凍土物理學的案例
故障物理學
故障物理學是新發展起來的元器件失效分析技術，著重從微觀角度出發，研究元器件的失效發展過程和失效機理，以采取糾正措施，提高可靠性。
物理學咬文嚼字之：紛繁的運—動—力學
Dynamics，字面上是力的意思，可偏偏被漢譯成動力學，不免又節外生枝。
力學當然存在。自從力被當作運動的原因，此后又被當成運動改變的原因，人們就一直在為這個力賦予性與形。力，就是為改變物體運動狀態所作的努力 (effort)。英文的the theory of force， 德文的die Lehre der Kraft，才是力學。奧斯特有未出版的theory of force，麥克斯韋有On Physical Lines of Force (1861)，這些都是力學曾經的輝煌。隨著人們對運動和相互作用的認識不斷深入，force 的概念已經退居到無關緊要的位置，把mechanics 混成theory of force 已越來越不合時宜。不幸的是， dynamics 和mechanics 在漢語中已經固化為（動）力學了， 把《理論力學》、《電動力學》、《量子力學》和《熱力學、統計物理》這些學問望文生義地理解成力學，貽害不淺。可嘆！
力學是物理學最早的內容，從力學發展過程中建立起的概念和方法論很大一部分后來被移植到電磁學、熱力學等領域。弄清楚那些我們漢語中用“力學”一概而論的各物理學分支的同異，或有益于對這些學科的學習。
二、Statics
Statics，靜力學，力學中研究靜止或者平衡的那部分學問。這個字和state，stand 同源，立著的意思 (do you understand？)，漢譯靜力學中的“力”字屬于翻譯時硬塞進去的。Statics 可能是物理學的源頭。當年我學靜力學，計算用滑輪拉一個物體需要用多少力這件事時，總覺得哪里不對勁，因為我覺得用多少力去拉取決于你有多少力好使。
展開 物理學家發現比核彈更強大的能量！
據《科學美國人》雜志網站和物理學家組織網6日報道，最新一期《自然》雜志刊登了一篇夸克聚變研究的重磅論文：以色列特拉維夫大學和美國芝加哥大學科學家合作，首次證明夸克在聚變反應中能向外釋放強大能量，威力遠大于制造氫彈的核聚變釋放能量。
但研究人員表示，夸克在1皮秒時間內就會衰變，因此人們不必擔心其會被用于武器。
夸克是組成中子和質子等亞原子的粒子，目前被發現的主要有6種：上夸克、下夸克、頂夸克、底夸克、奇夸克和粲夸克，其中只有上夸克和下夸克質量目前最輕最穩定，能在宇宙中找到，而其他粒子只能通過高能碰撞產生。
今年6月，歐洲核子研究中心（CERN）團隊從高能碰撞數據中發現一種包含兩個粲夸克的全新重子。當時科學家猜測，粲夸克在聚變成重子的過程中，可能會向宇宙釋放剩余能量。
最新研究中，特拉維夫大學馬瑞克·卡里內和芝加哥大學喬納森·羅斯內從理論上推算得出，兩個粲夸克會在聚變中釋放12MeV（兆電子伏特）的能量，大約為氘氚聚變能18MeV的三分之二；而兩個底夸克聚變時甚至能釋放138兆電子伏特的強大能量，是氘氚聚變能量的近8倍。這也許意味著，與氫彈相比，“夸克炸彈”具有更大威力。
但研究人員表示，在武器裝備里的氫彈中，單個聚變反應不會造成危險，而是通過將大量氘氚堆積發生鏈式聚變才發揮威力。
夸克被制造出來后，會在1皮秒內衰變成更低能量的普通粒子，無法堆積儲存發生鏈式反應，因此人們無需擔心有人研制底夸克炸彈，用于軍事目的。“我們發表論文之前，與同行們進行了深入溝通，完全排除了用于武器研制的可能性。”卡里內說。新研究將為基本粒子物理學研究開創全新領域，未來兩年內，CERN的大型強子對撞機就能開展類似實驗，驗證夸克聚變的真正潛力。
本文轉自科學解碼。
展開 地球物理流體動力學中的絕對和相對渦度
在地球物理流體動力學中，相對渦度是由氣流通過彎曲路徑和風切變產生的。
