直升机和汽车哪个速度快?研究称汽车更胜一筹

2018-02-14 00:09:47 来源: 参考消息网 作者:

  参考消息网2月13日报道 美媒称,在地空行进的对比中,人们一般会认为飞机比汽车更快一些。因为摩擦力更小,也不存在各种道路问题。然而物理学是很有意思的,单纯从速度上说,直升机相比传统汽车仍有一些劣势。实际工程学可以从物理学的角度分析一下这场竞速。

  据美国《大众机械》杂志网站报道,一旦直升机螺旋桨叶的提升力大于直升机的重量,直升机就能够起飞。而当提升力等于直升机重量时,飞机就能盘旋。要想前进,飞行员需要把提升力转变成推力,方法是让直升机处于一定角度的位置。

  报道称,正是直升机前进所需要的这种角度降低了速度。随着直升机的前进,其螺旋桨叶的左侧部分是在远离前进方向,而右侧部分则是在靠近前进方向。由于这种气流,直升机螺旋桨叶的右半部会比左半部产生更多的提升力。

  当然,直升机并不会每次飞行时都打转到无法控制。这是因为螺旋桨叶会改变迎角。有时这个角度可以由飞行员改变,其他时候则是通过水平旋翼的旋转斜盘来自动实现。

  随着旋转斜盘加大直升机的迎角,其提升力也会增加。但其作用也有限。直升机会碰到流动分离边界,也就是它无法再抵消其不均衡的提升力。这个点发生在时速大约400千米的时候。凭借反向旋转的水平旋翼,有时直升机可以飞得更快一些。但即便是这样其对抗流动分离的作用也仅限于此。

  报道称,汽车也有许多空气动力学的问题,但其所有的硬性限制都不如流动分离边界。这也就是有人梦想制造出时速超过1600千米的汽车的原因了。

  【延伸阅读】美媒称中国用量子物理学“接管”世界:未来属于北京

  参考消息网11月7日报道 美媒称,现在,由于一种称为量子加密的技术问世,绝对安全通信的梦想得以实现。这种技术可能有助于使全世界摆脱网上诈骗和身份盗窃、黑客袭击和电子窃听。在一个加密破解不了的世界上,人类所有的电子通信可变得完全私密,这对于网络安全的影响令人难以置信。

  据美国《新闻周刊》网站10月30日报道,9月29日,那样的世界离成为现实又迈进了一大步。来自中国科学院的密码学家和物理学家们与维也纳的同行们利用量子加密技术进行了半个小时的视频通话,这项技术使得非法侵入或偷听通信成为不可能。

  报道称,英国一位资深情报官员说,“在最近的各种技术创新中”,这个新的加密标准“最让我振奋”。它改变了整个世界。专家们说,当前,尽管量子技术重大的技术创新仍然是由西方机构做出的,比如纽约阿蒙克的IBM公司、(谷歌支持的)加州大学以及(欧盟支持的)荷兰代尔夫特理工大学,等等。不过在实施应用方面,中国遥遥领先。

  报道表示,北京-维也纳视频通话是通过常规的Skype(时光谱)式互联网连接进行的——不过安装在中国卫星上的量子器件产生的安全密钥是一个革命性的创新。而且,至关重要的是,量子物理学创造了这个密钥,意味着任何破解密码的尝试会立马被发现。牛津大学教授阿图尔·埃克特说:“量子密码几乎就是可能生成的不可破译的密码。”

  报道称,物理学家潘建伟牵头的中国团队建立了整体的现实世界的量子加密通信系统。中国人已经将基站、卫星和数千英里的光纤电缆连接起来,在全国传输量子密钥。开发远程量子通信的马里兰大学联合量子研究所副教授查尔斯·克拉克说:“这是一次了不起的演示。”

  报道称,以前,所有的密码系统基本上都是依赖于制造敌人的技术能力解决不了的数学难题。今天的加密标准——所谓的公钥技术,是所有互联网认证和据称安全的通信应用软件(比如WhatsApp)的基础——比恩尼格玛密码机要复杂得多。不过其原理是一样的。用户需要用来加密和解码的密钥是电脑生成和分配给双方的。不过只要获得足够的计算能力,就有可能破解密钥。而量子加密技术以完全不同的模式——任何量级的计算能力都破译不了——取代了那种技术竞赛。埃克特说:“与数学系统不同……量子密码技术依赖于物理定律,这个无法破译。”

