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MEN OF PHYSICS (Biography of Physics) (The Great Physicists from Galileo to Einstein)
物理大师 从伽利略到爱因斯坦 伽莫夫著 金歌译
(1904年生于敖德萨,先后在哥本哈根和英国师从波尔和卢瑟福)(与梅勒特一起最早提出宇宙大爆炸理论,还提出原子核的液滴模型。)(从家里拿来《从一到无穷大》和《跟着物理学家学物理》两本书,准备这三本来个对照,把一些生疏的部分找出来看看能击破一两个认知的蛋壳。)
(像伽莫夫这样本来就很牛的物理学家,还结识了很多更牛的物理大师,他的科普的力道才够劲。除了文笔,某种程度上比弗里曼·戴森更优越一点,倒是很像史蒂芬·茨威格在艺术领域的人脉。)
一、物理学的黎明
物理这个学科的源头是很难追寻的,就像很难寻找到一些大河的源头一样。一些细小的水源从南方热带植被绿叶底下汩汩流出,或者是北方贫瘠土地上布满苔藓的石头下一滴一滴落下...最终水量非常庞大,最终把河流中的淡水注入了大海。
古巴比伦和古埃及,他们都对数学和天文学的早期发展有很大的贡献,唯独对物理学这个领域的发展贡献是空白的。与希腊科学相比这部分缺失的一个可能的解释是,古巴比伦和古印度的神居住在远高于星星所在的地方,而△
古希腊△的神居住在海拔近10000英尺左右的地方,在奥林匹斯山的顶端,接地气得多,也是他们的科学也就离实际问题近得多。
磁来自于希腊牧者,他惊奇发现他的铁质钉掌的尖端被轮边的一块石头(磁铁矿石)吸引,而电这个术语来自希腊文琥珀,可能是因为另一位希腊牧者有一天拿着一块琥珀试着在他的其中一只羊身上蹭一蹭...
①
毕达哥拉斯弦定律,公元前六世纪中期(基本与孔子是同一时代的人),他相信世界是被数字所统治。
完美和弦一定有着简单的弦长比。猜想天体运动一定是和谐稳定的,所以它们与地球之间的距离比很可能和里拉琴的弦长比一样...(病态物理理论)
病态科学是科学研究者被气主观性错误所自我欺骗而导致的“科学式”的研究,其“结果”很容易被伪科学和假技术所利用。
“缺乏实验验证基础”但结果却“像梦一样成了现实”的理论,德谟克利特的原子论。
从②
德谟克利特的时代到道尔顿的时代,人们花了22个世纪去把错误的部分纠正过来,真正地把物质的组成解释清楚。
古希腊巨匠③亚里士多德在柏拉图在公元前347年去世前一直跟随着他学习,他还是逻辑学和心理学的始创者...
亚里士多德从希腊词汇“自然”创造了“物理学”这个名词。
亚里士多德关于地球上物体运动和天体运动的观点对于科学的发展可能弊大于利。文艺复兴期间,在这个科学思想重新萌芽的时期,像伽利略一样的人必须要苦苦挣扎才能艰难地冲破亚里士多德哲学的束缚,因为
这个时期的人们普遍的认知是,亚里士多德的理论已经为知识画上圆满的句号,人们都认为已经无须对自然界的事物进行进一步的探索了。
另一位古希腊的伟人出现在亚里士多德之后一百年左右,他就是力学之父④
阿基米德,作为天文学家的儿子,从小耳濡目染,对数学产生了兴趣。
在阿基米德时代,希腊数学几乎完全被限制在几何学的思路中,而不久之后,代数学才被阿拉伯人发明出来。
从浴缸里跳出来光着身子就跑回了家...(世界上第一个裸奔者)
阿基米德正在后院的沙子上专心致志地绘制一些复杂的几何图案,当一个士兵踩过来的时候,他用不是很好的拉丁语惊叫道,“别碰我的图案!”作为回答,那个士兵用他的长矛刺穿了这位老哲学家的身体。
西塞罗发现了阿基米德的坟墓,“这座古希腊最著名也曾是得到最多历史教训的城市就会与它的天才的子民永不相认。”
在天文学领域,亚历山大城的代表人物是⑤
西帕克斯,生活在公元前二世纪中期的他发明了那个时代能给出的观测星体位置最精确的方式,并绘制了1080颗恒星的目录。
随着物理学的发展,亚历山大学院又出现了一位代表性人物⑥
赫伦,工程的创始人,符合滑轮系统,各种变速装置以及齿轮系统等。关于气体力学,描述了虹吸管以及蒸汽喷气机的原理,还写了一本《反射光学》,包含了镜面反射理论等,“我们的视线是由视觉器官发出的直线...沿着一条最短路径移动...光是以无穷大的速度被发射出去的...”