三維旋轉，也稱為渦度，描述了海洋環流和天氣系統的行為
在地球表面，能量、動量和水分通過大規模的流體波動重新分配。在大氣中觀察到的三維旋轉負責將能量、動量和水分從一個點轉移到另一個點。三維旋轉，也稱為渦量，描述了海洋環流和天氣系統的行為。在描述大氣中的渦度時，絕對渦度和相對渦度是兩個需要理解和解釋清楚的術語。
什么是渦度？
渦度是一種顯微測量值，指示流體的自旋和旋轉。渦度描述了流體中局部旋轉的矢量表示。在地球系統中，渦度表示為風分量變化的凈幅值。
通常，渦量定義為速度的旋度。沿正交笛卡爾軸 x、y 和 z 使用 u、v 和 w 表示的風分量將流體包裹經歷的完整旋轉或自旋描述為：
x、y、z 坐標中的單位向量分別由 i、j 和 k 給出。
使用渦度分量表示大氣的旋轉動力學
在討論大氣或氣象模型時，渦度是一個不可避免的量。使用參數渦度描述與水圈、對流層和大氣相關的旋轉動力學。
渦度是一個具有水平和垂直分量的量。水平渦度矢量的方向連同水平速度矢量會影響上升氣流的旋轉，尤其是在雷暴期間。同樣，在關注大氣環流研究的同時，考慮了渦量的垂直分量，因為它與散度、大氣中的垂直運動和水平渦量有關。
地球物理流體動力學和渦度
在地球物理流體動力學中，渦量的垂直和水平分量非常重要。為了描述大氣的低層，使用了水平分量，而當風的速度或方向發生變化時，垂直分量起著重要作用。
渦度可以使用術語絕對渦度在慣性參考系中表示：
相對于地球的自轉，渦量使用以下等式描述：
在討論地球系統中流體的運動時，絕對渦度和相對渦度是交替使用的兩個術語。
絕對渦度
渦量的垂直分量在大尺度動力學中非常重要。
展開 
想獲得諾貝爾物理學獎？來研究流體力學啊！
2023年10月，諾貝爾物理學獎頒布，研究光脈沖的來自美國、德國和瑞典的三位物理學家獲此殊榮。同時，他們三人將共享大約100萬美元的獎金。
面對如此高的榮譽，這么多的獎金。再加上現在各地吸引人才的政策，比如東莞就承諾，拿到諾貝爾獎，在東莞買房可以補貼1000萬。
難道，你沒有眼饞嗎？那么問題來了，獲得諾貝爾獎的正確姿勢是什么呢?
從1901年諾貝爾物理學獎設立開始，一共有225人獲獎。他們的研究領域，涉及射線、磁場、熱輻射、超低溫、量子力學、光電效應、基本粒子、天體物理、無線電報、半導體、核反應、核磁共振、集成電路、光纖以及激光。
分析這些獲獎領域不難發現，他們主要分布在兩大塊兒：
一是帶領我們探求世界的本質，比如基本粒子；另一個，就是可以解決人類的實際需求，比如半導體和光纖。
那么你也可以從這兩方面入手。解決實際需求，可以研究核聚變或者室溫超導。搞定其中一項，獎牌就到手了。如果你想探求世界本質，該從哪兒發力呢？我給你指條路，絕對有前途，那就是流體力學。更具體一些，是流體力學領域的湍流。
首先，流體力學很重要。從人體內的血液流動，到飛機火箭上天，再到全球范圍的天氣變化，都離不開流體力學。
然而，如此重要的領域，人類對它的認識還很有限。尤其在復雜的湍流領域，還需要更進一步的探索。
流體力學的動量方程，最著名的N-S方程，已經建立了將近200年。但直到今天，人們依然無法完美解釋什么是湍流，為什么會有湍流，以及層流向湍流轉捩的具體過程。
我們在流體力學課本上看到的成果，基本都是簡化再簡化，或者經驗性質的。美國著名物理學家、諾貝爾獎獲得者費曼曾經說過：湍流是經典物理學中最后一個尚未解決的重要問題。
展開 下一個牛頓會是AI物理學家嗎？
Tailin Wu和Max Tegmark在arXiv上發表的論文中詳細描述了他們如何運用“AI物理學家”，朝這一方向邁出了重大一步。
為了實現這一目標，Tegmark和Wu的機器學習算法具有四種策略，這四種策略也同樣可被人類科學家所采用，以對復雜的觀測推導理論。這幾個策略分別是：
分治法：開發只能描述數據集的一小部分的理論，從而產生多種理論，不同的理論能各自描述數據的不同方面，比如物理學中的量子力學和相對論。Wu和Tegmark開發的AI物理學家，就以這樣的方式處理大的數據集。
