| 英文名稱 | 中文名稱 | 詞義解釋 |
| frame of reference | 參考系 | 見慣性系。 |
| Fraunhofer，Josef von | 夫瑯和費，約瑟夫·馮 | 1787-1826，見波譜學?！ ?/td> |
| Fraunhofer lines | 夫瑯和費線 | 見波譜學?！ ?/td> |
| Fred L.Whipple Observatory | 弗雷德·惠普爾天文臺 | 史密松國立博物館所屬的天文臺，以前稱霍普金斯山天文臺。該天文臺位于亞利桑那州的霍普金斯山，海拔2 600米，主要望遠鏡有多鏡面望遠鏡MMT、一具1.5米反射望遠鏡和一個γ射線探測器。 |
| free fall | 自由落體 | 只在引力作用下運動的任何物體經(jīng)受的失重狀態(tài)。從地球上一座高樓掉下來的人并不是在自由下落，因為空氣阻力也影響他的運動。但任何物體在沿軌道繞另一物體運動時（如繞太陽運動的行星），或在恒星之間的無動力軌道上運動時，都是處在自由下落狀態(tài)。在一個繞地球運行的太空飛船中的宇航員也是失重的，因而也是自由下落。嚴格地說，每個宇航員有其自身的軌道，太空飛船也有其自身的軌道，不過宇航員的軌道把他們維持在太空飛船內(nèi)部罷了。 有些書說這并不是真正的失重，因為宇航員（和他們的太空飛船）仍然被地球引力拉扯著。但這些書錯了。引力的作用絲毫不差地被自由下落物體的加速度所抵消（見等效原理），軌道上的宇航員既是自由下落，也是處在真正的失重狀態(tài)。但這種下落并不把他們帶回到地面，因為下落的加速度和他們向前的運動相結(jié)合，將他們維持在封閉的軌道上?！ ≡谝患苎鼐脑O計的拋物線軌道飛行的飛機中也能感知短暫的失重：這種方法用于訓練宇航員，讓他們品嘗失重的滋味?！ ?/td> |
| free lunch universe | 免費午餐宇宙 | 關(guān)于宇宙可能產(chǎn)生于完全空無一物且總能量為零的一種概念，其名稱源于艾倫·古斯“最后的免費午餐”一語。它與暴漲概念緊密相連。 這一概念由1971年的一期《自然》雜志（232卷、440頁）中一條未署名的評注（約翰·格里賓撰寫）發(fā)展而來，該評注認為宇宙可描述成一個黑洞的內(nèi)部。后來，加拿大安大略省滑鐵盧大學的派思利亞（R.K.Pathria）（《自然》雜志240卷、298頁）和紐約市立大學的愛德華·特里昂（Edward Tryon）將這一概念進一步加以發(fā)展，后者認為這個黑洞宇宙可能是從虛無中浮現(xiàn)出來的，這是量子理論所允許的，叫做真空漲落（《自然》雜志246卷、396頁）?！ ×孔訙y不準原理允許從虛無中暫時創(chuàng)造出能量泡或粒子對（如電子-正電子對），條件是它們要很快消失。所涉及的能量越小，泡存在的時間越長。奇妙的是，引力場中的能量是負的，鎖定在物質(zhì)中的能量是正的。如果宇宙是真正平坦的（見宇宙模型），那么，如特里昂指出的，正負能量抵消，宇宙的總能量便準確等于零。在這種情況下，量子規(guī)則允許宇宙永遠存在下去。 如果你覺得這有些虛幻莫測，那我們就談得來了。喬治·伽莫夫在他的《我的世界線》[32]一書（1979年重印）中，講到1940年代他和愛因斯坦漫步普林斯頓時的一次談話情景。伽莫夫漫不經(jīng)心地提到他的一位同事曾經(jīng)指出，根據(jù)愛因斯坦方程式，恒星有可能從完全虛無中創(chuàng)造出來，因為它的負引力能恰好抵消它的正質(zhì)量能?！皭垡蛩固沽r停住腳步，”伽莫夫說，“因為我們當時正穿過一條街，好幾輛汽車不得不停下來，以免撞倒了我們?！薄 ∵z憾的是，如果一個含有宇宙（或者一顆恒星）全部質(zhì)量能的量子泡（大小與普朗克長度相仿）真的從虛無中產(chǎn)生，它那強大的引力場會（除非有其他什么東西干預）把它壓成一個奇點而立即將它消滅。所以，在暴漲理論的發(fā)展證明量子漲落在引力尚未來得及將它消滅時就按指數(shù)膨脹到了宏觀規(guī)模之前，免費午餐宇宙看來不過是一種不恰當?shù)目照劇！ ×硪妴螛O子宇宙?！ ?/td> |
