全球定位系统,由 24 颗绕地球运行的卫星及其在地球上的相应接收器组成的全球卫星导航系统,它为全球提供了确定位置、速度和时间的实用且经济实惠的方法。卫星在距地面约 12,000 英里处绕地球运行,每 24 小时绕地球运行两次。GPS 卫星不断向地面接收器发送包含卫星位置数据和准确时间的数字无线电信号。卫星配备了精确到十亿分之一秒的原子钟。根据这些信息,接收器知道信号到达地面接收器需要多长时间。由于每个信号都以光速传播,接收器接收信号的时间越长,卫星距离就越远。通过了解卫星的距离,接收器就知道它位于以卫星为中心的假想球体表面的某个位置。通过使用三颗卫星,GPS 可以根据三个球体的交点计算接收机的经度和纬度。通过使用四颗卫星,GPS 还可以确定高度。GPS 由美国国防部 (DOD) 开发和运营。它最初被称为 NAVSTAR(带定时和测距的导航系统)。在民用之前,GPS 用于为军事提供全天候的导航能力
这些讲座试图涵盖基本常数领域的两个活跃研究主题,其动机似乎毫无关联,甚至相互对立。一方面,计量学中有一个成功的计划,将基本单位的实现尽可能紧密地与基本常数的值(如光速 c、基本电荷 e 等)联系起来,因为这种方法有望为所有物理量的测量提供一个通用且精确的系统。另一方面,常数的普适性可能会受到质疑,因为寻找大统一理论或量子引力理论似乎不可避免地需要违背爱因斯坦的等效原理,因此可能意味着基本耦合常数的空间和时间依赖性。通过实验探索基本常数的时间变化,其动机是认为这可能为新物理学提供一个窗口,从而指导或限制通向更深层次理论理解的途径。这两个主题的联系在于,它们都受益于对计量学实验精度的共同追求。精度的提高将使应用科学的测量更加可靠,也使我们能够寻找迄今为止可能未被注意到但可能为更全面理解物理学基础提供线索的微小影响。本文的第一部分将简要概述当前的单位制以及正在进行的有关如何改进它的讨论。我们将
光学特性 – 金属 • 金属由部分填充的高能导带组成。 • 当光子照射到金属上时,它们的能量用于激发电子进入未占据状态。因此,金属对可见光是不透明的。 • 但是,金属对高端频率(即 x 射线和 γ 射线)是透明的。 • 吸收发生在非常薄的外层。因此,厚度小于 0.1 μm 的金属膜可以透射光。 • 吸收的辐射以可见光的形式从金属表面发射,可见光的波长与反射光相同。金属的反射率约为 0.95,而其余的入射能量则以热量的形式消散 • 金属吸收的能量取决于每种特定金属的电子结构。例如:铜和金对绿色和蓝色等短波长颜色的吸收较大,对黄色、橙色和红色波长的反射较大。 非金属材料的光学特性 • 非金属材料由各种能带结构组成。因此,吸收、反射、透射和折射等四种光学现象对这些材料都很重要。折射 • 当光子穿过材料时,它们会引起电子极化,进而导致光速降低,光束改变方向。• 光穿过介质的相对速度由称为折射率 (n) 的光学特性表示,定义为
光或电磁波是一种迷人的自然现象。它让我们能够看到从遥远星系到单个分子的所有事物。它还可以加热我们的食物,帮助我们进行交流和几乎即时的信息传递(以光速,即 3 x 10 8 米/秒)。光还带有动量,因此会对物体施加力。如果你用手电筒照射一枚硬币,硬币就会感受到光的力。但是,这种力非常小,只有皮牛顿 (pN) 的数量级。因此硬币不会移动。但如果物体也非常小,只有微米数量级呢?这正是 20 世纪 70 年代贝尔实验室的亚瑟·阿什金 (Arthur Ashkin) 试图研究的东西。他发现,紧密聚焦的光束实际上可以吸引附近强度较低的区域的粒子。捕获力与光的强度成正比,校准后,你可以看到物体移动并最终“停滞”。因此,他发明了第一个光镊(或称陷阱),并因此获得了 2018 年诺贝尔物理学奖(享年 96 岁!)。现在,它被广泛应用于许多物理和生物物理实验室,用于捕获从原子到生物细胞的任何东西(请参阅本报告末尾的参考资料)。
