英国泥盆纪植物专家 Christopher M. Berry 中文导读：英国的国土面积不大，早期陆地植物化石不甚丰富，然而，可圈可点的人和事却不少。例如， 1934 年，有位澳大利亚才女叫 Isabel Clifton Cookson （ 1893--1973 ），她在英国威尔士 Perton 采石场采集到非常原始的陆生维管植物化石。英国皇家学会院士、著名古植物学家 William Henry Lang （ 1874--1960 ）对 Isabel C . Cookson 采集的标本进行了研究，并以她的姓建立了一个著名的早期陆地植物新属，即 Cooksonia （ 库克逊蕨 ）。这是早期陆地植物研究中的一个重大发现。参见： https://en.wikipedia.org/wiki/Cooksonia 长期以来， 英国同事通过国际合作的方式从全球角度深入开展早期陆地植物的研究，取得了许多成果。卡迪夫大学的泥盆纪植物研究专家 Chris Berry 在 20 世纪 90 年代初完成的博士论文中主要研究了产自委内瑞拉的植物化石。毕业后，他同中国、美国等同事开展合作，研究泥盆纪植物。 Chris Berry got his B.A. degree majored in Earth sciences from Cambridge University in 1989.Then, he began to study neobotany and paleobotany with Dianne Edward in Cardiff University and obtained Ph.D.degree in 1993. The subject of Chris Berry doctoral thesis was focused on the Devonian Plant Fossils from Venezuela located on the northern coast of South American. Dr. Chris Berry has been working as an expert of Devonian plant fossils in Cardiff after he finished one-year research in Liège University in 1995 . This email address is being protected from spambots.You need JavaScript enabled to view it. !-- document.write('/'); document.write('span'); //-- ∮1 Education 1989: B.A. (Earth Sciences), Cambridge University; 1993: Ph. D., Geology Department, Cardiff University The general information about Chris Berry’s Ph.D.thesis is as follows: Title: Devonian plant assemblages from Venezuela Other title information: byChristopher Mark Berry. Author: Christopher Mark Berry Subjects: Paleobotany ; Fossils ; Devonian ; Plants ; Venezuela Creation Date: 1993 Format: 264leaves. Language: English Notes: Thesis(Ph.D.) - UWCC, 1993. System Number: LMS432946 ∮2 Research interests Dr. Chris Berry focuses on the research of the diversification, evolution and impact of the evolution of large land plants in the Devonian Period (420-360 million years ago). He also works onfossil forests and ancient terrestrial ecology. ∮3 Publications (see Appendix 1) ----------------- Qigao Sun (孙启高 2015年12月12日初步整理) Story of Paleobotany Series (No.414) ==================== 参见： Dr. Chris Berry in Earth Sciences, Cardiff University, UK http://www.cardiff.ac.uk/people/view/81672-berry-chris 英国植物学专辑 special issue for British palaeobotany 《古植物学的故事》（英国专辑 -1 ） Story of Palaeobotany Series(special issue for British palaeobotany) http://blog.sciencenet.cn/blog-225931-411212.html http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=225931do=blogquickforward=1id=411212 2011-2-8 22:00 《古植物学的故事》（英国专辑 -2 ） British palaeobotany 2 nd issue 英国古植物学队伍庞大阵容豪华 http://blog.sciencenet.cn/blog-225931-866450.html 2015-2-8 01:21 古植物学的故事 4 07 期 Story of Paleobotany