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物理学史那点儿事儿南昌大学 1 2 3 4 物理学三大 封印 物理学家们的长枪短炮 各种无责任八卦 关于作者 物理学三大 封印 之 第一封印伽利略封印 自然科学的诞生主要归功于伽利略 他在这方面的功劳大概无人能及 史蒂夫 霍金 伽利略 伽利雷 GalileoGalilei 1564年2月25日 1642 1 世界知名科学家 他既是物理学家 天文学家 哲学家又是发明家 他发明了温度计和天文望远镜 是近代实验物理学的开拓者 被誉为 近代科学之父 物理学三大 封印 之 第一封印伽利略封印 但是 伽利略最大的贡献并不是以他的名字命名的四颗土星卫星 而是他开辟了一个完全不同的 全新而且前所未有的物理世纪 第一次 人类从唯心的主观思考 亚里士多德 与实践经验所归纳出的物理规律 阿基米德 中解脱出来 开始依靠实验数据与实际现象开始严谨的定量思考 伽利略死后45年 物理学的第一本不朽著作 自然科学的哲学原理 出版 铸就了人类物理学上的一座前无古人的丰碑 人类对世界的认识的最大障碍 即人类自身的主观束缚 为物理学第一封印 为纪念这个勇于向人类自身挑战的人 此封印命名为伽利略封印 伽利略之后 人类对物理规律的认识从主观臆测迈向以实验事实为基础的定量描述 物理学从此真正地跻身自然科学之列 换句话说 我们的物理学从看奥特曼打小怪兽的小学生变成了左手试管右手显微镜的中学生 然而 上百年过去 人们发现 物理学似乎止步不前 两片乌云遮住了光明 简直像是诅咒 物理学三大 封印 之 第二封印爱因斯坦 普朗克封印 20世纪物理学的两片乌云 迈克尔逊 莫雷实验 光速不随运动参考系而变黑体辐射的 紫外灾难 实验与理论相悖 物理学三大 封印 之 第二封印爱因斯坦 普朗克封印 马克斯 普朗克 1858年4月23日 1947年10月3日 德国物理学家 量子力学的创始人 二十世纪最重要的物理学家之一 能量子概念的创始人 爱因斯坦 美籍德国犹太裔 理论物理学家 相对论的创立者 现代物理学奠基人 物理学三大 封印 之 第二封印爱因斯坦 普朗克封印 物理大厦已经落成 所剩只是一些修饰工作 W 汤姆生 19世纪末 物理学界普遍认为 以经典力学 经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理已臻于 完美 然而 谁都不知道 平板 连续 简洁的经典体系像一片用心险恶的叶子 挡住了原子 亚原子空间的美 量子力学与相对论打破了所有人的迷梦 随之而来的第四次科技革命彻底改变了我们的生活 从固定电话到智能机 从莱布尼茨的二进制计算器到现在的上网本 对经典理论盲目愚蠢而又疯狂的崇拜 是物理学的第二大封印 为了纪念联手打破它的两个人 此封印命名为普朗克 爱因斯坦封印 能量可分 空间不平坦 光速不变 粒子在不存在的同时也是存在的 这些现在看来也不怎么好理解的概念 在当时掀起了怎样的滔天骇浪也可以想象 物理学告别了他的游标卡尺跟库伦摆秤 丢下了青涩与纯真 步入了它的大学 然后他忽然发现 不是他上了大学 而是大学上了他 物理学三大 封印 之 第三封印标准模型封印 作为各学科基础的物理学的进展今年来举步为艰 处于停滞状态 在过去的35年中 科学家虽然花费了数以百亿美元的资金 但是仍没找到希格斯玻色子的踪迹 至今仍不能回答为什么物质会有质量的问题 更不能回答什么是构成物质的终极基元的问题 物理学家们数十年来创建的所谓 标准模型 standardmodel 理论 其中有太多的 基本 粒子 有太多的力 以及太多感受力的 荷 有太多的参数 又不包括引力的相互作用 连物理学家自己都认为 标准模型 丑陋 平庸 不自然而不满意 由于标准模型本身存在着许多重大的缺点 所以 物理学家们认为 标准模型不是一个基本的理论 而是某一个更基本理论的低能近似 由此看来 离最终揭开物质的终极奥秘还有一段漫长的路要走 最可能的结果是 理论物理学家们忙了数十年的 标准模型 面临被推翻的命运 即使是这个 丑陋的 标准模型 也还有最要命的一环没有解决 那就是赋予物质以质量的希格斯粒子尚未找到 这就是说 物质粒子现在还在物理学家的理论模型中四处飘荡 不能落地生根 安顿下来 于是 希格斯粒子继续成为粒子物理学领域科学家们新一轮竞相追寻的 圣杯 成为世界各国顶尖科学家竞争的焦点 发达国家纷纷投入巨资 建造新一代昂贵的巨型加速器 以期有所斩获 物理学三大 封印 之 第三封印标准模型封印 谁能说物理不是别人剩下的残羹冷炙 不是个厚颜无耻的婊子 某科幻电影台词 