读完10 _读完_读完名著后什么是重力
什么是重力?(1):内容不错,但翻译很差。
书里的东西很基础很详细,有很多有趣的地方。作者用一些小例子让一些大理论变小。从这个小版本的故事中,读者可能无法对这个理论有太多的了解。毕竟有些理论没有长篇大论是讲不清楚的,哪一个用一个例子就能讲完。但这个小例子就像一把尖刀。当你面对一大块肉,你吃不下的时候,它会从肉上切下一小块,让你品尝。如果你觉得很好吃,不妨读一读。如果你觉得不好吃,就不要看了。
除了内容,这本书的翻译也存在一些问题,有些地方让人摸不着头脑。我不相信这是作者的本意。再好的作品,如果没有好的翻译,也没办法传播到全世界。就交流而言,翻译和内容一样重要。
什么是万有引力(2):在无知中接近万有引力
在无知中接近重力——什么是重力?
这是一本半物理学史半前沿理论科普的书。它以一种非常通俗的方式讲述了经典力学(牛顿力学)、电动力学——爱因斯坦的相对论、量子力学和超弦理论。之所以采用这种写法,正如作者在书末所说,是因为了解科学史可以让人意识到今天的理论还在大趋势中。换句话说,边疆理论和历史上的理论一样,包含着许多错误的观点。因此不能绑定到它。
这本书的作者是一位日本物理学家。大概是因为作者是日本人,所以他在写作的时候时不时的表达了这样一个意思:你看这本书真麻烦!很抱歉有些内容没有让你满意!我觉得没必要太客气。
他写这本书时,预先假定他对引力及相关理论知之甚少。所以这本书的内容几乎是想让读者在近乎无知的情况下理解万有引力理论。在这种情况下,这本书的内容即使在科普书籍中也是最简洁的。那么对于读过相关科普书籍的读者来说,这本书的价值就比较小,很多内容可以忽略,忽略之后也没有太多有价值的新内容。
大概是因为作者是物理学家,也可能是借鉴了霍金写《时间简史》等科普书的态度。结果,它不仅结合物理学的历史来讲引力,还告诉你什么是物理学,如何看待它的发展。比如本书第二章1节说物理学家是激进保守主义者。它先说什么是物理学,然后说如何看待物理学的发展:
“物理学的进步并不意味着否定过去的理论,然后建立新的理论。当然,也有很多理论在假设阶段被否定和消失,但一旦理论被实验和观测所验证,它就会被保存下来,作为下一个理论的基础。”
在第八章的结尾,该书谈到了如何看待科学:
“所谓科学,就是为认识自然建立新理论的工作。虽然实验的验证是一个不言而喻的重要步骤,但科学的进步并不仅仅以这一点来评价。在我看来,某一领域孕育的新思想在科学家圈子里被接受的程度如何,引发了多少新的研究,也是衡量该领域进步的重要基准。
换句话说,科学是思想的自由市场。强而美的观点自然会聚集很多研究者,从而推动这个领域的不断发展。……"
这种内容在科普书里应该不常见,这让这本书显得比较真诚,不像某些科普书。但是就物理知识而言,这本书里有价值的内容还是太少了。
什么是重力?(3):物理世界导论。
经常有人说,没有比较就没有发言权,所以我应该属于没有发言权的范畴。但从看这本书最直观的感受来说,应该不会有误导。读完本科,除了听过名字,知道E=mc,对相对论和量子自学一无所知。这本书不仅生动地解释了这些理论及其发展和辩证过程,省略了晦涩难懂的推导过程,还把我们引向了科学史上一些有趣的事情,比如霍金打赌的故事,牛顿被苹果砸中的故事。总的来说是一本很不错的物理科普书,写于12。在此期间,物理世界发生了一些变化。书中指出了引力波的预言,强调一旦发现引力波,XXX将得到验证。16年,引力波真的已经被我们发现了。不知作者此时是否在加班研究它们。最后,我要感受一下这些物理学家的脑洞有多长,真的很牛逼。深深佩服。
什么是引力(4):引力是宇宙奥秘的关键?
引力是解开宇宙之谜的关键?
什么是重力?这是一本很棒的科普书,没有晦涩难懂的理论和烦人的公式,只是简单的讲述了引力的历史。这个问题通过引力是什么,揭示了人类认识世界的历史进程,仰望星空,俯视与星空一样浩瀚的粒子世界。引力是以太?重力就是一切?重力真的存在吗?伟大的科学家亚里士多德、牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦都曾用他们天才的灵感,让人们在654.38+0亿米(或654.38+0亿米)的水平上认识宇宙的空间,后来的科学家也跟随巨人的脚步。
事情从来不是你做什么,你想什么永远是你想什么。引力的历史也验证了一个道理,“这个世界上唯一永恒的就是变化!”什么是重力?这将是终极问题?这个问题会是解开宇宙万物的神秘钥匙吗?