奧卡姆剃刀：這是物理學家采用的另一個普遍規則，即越簡單的解釋越好。AI系統的一個廣為人知的特點便是，它能推導出過于復雜的模型來描述用于訓練它們的數據。因此，Wu和Tegmark也“教導”他們的系統，讓它偏愛更簡單的理論而不是復雜理論。
統一：另一件物理學家愛做的事情，就是尋找能將不同理論統一在一起的方法。若能將多個理論合而為一，那是最好不過了。這促使物理學家總在試圖尋求一種能支配萬物的法則（盡管幾乎沒有實際證據表明這種理論的存在）。
“終身學習”：這是幫物理學家取得成功的最后一個策略。如果一種特定的方法曾在過去奏效，那么它可能在未來的問題上也能奏效。因此，Wu和Tegmark的AI物理學家能記住曾學習過的解決方案，并嘗試將它們應用在未來的問題上。
AI物理學家的學習架構：在中心是一個儲存理論的中心。當遇到新環境時，首先就會檢查這個中心，然后提出能解釋部分數據的舊理論，以及能夠隨機初始化其他數據的新理論。所有的這些理論都通過分治法（Divide-and-conquer）訓練的，成功的理論和相應的數據就會被添加到理論中心。理論中心有兩種組織策略：1.
展開 《星球大戰》物理學：原力有可能真的存在嗎？
然而，現代物理學實驗已經證明了量子糾纏的真實存在。
事實上，喬治·盧卡斯在撰寫《星球大戰》的最初劇本時也受到了量子理論的影響。20世紀60年代晚期到70年代初，新紀元運動（New Age）的思想家提出量子糾纏就是一種將我們都聯系在一起的“力量”。
在物理學實驗中為人熟知的一點是，觀察者可能會與他們測量的物體發生“糾纏”，從而改變測量結果。這在某種程度上引出了我們都“糾纏”在一起的概念。
然而，這只是一個巧合。對于日常物體而言，量子糾纏的影響極為微弱。如果凱洛·倫是一個物理學家，他或許可以操縱幾個光子，使其量子糾纏，但若是想把激光束截停下來，就要困難得多了。
不過，在凝聚態物理學——研究物質凝聚相的物理性質——領域中，“糾纏”現象要更加普遍。固體物理學家研究的是數以十億計粒子的糾纏，他們往往能獲得一些非常新穎的結果，比如在超導領域的發現。一些新的現象，比如超導體懸浮在磁石上方的邁斯納效應，就是宏觀上電子的量子糾纏，或者說是一種鬼魅般的超距作用“力”。而正是量子糾纏的“力”，也催生了所謂的新型“量子材料”。
從某種程度上，原力背后還是有一些真實的物理學基礎。量子糾纏在現代物理學中扮演著重要角色，也是物質和能量之間建立聯系的方式之一。然而，我們很難在大尺度上達到量子糾纏，在活生物中進行觀察就更困難了。
那么，原力能否被視為“一種所有生命體都能產生的能量場”？物理學家才剛剛開始對生物學中的量子糾纏展開研究，并開辟了一個相對較新的領域——量子生物學。只有一些偶然的證據顯示，較大的生物分子可能會受到量子糾纏效應的影響。
量子糾纏在生命過程中起到重要作用的概率似乎很低，但或許正如韓·索羅所說：“永遠不要跟我說幾率！”
展開 電子在石墨烯中流動，開創物理學新篇章
曼徹斯特大學的研究人員，與Marco Polini教授和Leonid Levitov教授共同帶領的理論物理學家們合作發現，Landauer的基本限制可能在石墨烯中被破壞。更令人著迷的是，原因正在于這個機制本身。
去年，一個被稱為“電子流體動力學”的固態物理學新領域激發了人們巨大的科學興趣。三個不同的實驗（包括曼徹斯特大學進行的一個實驗）表明，在特定溫度下，電子頻繁進行碰撞，最后像粘性流體一樣連續流動。
這項新的研究表明，這種粘性流體比彈道電子更具導電性。結果是相當直觀的，因為通常散射會抑制電子在晶體內的移動，從而降低材料的導電性。然而，當電子彼此碰撞時，它們會開始一起工作并且減輕電流流動。