作为三大封印里唯一没有被打破的封印 也是当今世界最大的困局之一 标准模型的丑陋与臃肿让人心生厌恶 但是 弦论也好 大一统理论也好 没有一个已知的理论能很好地解释这一切坑爹的不合理之处 也许正应了那句歌词 谁欤操钥发其藏 物理学家们的长枪短炮 伽利略的望远镜 伽利略望远镜是指物镜是会聚透镜而目镜是发散透镜的望远镜 原理图在右手 伽老爷子先用左边这个东西观测到了月球的高地和环形山投下的阴影 接着又发现了太阳黑子 还发现了木星的4个最大的卫星 物理学家们的长枪短跑 牛顿的各种镜子 1666年 牛顿大神因为城里闹瘟疫 从大学回乡下静养 然后 某神用三棱镜 左下就是啦 冲太阳照了照 然后得出结论 白光是由不同颜色 即不同波长 的光混合而成的 不同波长的光有不同的折射率 在可见光中 红光波长最长 折射率最小 紫光波长最短 折射率最大 大神的这一重要发现成为光谱分析的基础 揭示了光色的秘密 这也是彩虹的形成原理啦 而且最重要的是 当年牛顿当年才23岁 研一的学生啊 牛顿还曾把一个磨得很精 曲率半径较大的凸透镜的凸面 压在一个十分光洁的平面玻璃上 左中 在白光照射下可看到 中心的接触点是一个暗点 周围则是明暗相间的同心圆圈 后人把这一现象称为 牛顿环 左上 他创立了光的 微粒说 从一个侧面反映了光的运动性质 但牛顿对光的 波动说 并不持反对态度 谁说牛顿对波动说嗤之以鼻啊 乱说话 物理学家们的长枪短炮 卡文迪许的扭秤 卡文迪许用一个质量大的铁球和一个质量小的铁球分别放在扭秤的两端 扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上 钢丝上有个小镜子 用一道平行光照射镜子 光点反射到一个很远的地方 标记下此时光点所在的位置 左图 有图有真相 用两个质量一样的铁球同时分别吸引扭秤上的两个铁球 由于万有引力作用 扭秤微微偏转 但光源所反射的远点却移动了较大的距离 他用此计算出了万有引力公式中的常数G 此实验的巧妙之处在于将微弱的力的作用进行了放大 尤其是光的反射的利用引力常量G 6 67 10 11 没有万有引力就没有背景里漂亮的土星环了 感谢卡童鞋求出了万有引力常数 物理学家们的长枪短炮 马德堡半球 大气压VS30匹马 马德堡半球是两个铜质空心半球 右边的就是当年用过的真品哦 直径约50厘米 20英寸 半球中间有一层浸满了油的皮革 用以让两个半球能完全密合 其中一个半球上带有连接管 用以连接真空泵 有阀门可将其关闭 当两个半球间的空气被抽出后 两个半球便会受周围的大气挤压而紧合在一起 当年马德堡市的市长安排了两队各15匹马 以相反的方向试图将该球体拉开 结果没能将它们拉开 两半球最后还是借由解除真空状态才得以分离的 所以说 物理也是挺好玩儿哒 O O 物理学家们的长枪短炮 库伦的扭秤 库仑的扭秤是由一根悬挂在细长线上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的 图在左边 当球上没有力作用时 棒取一定的平衡位置 如果两球中有一个带电 同时把另一个带同种电荷的小球放在它附近 则会有电力作用在这个球上 球可以移动 使棒绕着悬挂点转动 直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止 因为悬线很细 很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置 转动的角度与力的大小成正比 库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷 并改变它们之间的距离经过了巧妙的安排 仔细实验 反复的测量 并对实验结果进行分析 找出误差产生的原因 进行修正 库仑终于测定了带等量同种电荷的小球之间的斥力 然后 库仑定律诞生了 真空中 点电荷q1对q2的作用力为F k q1 q2 r 2闪电 说白了也就是各种电荷排斥吸引搞出来的破事儿 物理学家们的长枪短炮 汤姆孙的阴极管 汤姆生设计了新的阴极射线管 上面就是图 在电场作用下由阴极C发出的阴极射线 通过A和A 聚焦 从另一对电极D和E间的电场中穿过 右侧管壁上贴有供侧量偏转用的标尺 阴极射线在电场中发生了稳定的电偏转 从偏转方向也明确表明阴极射线是带负电的粒子 他还在管外加上了一个与电场和射线速度都垂直的磁场 此磁场由管外线圈产生 当电场力eE与磁场的洛仑兹力evB相等时 可以使射线不发生偏转而打到管壁中央 经过推算可知 阴极射线粒子的荷质比e m 1011C kg 以前用的大肚子电视说白了就是一大号阴极管啊 