甫荣 刘红亮（686）
梯度方法能否用于求解Dirac方程？ 孟杰张颖（688）
手性原子核是否存在？ 孟杰 亓斌（690）
是否存在描述原子核结构的统一模型？ 孟杰 尧江明（692）
棘缚原子核与连续态 周善贵（694）
弱束缚核反应中的多步过程 卢飞 叶沿林（696）
如何在坐标空间求解核物理中耦合的微分积分方程组 孟杰 李志攀（698）
如何由AN二体相互作用计算八超核能谱精细结构？ 宁平治（700）
人类能在近期登上超重岛吗？ 周小红（702）
耦合常数的解析延托方法对变形原子核的共振态是否适用 孟杰 李志攀（705）
年轻超新星遗迹与钛44 陈阳 周鑫（707）
聚变堆结构与功能材料的特性 王宇钢（709）
近库仑势垒重离子反应的异常现象 张焕乔（711）
极端丰中子中重核区核结构壳效应可能的弱化和消失 黄亚伟 许甫荣（714）
恒星中氢燃烧的点火反应 白希祥柳卫平（717）
核介质下的中子耦合 吕林辉叶沿林（719）
核废料长期安全存储对材料有什么样要求 王宇钢（721）
电子与原子核散射 董铁矿 任中洲（723）
低能离子生物效应是由直接作用引起的吗？ 王宇钢（726）
从八超核能谱精细结构可以提取哪些新知识? 宁平治（728）
超核中的新物理 孟杰 吕洪凤（730）
K核深束缚态存在吗？ 宁平治（732）
中微子质量起源问题 晁伟 邢志忠（734）
质子自旋危机 马伯强（736）
质量起源问题 朱守华王青（738）
整体对称性和局域对称性 张大新（741）
原子核中相对论对称性——自旋及赝自旋对称性的物理起源 孟杰 梁豪兆（743）
宇宙早期的QCD相变过程 徐仁新（745）
雜线巾存在奇异滴吗 徐仁新（747）
有限量子多体系统平均场近似中的对称性恢复问题 孟杰 尧江明（749）
用ADS/CFT对偶方法研究强子物理和强耦合夸克物质 黄梅（751）
寻找胶子球 赵强（753）
相对论平均场理论中引入交换项会带来什么新物理？ 孟杰 张颖（755）
相对论核多体问题中的PP和ph相互作用能否统一 孟杰 孙保元（757）
统一场论中的规范等级问题 吴岳良（759）
轻子味混合与CP破坏 张贺 邢志忠（762）
强子作用朝前区的多粒子产生 丁林恺（764）
量子场论中的基本问题 吴岳良（766）
量子场论的严格解 王青（768）
夸克星 徐仁新（769）
夸克和胶子是如何构成核子的？ 邹冰松（771）
核子的奇异夸克反夸克不对称性 马伯强（773）
格点量子色动力学的非微扰研究 刘川（775）
费米-杨介子存在吗？ 闫沐霖（776）
对称性和对称破缺机制 吴岳良（778）
从味对称性理解费米子质量等级和味混合 丁桂军 闫沐霖（780）
超高能宇宙线中微子寻找 何会海曹臻（782）
超髙能宇宙线中微子实验寻找振荡到t型中微子的证据 曹臻（784）
才称存在吗？ 刘纯（786）
QCD在有限温度有限密度的相结构及强耦合夸克物质 黄梅（788）
QCD的非微扰动力学 吕才典（790）
Lorentz对称性破坏了吗？ 肖智 马伯强（792）
衰变中的CP破坏及相关问题 高道能（794）
CP破坏的起源、机制和宇宙学的关系 吕才典（796）
五夸克态是否存在？ 马伯强（798）
IPeV以上宇宙线的成分 朱清祺 曹臻（800）
真核细胞SOS信号通络的相应选择机制 欧阳颀（802）
细胞调控和信号途径的动力学研究 成章 王炜（804）
端流反应流 张健 何国威（806）
端流：模型与计算 唐少强（808）
声子热传导的微观机制及低维材料的热传导规律 赵鸿 张勇（810）
生物分子进化的定量描述 欧阳颀（812）
能否利用随机共振机制提高弱信号接收的信噪比 胡岗 郑志刚（814）
螺旋波动力学与心颤控制 欧阳颀（817）
轨道扩散与太阳系稳定性 孙义燧 周济林（819）
功能相关的蛋白质非线性构象变化 王骏（821）
复杂生物系统的鲁棒性与可进化性 史华林（823）
辅助因子如何调控的蛋白质结构与动力学过程？ 王炜（825）
非线性波传播的界面效应 胡岗郑志刚（827）
对流暖云中的湍流起伏场究竟如何影响到大云滴的生成？ 温景嵩（829）
球状闪电的等离子体物理模型 曾立（831）
惯性约束聚变点火和超新星爆炸 叶文华（833）
光学超晶格中冷原子的量子态 刘伍明（835）
编后记（837）

文 摘

　　导入篇
　　宇宙学的黄金时代
　　1．宇宙学是一门科学
　　在所有科学学科中，宇宙学是最吸引公众的学科之一。康德说过．“有两种事物，我们愈是沉思，愈感到它们的崇高与神圣，愈是增加虔敬与信仰，这就是头上的星空和心中的道德律。”康德所指的星空，就是我们今天所说的宇宙。谁不会对宇宙之大、宇宙的过去和未来产生巨大的兴趣?因为，我们是宇宙这个有机整体中的一分子，我们的过去和未来与宇宙的过去和未来有着密不可分的联系。至于康德所说的道德律，我想对于一个在有着宗教传统的国家长大的人来说自然也是崇高和神圣的。顺便说一句，西方人对宇宙的虔敬与宗教也有关系。对于他们来说，宗教的泛道德化与一个有目的的宇宙自然是骨与肉的关系。
　　正因为如此，在西方所有的科普活动中，宇宙学科普成为最吸引公众的活动之一，一些非官方的基金会如邓普顿（Templeton）基金会热衷于支持宇宙学研究，尤其是与正统宇宙论有抵牾的研究。这个基金会除了自然科学还支持其他种类的研究，例如哲学与神学，以及关于世界上主要宗教的研究。1995年，物理学家兼科普作家保罗·戴维斯（Paul Charles Davies）因《上帝与新物理学》等科普著作获邓普顿奖。最近，又有两位宇宙学家获得邓普顿奖。这些研究宇宙学的人接二连三地获得奖金很高的邓普顿奖（2006年的奖金是140万美元），说明了这个基金会认为宇宙学是连接科学与超出科学之外的人类形而上的活动（如宗教）的桥梁。