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科学那些事

By:王良云

唐海吉

西南交通大学

第1页1

趣味试验

234物理学三大“封印”物理学家们长枪短炮各种无责任八卦第2页分组比赛步骤（结合趣味试验）

比赛规则：将全班同学分为4-5人一组参加比赛，每组一个指导地信同学。第3页试验1：杯下抽纸步骤：

盛有清水纸杯下垫一张卡纸，要求每组讨论后派一个代表上前（单独一张桌子，旁边备抹布）抽出卡纸，同时尽可能不将杯中水洒出或移动杯子，最好一组得到棒棒糖，最差一组接收吹蜡烛处罚。原理：惯性定理第4页试验2:椒盐分离每组发一勺盐和一勺胡椒，在桌面混合，最短时间分离盐椒者赢。原理：胡椒粉比盐轻，所以摩擦产生静电能够吸引较轻胡椒粉第5页物理学三大“封印”之——

第一封印伽利略封印自然科学诞生主要归功于伽利略，他在这方面功劳大约无人能及。——史蒂夫·霍金伽利略·伽利雷(GalileoGalilei,1564年2月25日-1642[1]）世界著名科学家，他既是物理学家、天文学家、哲学家又是创造家，他创造了温度计和天文望远镜。是近代试验物理学开拓者，被誉为“近代科学之父”。第6页