这时,约翰·克劳泽 (John Clauser) 出现在了故事中:首先,当他还是哥伦比亚大学的研究生时,他发现了贝尔定理的一个修改版本,其中的不等式可以应用于实际实验(使用纠缠光子对和对各种极化方向的测量);然后在 1972 年,他与伯克利大学的 Stuart Freedman 一起进行了第一个实验,最终证明贝尔不等式被违反了 5 个标准差以上 [3]。这个实验使用灯来激发原子(激光时代之前!),是一个杰作,数据采集时间为 200 小时。克劳泽的结果后来由 Fry 和 Thompson 在 1976 年通过类似的实验证实。与此同时,从 1974 年开始,Alain Aspect 参与了一项计划,其中通过相对论论证来强制执行对中每个光子的偏振测量之间的独立性。在奥赛光学研究所进行的这些实验中,每个偏振器的设置都在随时间快速变化,因此两个检测通道之间不可能交换有关此设置的信息:在创建纠缠光子对之后,对光子偏振的测量基础的选择已经完成,局域性条件(这是贝尔定理的一个基本假设)成为爱因斯坦因果关系的结果,可防止任何超光速的影响。这导致了 1982 年发表的
真空介电常数,l o w erca se ep s iL o n s u b脚本0等于8.85倍10次,左括号牛顿平方平方平方的负12库仑的功率为12库仑。真空渗透性,m u s u b s c r i p t 0 e quals 4 pi times 10 to负7左括号tesla tesla tesla tesla米右括号右括号,每个安培。1电子伏特,1 el e c tron v o lt等于1.60倍10倍10焦点的功率。普朗克的常数,H e Qual S 6。63 t i es 10到负34焦耳的第二次,第二次等于4.14倍10倍10次,而负15电子伏特第二。H C Equa LS1。99 t i mes 10 t负25焦耳仪表的功率等于1240电子伏特纳米。光速,C Qual S 3。0 0次10到每秒8米的功率。wien的常数,be Qual S 2。90乘以10倍的3米开尔文的功率。
黑洞信息(丢失)悖论是一个有关黑洞蒸发和演化过程的幺正性难题的问题(见霍金[9],或Chakraborty和Lochan[4]、Harlow[8]、Polchinski[16]和Marolf[10]的评论)。幺正性守恒的假设(尤其是我们的假设)意味着几种一般的情况。例如,可以采用这样的假设(我们也这样做),即信息在黑洞蒸发过程中(以某种方式)逐渐释放。然而,这个观点(显然和其他观点一样)需要某种令人信服的物理机制,或者(在缺乏机制的情况下)至少需要某种可行的信息传输抽象算法。研究该悖论的一个显而易见的方法是,从特定的物理机制中抽象出问题,从量子比特的角度分析问题。在文献中,我们可以找到许多量子比特模型,它们或多或少成功地再现了黑洞演化的各个步骤(例如,参见 Broda [ 2 , 3 ]、Giddings [ 6 , 5 ]、Giddings 和 Shi [ 7 ]、Mathur [ 11 , 12 ]、Mathur 和 Plumberg [ 13 ]、Osuga 和 Page [ 14 ] 或 Avery [ 1 ] 的评论)。不幸的是,在所有这些模型中,因果关系这一重要问题似乎都没有引起应有的重视,因此没有明确排除超光速通信的可能性。与此相反,我们目前的处理方式优先考虑因果关系。更准确地说,在我们的方法中,我们严格控制通过量子比特传输的信息的方向。