这本书是图灵出版的。其作者是日本物理学家(出生于1962),理学博士(东京大学,1989),加州理工学院理论物理教授,理论物理研究所所长,日本东京大学数学物理联合研究所所长。他的专业是基本粒子理论。他的作品包括前沿物理学三部曲什么是引力,力量和弱点,以及超弦理论。
关键词:力、以太、引力、相对论、潮汐力、GPS卫星定位、光的波粒二象性、量子力学(薛定谔的猫,一切都是不确定的)、弦理论、超弦理论(超对称“超对称”)。
第一,物理学的理论是以“1亿”米的速度发展的。
1亿* 1亿* 1亿米(透过光能看到的宇宙尽头)或许爱因斯坦的语言“引力波”可以解开如此大世界的面纱。
1亿* 1亿米(一个星系的大小)爱因斯坦的相对论。
100亿米(月球轨道)牛顿引力
1 ~ 2m(人的身高)向上宏观,向下微观。
1亿分之一米纳米科学麦克斯韦电磁学
基本粒子的标准模型65438+十亿分之一* 65438+十亿分之一量子力学,超弦理论
第二,宇宙的宏观方向
1,万有引力和不可思议的性质
1.1重力是“力”
首先,引力是“力”。什么是力?在亚里士多德时代,人们认为物质分为水、火、土、气四种元素。为了解释天体的运动,人们把天空中的物体归类为以太(第五元素)。牛顿颠覆了这一观点,明确定义了“力”,即一切能改变物体运动状态的东西都是“力”。按照牛顿的力学定义,物理学被确立为描述“物体”和“力”作用于物理学所产生的现象的学问。物体的自由落体运动必然受到一种叫做重力的“力”的作用,重力改变了物体的运动状态。
1.2重力的强度(也就是大小是多少?)
非常虚弱。亨利·卡文迪许用扭秤实验证实了物体之间存在普遍而微弱的引力。
1.3重力即使分离也能工作。
引力即使分离也能作用,推导出引力场理论。在磁场中,当磁铁被吸引时,具有导电力的粒子在它们之间来来去去,重力也是如此。在苹果和地面之间以及月球和地球之间,也有无形的粒子传导重力。我们姑且称这种粒子为引力子吧,不过目前为止已经发现了。
1.4重力对所有物体的作用都是一样的。
质量表示改变物体运动状态的难易程度,重量表示重力的强弱。为什么苹果和铅球会同时落地?为什么「移动的难度」和「重力的强度」只是互相抵消效果?
1.5重力是“幻想”
重力虽然不能像电磁力一样被屏蔽,但却能让人感受到重力的作用(自由落体的人感受不到重力,爱因斯坦自己也说这是“人生最好的灵感”)。引力有一种不可思议的性质,会因为不同的观点而改变。
1.6重力刚刚好。
宇宙之所以能在很久以后诞生天体和星系,诞生我们这样的生命,就是因为引力“恰到好处”。偶然或存在的必然原理是什么?理所当然?
1.7引力的理论并不完善。
学习的进度就像挖掘。前方岩壁后面隐藏的是未知的世界,在这里挖掘会增长见识。然而,我们所能了解的未知世界,只是隐藏在岩壁内部的一部分。更深的地方应该有更广阔的未知世界,而我们却连“不知道有更广阔的存在”都没有意识到。直到到了那里,我才开始直面未知的世界,遇到了以前从未想过的谜题。
2.爱因斯坦的相对论
2.1爱因斯坦的狭义相对论(一维、平坦空间)和E=mc*c
物理学的两大理论,牛顿力学和麦克斯韦电磁学,在光速的问题上有很大的矛盾。无线电波、光和辐射都是电磁波。在物体速度比光速慢很多的情况下,牛顿的速度合成定理可以计算出一个基本正确的“近似值”,而在光速的“极限状态”下,需要一把比牛顿更精确的“尺子”。爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论认为,观测到的光速在任何状态下都是固定不变的,简单的加减法对它都不成立。时空的变化代替了光速的固定。越接近光速,时间流逝越慢,空间收缩越小。时间是什么?爱因斯坦认为时间的流动是随着不同的观察者而变化的东西,不存在人们普遍认为的“绝对时间”。
对于思考物体的运动,牛顿力学是建立在时空不变的前提下的。而光速是恒定,这与牛顿的力学定理相矛盾。爱因斯坦认为,如果光速不变,那么时间和空间只需要膨胀和收缩。
E=m*c*c,质量和能量的转换成为可能,原子弹和核能成为可能。