這是因為一些電子停留在晶體邊緣附近，動量耗散最多，移動相當緩慢。同時，它們保護鄰近的電子免受與這些區域的碰撞。因此，一些電子在他們的同伴的引導下通過隧道，超級順暢。
安德烈·蓋姆爵士說：“我們在學校學過，額外的障礙總是會產生額外的電阻。在我們的實驗中，由電子散射引起的紊亂實際上減少了而不是增加了電阻。這是獨一無二且非常違反常識的：當電子形成液體時，比在沒有阻力的地方（例如真空）傳播得更快。”
研究人員測量了石墨烯收縮的阻力，發現其隨著溫度的升高而降低，與預期摻雜石墨烯的一般金屬行為相反。
通過研究在收縮過程中阻力如何隨溫度變化，科學家們發現了一種新的物理量，粘性電導。測量它們使得科學家們能夠以非常高的精度確定電子粘度，提取值與理論值具有顯著的定量一致性。
這項研究已經發表在期刊Nature Physics上。
展開 著名物理學家史蒂芬·霍金去世 享年76歲
著名物理學家史蒂芬·霍金
3月14日中午消息，據多家英國媒體報道，著名物理學家史蒂芬·霍金今日去世，享年76歲。
史蒂芬·威廉·霍金（Stephen William
Hawking），1942年1月8日出生于英國牛津，英國劍橋大學著名物理學家，現代最偉大的物理學家之一、20世紀享有國際盛譽的偉人之一，著有《時間簡史》等書。1979至2009年任盧卡斯數學教授，主要研究領域是宇宙論和黑洞，證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理，提出了黑洞蒸發理論和無邊界的霍金宇宙模型，在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——愛因斯坦創立的相對論和普朗克創立的量子力學方面走出了重要一步。
霍金教授的子女露西、羅伯特和蒂姆在一份聲明中表示：“我們深愛的父親已于今日辭世，我們為此感到極度傷心。他是一名偉大的科學家，一個卓越的人，他的工作成功將會在未來許多年繼續存在下去。他的勇氣和堅持以及他的天才與幽默鼓舞了來自世界各地的人。他曾經說過：
‘如果不能為你所愛的人提供一個家，宇宙就沒有什么意義了。’ 我們將會永遠懷念他。”
以下為霍金發言人聲明全文：
我們遺憾的宣布，史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）教授已經辭世，享年76歲。
霍金教授今晨在位于劍橋的家中平靜地離開了這個世界。
他的家人希望外界能夠給予他們時間和隱私來悼念霍金教授的離開，但是他們想要感謝每一位在霍金教授的一生中，一直以來站他身邊并且支持他的人。
他的子女露西、羅伯特和蒂姆發出了如下聲明：
“我們深愛的父親已于今日辭世，我們為此感到極度傷心。他是一名偉大的科學家，一個卓越的人，他的工作成就將會在未來許多年繼續存在下去。他的勇氣和堅持以及他的天才與幽默鼓舞了來自世界各地的人。他曾經說過： ‘如果不能為你所愛的人提供一個家，宇宙就沒有什么意義了。’
展開 顆粒動力學 | Ansys Rocky 助力擴展和增強多物理場仿真
我們期待與Rocky團隊展開更密切的合作，共同將顆粒動力學應用擴展到DEM的傳統范圍之外。
5/12 探索Ansys Rocky-將多物理仿真擴展到顆粒動力學
從重型機械到農業設備、從石化行業到采礦業、從消費產品到醫藥制劑，高效的評估大量微細材料（纖維、薄膜、膠囊、礦石等）的流動、熱等特征及對其相關工藝過程（壓縮、破碎、干燥/加濕等）的數值仿真越來越被重視，顆粒動力學仿真逐漸成為工業CAE不可或缺的一部分。
Ansys Rocky可以幫助工業及科研客戶解決與大規模顆粒流動相關的物料運輸、分離效率預測、礦石破碎、零件拋光、作物干燥、預測設備磨損等諸多的問題。Rocky是一款技術領先顆粒動力學（Particle Dynamics）仿真軟件，具備諸多先進模型，可以對顆粒真實外形進行建模，從而更好的仿真顆粒間、顆粒-接觸壁面之間的復雜交互作用。Rocky現在已經集成到Ansys Workbench中，通過與Fluent、Ansys Mechanical、Ansys Motion等軟件相結合，用戶可以輕松的將多物理場仿真拓寬到顆粒動力學領域。