  报道表示,量子密钥分配器——也称为不可破译的密钥生成器——有潜力通过消灭黑客行为和身份盗窃改善世界的电子商务和信息保护。

  报道称,8月份,潘建伟对美国的《科学与技术》杂志说,5年内,中国将发射一颗新的卫星,轨道在海拔2万公里的高空,覆盖的地球表面大大增加。计划2022年建成的中国载人太空站将携带试验性的量子通信有效载荷,可人工维护和升级。其最终目标是发射一系列地球同步卫星,覆盖全世界。

  报道称,到目前为止,只有中国投入了数十亿美元来使之量子加密技术得以实际应用。克拉克说,“进入的门槛非常高——从本质上来说,这需要一个国家级实体去做才行。”西方一位不愿透露姓名的资深网络安全专家说,用量子通信卫星覆盖整个地球是“一个登月或者曼哈顿计划规模的计划”,“今天,我们(西方)没有政治人物有那样的远见,致力于那么大规模的长期科技计划……这就是中国人领先的原因。”

  报道称,埃克特说:“谁控制了信息,谁就控制了世界。”按照这一逻辑,未来属于北京。(编译/刘宗亚)

  资料图片:2016年12月10日,在西藏阿里观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验(合成照片)。新华社记者 金立旺 摄

  (2017-11-07 00:15:00)

  【延伸阅读】中国科大陆朝阳教授获欧洲物理学会菲涅尔奖

  央广网合肥7月4日消息(记者刘军)记者从中国科大获悉,欧洲物理学会近日宣布,授予该校陆朝阳教授2017年度菲涅尔奖,以表彰其“在量子光源、量子隐形传态和光学量子计算方面的杰出贡献”。 陆朝阳是第三位获得该奖项的中国科学家,此前,2005年和2013年的菲涅尔奖分别颁发给了中国科大的潘建伟教授和陈宇翱教授。

  菲涅尔奖以19世纪伟大的光学家菲涅尔命名,是欧洲物理学会设立的奖励量子电子学和量子光学领域35岁以下青年科学家的国际最高荣誉,每两年颁发一次,每次奖励基础和应用研究领域各一人。

  据了解,陆朝阳2000年考入中国科大化学物理系,2004年从物理系毕业后加入潘建伟教授的研究组,开始了他在量子信息科学领域的科研历程。在读研究生期间,陆朝阳在导师指导下完成了首次制备六光子纠缠等实验,成果入选两院院士评选的年度中国科技十大进展新闻。2008年,在潘建伟的推荐下,陆朝阳进入剑桥大学卡文迪许实验室转向固态量子体系的研究,期间在国际上首次实现单电子自旋的光学非破坏性测量。2011年初,陆朝阳回到中国科大,致力于发展可扩展的量子计算技术。

  作为潘建伟团队重要成员之一,陆朝阳在包括《自然》、《科学》等在内的国际著名学术期刊上发表论文40余篇。其中,他和同事完成的“多自由度量子隐形传态”成果荣登英国物理学会评选的2015年度“国际物理学十大突破”榜首,高品质单光子源方面的成果入选美国光学学会评选的2016年度“国际光学重大进展”。2017年,他和同事在实现十光子纠缠的基础上,构建了用于玻色取样的多光子可编程量子计算原型机,在国际上首次演示了超越早期经典计算机的光量子计算能力。

  近年来,陆朝阳分别入选了中组部青年千人计划和国家杰出青年科学基金项目,获得了国家自然科学一等奖、香港求是科技基金会“杰出青年学者奖”、中国青年五四奖章等荣誉。

  (2017-07-04 23:05:01)

  【延伸阅读】带来量子计算时代 物理学重大突破

  “天使粒子带来的量子计算时代,让我充满兴奋和期待”

  找到天使粒子有什么现实意义?张首晟指出,从基本科学发现到技术应用往往需要多年时间,但天使粒子的发现意味着量子计算已成为可能。

  他解释说,量子世界本质上是平行的,一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。因此,量子计算机能够进行高度并行的计算,远比经典计算机有效。以算术问题为例,如果给出一个很大的数字,问这个数字能否拆成两个数字的乘积,那么经典计算机只能用穷举法逐一尝试整除计算,而量子计算机可以在一瞬间同时完成所有可能项的测算。

  然而,一个量子比特的信息非常难以存储,微弱的环境噪声就能毁灭其量子特性。因此,量子计算机往往被视为可望不可即的空想。

  “通常情况下,量子比特只能放在一个传统粒子内储存,容易被干扰。但如今,天使粒子的发现提供了一种绝妙的可能性:一个量子比特能够被拆成两半,存储在两个距离十分遥远的马约拉那费米子上。”张首晟说,如此一来,传统的噪声很难同时以同样的方式影响这两个马约拉那费米子、进而毁灭所存储的量子信息。“相较于传统的存储方式,基于天使粒子的存储方式极其稳固。”