另一位伟大的亚历山大人是天文学家⑦
托勒密,对250年前的西帕克斯的数据有河大补充。托勒密在物理上重要的文献记录在《光学》一书中,原始希腊手稿的阿拉伯语版本已经遗失,我们找到的是拉丁文译本。托勒密还讨论了光的折射。
托勒密并没有试图把他的发现结果用数学公式表达,而光的折射定律的数学表达十七世纪才被人总结出来(1400年后荷兰天文学家和数学家斯涅耳提出)。很有讽刺意味的事,托勒密本该轻而易举地就能做到这一点,因为光的折射所得到的实验数据中隐藏的数学规律就是弧长和于弦长的关系,而这个关系早在托勒密之前150年就被普鲁塔克讨论过,而且托勒密在自己的《天文学大成》一书用很长篇幅建立了这个关系与天文观测结果之间的联系。(病态科学?)
托勒密的工作成果是古希腊文化对科学发展做出的最后一次重大贡献,在托勒密死后,亚历山大学院的科学研究迅速衰退。也许最后一位与亚历山大学院有关联的还会被提及的名字就是
希帕蒂亚了,作为数学家的女儿,别人是一位科学和哲学老师,生活在罗马帝国使徒的统治时期,试图保护希腊的教育、保护希腊的神,希帕蒂亚被众多天主教徒撕成碎片,亚历山大城中的图书馆也被摧毁了。
二、物理学史上的黑暗时期和文艺复兴时期
随着希腊文明的衰落,总体上,科学的发展,特别是物理学的发展实际上陷入了停滞时期。统治着世界的罗马人对抽象的思考并不重视,他们所重视的事商业文明,而且他们虽然提倡学习,但是他们更多的兴趣却在实际应用上面。
任何古希腊文化衰落之后遗留的科学想法都屈从于宗教的独裁之下。
当时科学的讨论几乎都局限在:针尖上最多容纳多少个天使跳舞或者至高无上的神使否能够创造出一块重到连他自己都聚不起来的石头...原始的“李森科主义”盛行于整个欧洲。
阿拉伯学者研习并翻译了没有完全被摧毁的希腊图书馆中幸存下来的希腊手稿,并在欧洲遭受着中世纪经院哲学的扼杀快窒息的情况下,高高地举起了科学的大旗。代数、酒精、碱、混合物...“完成了他的使命,他就一定要走了。”十二世纪,成吉思汗向这片圣地发起了扩张以及在基督教十字军坚持不懈的东征下,阿拉伯帝国迅速地衰落了。
公元1100年,巴黎大学建成。科学研究大多基于亚里士多德的手稿。
对于刚从千年沉睡中苏醒过来的欧洲物理学,在它重获青春的过程中,亚里士多德确实没有起到正面的作用。
知识得以传播的一个重要因素,十五世纪中期德国西部的美因茨,福斯特发明了印刷机,哥白尼的《天体运行论》毫无疑问是这些早期印刷机的产物中最重要的书之一。
“本书中的所有观点均是假想的自然科学,本书系那个表达的只是数学演算而不是对真实情况的描述。”
⑧开普勒是天体运动基本定律的发现者。
“献上我卑微的敬意以及诚挚的问候。”
“我尊贵的领主们,我将向你们用精简的语言展示我通过个人卑微的努力在这个奇妙的课题上所获得的工作成果。如果你喜欢古老的问题,毕达哥拉斯在大约两千年前就已经被这个问题所困扰。如果你渴慕新奇,这个主题是第一次由我自己向全人类呈现。如果你崇尚浩渺,那么还有什么比宇宙的问题还宏大呢?如果你敬畏庄严,没有什么比我们壮观的神坛更宝贵和美丽的。如果你对神秘的事物感到好奇,自然界中的任何事物都没有或不曾有它神秘莫测...”
哥白尼系统为了迎合传统的希腊哲学思想,假设了天体运动轨迹是一些圆,因为他们认为只有圆才是完美的曲线,而只有球是完美的体。但是这个假设和第谷·布拉赫对天体运动的精确测量结果是不相符的。开普勒作为第谷的学生和助手...
1609年开普勒第一定律和第二定律(九年之后才找到不同行星之间的联系,开普勒第三定律。)
与开普勒同一时代的荷兰人⑨西蒙·斯蒂文(荷兰的西蒙·斯蒂文(1548-1620)声称,作用在静止物体上的平衡力适用于平行四边形定则,后来发现运动中受力平衡也适用。这个定则是在阿基米德的研究基础上发展而来的。
伽利略比萨斜塔的实验是斯蒂文做的,是伽利略的弟子将“”伽利略在比萨斜塔上做的落体实验的消息传开的...(1586年曾做实验证明两个重量不同的球同时落下同时到地,时间比伽里略还早。)斯蒂文
钟摆、自由落体定律
⑩伽利略对动力学问题的另一个重要贡献是提出了运动合成的思想。
通过一艘船封闭船舱中的力学实验室不可能知道这艘船停在岸边还是在海上运动,这一观点现在被称为“伽利略的相对纶原理”。接下来的物理学又发展了将近三百年,这个基本原理才被爱因斯坦应用在一个匀速运动的密封船舱中所观察到的光学以及电磁学现象。伽利略对力学所做的贡献也就到此为止了。
伽利略是最早期的实验和理论物理学家之一,他在天文学上做出了巨大贡献。1604年的一天晚上,几千年来天文学家认为亘古不变的星河中出现了一颗闪耀的新星,当时40岁的伽利略证明了这颗新星确实是一颗恒星...根据亚里士多德哲学理论和教义,天空本应该是绝对不变的,而天空中这颗新星的出现导致伽利略与许多科学领域的同事以及崇高的神职人员树了敌。
(1609年伽利略发明了望远镜)
1633年,69岁的伽利略被带上了法庭,在教堂圣灵办公室的裁判面前,他跪下来“认罪”。
1642年1月8号,完全失明并认为失去了活着意义的伽利略就这样去世了。
三、上帝说,“①①牛顿诞生吧!”