光帆动力学和多普勒阻尼 指导老师:Boris Kuhlmey 联合指导老师:Martijn de Sterke 电子邮件联系方式:boris.kuhlmey@sydney.edu.au 大挑战:基本定律和宇宙;“突破摄星”大挑战基金 半人马座阿尔法星系统是距离太阳最近的恒星系统。由于它距离我们超过 4 光年,使用现有技术需要花费数千年才能到达那里。“突破摄星”是一个令人兴奋且雄心勃勃的项目,旨在缩短这个漫长的时间框架。计划使用 100 GW 地球激光将表面积为 10 平方米、质量为 1 克(包括有效载荷)的帆加速到光速的 20%。以这个速度,大约需要 25 年才能到达半人马座阿尔法星系统并将信号发回地球。要使这一目标成为现实,必须克服许多实际和概念上的挑战。其中之一就是帆的稳定性。激光束从来都不是完美的,因此激光加速帆不可避免地会导致侧向运动和扭矩,从而导致帆偏离。必须通过自我校正的帆设计来克服这一问题,从而实现向目标的稳定运动。我们最近对二维运动进行了理论分析,并建立了原理证明,现在正在将其完全三维化。我们有许多理论和数值项目,需要理论力学、狭义相对论、光学和电磁学的方法,旨在确定帆表面的详细光学特性、其运动以及帆结构的概念设计。
钢铁厂在开发和引进新工业技术方面一直发挥着主导作用。一些开创性的工艺创新现已进入实际实施阶段。其中包括世界“第一”,例如连铸带钢轧机,它将连铸机与热轧带钢工艺直接连接起来,以及连续热轧机,其中带钢被焊接在一起以形成无尽轧制工艺。正在积极开展小型轧机和在线带钢工艺 (ISP) 技术的研究,以缩小设备尺寸,以及 CALS 研究(在钢铁厂的背景下意味着以光速进行商业活动以及持续采购和生命周期支持),以降低工程和采购成本。电气产品负责在钢铁厂中执行监督、测量和控制功能,因此不仅在工厂运行中发挥着核心作用,而且在确保采用最新技术和提高产品质量方面也发挥着核心作用。三菱电机最近为钢铁厂推出的产品具有快速、高度兼容的控制系统和复杂功能的特点。灵敏而精确的传感器和先进的控制技术在完全自动化的过程中发挥着作用,其中监控和控制操作的集成电气、仪表和计算机 (EIC) 环境正在提高产品质量。K正在供应清洁、环保的电力来源,其功率因数为 1,高次谐波电流最小,并且交流主驱动系统基本无需维护,并且由于采用了门极可关断晶闸管 (GTO) 逆变器而提供高速响应。
大挑战项目 光帆动力学和多普勒阻尼 指导老师:Boris Kuhlmey 联合指导老师:Martijn de Sterke 电子邮件联系方式:boris.kuhlmey@sydney.edu.au 半人马座阿尔法星系统是距离太阳最近的恒星系统。由于它距离我们超过 4 光年,使用现有技术需要花费数千年才能到达那里。突破摄星计划是一个令人兴奋且雄心勃勃的项目,旨在缩短这个漫长的时间框架。该计划是使用 100 GW 地球激光将表面积为 10 平方米、质量为 1 克(包括有效载荷)的帆加速到光速的 20%。以这个速度,大约需要 25 年才能到达半人马座阿尔法星系统并将信号发回地球。要使这个目标成为现实,必须克服许多实际和概念上的挑战。其中一个挑战就是帆的稳定性。激光束从来都不是完美的,因此激光加速帆不可避免地会导致侧向运动和扭矩,从而导致帆偏离。必须通过自我校正的帆设计来克服这一问题,从而实现向目标的稳定运动。我们最近对二维运动进行了理论分析,并建立了原理证明,现在正在将其完全三维化。我们有许多理论和数值项目可用,这些项目需要理论力学、狭义相对论、光学和电磁学的方法,旨在确定帆表面的详细光学特性、其运动以及帆结构的概念设计。这些项目由物理基金会的特别大挑战基金资助。