Series (No.407 On the palaeobotanical implications and potentials for the Royal Botanic Gardens at Kew, UK 植物园与古植物学 - 3：看英国伦敦皇家植物园（邱园） 英国伦敦皇家植物园（邱园）的古植物学底蕴和潜力 我所知道的邱园 (The Kew Gardens in UK) http://blog.sciencenet.cn/blog-225931-931554.html 2015-10-2807:56 2015-10-28 07:56 古植物学的故事 406 期 Story of Paleobotany Series (No.406) Dukinfield Henry Scott (FRS, 1854--1943),British Botanist and palaeobotanist 英国皇家学会院士、植物学家和古植物学家 --Dukinfield Henry Scott (FRS, 1854--1943) http://blog.sciencenet.cn/blog-225931-929937.html 2015-10-22 04:27 古植物学的故事 374 期 Story of Paleobotany Series (No.374) 幕后女英雄 -- 英国古植物学技术员 LindseyAxe Lindsey Axe: a behind-the-scenes heroine of UK palaeobotany http://blog.sciencenet.cn/blog-225931-904703.html 2015-7-11 22:50 ============================= Appendix 1: Dr. Chris Berry’s partial publications Source : http://www.cardiff.ac.uk/people/view/81672-berry-chris · Morris, J. et al. 2015. Investigating Devonian treesas geo-engineers of past climates: linking palaeosols to palaeobotany andexperimental geobiology . Palaeontology 58(5), pp. 787-801.( 10.1111/pala.12185 ) · Xu, H. et al. 2014. Devonian spores from an intra-oceanic volcanic arc, WestJunggar (Xinjiang, China) and the palaeogeographical significance of theassociated fossil plant beds . Review of Palaeobotany and Palynology 206,pp. 10-22. ( 10.1016/j.revpalbo.2014.03.002 ) · Giesen, P. and Berry, C. M. 2013. Reconstruction and growth ofthe early tree Calamophyton (Pseudosporochnales, Cladoxylopsida) based onexceptionally complete specimens from Lindlar, Germany (Mid-Devonian): organicconnection of Calamophyton branches and Duisbergia trunks . InternationalJournal of Plant Sciences 174(4), pp. 665-686. ( 10.1086/669913 ) · Wellman, C. et al. 2012. Spore assemblages from theLower Devonian Xujiachong Formation from Qujing, Yunnan, China . Palaeontology 55(3),pp. 583-611. 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Anapaulia moodyi gen et spnov: A probable iridopteridalean compression fossil from the Devonian ofwestern Venezuela . Review of Palaeobotany and Palynology 93(1-4),pp. 127-145. ( 10.1016/0034-6667(95)00123-9 ) · Berry, C. M. and Edwards, D. 1995. New species of the lycophyteColpodexylon Banks from the Devonian of Venezuela . PalaeontographicaAbteilung B -Stuttgart- 237(1-3), pp. 59-74. · Berry, C. M. and Edwards, D. 1994. New data on the morphologyand anatomy of the Devonian zosterophyll Serrulacaulis Hueber and Banks fromVenezuela . Review of Palaeobotany and Palynology 81(2-4),pp. 141-150. ( 10.1016/0034-6667(94)90104-X ) · Berry, C. M. 1994. First record of the Devonianlycophyte Leclercqia from South