体弱多病、生性腼腆...牛顿用“无上的精神和必胜的决心”把恶霸打到。牛顿在体能上比拼上赢得了胜利,决定在头脑上也赢过他,经过了刻苦的努力,他成为了班上成绩最好的学生。
1665年一场严重的瘟疫席卷了伦敦,短短几个月,每10个伦敦人就有1个死于瘟疫。
“1665年初,我发下了...任何阶二项式级数的展开规则...并在11月提出了流数(微分)的直接计算方法,1666年1月给出了光色原理,接下来的5月,我得出了反流数(积分),同年我开始思考月球在轨道所受的重力...对比了需要将月球保持在轨道上的力以及在月球表面上受到的重力。”
牛顿26岁时成了剑桥大学的任职教授,30岁成为皇家学会会员。
牛顿由于经常沉浸在自己的思维里,在处理日常问题上他就会显得十分天真和不切实际:为方便他的猫方便进出,就在门上打了一个洞,当这只猫生了小猫之后,他又在这个大洞旁边打了好多小洞,每只小猫对应一个洞。
牛顿和罗伯特·胡克(电学理论开创者)有过一次激烈的争吵,关于谁先发现了光色原理和万有引力定律。和德国的数学家莱布尼茨争论关于发明微积分的先后顺序,和荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯在光学理论问题上发生争论。一位几乎没怎么和牛顿说过话的天文学家将牛顿评价为“阴险的,雄心勃勃的,极其渴望被赞扬的,对于否定意见完全没有耐心的人...虽然本质上是一个好人,但是生性多疑。”
牛顿在剑桥大学的这些年,致力于研究自己23-25岁之间所产生的天才想法,但是他却将自己的大部分发现当成你秘密隐藏了起来,力学和重力的研究成果发表于44岁,光学的工作成果发表于65岁。
“我的考量出自(自然)哲学而非工程角度,我所写的论文是关于自然力量的讨论而不是人为能达到的程度...因此,我把这个工作成果命名为(自然)哲学的数学原理”。
“你得去一趟那片无聊的土地才能确定的事实,牛顿在家就知道了。”
牛顿出生那年,帕斯卡才19岁,而牛顿去世那年,另一位瑞士物理学家的丹尼尔·伯努利正值27岁。
1692年的一天,牛顿去教堂的时候,他房间里留下一盏灯忘记熄灭了,从而引发一场火灾,这场意外的火灾毁灭掉他的论文,这其中包含了光学大部分的工作成果。
牛顿的那个年代,人们普遍相信白色日光通过古老天主教堂的彩色琉璃玻璃窗之后绚丽多彩,就像把一块白布浸在不同颜色的染缸里染色的道理一样,现在我们知道人类眼睛的视网膜有三种光感神经细胞。
比牛顿大13岁的①②克里斯蒂安·惠更斯更愿意人为光是以波的形式在某种充斥着整个空间的宇宙单一介质中传播的,而不是以一束告诉运动的例子的形式,1690年发表《光论》...
牛顿50岁的时候决定放弃学术生涯,开始寻找一个能给他带来更高收入的职位。
某修道院校长的职位邀请,“...每年只有200法郎的薪水,还要忍受伦敦糟糕的空气,这不是我所向往的生活,我也不认为为此竞争是明智的,为一个更好的位置才值得这样做。”
54岁的牛顿被任命为伦敦造币厂厂长,1705年被封了军衔,成了艾萨克爵士,又收获了其他许多荣誉。不过,在他一生中最后25年没有什么重要发现...他把那个时代能想到的所有可能想法都经想尽了。无论如何,牛顿的一生像日食一般耀眼。
四、热是一种能量
测量温度的第一个真正意义上的科学仪器是伽利略1592年发明的。1635年意大利的科学爱好者用酒精取代水制作了一个温度计...,1640年的科学家们制造出了现代温度计的原理,使用了水银...温度计的整个发展过程花费了将近半个世纪,而从电磁波的发现到第一个无线电报的发明,或者铀裂变的发现到第一颗原子弹的发明均仅仅用了几年时间。
当牛顿还在剑桥大学思考光学和重力时,罗伯特·波义耳正在牛津大学工作,研究空气以及其他气体的力学性能和压缩性。在听说了奥托·格里克空气泵的发明后,波义耳很大程度上改进了这个设计...