  “我们提出的器件同时还是二维体系,从而允许马约拉那费米子的纠缠和编辫,使得有效的量子计算成为可能,从而解决人类面对的一些艰难问题。”张首晟说,“我对天使粒子巡游的量子天堂充满兴奋与期待。”

  (2017-07-21 20:00:00)

  【延伸阅读】物理学重大突破:华人找到天使粒子

  人民网北京7月21日电(洪蔚琳、赵永新)物理学又获历史性突破:由4位华人科学家领衔的科研团队终于找到了正反同体的“天使粒子”——马约拉那费米子,从而结束了国际物理学界对这一神秘粒子长达80年的漫长追寻。

  相关论文发表在今天出版的《科学》杂志上。有意思的是,联合完成该成果的三个研究团队的领衔者均为华人科学家:美国斯坦福大学教授张首晟理论团队与加利福尼亚大学洛杉矶分校何庆林、王康隆实验团队和加利福尼亚大学欧文分校的夏晶实验团队。其中,张首晟教授是中科院外籍院士、“千人计划”学者、清华大学教授。

  诺贝尔奖获得者Frank Wilczek评价这项工作时说: 张首晟与团队设计了全新的体系, 并在实验中清晰地测量到马约拉那费米子,这真是一项里程碑的工作。

  国际同行指出:发现马约拉那费米子是继发现“上帝”粒子(希格斯波色子)、中微子、引力子之后的又一里程碑发现,不仅具有重大的理论意义,而且具有重要的潜在应用价值:让量子计算成为现实。

  “神秘的正反同体粒子,让我们等了80年”

  在物理学领域,构成物质的最小、最基本的单位被称为“基本粒子”。它们是在不改变物质属性前提下的最小体积物质,也是组成各种各样物体的基础。基本粒子又分为两种:费米子和玻色子,分别以美国物理学家费米和印度物理学家玻色的名字命名。

  东方西方哲学家都认为,人类似乎生活在一个充满正反对立的世界:有正数必有负数,有存款必有负债,有阴必有阳,有善必有恶,有天使必有恶魔。 1928年,伟大的理论物理学家狄拉克(Dirac)作出惊人的预言:宇宙中每一个基本费米粒子必然有相对应的反粒子。根据爱因斯坦E = mc2的质能公式,当一个费米子遇上它的反粒子,它们会相互湮灭,从而使两个粒子的质量消失并转化为能量。

  从此以后,宇宙中有粒子必有其反粒子被认为是绝对真理。然而,会不会存在一类没有反粒子的粒子,或者说正反同体的粒子?1937年,意大利理论物理学家埃托雷·马约拉那(Ettore Majorana)在他的论文中猜测有这样神奇的粒子存在,即我们今天所称的马约拉那费米子。不幸的是,他本人做出这一猜测后在一次乘船旅行中神秘失踪。自此以后,寻找这一神奇粒子成为了物理学家门梦寐以求的探索目标。

  “今天的成果,是建立在发现量子反常霍尔效应的基础上”

  困扰了物理学界80年的难题是怎样被破解的?张首晟认为,任何科研工作都是建立在已有成果的基础上。天使粒子的发现,得益于先前对量子反常霍尔效应的探索,也是理论和实验结合的成果。

  最初,张首晟按常理做了一项推断:既然马约拉那费米子只有粒子、没有反粒子,那么它就相当于传统粒子的一半。他很快意识到,“一半”的概念就是解决问题的关键。

  早在2008年,张首晟理论就预言了量子反常霍尔效应,这一预言在2013年被清华大学教授薛其坤领衔的清华大学物理系和中科院物理研究所联合组成的实验团队证实。在实验中,随着调节外磁场,反常量子霍尔效应薄膜呈现出量子平台,对应着1、0、-1倍基本电阻单位e2/ h。也就是说,量子世界里的电阻是量子化的,它只能整数倍地跳台阶。

  这给了张首晟一个灵感:马约拉那费米子是通常粒子的一半,既然通常的粒子按整数跳,马约拉那费米子或许就是按半整数跳——它一定会呈现出一个奇特的、“1/2的台阶”。由此,他预言手性马约拉那费米子存在于一种由量子反常霍尔效应薄膜和普通超导体薄膜组成的混合器件中。当把普通超导体置于反常量子霍尔效应薄膜之上时,临近效应使之能够实现手性马约拉那费米子,相应的实验中会多出全新的量子平台,对应 1/2 倍基本电阻单位e2/ h。