America . Geological Magazine 131(2),pp. 269-272. ( 10.1017/S0016756800010785 ) Book Sections · Edwards, D., Fairon-Demaret, M. and Berry, C. M. 2000. Plant megafossils in Devonian stratigraphy: a progress report .In: Bultynck, P. ed. Subcommission on Devonian Stratigraphy:Fossil groups important for boundary definition . Courier Forschungsinstitut Senckenberg, Vol.220. Stuttgart: E. Schweizerbart Science Publishers, pp. 25-37. · Edwards, D. and Berry, C. M. 1991. Silurian and Devonian .In: Cleal, C. J. ed. Plant Fossils in GeologicalInvestigation: The Palaeozoic . Ellis Horwood series in appliedgeology Chichester: Ellis Horwood Limited, pp. 117-153. Conference or Workshop Items · Giesen, P. and Berry, C. M. 2015. A reassessment of the Lindlar Flora (Devonian, Mid Eifelian), Germany . Presented at: IGCP596-SDS Symposium , Brussels, Belgium, 21-22 September 2015. ======================
自学成才的古植物学家、美国科学院院士 Edward Wilber Berry (1875--1945) 位于马里兰州约翰 · 霍普金斯大学（ The Johns Hopkins University—JHU, Baltimore, Maryland ）成立于 1876 年，是美国著名的研究型私立大学。 http://en.wikipedia.org/wiki/Johns_Hopkins_University 1930 年，中国著名的植物生理学家汤佩松先生（ 1903--2001 ）从 JHU 获得博士学位。 1948 年汤佩松当选为中央研究院院士， 1955 年被选聘为中国科学院学部委员（院士）。 1978—1982 年，汤佩松先生曾担任中国科学院植物研究所（北京）所长。 1979 年，汤佩松先生率领中国植物学代表团访问美国。 中国与美国古植物学交流与合作的大门是如何被打开的？ http://blog.sciencenet.cn/blog-225931-378602.html （ 1 ）约翰 · 霍普金斯大学地质系 1885 年 约翰 · 霍普金斯大学成立了一个人的地质系（ one-man Department of Geology ），只有一位矿物学教授 George Huntington Williams （ 1856--1894 ）。 1887 年， 双料博士（ Ph. D. 和法学博士 LL.D ） William Bullock Clark （ 1860--1917 ）加盟地质系。 1894 年 George Huntington Williams 去世， William Bullock Clark 升任地质学正教授并担任系主任。 1896 年， William Bullock Clark 等人在 约翰 · 霍普金斯大学创建了马里兰州地质调查局（ Maryland Geologic Survey ）。 1968 年，约翰 · 霍普金斯大学地质系更名为“地球与行星科学系”（ Department of Earth and Planetary Sciences ） （ 2 ）自学成才的 Edward Wilber Berry (1875--1945) 与约翰 · 霍普金斯大学 Edward Wilber Berry1875 年出生于美国新泽西州。高中毕业后无钱上大学。但他从小喜欢采集植物化石。 Edward Wilber Berry 研究植物化石，发表研究论文。 1906 年，经 William Bullock Clark 教授的引荐， Edward Wilber Berry 开始供职于 约翰 · 霍普金斯大学，担任古生物学助手。 1916 年， Edward Wilber Berry 担任古生物学教授。 Fig. to be uploaded. 1922 年 ， Edward Wilber Berry 当选为美国科学院院士。 1929 年，担任人文和科学学院院长， 1935 年担任教务长。 1942 年退休。 （ 3 ） Edward Wilber Berry (1875--1945) 的古植物学成就 Edward Wilber Berry 是一位高产的古植物学家 ，一生发表了约 500 篇文章。许多工作都是小文章，很简短。他主要研究新近纪的植物化石， 1916 年出版的《北美东南部早始新世植物群》（ The Lower Eocene Floras of Southeastern North America ）是代表性专著。 1923 年出版了一本题为《树木的祖先》 ( Tree Ancestors ) 的科普著作。 Edward Wilber Berry 培养的专攻古植物学的学生很少。 1912 年 ， Oliver Baker Hopkins(1886--?) 