英格兰物理学家詹姆斯·布莱克(叫詹姆斯的不少啊,焦耳,麦克斯韦)认为,热量的多少可以像测量水量或没有量一样被测量出来。他把热量当做一种确定无重量的流体,并称之为“卡路”。将单位热量定义为1磅水的温度升高1华氏度所需要的量,现在称之为卡路里。布莱克引入另一个重要概念为“潜热”...
年轻的法国人卡诺进一步阐释了热量与一种流体间的类比,1832年这位科学家年仅36岁就去世了。
本杰明·汤普森被封为拉姆夫的伯爵,发现热是一种运动。
一卡路里的热量不会超过...
德国物理学家迈尔1842年发表《论无机界的力》发展了拉姆福德伯爵的想法...太过于忙于自己的医学实践,便没有通过更精确的实验进一步追寻这条曲线,于是准确测量热的机械当量的荣誉归属于英国人詹姆斯·焦耳。
事实上,如果我们可以使热量自主地从冷却室传递到燃烧室,我们将会得到一个错误的热循环,蒸汽机也将不需要任何燃料就能运行。
熵S,物体吸收或损失的热量除以物体的(绝对)温度。
假设一定的热量Q会自发地从冰块(T_2)传递到周围的热水(T_1)中,
因为T_1>T_2,熵增为负,这违背了热力学第二定律。(教材上的熵过多强调统计的概念)
德国的玻尔兹曼、英国的麦克斯韦以及美国的吉布斯提出分子运动论...
麦克斯韦妖...
“为什么原子都这么小”“为什么我们这么大”
一个原子或者一个分子可以类比一件乐器,唯一区别就是它们发出的是光波,而乐器发出的是声波。原子和分子也是释放选定波长的光,每一种粒子对应一种波长的选择。
连续的色彩中出现的狭窄黑线恰好出现在钠元素产生黄线的位置。这个效应的产生是因为一个被称为“共振”的重要现象。所有物质只会吸收与它们所能放射的光频率一直的光。这一定律是德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫发现的。
19世纪初期,德国物理学家约瑟夫·冯·夫琅和费重复了牛顿关于太阳光谱的实验,惊奇地发现彩虹光谱上实际上被很多黑色竖直线所分隔...
五、电的时代
威廉·吉尔伯特爵士与伽利略生活在同一时代(《论磁石》被伽利略称之伟大到让人嫉妒的作品),吉尔伯特总结出我们的地球可以被看作一个巨大的磁铁,它的两个磁极分别位于近地理北极和地理南极的地方。这个概念存在了几个世纪,由德国伟大的数学家高斯在数学上发展成为今天地磁学理论中的一个标准定义。另一方面,吉尔伯特试图将磁力解释为致使行星围绕地球运转的力量…德国物理学家奥托·格里克试图用电相互作用解释行星和太阳之间的力…
箔验电器和莱顿瓶
1930年剑桥大学的科克罗夫特和沃尔顿发明了第一个原子加速器…
伟大的政治家兼作家的本杰明·弗兰克林在40岁这个成熟的年纪对物理产生了兴趣,他在暴风雨天气放风筝到云层中收集电量…他挑战了宙斯,但是他提出了电流体假说作为这个现象的理论解释却不尽人意。
迪费两种电流体的观点要比弗兰克林一种电流体的假说更接近真实。
我们偶尔会会听到这样一种提议,正电和负电二者的名字应该交换一下,以便使传统的电流方向与电子运动方向相吻合。
18世纪后半叶,许多国家的物理学家都投身到电磁力的定量研究中,法国人库仑为了测量微小的力而发明了扭称。
亨利·卡文迪许的女佣按照每天在大厅桌子上的字条替他准备食物。他死后银行里有100万英镑存款,实验室里有20包学术笔记,这些手稿由他的亲戚保存了很长时间,大约100年后这些手稿被发表出来…即便没有任何一个物理单位是以卡文迪许的名字命名,但是剑桥的卡文迪许实验室是全世界最有声望的科学研究中心之一。
(电鳗)鱼能生电吸引了意大利的伽伐尼的注意力,他正在研究田鸡腿的肌肉收缩问题…他的朋友,意大利的伏特很快证明了导致青蛙腿收缩的电流是一种纯粹的无机现象…为了纪念他的朋友伽伐尼,伏特将这个现象称为流电。
伏特电堆
1820年的一天,汉斯·克里斯蒂安·奥斯特走向哥本哈根大学做演讲的教室,忽然产生了一个想法,如果静态电荷无论以何种方式对磁铁都没有影响的话,也许试着用电线连接伏特电堆两端使电荷在电线上运动起来,结果会不一样了…观众们看到这个结果都没留下什么印象,不过奥斯特记忆犹新,讲座结束后,他回到教室试图检验刚发现的这一不同寻常现象。
电磁学,奥斯特给它取的名字,成为事实了。
丹麦的奥斯特发现磁生电的新闻传到巴黎,引起了法国数学家和物理学家安培的注意,短短几周内安培发现,不仅一根电线会对小磁针产生影响,两根导线之间也会发生相互作用。他演示了铜制成线圈…
安培取得的成就,毫无疑问地证明了他是一位伟大的科学家,不过他也是一位典型的心不在焉的教授,据说授课期间经常会拿起擦黑板的抹布擤鼻子…(还有“移动的黑板”、与拿破仑爽约...)