| Frequency | 頻率 | 振蕩系統(tǒng)在給定時間——通常為1秒鐘——內(nèi)的振動次數(shù)。對于波，比如光或其他電磁輻射，頻率是每秒種通過一個點的波數(shù)，單位是赫茲（=每秒周數(shù)）。電磁輻射的波長等于光速除以頻率。 |
| Friedmann，Aleksandr Aleksandrovich | 弗里德曼 | 弗里德曼，亞力山大·亞力山德洛維奇（1888-1925），從事流體力學和氣象學等應用研究的俄國數(shù)學家，但他最著名的工作卻是對阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論方程式的解，這個解證明宇宙并非必須靜止，從而為宇宙模型研究的進展打下了基礎。 弗里德曼的一生短促而充滿傳奇。他于1888年6月29日出生在當時的圣彼得堡（現(xiàn)在又恢復了這個名字），1906～1910年在那里的大學學習數(shù)學。他成為該大學數(shù)學系教師后專攻理論氣象學；第一次世界大戰(zhàn)期間自愿以技術(shù)專家身份為俄國空軍服務，曾在前線從事氣候觀測，其中包括多次飛越敵國領(lǐng)土進行偵察，至少有一次迫降經(jīng)歷。弗里德曼因其英勇行為獲得過喬治十字勛章。 弗里德曼度過1917年革命風暴后，轉(zhuǎn)為佩爾姆大學的正式教授，但他卷入了國內(nèi)戰(zhàn)爭，當白俄攻占該城時他不得不逃走（弗里德曼支持革命，學生時代他就是左翼政界的積極分子）。布爾什維克重新奪取佩爾姆后，弗里德曼在困難的條件下協(xié)助重建大學。后于1920年回到彼得格勒（當時的名稱），并在科學院和地球物理總觀象臺進行氣象學研究。不久他被任命為全蘇聯(lián)氣象觀測負責人，在他1925年去世前，彼得格勒已經(jīng)改名為列寧格勒。 根據(jù)某些資料，使弗里德曼今天得以成名的工作，是在彼得格勒被圍攻期間的1917年、當他獲悉愛因斯坦廣義相對論后幾乎立刻做出來的（情況不可能與卡爾·史瓦西對愛因斯坦新理論做出反應的情形如此不同）。但他的這些思想直到1922年才在一篇論文中發(fā)表，該論文提出兩個對現(xiàn)代宇宙學至關(guān)重要的論點。第一，弗里德曼從一開始就意識到，他處理的是愛因斯坦方程式的系列解，即一組宇宙模型。他明白這些方程式的解不可能是惟一的，而這正是愛因斯坦所希望的。第二，他一開始就在他的模型中引進了膨脹的概念。 如果我們把宇宙時空想像為與肥皂泡彎曲表面類似的彎曲時空，那么弗里德曼的計算則證明它的曲率如何能夠隨時間而變化。 在某些情況下，這個泡永遠膨脹；在另一些情況下膨脹到一定大小，然后當引力壓倒了膨脹時往回坍縮。另外還有更復雜的模型。但在所有模型中，存在一個整個宇宙的膨脹產(chǎn)生正比于距離的退行速度的階段。這正是1920年代埃德溫·哈勃及其同事從星系紅移研究中發(fā)現(xiàn)的情形。 但是，哈勃及其同事當時看來并未聽說過弗里德曼的工作，而愛因斯坦則已經(jīng)看到了。據(jù)曾經(jīng)是弗里德曼1920年代學生之一的宇宙學家喬治·伽莫夫說，弗里德曼發(fā)表其工作之前曾給愛因斯坦寫信，但一直等到一位俄國同事訪問柏林時向愛因斯坦提起這一工作后才收到回信。這封被伽莫夫稱為引誘出來的“態(tài)度粗暴的回信”（見《我的世界線》[32]）確認了弗里德曼的工作是正確的；弗里德曼在收到那封回信后才發(fā)表了他的研究結(jié)果?！ ?925年9月16日，弗里德曼在列寧格勒逝世。根據(jù)官方傳記，他死于傷寒；但據(jù)伽莫夫稱，他死于因參加氣象氣球飛行時感受風寒后的繼發(fā)肺炎。伽莫夫是弗里德曼的學生，他的說法也許更可靠，何況弗里德曼在去世前兩個月的1925年7月無疑真的參加過高度達7 400米的氣球飛行。不管死因如何，弗里德曼未能活到親眼看到他的計算為觀測所證實，而他的這些宇宙模型，直到喬治·勒梅特以弗里德曼用過的同樣方法獨立求出愛因斯坦方程式的解之后，才為人們認真對待?！ ?/td> |