完成有关化石植物研究的博士学位论文： Title: The carboniferous sphenophyllales equisetales and lycopodiales of Maryland including certain forms from Pennsylvania and Ohio ... Author: Oliver Baker Hopkins Publisher: , 1912 Dissertation: Ph. D. Johns Hopkins University 20 世纪美国著名古植物学家 Roland W. Brown (1893--1961) 是 Edward Wilber Berry 的学生， 1926 年获得 JHU 的博士学位 : Title: Composition andenvironment of the Green River flora Author: Roland W. Brown (1893--1961) Publisher: Dissertation: Thesis(Ph. D.)--Johns Hopkins University, 1926 美国古生物学家 Winifred Goldring (1888--1971) 曾慕名到 约翰 · 霍普金斯大学跟随 Edward Wilber Berry 学习一段时间的古植物学。 Winifred Goldring 主要研究动物化石，但也从事过植物化石的实际研究。她可能是美国历史上研究古植物学的第 1 位女性。(孙启高) Umbrella of American palaeobotany— 55 : 古植物学的故事 24 6 期 Story of Palaeobotany Series (No.24 6 ) 自学成才的美国科学院院士 Edward Wilber Berry (1875--1945) 与约翰 · 霍普金斯大学 古植物学 Edward Wilber Berry (1875--1945) and the palaeobotany of the Johns Hopkins University http://blog.sciencenet.cn/blog-225931-847322.html 2014-11-30 00:01 进一步阅读： berry-edward-w.pdf Catalogue of Amhercian palaeobotany unmbrella ZA--Nov 30- 2014.pdf
28. AB效应和贝里几何相 1982年，美国华盛顿大学物理学家索利斯（D.J.Thouless）等人，为了直接表征量子化霍尔电导的填充因子n，引入了一个称为TKNN的拓扑数，并由此而对电子波函数的拓扑性质进行分类 【 1】 。这是第一次将数学上的拓扑概念应用于与‘相’有关的凝聚态理论中。 拓扑概念如何与量子态关联起来了呢？这还得从近几年物理中的一个新进展，称之为‘贝里相位’的概念说起。贝里相位又与 AB效应密切相关。 所以，有必要首先简略介绍下什么是 AB效应。 量子力学中有一个著名的杨氏双缝电子干涉实验 【 2】 。在杨氏双缝实验中，电子通过两条狭缝后，在荧光屏上出现干涉条纹，从而证实了电子的波动性。如今我们不详谈这个实验本身，而是将它借来解释 AB效应。 如图 28.1a所示，电子波同时穿过两个狭缝后，从A点发出的子波和从B点发出的子波，假设它们到达屏幕上的C点时互相干涉而加强，便会在C点形成一个亮点。整个波的总效应则是在屏幕上出现明暗相间的条纹。然后，我们设想，如果将实验稍微改变一下，成为如图b所示：在两个狭缝间靠近狭缝处，插入一个非常细无限长的通电螺线管。这时候，实验结果会发生变化吗？ 图 28.1：磁AB效应 首先我们从经典电磁场理论的观点来分析这个问题。在理想情况下，因为通电螺线管是无限长的，图中所示方向的电流将会在线圈之内产生一个从下往上的磁场。但是，紧密缠绕的螺线管将磁场完全包在了它的内部，线圈之外的磁场将处处为 0。电子不会进到线圈以内，所以，经典理论认为，电子应该感知不到磁场的存在。当然，实际上，如果将电子看作是不具有波动性的经典粒子的话，屏幕上不会出现明暗相间的干涉条纹，而是按照经典几率的分布图像而已 【 2】 。总而言之，根据经典电磁理论，放（或不放）这个通电螺线管，对电子的实验结果不会产生任何影响。 不过，如果用量子理论来计算，却会预期一个不同的结果，这便是 1959年英国两位理论物理学家阿哈罗诺夫（Aharonov）和波姆（Bohm）所作的工作 【 3】 。他们认为，通电螺线管的存在会使原来的干涉条纹产生移动，像图28.1c所显示的那样。如果通过螺线管的电流反向，干涉图像移动的方向也会反向。 在阿哈罗诺夫和波姆的文章中，他们不仅进行了理论计算，还详细设计了验证的实验。之后的近 30年内，有许多人进行了与此相关的实验，得到A和B预期的结果。但是，物理学家们却总是对此理论及实验结果争论不休，一直到了1986年，日立公司的科学家Tonomura等人的实验 【 4】 ，才终于得到了学术界的最后认可。至今，又过去了二十多年，AB效应已被物理学界完全肯定,并写入了教科书, 成为量子力学教材中不可缺少的基本概念。 阿哈罗诺夫 -波姆效应之所以引起重视，是因为它证明了在量子理论中电磁势（包括矢量A及标量势 r ）的重要性，以及与其相关的电子波函数的相位的重要性。 经典的麦克斯韦方程是定域性质的微分方程。这种定域的描述方式是很容易得到公认的，如此描述的物质间的相互作用是由场传递的接触作用。它克服了‘超距作用’的困难，将带电粒子运动状况的变化归结为每一点的场对它逐点作用的结果。麦克斯韦方程表示电磁场有两种形式：可以用场强（电场 E、磁场B）来描述，也可以用电磁势（三维矢量 A 、标量势 r ）来表示。但是，经典电磁理论认为，只有第一种方式使用的，空间中每一点的电磁场的强度，以及它使得运动电子经过该点时所受到的电磁力，才是基本的，才具有可观察的物理意义。而第二种方法中的电磁势（ A 、 r ），不过是为了计算方便而引入的数学概念，并不代表物理实质。以规范变换为例便能说明这一点：电场和磁场是规范不变的，而电磁势在不同的规范下则取不同的值，这是经典理论认为电磁势不是物理可观察量的理由。 什么样的量在物理学中是基本的，代表物理实质呢？举个简单例子让你更深入理解这点。 几万伏特的高压电线是很可怕的，但是，停在上面的鸟儿却仍然活蹦乱跳，丝毫感受不到危险，大家都知道这是为什么。