当安培把大部分精力投入到电流产生的磁场时,当时在科隆当老师的德国物理学家欧姆却想知道,一来不同材质的导体与不同电势对电流强度的影响。1827年发表“直流电路的数学研究”。
电导率的单位姆欧,把欧姆反过来写(Ohm Mho?)
迈克尔·法拉第把电现象和磁现象的经典研究推向顶峰的人,并且开创了我们现在所说的“现代物理学”的新时代。1791年出生在一个铁匠的家里,13岁到书店里打工,1年后被收为装订工学徒,这份工作一做就是7年。法拉第不仅完成图书店的装订工作,还阅读了其中大部分图书,由此激发了对科学的浓厚兴趣。
法拉第发现电解现象之后,还不得不找工作,几个月之后他在书店的职位到期。他最大的愿望是与戴维爵士一起工作,法拉第听过他的讲座。于是法拉第用书法的方式抄写了戴维讲座的笔记,并在旁边配上精妙的插图,用精美的信封包装好,想申请在他的实验室工作的机会。戴维的导师是皇家学会管理者之一,“你让他来洗试管吧!如果他是真心的就会接受这份工作;如果他拒绝了,就说明他一无是处。”
一直错误地类比静电感应,这些科学家试图只用静态磁铁和电线来做实验,比如将磁铁棒绕上线圈,再将导线两端连接在一起,固执地拒绝产生任何火花。
电流的产生是一个动力学过程,要么需要另一电流强度的改变,要么需要改变磁铁的位置。美国的约瑟夫·亨利也产生了同样的想法,但是他犹豫了很久迟迟没有公布他的结论,所以导致 这个发现的第一人归属太平洋另一端的那个人。
法拉第还试图去建立电磁力和牛顿万有引力之间的联系。100年以后,另一个天才绞尽脑汁了几十年,试图建立所谓的统一场论,这个理论能将电磁效应和万有引力现象结合在一起,但是,同迈克尔·法拉第一样,阿尔伯特·爱因斯坦没能完成这个任务就去世了。
法拉第几乎可是说完全不懂数学。他的这些想法在某种程度上是非常天真的,并且很大程度上是定性的,但是它们却开创了物理学发展的新纪元。(办公室小年轻的化学老师在和学生说物理是建立在数学上云云...)远距离物体间作用的神秘力量被“某种物质”所替代。这种神秘力量连续地分布在空间以及物体周五。
而把法拉第的想法用数学公式量化的人物落在詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的肩上,他是苏格兰人。法拉第宣布发现电磁感应的几个月之后,麦克斯韦出生于爱丁堡。10岁麦克斯韦到爱丁堡学院学习,并被迫将他的大部分时间来研究希腊的不规则动词以及人文学科的其他分支,但他更好愿意做数学领域的研究...他在数学领域的第一个成就是“创造了一个四面体,一个十二面体,还有我不知道合适名字的两个多面体。”14岁因为发表的一篇论文从而获得爱丁堡学院的数学奖...1850年麦克斯韦19岁时,到剑桥大学上学,四年之后取得学位...1874年担任卡文迪许实验室的首席主任。
看似无关的物理量之间的数值巧合,比如一面是静电单位和电磁单位之间的比例关系,另一面则是光速,它通常导致物理学的新发现以及广义概括。
六、相对论
除了门捷列夫,再也没有人将固体以太解释成元素周期表上的零号元素。
人类的思维总是受着传统思维的禁锢,只有借助爱因斯坦天才的大脑才将古老的矛盾的固体以太抛在一边,而用电磁场的扩展概念取而代之。场与其他任何普通的物质一样都是真实的物理事实。
人类第一次试图测量光速的实验是由伽利略完成的...二百年之后,法国物理学家菲索重复了伽利略的实验,并在此基础上做了很大改进...用所测数据计算出光速与伽利略死后三十年丹麦天文学家罗默测得的数据相吻合。
菲索的朋友和他的朋友也是实验室的合作者让·傅科用一个旋转的镜面代替了两个齿轮而成功将装置所需路程缩短。
1887年,爱因斯坦刚8岁,美国的物理学家迈克尔逊和莫雷执行了另外一个著名实验...
爱因斯坦在慕尼黑度过了他的少年时代之后,然后移居到了瑞士,在苏黎世工业大学学习,并兼职辅导一些天赋较差的学生数学和物理来赚取生活费。1901年结婚...
