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美国国家标准与技术研究院(NIST)的物理学家将一个机械物体的温度降至新低,突破了所谓的“量子极限”。
《自然》杂志刊文介绍了NIST的这个新实验。文章描述了如何将一只纳米尺度上的机械鼓---- 一个可以振动的铝薄膜----冷却到低于五分之一个能量量子的温度,这个温度低于量子力学预言的低温度。
NIST的科学家说,理论上这个技术可以把物体冷却到零度,这是一个万物沉寂、没有能量、也没有运动的温度。
“鼓被冷却到的温度越低,在应用中的表现就越好,”该实验的负责人、NIST物理学家JohnTeufel说。“传感器会更加地灵敏;储存器可以保存更久的信息。若用来造量子计算机,计算过程会没有任何失真,可以准确地给出你想要的答案。”
铝鼓的直径200纳米,厚度100纳米,它嵌在一个特殊设计的超导电路中,鼓的振动可以影响在其腔体中来回反射的微波。微波也是电磁波的一种,是一种看不见的“光”,比起可见光来,它的波长更长,频率更低。
我们知道,光子的频率越高,能量就越大,多余的能量自然来自量子鼓本身。当光子积累到一定程度后便从鼓中溢出,带走这些能量,鼓就被冷却下来了。这个原理与大名鼎鼎的激光冷却原理大同小异,1978年NIST次用激光冷却了一个原子,如今激光冷却已经被应用于原子钟等广泛领域。
近的一次NIST实验又有了新的改进----使用“压缩态光”(squeezed light)来驱动电路。“压缩”(Squeezing)是一个量子力学的概念,一个处于压缩态的光子,其噪音或量子扰动被压缩到了低。
在量子扰动的制约下,传统技术只能将物体冷却到了某一个低温度,NIST的团队通过使用压缩光,获得了更加的电流频率。这个特殊的电路可以产生十分“纯净”的光子,将量子扰动控制在低水平,从而突破了低温度的限制。
铜漏壶作为古代一种极为重要的计时器具,不仅出现年代早,而且应用广泛。在2015年11月13日,南昌西汉海昏侯墓园1号主墓的酒具库内出土了一把计时用的铜漏壶。海昏侯墓组副组长张仲立说,这是迄今为止我国发现的第六把滴漏报时铜漏壶,也是在江西发现。
古代人们在用陶器取水、储水的时候,因陶器质地疏松,难免出现漏水现象。通过长期观察,人们注意到漏水容器水面下降的高低和时间有一定对应关系,从而制成了用于计时的漏水壶。至于发明漏水壶计时器的年代,目前尚不能做出准确回答。我国历史文献中曾说:“漏刻之作盖肇于轩辕之日,宣乎夏商之代。”这是说产生于黄帝时代,也就是原始社会末期,到夏商时已普遍使用,但目前尚缺少实物证据。
据《周礼》记载,作为掌管计时的官员“挈壶氏”是世袭制。西周时已有掌管漏壶计时的官员??挈壶氏,设下士6人及史二人,徒12人。这说明至少距今3000年时,就已正式使用和管理漏壶了。
到了秦代,计时的壶开始用刻漏。秦宫中掌管刻漏的官员称为“率更”。《汉书》卷十九上《百官公卿表上》:“詹事,秦官,掌皇后、太子家,有丞。属官有太子率更。”颜师古注:“掌知刻漏,故曰率更。”
到了汉代,滴漏报时有了制度。夜漏尽,指天明,要鸣鼓报时;昼漏尽,指夜临,要鸣钟报时。自汉以后,历代循行。文献资料记载显示,汉代刻漏分昼漏与夜漏,共一百刻(一刻等于14.4分)。《说文解字》水部:“漏,以铜受水,刻节,昼夜百刻。”卫宏《汉旧仪》:“至立春,昼四十六刻,夜五十四刻。”《周礼注疏》郑司农云:“分以日夜者,异昼夜漏也。漏之箭,昼夜共百刻。冬夏之间有长短焉,太史立成法有四十八箭。”贾公彦疏:“此据汉法而言。”可见,汉代刻漏计时与日晷计时是一致的,都是一日百刻之制。
被中香炉从严格意义上讲不属于度量衡范畴。它是我国古代香薰被褥的球形小炉,其早的记载见于西汉司马相如的《美人赋》。西汉时刘歆的《西京杂记》中有这样的记载,“长安巧工丁缓者,为常满灯......又作卧褥香炉,一名被中香炉。本出房风,共法后绝,至缓始复为之。为机环转运四周,而炉体常平,可置之被褥,故以为名。”“被中香炉”然是古人的生活用品,但其构造却揭示了物理学、计量学的一个重要原理,即古人为防止香炉中盛香料的香盂随香炉的晃动而倾覆,便设计了“内持平环”和“外持平环”,将悬挂香盂的内持平环悬挂在外持平环上,使两个持平环的轴孔正好垂直,轴心线的夹角正好为90?。由此内持平环就能避免香盂前后方向倾斜;外持平环则能防止香盂内持平环在轴向方向倾斜。由此香盂随重心作用始终能保持水平,无论香炉怎么转动,香盂斗不至倾覆。被中香炉的这种结构设计与现在陀螺仪中“万向支架”的原理非常相似。(来源:浙江省计量科学研究院)
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