本次網絡研討會，我們將討論Rocky在多個重要行業的應用。
展開 
活動邀請 | 探索Ansys Rocky-將多物理仿真擴展到顆粒動力學
從重型機械到農業設備、從石化行業到采礦業、從消費產品到醫藥制劑，高效的評估大量微細材料（纖維、薄膜、膠囊、礦石等）的流動、熱等特征及對其相關工藝過程（壓縮、破碎、干燥/加濕等）的數值仿真越來越被重視，顆粒動力學仿真逐漸成為工業CAE不可或缺的一部分。
Ansys Rocky是一款技術領先顆粒動力學（Particle Dynamics）仿真軟件，具備諸多先進模型，可以對顆粒真實外形進行建模，從而更好的仿真顆粒間、顆粒-接觸壁面之間的復雜交互作用。幫助工業及科研客戶解決與大規模顆粒流動相關的物料運輸、分離效率預測、礦石破碎、零件拋光、作物干燥、預測設備磨損等諸多的問題。Rocky現在已經集成到Ansys Workbench中，通過與Ansys Fluent和Ansys Mechanical、Ansys Motion等軟件相結合，用戶可以輕松的將多物理場仿真拓寬到顆粒動力學領域。
5月12日，Ansys聯合渠道合作伙伴IDAJ艾迪捷有限公司共同推出『探索Ansys Rocky-將多物理仿真擴展到顆粒動力學』網絡研討會，歡迎預約參加本次活動。
時間
5月12日（星期四），15:00-17:00
面向受眾
在生命科學、農業、加工、能源、采礦和金屬工業中從事散裝固體工作的工程師；從事純固體、顆粒系統、多相流應用的建模和模擬專業人員。
展開 物理學家首次實現同處兩地的薛定諤貓
[摘要]耶魯大學物理研究小組的最新研究發現，一只“量子貓”可同時處于生與死的狀態，在兩個不同的地方同時存在。
奧地利物理學家于1935年發明一種思想實驗，
在該假設的實驗中，一只貓被放在一個密封盒子里，靠近放射性樣品、蓋革計數器和一瓶毒 藥
據國外媒體報道，一只“量子貓”可同時處于生與死的狀態，在兩個不同的地方同時存在。這是基于耶魯大學物理研究小組的最新研究，他們的試驗建立于臭名昭著的薛定諤貓悖論，并結合量子糾纏的概念。研究人員發現他們可以誘導大量的光子來產生匹配狀態，他們表示這將有助于推進超速、可靠的量子計算機。薛定諤貓是一種思想實驗，是由奧地利物理學家Erwin Schr?dinger于1935年發明的。在該假設的實驗中，一只貓被放在一個密封盒子里，靠近放射性樣品、蓋革計數器和一瓶毒 藥。
觀察者不知道物質的原子是否已衰變，因此，在盒子被打開之前，不能確定小瓶是否已經破碎。這意味著貓在盒子里處于活和死的分身，直到盒子被打開來確認其是死是活。在這個新實驗中，研究人員把這個想法帶到下一個層次，即在方案中加入一個額外的盒子。他們建立了一個有兩個三維微波腔的裝置并通過超導電流將它們聯結在一起。接著，其中一個腔中的光子被帶到一個迷宮似的大門，使它們產生獨特的旋轉。研究人員表示，這產生了兩種狀態，就像假想的貓一樣，處于活和死的狀態。
Chen Wang表示這只貓又大又聰明。它不會停留在一個盒子里，因為量子態在雙腔中被共享，且不能分開描述。也可以采取另一種觀點，有兩只小而簡單的薛定諤貓，分別被放在兩個盒子里，這是相互糾纏的。在第二個腔里，研究人員發現光子采取了類似的狀態。他們測量了多達80個光子的“貓大小”，而且通過使用專門控制脈沖可以產生更大的尺寸。這些發現表明科學家可以操縱復雜的量子態，并在一個大范圍內實現量子相干性。
展開 魔角雙層石墨烯入選2018年物理學十大突破！
雖然還需要進一步的觀察來支持這一假設，但這項研究可能有助于解開物理學中最重要的未解之謎之一: 暗物質到底是什么?