关于电磁相互作用和光波的传播根本原因的假说中积累的问题和矛盾全部交织缠绕,成为一个悬而未决的以太结,就像古希腊出身平民的戈德斯国王在战车上用山茱萸将车轭绑在柱子上所系的绳结。谁能将格尔迪乌姆之结解开,谁就能统治整个亚洲。亚历山大大帝挥舞着剑将绳结砍断,这个神话中的预言就这样被他完成了。而与之极其相似的是,阿尔伯特·爱因斯坦用他敏锐的逻辑斩断了以太结,并将扭曲的固体以太的碎片扔出了物理科学圣殿的窗户,成为了物理学的统治者。
牛顿在《原理》中写到:绝对空间,就其本身的性质而言,与外界没有任何联系,始终是相似的并且是不动的。绝对的,真实的以及数学上的时间,其本身所所表现出来的性质来说,均匀地流动,与任何的外在东西无关。
牛顿对于空间的定义中暗示了空间在其中运动的某个绝对参照系的存在,而他对于时间的定义也包含着一个绝对时间系统。
荷兰物理学家H·A·洛伦兹在迈克尔逊-莫雷的实验结果发表后不久提出“洛伦兹变换”,但是被洛伦兹自己和当时其他物理学家或多或少地当做一个纯粹的数学恶作剧。而爱因斯坦第一个发现了洛伦兹变换的意义,它实际上是对饮一个物理事实,需要彻底改变对于传统意义的空间、时间以及运动的普遍定义才能理解它。
关于长度相对论收缩的概念的一种误解在物理学家中存在了54年之久,从1905年爱因斯坦发表了他的原始论文开始,直到1959年一位年轻的美国物理学家特勒尔发表的短小精悍论文中澄清了这一点...
静止质量即阻止质点产生运动趋势的力,使质点保持初始静止状态的惯性力。随着质点速度增加,直到接近光速的时候,再增加它的速度就会变得越来越困难,当物体速度达到光速时,对于继续加速的阻碍就会变得无穷大...由于惯性阻力的增加,物体继续加速并保持物体以光速运动所需的能量会是无穷大。
光压力的存在首次在实验室中由俄罗斯物理学家列别捷夫证明,实验结果显示光压在数值上等于被反射的能量的二倍除以光速。
单位时间落在镜面上产生的压力
加上前面光压的实验结论,
得到![E=mc^2](http://www.qiusir.com/wp-content/plugins/latex/cache/tex_826676a6a5ad24552f0d5af1593434cc.gif)
一个10瓦的灯泡因为发光辐射能量,手电筒每分钟减轻
g
太阳每天向周围空间辐射将会损失
t
直径1米并且充电到1kv的铜球周围的电场质量不过是
g,一个普通实验室能达到的磁场最多也只有
g,一升沸水比一升凉水的质量多出
g...
爱因斯坦的质能方程式原子弹发明的基础,这是相当不正确,就像说质能方程是诺贝尔发现硝化甘油的基础或者说是瓦特发明蒸汽机的基础一样荒谬...爱因斯坦对原子弹的贡献,是由于他自身的权威性,他写信给罗斯福总统,使得曼哈顿计划开展...
可以认为伽利略对于在平稳航行船只的船舱中所进行的力学实验的观点,在爱因斯坦的相对论这里达到了辉煌的顶点...广义相对论,最好称之为“引力相对论”。
在一个加速运动的火箭船舱中发生的力学现象和拥有很大质量的地球所产生的重力场中发生的力学现象相似...光线在加速运动的房间中会如何?
英国的天文探险队在1919年到了非洲...
爱因斯坦一生的工作使物理学的很大一部分得以几何化:时间合理地成为了伴随着三个空间坐标出现的第四个坐标,并且引力被这个四维世界的曲率所解释。但是电力和磁力仍在这个几何“战利品”之外,而且发展到此时,爱因斯坦用了全力给这个顽固的电磁场拴上一根结合的缰绳。这个四维空间所具有而尚未被发掘的何种物理性质导致了电磁感应呢?爱因斯坦自己,以及许多“感兴趣的旁观者”,比如著名的德国书序色佳赫尔曼·韦尔,都尽了他们最大的努力去给电磁场提供一个纯几何解释。但是,作为威廉·克拉克·麦克斯韦的孩子,电磁场的性格中带着典型的苏格兰人的倔强,就是拒绝被几何化。
七、量子理论
德谟克利特肯定了四种原子,石原子、水原子、空气原子和火原子。
19世纪初期,英国的化学家约翰·道尔顿接受了他的观点并为它打下了坚实的实验基础,这个观点是所有现代化学的根基。
我们就像19世纪的物理学家和化学家觉得物质分隔止步于原子,我们也在犯着同样的错误。
法国的让·佩兰发现了放置在光束中的金属板获得了负电荷...