物理学家们的长枪短炮 各种显微镜 电子显微镜 右边的那个 拍到的 绿色的是黄瓜花粉 恶心人的是 o 蛆的头部 扫描隧道显微镜 左下角的那一堆仪器 拍到的 红红绿绿蓝蓝的是人的血细胞 原子那个 就不用说了 物理学家们的长枪短炮 带病工作的哈勃 从它于1946年的原始构想开始 直到发射为止 建造空间望远镜的计划不断的被延迟和受到预算问题的困扰 在它发射之后 立即发现主镜有球面像差 严重的降低了望远镜的观测能力 幸好在1993年的维修任务之后 望远镜恢复了计划中的品质 并且成为天文学研究和推展公共关系最重要的工具 各种无责任八卦 泡利的天才 相对论的先驱 虽然马赫先生并不给小爱这个面子 声称他对于相对论的相信程度 像他对分子论的相信程度一样 而众所周知 马赫先生极端反对分子论 而这种反对是使那个统计物理的天才波尔兹曼最终绝望而自杀的原因之一 在小泡21岁的时候 他 为德国的 数学科学百科全书 写了一篇长达237页的关于狭义和广义相对论的词条 该文 到今天仍然是该领域的经典文献之一 爱因斯坦曾经评价说 任何该领域的专家都不会相信 该文出自一个仅21岁的青年 人比人气死人啊T T才21岁 大三啊 之手 作者在文中显示出来的对这个领域的理解力 熟练的数学推导能力 对物理深刻的洞察力 使问题明晰的能力 系统的表述 对语言的把握 对该问题的完整处理 和对其评价 是任何一个人都会感到羡慕 泡利是上个世纪少有的天才之一 小泡同学出生于维也纳一个研究胶体化学的教授的家中 他的教父是著名的马赫先生 马赫先生被爱因斯坦称为 各种无责任八卦 孤军奋战的狄拉克 有一个流传很广的关于狄拉克的笑话 一次狄拉克在某大学演讲 一个学生起来说 狄拉克教授 我不明白你那个公式是如何推导出来的 狄拉克看着他久久地不说话 主持人不得不提醒他 他还是没回答问题 回答什么问题 狄拉克奇怪地说 他刚刚说的是一个陈述句 不是一个疑问句 1932年 狄拉克被剑桥大学授予卢卡斯数学教授席位 这把椅子很有名 牛顿 霍金都坐过 但他为躲避别人的祝贺竟然躲进了动物园 狄拉克孤军作战的两次郁闷 狄拉克了解海森堡关于矩阵力学的设想后 计算出了一个结果 他将结果寄给海森堡 收到的回复是他的结果已经在德国由波恩和约尔当作出了 不久狄拉克又出色地证明了矩阵力学和氢分子实验数据的吻合 他又一次郁闷了 泡利比他快了五天 后来 狄拉克出台了名垂青史的狄拉克方程式 这下终于没人使他郁闷啦 克逝世后 墓碑上就刻着这个优美的方程 各种无责任八卦 多情种子薛定谔 听说过薛定谔的人都知道他是个天才 他在情人的怀抱中用一支笔导出了量子力学上威名赫赫的波动力学方程 薛定谔方程 搞笑的是当时连他自己也搞不清这个横空出世的方程的物理意义 他提出的著名的 薛定谔的猫 悖论至今悬而未决 他是个物理学家 出版了一本 生命是什么 的百来页的小册子 却有6个诺奖得主宣称是从这本书中找到灵感的 薛定谔是位多情种子 一生情人无数 私生子数目搞不清 但老婆只有一个 名叫安妮 他有点象金庸大师笔下的段正淳 标准的泛爱主义者 差不多见一个爱一个 毕生陷于恋情的漩涡与纠葛中 不计青少年时期的情窦初开和数次情感遭遇 即使婚后 他仍然是激情充溢 外遇不断 其对象既有助手的妻子 也有他曾辅导过数学的女中学生 既有闻名遐迩的演员和艺术家 也有年轻的政府职员 而这种浪漫风流一直持续到年逾花甲 薛天才的这种情况要是拿到中国 估计是号子里长期呆着或因流氓罪吃了花生米 各种无责任八卦 没多少人看得懂的施温格 施温格做物理的方式是常人难以望其项背的 完美的数学技巧 清晰的逻辑 看他的论文虽然是一种享受 但 同时也是一种打击 因为你知道自己很难写出同样完美流畅的文章 他的论文的典型代表是40 50年代的关于QED的一系列论文 基本上奠定了现代拉格朗日场论的基础 奥本海默有一次评论说 别人做报告是为了教他人如何计算一个东西 施温格则是在证明除了他自己之外没人会做 他发明了一大批令人生畏的理论来建立他自己的场论 导致他在Pocono做马拉松式的QED长篇报告的时候 很难有人跟的上 费曼和文策去了 费曼听报告的时候是几乎从来不记笔记的 但是那一次他知道这将是物理史上的重大事件 因此他全程做了笔记 49页 费曼回到芝加哥 就把泰勒 文策和一帮研究生聚集起来 想要弄懂温格到底做了什么样的工作 然后经过六个星期的讨论 大家都认为施温格做出了一项杰出的工作 但还是没人能搞懂他究竟做了什么 各种无责任八卦 美国人朱棣文 朱棣文出生于学术世家 但他自称是家里的异类 其父兄辈中至少有12位拥有博士学位或大学教授职位 朱同学的爸爸朱汝瑾妈妈李静贞都是