  张首晟团队提出的搜寻马约拉那费米子的实验平台:由量子反常霍尔效应薄膜和普通超导体薄膜组成的混合器件。

  在后续的实验验证中,激动人心的成果出现了:两个实验团队确实看到了“1/2的台阶”。这半个基本电阻来源于马约拉那费米子作为半个传统粒子的特殊性质,因此,多出来的半整数量子平台为手性马约拉那费米子的存在提供了有力的印证。

  何庆林、王康隆实验团队和夏晶实验团队在与张首晟理论团队合作下所测量到的与理论预测符合的半量子电导平台,这为马约拉那费米子的发现提供了直接而有力的实验证据。

  “天使粒子带来的量子计算时代,让我充满兴奋和期待”

  找到天使粒子有什么现实意义?张首晟指出,从基本科学发现到技术应用往往需要多年时间,但天使粒子的发现意味着量子计算已成为可能。

  他解释说,量子世界本质上是平行的,一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。因此,量子计算机能够进行高度并行的计算,远比经典计算机有效。以算术问题为例,如果给出一个很大的数字,问这个数字能否拆成两个数字的乘积,那么经典计算机只能用穷举法逐一尝试整除计算,而量子计算机可以在一瞬间同时完成所有可能项的测算。

  然而,一个量子比特的信息非常难以存储,微弱的环境噪声就能毁灭其量子特性。因此,量子计算机往往被视为可望不可即的空想。

  “通常情况下,量子比特只能放在一个传统粒子内储存,容易被干扰。但如今,天使粒子的发现提供了一种绝妙的可能性:一个量子比特能够被拆成两半,存储在两个距离十分遥远的马约拉那费米子上。”张首晟说,如此一来,传统的噪声很难同时以同样的方式影响这两个马约拉那费米子、进而毁灭所存储的量子信息。“相较于传统的存储方式,基于天使粒子的存储方式极其稳固。”

  “我们提出的器件同时还是二维体系,从而允许马约拉那费米子的纠缠和编辫,使得有效的量子计算成为可能,从而解决人类面对的一些艰难问题。”张首晟说,“我对天使粒子巡游的量子天堂充满兴奋与期待。”

  (2017-07-21 20:00:00)

  【延伸阅读】著名地球物理学家黄大年先进事迹报告会在京举办

  新华网北京5月25日电(郑翌骅) 著名地球物理学家黄大年同志先进事迹报告会25日在北京市会议中心举办。报告会由中国侨联主办,首都侨界约2000余人参加了报告会。

  2017年1月8日,著名地球物理学家,为国家资源探测和国防建设作出突出贡献的归侨代表黄大年同志,因病医治无效,与世长辞。有感于黄大年同志“一切为了祖国”的精神,为表彰先进,弘扬正气,中国侨联向广大归侨侨眷和全国各级侨联工作者,发出向黄大年同志学习的号召。

  2009年,黄大年同志作为国家“千人计划”入选专家,回国担任吉林大学新兴交叉学科学部负责人、地球探测科学与技术学院教授、博士生导师,并担任国家“千人计划”专家联谊会第三届执委会副会长。

  作为国家“863计划”、“高精度航空重力测量技术项目”的首席科学家和国土资源部“深部探测关键仪器装备研制与实验项目”的负责人,在短期内突破国外严格禁运和技术封锁的瓶颈,取得一系列重大成果,为深地资源探测和国防安全建设作出了突出贡献。

  作为大学教师,他因材施教、悉心指导的44名研究生(其中18名为博士生),获得省部级以上奖项14人次。他平均每年出差130余天,最多的一年出差160余天,3次累倒在工作岗位上。

  报告会上,吉林大学党委统战部副部长兼校侨联副主席任波、吉林大学地球探测科学与技术学院教授于平、吉林大学地球探测科学与技术学院教务秘书王郁涵、黄大年教授2014级硕士研究生乔中坤,从不同角度讲述了黄大年无私忘我、鞠躬尽瘁的先进事迹。报告生动感人、催人奋进,深深感染了现场听众,会场不时响起热烈掌声。

  中华全国归国华侨联合会副主席康晓萍主持报告会,中华全国归国华侨联合会主席林军发表了重要讲话。

  本次报告会由北京市侨联、吉林省侨联和中国侨联文化交流部承办。

  (2017-05-26 18:09:01)

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