JJ·汤姆生(约瑟夫爵士)是一位在曼彻斯特出生的物理学家,卡文迪许实验室的主任...决定去测量它们的质量以及所带的电荷...连个实验中测量偏转并对比结果,(得到电子的比荷)(高三串讲的选题)
19世纪末,出现了一系列重大发现,使物理学迅速从“经典”阶段跨越到偶然形成的“现代”阶段。
1895年德国威廉·康德拉·伦琴用克鲁克斯管产生的阴极射线做了一系列实验...X射线也是一组连续波长的电磁波的组合,德国人称之韧致辐射(刹车辐射?)(如同子弹打到装甲板上所释放的声波)
伦琴收到同一所大学(担任德国慕尼黑大学担任实验物理学教授)一位年轻的理论物理学家冯·劳厄的邀请,对他的助手的一些照片进行检验。伦琴一眼就意识到这正是他多年来想要寻找的结果:X射线通过晶体产生了漂亮的衍射图样。
关于X射线谱的大量工作是由W·布拉格和他儿子做的,他们发明了X射线光谱学的精确方法。
欧内斯特·卢瑟福生于1871年新西兰南部岛屿的尼尔逊城附近,许多年之后由于在科学上的贡献被授予英国贵族称号,成为尼尔逊的卢瑟福勋爵。他24岁到剑桥大学的卡文迪许实验室跟随托马森(JJ·汤姆生)学习,1919年到曼彻斯特大学大学工作,后来接替汤姆生成为卡文迪许实验室的管理者。他最喜爱的一个俄国物理学家卡皮查给他气的外号是“鳄鱼”(强有力的象征)。
当时的一些核物理学家甚至为了将他们的瞳孔放大而吞食一些莨...
不过就像很多伟大的实验主义者一样,卢瑟福不喜欢数学,或者至少根据传闻,散射公式是一个年轻数学家帮他推导的,这个年轻人后来娶了卢瑟福的女儿。
马克斯·普朗克登上了德国物理协会圣诞节会议的讲台,提出能量包...
虽然普朗克早期对辐射能独立包的概念是相对模糊的,而且在当时仅作为光谱中不同波长间统计能量缝补的基础,但是五年后,这个模糊的概念在阿尔伯特·爱因斯坦这里形成了一个更确切的形状。
阿瑟·康普顿是夏威夷吉他手,网球冠军,也是一位探索高能宇宙射线的优秀的物理学家,而这些后期的研究使他享有全墨西哥最强壮的男人的盛誉。
1911年,25岁的丹麦物理学家尼尔斯·波尔来到了曼彻斯特,他自己通过在哥本哈根大学研究的这段时间成了全国知名的足球运动员。(不是说他弟弟?)波尔十分赞赏卢瑟福的研究成果,卢瑟福也这样对朋友说过,“这位年轻的丹麦人是我见过的最聪明的小伙子。”就这样,他们成了好朋友。
在波尔快到三十岁的这段时间,乔治·伽莫夫也在波尔所在的学院为了嘉士伯奖项而工作,是“波尔男团”的成员之一,有很多机会去观察他。
和波尔看电影很困难,他跟不上电影的清洁,并且还不断问坐在旁边的我们,从而给其他的观众带来了很大的搅扰。
在科学会议上,他也表现出了同样的反应迟缓,只有波尔跟不上节奏。于是每个人都开始向波尔解释他漏掉的简单论点,结果就很混乱,所有人都开始跟不上演讲者了。最后,在过了相当长的一段时间之后,波尔开始理解了,只不过他对来访者提出的问题的理解与来访者本身所做的表述相差甚多,而他的理解是正确的,那个演讲者对问题的理解则是错误的。
...歹徒总是先下手为强,但是英雄的射击动作更快总是能把歹徒打到。波尔将这种现象归因为随心所欲的动作与有条件限制的动作之间的区别。歹徒需要时间决定什么时候拔枪,这放慢了他的动作,而英雄的动作更快是因为他只要看到歹徒开始拔枪就不假思索地行动。
一个原子机制的表现在某种程度上就像一个汽车变速箱,我们可以挂一档、二挡或者最高档,但是不能挂它们之间的档。
原子不再和行星系统相似,木星可以突然跳到金星的轨道上,而是把原子模型描述为与经典力学的圆形和椭圆形有些许联系的一种抽象模型。
德国物理学家沃尔夫冈·泡利以肥胖的身材和乐观的天性在波尔的理论物理学院吃的那个了大家所熟悉且受欢迎的一员,他是一等的理论物理学家。
“泡利效应”
一位法国贵族,路易·德布罗意原本是学习中世纪历史的学生,后来突然对理论物理感兴趣。
1927年,乔治·汤普森(此后也被封爵)
德布罗意的观点在1926年被奥地利的理论物理学家埃尔文·薛定谔总结并用严密的数学基础推导出来。描述原子内部的圆形轨道和椭圆形轨道,现在已经取而代之的用所谓的波函数描述...