9 發現準晶體的超導性
名古屋大學Keiichiro Imura、Kazuhiko Deguchi等、豐田工業大學Tsunehiro Takeuchi、豐田理化學研究所Tsutomu Ishimasa等研究人員首次發現超導準晶體——金屬合金準晶體在溫度低于0.05 K時是一種超導體。
當電子對通過與聲子的相互作用形成時，傳統的超導性就產生了，這有點類似通過晶體晶格傳播的粒子變形。
準晶體不具有平移對稱，因此沒有晶體晶格，因而不是傳統的超導體。
自從1984年第一個準晶體被發現以來，一些物理學家就提出，準晶體中可能存在超導性。現在，終于有人發現，而這一發現可能會促使顯示分形超導性新材料的產生。
作者：哈米什·約翰斯頓。來源：物理世界、世界科學、烯碳資訊
展開 在 COMSOL? 中構建磁流體動力學多物理場模型
軟件中的模型都是從零開始構建的，軟件支持多物理場，因此用戶可以按照自己的意愿輕松地組合代表不同物理場現象的模型。有時這可以通過使用軟件的內置功能來實現，但有些情況下，用戶需要做一些額外的工作。我們以構建磁流體動力學（MHD）模型為例介紹一下這個工作流程。
磁流體動力學的多物理場建模
MHD 現象的建模本質上是一個多物理場問題；必須用數值方法求解流體流動、電流和磁場之間的耦合問題。這些不同的場都是由偏微分方程描述的，可以通過有限元方法求解。
施加電流時兩個磁體之間通道中導電流體的 MHD 問題。
我們看看如何在一個相對簡單的問題背景下進行建模：如上所述，絕緣的矩形通道內為不可壓縮導電流體，這個通道連接兩個流體靜壓相等的無限大容器（未建模）。有兩個電極穿過流動通道在兩側伸出，通過施加電勢差驅動電流通過流體。此外，在上方和下方分別放置一個圓形磁鐵。磁體產生靜磁場，使得具有導電性 以一定速度 移動通過該磁場，從而產生感應電流。。除了這些感應電流之外，由于電勢場的邊界條件，還會產生電流 ，因此流體中的總電流變為：
流經磁場的電流將對流體產生體積力 ，并將流體從一個容器泵送到另一個容器。我們假設系統在穩定狀態下運行。
耦合電場、磁場和流場
對于這個問題，我們需要求解流體中的偏微分方程組來描述電場和磁場。方程式為：
和
這組方程通過磁場和電場 接口（AC/DC模塊的一部），使用安培定律和電流守恒 特征以及單獨的速度（洛倫茲項） 特征求解。
在移動流體周圍的空間中，沒有電流，所以我們只需求解單矢量方程：
其中是剩余磁通密度，它僅在磁域中非零。當單獨求解上述方程時，請使用磁場和電場 接口中的安培定律 特征。
我們假設通道壁的屬性不影響場，因此在模型中忽略它們。使用一組材料屬性和邊界條件來給出說明性結果。
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