物理学三大“封印”之——第一封印伽利略封印不过，伽利略最大贡献并不是以他名字命名四颗土星卫星，而是他开辟了一个完全不一样，全新而且前所未有物理世纪。第一次，人类从唯心主观思索（亚里士多德）与实践经验所归纳出物理规律（阿基米德）中解脱出来，开始依靠试验数据与实际现象开始严谨定量思索，伽利略死后45年，物理学第一本不朽著作《自然科学哲学原理》出版，铸就了人类物理学上一座前无古人丰碑。人类对世界认识最大障碍，即人类本身主观束缚，为物理学第一封印，为纪念这个勇于向人类本身挑战人，此封印命名为伽利略封印。第7页伽利略之后，人类对物理规律认识从主观臆测迈向以试验事实为基础定量描述，物理学从此真正地跻身自然科学之列。换句话说，我们物理学从看奥特曼打小怪兽小学生变成了左手试管右手显微镜中学生。然而，上百年过去，人们发觉，物理学似乎止步不前，两片乌云遮住了光明，简直像是诅咒——第8页物理学三大“封印”之——第二封印爱因斯坦-普朗克封印20世纪物理学两片乌云:迈克尔逊-莫雷试验——光速不随运动参考系而变黑体辐射“紫外灾难”——试验与理论相悖第9页物理学三大“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，量子力学创始人，二十世纪最主要物理学家之一，能量子概念创始人。爱因斯坦，美籍德国犹太裔，理论物理学家，相对论创建者，当代物理学奠基人。第10页物理学三大“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经典物理已臻于“完美”。然而，谁都不知道，平板、连续、简练经典体系像一片专心险恶叶子，挡住了原子、亚原子空间美。量子力学与相对论打破了全部些人迷梦，随之而来第四次科技革命彻底改变了我们生活：从固定电话到智能机，从莱布尼茨二进制计算器到现在上网本……对经典理论盲目愚蠢而又疯狂崇敬，是物理学第二大封印，为了纪念联手打破它两个人，此封印命名为普朗克-爱因斯坦封印。第11页能量可分、空间不平坦、光速不变、粒子在不存在同时也是存在，这些现在看来也不怎么好了解概念，在当初掀起了怎样滔天骇浪也能够想象。物理学告别了他游标卡尺跟库伦摆秤，丢下了青涩与纯真，步入了它大学，然后他突然发觉，不是他上了大学，而是大学上了他——第12页物理学三大“封印”之——第三封印标准模型封印作为各学科基础物理学进展今年来举步为艰，处于停滞状态。在过去35年中，科学家即使花费了数以百亿美元资金，不过仍没找到希格斯玻色子踪迹。至今仍不能回答为何物质会有质量问题，更不能回答什么是组成物质终极基元问题。物理学家们数十年来创建所谓「标准模型」（standardmodel）理论，其中有太多“基本”粒子、有太多力、以及太多感受力“荷”、有太多参数、又不包含引力相互作用，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。因为标准模型本身存在着许多重大缺点，所以，物理学家们认为，标准模型不是一个基本理论，而是某一个更基本理论低能近似。由此看来，离最终揭开物质终极奥秘还有一段漫长路要走。最可能结果是，理论物理学家们忙了数十年「标准模型」面临被推翻命运！即使是这个“丑陋”「标准模型」，也还有最要命一环没有处理，那就是赋予物质以质量希格斯粒子还未找到。这就是说，物质粒子现在还在物理学家理论模型中四处浮荡，不能落地生根，安置下来。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“圣杯”，成为世界各国顶尖科学家竞争焦点。发达国家纷纷投入巨款，建造新一代昂贵巨型加速器，以期有所斩获。第13页物理学三大“封印”之——第三封印标准模型封印谁能说物理不是他人剩下残羹冷炙，不是个厚颜无耻婊子？——某科幻电影台词作为三大封印里唯一没有被打破封印，也是当今世界最大困局之一，标准模型丑陋与臃肿让人心生厌恶。不过，弦论也好，大一统理论也好，没有一个已知理论能很好地解释这一切坑爹不合理之处。可能正应了那句歌词：谁欤操钥发其藏？第14页物理学家们长枪短炮伽利略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望远镜（原理图在右手）。伽老爷子先用左边这个东西观察到了月球高地和环形山投下阴影，接着又发觉了太阳黑子，还发觉了木星4个最大卫星。第15页物理学家们长枪短跑牛顿各种镜子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：白光是由不一样颜色（即不一样波长）光混合而成，不一样波长光有不一样折射率。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。大神这一主要发觉成为光谱分析基础，揭示了光色秘密。这也是彩虹形成原理啦~而且最主要是，当年牛顿当年才23岁，研一学生啊！牛顿还曾把一个磨得很精、曲率半径较大凸透镜凸面，压在一个十分光洁平面玻璃上（左中），在白光照射下可看到，中心接触点是一个暗点，周围则是明暗相间同心圆圈。后人把这一现象称为“牛顿环”（左上）。他创建了光“微粒说”，从一个侧面反应了光运动性质，但牛顿对光“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！）第16页物理学家们长枪短炮卡文迪许扭秤卡文迪许用一个质量大铁球和一个质量小铁球分别放在扭秤两端。扭秤中间用一根韧性很好钢丝系在支架上，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地方，标识下此时光点所在位置。（左图，有图有真相！）用两个质量一样铁球同时分别吸引扭秤上两个铁球。因为万有引力作用。扭秤微微偏转。但光源所反射远点却移动了较大距离。他用此计算出了万有引力公式中常数G。此试验巧妙之处于于将微弱力作用进行了放大。尤其是光反射利用引力常量G=6.67*10^-11没有万有引力就没有背景里漂亮土星环了！感激卡童鞋求出了万有引力常数！第17页物理学家们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（右边就是当年用过真品哦），直径约50厘米（20英寸），半球中间有一层浸满了油皮革，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。当两个半球间空气被抽出后，两个半球便会受周围大气挤压而紧合在一起。当年马德堡市市长安排了两队各15匹马，以相反方向试图将该球体拉开，结果没能将它们拉开，两半球最终还是借由解除真空状态才得以分离。所以说，物理也是挺好玩儿哒~O(∩_∩)O第18页物理学家们长枪短炮库伦扭秤库仑扭秤是由一根悬挂在细长线上轻棒和在轻棒两端附着两只平衡球组成。（图在左边）当球上没有力作用时，棒取一定平衡位置。假如两球中有一个带电，同时把另一个带同种电荷小球放在它附近，则会有电力作用在这个球上，球能够移动，使棒绕着悬挂点转动，直到悬线扭力与电作用力到达平衡时为止。因为悬线很细，很小力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置，转动角度与力大小成正比。库仑让这个可移动球和固定球带上不一样量电荷，并改变它们之间距离经过了巧妙安排，仔细试验，重复测量，并对试验结果进行分析，找出误差产生原因，进行修正，库仑终于测定了带等量同种电荷小球之间斥力。然后，库仑定律诞生了：真空中，点电荷q1对q2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破事儿~第19页物理学家们长枪短炮汤姆孙阴极管汤姆生设计了新阴极射线管(上面就是图)，在电场作用下由阴极C发出阴极射线，经过A和A’聚焦，从另一对电极D和E间电场中穿过．右侧管壁上贴有供侧量偏转用标尺．阴极射线在电场中发生了稳定电偏转，从偏转方向也明确表明阴极射线是带负电粒子．他还在管外加上了一个与电场和射线速度都垂直磁场(此磁场由管外线圈产生)，当电场力eE与磁场洛仑兹力evB相等时，能够使射线不发生偏转而打到管壁中央。经过推算可知，阴极射线粒子荷质比e／m≈1011C／kg．以前用大肚子电视说白了就是一大号阴极管啊！第20页物理学家们长枪短炮各种显微镜电子显微镜（右边那个）拍到：绿色是黄瓜花粉，恶心人是(⊙o⊙)…蛆头部。扫描隧道显微镜（左下角那一堆仪器）拍到：红红绿绿蓝蓝是人血细胞，原子那个，就不用说了==第21页物理学家们长枪短炮带病工作哈勃从它于1946年原始构想开始，直到发射为止，建造空间望远镜计划不停被延迟和受到预算问题困扰。在它发射之后，马上发觉主镜有球面像差，严重降低了望远镜观察能力。幸好在1993年维修任务之后，望远镜恢复了计划中品质，而且成为天文学研究和推展公共关系最主要工具。第22页各种无责任八卦泡利天才相对论先驱，即使马赫先生并不给小爱这个面子，声称他对于相对论相信程度，像他对分子论相信程度一样。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天才波尔兹曼最终绝望而自杀原因之一。在小泡21岁时候，他为德国《数学科学百科全书》写了一篇长达237页关于狭义和广义相对论词条，该文，到今天依然是该领域经典文件之一，爱因斯坦曾经评价说，“任何该领域教授都不会相信，该文出自一个仅21岁青年（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对这个领域了解力，熟练数学推导能力，对物理深刻洞察力，使问题明晰能力，系统表述，对语言把握，对该问题完整处理，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天才之一，小泡同学出生于维也纳一个研究胶体化学教授家中，他教父是著名马赫先生。马赫先生被爱因斯坦称为第23页各种无责任八卦孤军奋战狄拉克有一个流传很广关于狄拉克笑话：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怎样推导出来。”狄拉克看着他久久地不说话，主持人不得不提醒他，他还是没回答下列问题。“回答什么问题？”狄拉克奇怪地说，“他刚才说是一个陈说句，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），但他为躲避他人祝贺竟然躲进了动物园！狄拉克孤军作战两次郁闷：狄拉克了解海森堡关于矩阵力学构想后，计算出了一个结果，他将结果寄给海森堡，收到回复是他结果已经在德国由波恩和约尔看成出了。很快狄拉克又出众地证实了矩阵力学和氢分子试验数据吻合，他又一次郁闷了--泡利比他快了五天。以后，狄拉克出台了名垂青史狄拉克方程式，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方程。