| Friedmann universe models | 弗里德曼宇宙模型 | 1922年亞力山大·弗里德曼根據(jù)阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論方程式最先導出的基本宇宙模型。五年后，喬治·勒梅特求出了實質(zhì)上一樣的愛因斯坦方程式的解。 |
| fundamental forces | 基本力 | （=基本相互作用）發(fā)生在基本粒子之間的四種力。從最弱的力開始按照強度順序，它們是引力、弱核力、電磁力和強力?！ ?980年代曾有人宣稱發(fā)現(xiàn)了“第五種力”，并一度把它解釋為引力在數(shù)十米作用范圍內(nèi)的可能變種（實為“反引力”）。但仔細的實驗證明，歸因于第五種力的所有效應，在扣除了實驗地區(qū)地質(zhì)層密度的變化后，實際上都能用引力來解釋。沒有證據(jù)表明宇宙中還存在四種已知力之外的任何其他力，粒子物理學家的主要目標之一就是用一攬子數(shù)學模式解釋全部四種力的作用方式（見大統(tǒng)一理論）。 四種力相對強度的差別極為懸殊。如以強力的強度為1單位，則電磁力的強度是10^-2（正好是強力強度的百分之一），弱力的強度是10^-6（強力強度的百萬分之一），而引力的強度只有10^-40。這意味著，比如，兩個電子之間的電磁斥力比同樣兩個電子之間的引力大10^38倍。引力的微弱如此驚人，致使它在粒子對或幾個粒子之間的相互作用中實際上不起任何作用。 但在四種力中人們最先加以科學研究的卻是引力，而且（艾薩克·牛頓）建立了圓滿的數(shù)學理論來描述它。這是由于引力具有可加性——物質(zhì)團塊中含有的粒子越多，該團塊的引力越強。而且引力的作用程非常長，強度的減弱僅僅與到物質(zhì)團塊距離的平方成反比（平方反比律）。太陽的引力很大，因為它含有極大量粒子，而它那極長的作用程能將行星維持在它們的軌道上。 確實，正是電磁力和引力在大小上的差異才使恒星能夠那樣大。在太陽這類恒星的內(nèi)部，核子之間的電力總是力圖把它們分開，因為所有核子帶正電荷，而同性電荷互相排斥。同樣，原子外部的電子全都帶負電荷，如果你試圖把兩個原子推到一起，它們總是被它們電子云之間的斥力分開。雖然電磁力也遵守平方反比律，而且原則上作用程也很長，但每個原子的凈電荷卻等于零，因為電子云的負電荷正好與核的正電荷相互抵消（電子因量子效應而不會落到核中；見量子理論）。所以，即使你把大量原子放到一起，總電荷仍為零，而引力則因原子數(shù)量的增多而變大。 一個物質(zhì)團塊一旦擁有大約10^38個原子，團塊中心的原子受到的引力（它上面的全部原子的重量）將強大到使個別原子核擠到一起，使原子核互相接觸，而維持恒星內(nèi)部高溫的核聚變過程得以開始。所以，簡單地比較電磁力和引力的強度，就能夠預報所有恒星必定含有至少10^38個原子核。 但情形并非完全如此，因為10^38個原子不是集中在一個點，而是擴散到恒星的整個體積中。這對引力來說是個不利因素，它使引力的效率減小了1/3，因為物質(zhì)團塊的體積正比于半徑的立方。因此，實際上，引力要能把原子壓到一起并引發(fā)核聚變，團塊應含有大約10^57個原子，因為38是57的2/3。