那是因为我们是站在地面上，高压线的电压相对于地面的数值很高。尽管如此，但在鸟儿能接触到的局部小空间范围内，这个值却没有什么物理意义。鸟儿能感受到的、对它能表现物理效应的，是它两只脚两点间的电压差，而不是某点电压对地的绝对数值。 因此，对鸟儿来说，完全可以作一个电压的平移变换（ V-V ’ ），将电线上某点的电压值设为 0。这样来研究问题，计算要简单些。因为有物理意义的电压差（V 1 -V 2 ）是在平移变换中保持不变的，所以鸟儿感受到的物理效应在变换下将没有任何区别。电磁理论中的规范变换呢，与此有点类似，只不过那时需要将电场磁场统一考虑。换言之，需要将矢量势和标量势一块儿变换。也就是说，用（ A 、 r ），或者用另一组规范变换后的（ A ’ 、 r ’ ） ,都表示同样的电磁场（B、E）。规范变换当然比鸟儿问题要复杂许多，但却同样也能起到简化计算，保持物理基本量不变的效果。 再回到实验中电子运动的问题。从经典电磁理论看，既然只有场强 E和B才有物理效应，而在电子运动的路径上，线圈外所有点的电磁场场强（E和B）都为0，线圈对电子的运动当然不会有影响。 那么， AB效应又该如何解释呢？ 从量子力学的观点看，电子具有波粒二象性，它的运动用波函数来描述，这是量子理论与经典理论的根本区别。任何波动，除了振幅之外，还有相位。图 28.1a中屏幕上的干涉条纹，也就是从A和B经过两条路径的电子波之间的相位差而产生出来的。 图 28.2：磁AB效应中通电线圈引起的相位因子 f 现在，放了通电线圈之后，实验中观察到干涉图像产生了移动。那说明 A路径和B路径之间的相位差发生了变化。没错，如果我们用量子力学的理论，分别在没线圈和有线圈的时候进行计算，的确发现通电线圈的存在，在两条路径中引入了一个额外的相位因子。就像图28.2中图a和图b的情况，相差了一个相位因子 f 。 你可能会说：“这不就解释了 AB效应吗？条纹移动是由 f 产生的！”而正是这个 f 困惑着物理学家们，并为此争论许多年。为什么呢？因为算出来的这个相位因子，与电子经过路径上的电磁场强度无关，而是与他们原来认为不是物理实在的电磁势（ A 、 r ）有关的。实际上，它就等于矢量势 A ，沿着路径 B到C，然后再从C返回B，绕线圈转一圈的环路积分。（在这儿，我们将靠得很近的A和B算作了同一个点B。） 那么，如果认可 AB效应的实验结果，原来对电磁势的看法就要重新考虑。电磁势可能在某种意义上也代表了物理实在哦！换言之，仅仅用场强来描述电磁现象似乎还不够，得把电磁势加上去。但是，这儿又有问题了，刚才说了，电磁势不是根据规范的选取而变化的吗？选取不同的规范，可以使某些点的矢量势变成0，这样我们才能使运算简化嘛。那么，到底是该用（ A 、 r ），还是（ A ’ 、 r ’ ）呢？一个连数值都不能确定的量，又该如何谈到它的实在的物理意义呢？ 想来想去、争来争去，真理总是越辩越明朗。尽管规范变换的确会使得某些点的矢量势变为 0，但事实上，只要线圈中有电流，即使线圈外每点的场强都是0，却绝不可能使所有点的矢量势都变成0。此外，虽然每一点的矢量势是规范变化的，但仍然可能有一个与局部点的电场磁场无关，而只与路径上电磁势有关的某个东西是规范不变的。对啦，很可能就是那个矢量势的环路积分，也就是那个相因子 f ，它应该是 规范不变的。 因此， AB效应又使得人们重视起相位这个东西。 接着，在 1984年，物理学家们尚未完全认可AB效应之时，英国布里斯托尔大学跳出来一位叫迈克尔·贝里（SirMichael Victor Berry，1941-）的数学物理学家。贝里向物理学家们发出警告：一个量子体系随参数缓慢变化再回到原来状态时，可能会带来一个额外的相位因子。贝里认为这个相位因子不是由动力学产生的，而是由（某个）空间的几何性质而产生的，因此称之为几何相位 【 5】 。此外，贝里证明了这个相位因子是规范不变的，因而它很有可能具有可观察的、不可忽视的物理意义。贝里认为，AB效应便能用这个几何相位因子来解释。 借用网上一个比喻，贝里的意思是说，在倒掉洗澡水的时候要小心哦，里面可能有小孩！ 贝里洗澡水中有小孩吗？且听下回分解。 参考资料： 【 1】Quantized Hall Conductance in aTwo-Dimensional Periodic Potential，D. J. Thouless, M.Kohmoto*, M. P. Nightingale, and M. den Nijs，Phys. Rev.Lett. 49, 405 – 408 (1982)。 【 2】作者科学网博文《走近量子纠缠》- 杨氏双缝电子干涉实验： http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=677221do=blogid=534092 【 3】Aharonov, Y.; Bohm D. (1959).Significance of electromagnetic potentials in quantum theory. Phys.Rev. 115: 485-491. 【 4】Osakabe, N., T. Matsuda, T. Kawasaki, J.Endo, A. Tonomura, S. Yano, and H. Yamada, Experimental confirmation ofAharonov-Bohm effect using a toroidal magnetic field confined by asuperconductor. Phys Rev A. 34(2): 815-822 (1986). 【 5】M. V. Berry (1984). Quantal PhaseFactors Accompanying Adiabatic Changes. Proc. R. Soc. Lond. A 392 (1802):45 – 57. 【6】 石墨烯中的贝里相位： Jiamin Xue, arXiv1309.6714 (2013) . 上一篇： 量子霍尔效应的解释 系列科普目录 下一篇： 洗澡水中的小孩
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