第24页各种无责任八卦多情种子薛定谔听说过薛定谔人都知道他是个天才，他在情人怀抱中用一支笔导出了量子力学上威名赫赫波动力学方程――薛定谔方程，搞笑是当初连他自己也搞不清这个横空出世方程物理意义！他提出著名“薛定谔猫”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》百来页小册子，却有6个诺奖得主宣称是从这本书中找到灵感！

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段正淳，标准泛爱主义者，差不多见一个爱一个，一生陷于恋情漩涡与纠葛中。不计青少年时期情窦初开和数次情感遭遇，即使婚后，他依然是激情充溢，外遇不停，其对象现有助手妻子，也有他曾辅导过数学女中学生，现有闻名遐迩演员和艺术家，也有年轻政府职员，而这种浪漫风流一直连续到年逾花甲。薛天才这种情况要是拿到中国，预计是号子里长久呆着或因流氓罪吃了花生米。第25页各种无责任八卦没多少人看得懂施温格施温格做物理方式是常人难以望其项背，完美数学技巧，清楚逻辑，看他论文即使是一个享受，但同时也是一个打击，因为你知道自己极难写出一样完美流畅文章.他论文经典代表是40-50年代关于QED一系列论文,基本上奠定了当代拉格朗日场论基础.奥本海默有一次评论说，他人做汇报是为了教他人怎样计算一个东西，施温格则是在证实除了他自己之外没人会做。他创造了一大批令人生畏理论来建立他自己场论，造成他在Pocono做马拉松式QED长篇汇报时候，极难有些人跟上，费曼和文策去了。费曼听汇报时候是几乎从来不记笔记，不过那一次他知道这将是物理史上重大事件