一個擁有10^57個氫原子核（記住這個數(shù)叫做海因茲湯參數(shù)）的物質(zhì)團塊，確實正好是比太陽小一點點的恒星的大小，它的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的85％。 由于量子效應，稍輕一些的恒星是可能存在的，但決不會輕于太陽質(zhì)量的大約10％。需要這么多質(zhì)量是為了使恒星足夠重，能將兩個原子壓到一起，使一對核發(fā)生聚變——當然，一旦恒星有那么重，它將把其深部的所有原子壓到一起并引起很多核聚變。 展示引力微弱程度的另一個例子是蘋果從樹上落下。蘋果的柄是通過原子和分子之間的電磁力維持成一體的，柄只含有很少的分子，卻要忍受地球的全部粒子作用在蘋果上、試圖扯斷它的柄并使蘋果落到地面的聯(lián)合引力。 另外兩種力，即強核力和弱核力（通常省略“核”字，直接稱之為強力和弱力），不遵守平方反比律，作用程很短，其影響僅及于一個原子核大小的范圍。強力直接作用在夸克之間，使它們結(jié)合成強子，包括原子核中的質(zhì)子和中子（重子族的成員）。盡管質(zhì)子之間的電磁斥力總想把原子核炸開，強力卻能從個別核子漏出而影響近旁粒子，從而將質(zhì)子和中子保持在原子核內(nèi)。 既然強力比電磁力大約強100倍，那么我們期望當原子核含有100個以上質(zhì)子時，電磁力將占優(yōu)勢而使原子核不穩(wěn)定（在這種情況下，電磁力由于所有質(zhì)子的電荷相等而可加，作用程很短的強力則不可加，而只在相鄰的核子之間起作用）。實際上，強子的處境因原子核中存在中子而稍稍輕松些，但最重的一些穩(wěn)定原子核仍然含有正好超過200個核子，不過其中的質(zhì)子都不到100個（甚至钚原子核的質(zhì)子也只有94個）。再說一遍，對兩種基本力之間平衡的簡單理解，解釋了本來可能成為自然界之謎的現(xiàn)象，即穩(wěn)定元素數(shù)量是有限的。 強力的一個獨特性質(zhì)是，在其作用范圍內(nèi)，分開較遠的夸克具有較大的強力。一個核子中三個夸克只要彼此相距在大約10^-15米以內(nèi)，就根本不會明顯感受到力的作用——它們似乎由與作用范圍大致同樣長的松緊帶連接著。但是，當某個夸克試圖運動到離它的同伴超過10^-15米，“松緊帶”就開始繃緊，把它拉回到原地。它試圖運動得越遠，繃緊得越厲害，拉它回來的力也越大。夸克要逃離核子，僅當注入極大能量（可能通過與其他粒子碰撞），將松緊帶扯斷，在斷裂處的兩邊各產(chǎn)生一個由純能量轉(zhuǎn)換而來的新夸克（見狹義相對論），才有可能。 逃離的夸克將與一個新夸克結(jié)合，形成一個叫做介子的束縛對，而第二個新夸克則占據(jù)它在核子中的地位。 弱力的行為更加不像通常意義下的力，而是引起β衰變過程的一種相互作用。弱力的作用發(fā)生在輕子之間和產(chǎn)生輕子的強子衰變過程中。但弱相互作用和電磁相互作用兩者能用叫做弱電理論的同一個數(shù)學描述統(tǒng)一起來。這個理論把這兩種力描繪成單一力的不同方面；將不同力的數(shù)目減少到三種是粒子物理學家的重大成功之一，它（大概）也是建立一個將強力與弱電力統(tǒng)一起來的更完整數(shù)學模式的辦法。 在經(jīng)典力學中，粒子之間的力用場方程式描述，并想像一個粒子周圍存在對其他粒子施加力的“力場”。在量子理論中，力（或相互作用）由粒子攜帶（或傳達）。電磁相互作用由光子傳達而在帶電粒子間交換；弱相互作用由叫做中介矢量玻色子的粒子傳達而在輕子間（有些情況下在一個輕子和一個強子之間）交換；強相互作用由膠子傳達；引力由引力子傳達。有直接證據(jù)表明，除引力子外，所有這些力的載體都存在；而且?guī)缀蹩隙ǎㄏ依碚撘差A言了的）引力子確實存在，但引力的極度微弱使得對它們在粒子間交換方式的探測成為不可能。 |