维尔纳·海森堡(海森堡本人提供的一种说法称,他其实并不信任希特勒政权,因此在尽力拖延纳粹德国的研究计划。)(海森堡之谜)
![\Delta v\Delta x \ge \frac{h}{m}](http://www.qiusir.com/wp-content/plugins/latex/cache/tex_b43622a55af02067d162703d1826dac8.gif)
在原子的数量级上,我们一定要摒弃一个物体的轨迹是数学上的一条线(无穷细)的概念。
独立的运动和事件都不是确定事先预定好的。
爱因斯坦直到生命的最后,都拒绝接受不确定原理的概念。
保罗·狄拉克在二十岁出头的时候,就获得了电力工程的学位,并觉得自己很快该找份工作了,但是他找不到,于是申请了剑桥大学研究生奖学金并且被录取了。不到十年就获得了物理学的诺贝尔奖,现在他仍然是一位里程碑式的科学家。
在哥本哈根狄拉克听仁科芳雄的报告,黑板上写满了计算过程,最终得到一个关于自由电子短波辐射的分散情况的重要公式。狄拉克提出最终公式的括号中第三项前面是一个负号...
八、原子核和基本粒子
1899年,年仅28岁的欧内斯特·卢瑟福发现一共存在三种不同的放射线。
阿尔法粒子明显的偏转需要相当强的电磁铁,而这在许久之后才被建造出来。
当尼尔斯·波尔将“无法更改的事实”告诉卢瑟福之后,他们认为解决这个问题的唯一办法就是假设一种不带电质子的存在,他们将他暂时命名为“中子”。
直到1932年查德威克对这个谜题进行了研究...前人的失败之后,中子终于在卡文迪许实验室中诞生了。
...冲宪兵笑了笑,说自己是卓越成就者费米的司机。
1939年尼尔斯·波尔收到德国女物理学家丽斯·迈特钠的来信,写道她收到奥托·哈恩从柏林的来信,用中子轰击铀,发现了钡的存在...迈特钠和侄子认为这可能是核裂变的结果,也就是铀原子核在中子的轰击下从一个变成了连个...当波尔把这一封电报读给与会人员听,费米走到黑板上写下了关于裂变过程的一些公式...第二天早晨,伽莫夫被罗伯特·奥本海默的电话叫醒,他想知道到底是怎么一回事...
在天然铀中进行反应所需的零碎东西大多数由恩里科·费米所发明,它是建立在现代理论的基础上...在费米的监管下,它建立在芝加哥大学体育场的看台下面,并在1941年12月2日开始运行。
大约100年前,德国的亥姆霍兹以及来自英国的开尔文勋爵提出,太阳可以保持光和热的辐射是自身收缩的结果...
1952年11月1日,洛斯阿拉莫斯的科学家做到了第一颗热核弹...
(这本书的翻译者不知道物理的基础是多厚,或许是个有很多学生的教授?名字的翻译前后不一致的,比如海森堡/海森伯格;日本第一个诺奖得主汤川秀树,翻译成秀城汤川;前面对于汤姆生父子的名字翻译也有错乱。)
1932年,汤川秀树提出原子核的凝聚力本质,是由于一种新的例子被连续不断地在质子和中子之间交换产生的。也许把它想象成两只饥饿的狗为了占有一块鲜美的骨头,它们从对方的嘴里把这美味的骨头抢过来抢过去...
有时它被称作“重电子”,有时被称为“轻质子”,之后又有人提议“介子”,从希腊词汇mesos“在中间的”...
半衰期是由于它们的速度决定的...这些现象为爱因斯坦的时间膨胀提供乐然第一个实验证明。
生物学一个更基本的事实是,所有由蛋白质分子组成的生命体都是左旋对称的,像阿米巴虫、人类、青鱼或者玫瑰丛之类。地表上不存在右旋对称的植物或者动物世界。非常奇特的是,因为每当有机化学家用元素合成蛋白质时,都会得到50%左旋分子和50%右旋分子。
1956年,两位年轻的美国华裔物理学家李政道和杨振宁提出(唯一一次提到了华人),基于理论的考虑,对于基本粒子的情况,这个原则可能不成立。(常规的物理学中,总是满足镜面对称原理,对于任何一个物理过程总能发现另外一个过程,看起来和第一个过程镜像一模一样。)
,6.282是2π,那
(精细结构常数)137是何方神圣?
当爱因斯坦想把重力解释为四维时空连续统的曲率变化时,他发现等待他的是弯曲多维空间的黎曼理论。当海森堡寻找一些不寻常的数学来描述一个原子中电子运动时,非交换代数己经准备好了。只有数论和拓扑仍保持着纯数学的某样,而没有被应用到任何物理问题中。它们会不会是我们在未来寻找能够帮助我们理解自然界谜题的工具呢?
h是量子理论中可能作用的最小角动量,10^(-13)在将来的理论中可以称为一个可能达到的最短距离,也就是将会是“一个数学上的点的直径”,谈及比这个数字更小的距离则没有意义。
我们不能理解137的含义,所以我们试着用137倍电子质量来表示所有基本粒子的质量。