公式的推导和证明表明,重心的重要性质是只要没有外力,它的位置就不会改变。光子,光是由粒子组成的,也就是光子,光子没有质量(如果有质量,就不能以光速运动)。小明和小华扔球而不是发光。根据麦克斯韦方程,光的压强与能量成正比,计算结果为e = m * c * c,质子撞击锂原子核的实验表明,转化为两个氦原子核,总质量仅减少0.2%。证明了公式的正确性。
所以爱因斯坦的狭义相对论把麦克斯韦的电磁理论和牛顿的力学理论联系起来。
2.2爱因斯坦的广义相对论,解释引力理论,引力为什么会发生?没有重力,重力是纯粹的几何现象。
2.2.1能消失的引力和不能消失的引力。
能消失的引力,在自由落体的电梯里感受不到;不可避免的引力,月球引力对地球的影响使得地球在纵向拉伸,在横向挤压。因此,地球表面的海水会沿着月球的方向逐渐灌满,并向垂直于月球的方向退去,这就是所谓的引潮力。
广义相对论
广义相对论认为,物体的“质量”也会扭曲空间,拉伸时间。所以,按照爱因斯坦的理论思维,万有引力只是一种“幻想”。只要似乎存在引力,这种现象的真实面目就是“缺角”和由此产生的“空间扭曲”引力的真实面目就是时空的扭曲。在我们的三维空间中,地球绕着太阳转,月亮绕着地球转,是因为时空的扭曲改变了它们的运动方向。
只要有物体存在,时空就会发生变化,时空的变化会影响物体的运动。问题是“物体的存在如何改变时空”和“物体在改变时空中如何运动”。
2.2.3广义相对论验证
1)水星轨道之谜
海王星的发现证明了牛顿理论的胜利。牛顿的引力理论也认为,如果水星内部(太阳附近)没有其他未知行星,其轨道就无法解释,这颗名为Vulcan的行星也从未被发现。牛顿理论的破绽和广义相对论的方程完全适用于水星的运动,爱因斯坦赢了。
2)爱丁顿对光弯曲的观察
爱因斯坦的理论预测重力会弯曲光线。1918英国的亚瑟·爱丁顿通过观测日全食的实验,验证了太阳的引力使光线发生了弯曲。这一现象在天文学中应用广泛,尤其是在暗物质的研究中,暗物质是宇宙中存在的一种“神秘的引力源”。
3)引力波的存在
爱因斯坦的另一个预言,时间和空间的扭曲也应该产生波,并以光速在空间传播,但没有得到证实。
4)GPS导航
狭义相对论认为,高速运动物体的时间比静止物体的时间过得慢。每颗GPS卫星的速度是每小时14000公里。根据狭义相对论,它的星上原子钟每天比地球上的钟慢7微秒。另一方面,广义相对论认为引力对时间的影响更大(引力越强,时间越慢,卫星因为高速旋转看引力强的地方,也就是引力弱的地方,也就是地球,似乎时间会变快)。GPS卫星位于距地面约20000公里的太空中。因为GPS卫星的原子钟比地球表面的原子钟有更高的重力水平,所以星上的钟每天快45微秒。两者结合的结果是,卫星时钟每天比地面时钟快38微秒左右。
3.爱因斯坦的极限——黑洞与宇宙的诞生
牛顿理论的极限,牛顿力学的“速度合成定理”是固定在光速或传输到极限。从这个缺陷出发,爱因斯坦的狭义相对论诞生了。另一方面,牛顿力学理论在水星轨道之谜中的失败,被爱因斯坦的广义相对论成功解释。
同理,爱因斯坦的理论也有无法解释的“极限状态”。其中之一就是“黑洞”。黑洞是一颗连光都无法逃离的恒星。在解释黑洞之前,先了解一下“逃逸速度”,逃逸速度是指逃逸一颗行星引力所需的最小速度。天体物理学家史瓦西推低了逃逸速度为光速的天体的半径,即“史瓦西半径”。这个半径的大小取决于天体的质量,比如地球的史瓦西半径是9mm。如今,我们发现宇宙中到处都存在许多黑洞,类星体就是位于星系中心的超大质量黑洞。
时空的奇点,潮汐力在有限时间内变得无限大的点。时空奇点涉及到我们一直在思考的宇宙起源。哈勃定律:星系离地球越远,离地球越远。哈勃的发现阐明了宇宙的膨胀。宇宙正在奇怪地发生。一些能量的加入加速了宇宙的膨胀,也就是“暗能量”,它和暗物质一样神秘。
爱因斯坦方程的缺陷,彭罗斯和霍金发表了他们合著的论文。如果以观测到的质量和哈勃定律为前提,用爱因斯坦方程追溯宇宙的过去,那么初始宇宙必然会产生奇点。霍金的科学生涯始于证明爱因斯坦的理论并不完美。
第三,微观世界中的粒子
1.光的真实面目是粒子还是波?
牛顿认为光是由微小的“粒子”组成的,惠更斯提出光是“波”的观点,托马斯·杨在19世纪的双缝实验结束了这场争论。这个实验证实了光是一种“波”。麦克斯韦的电磁理论进一步表明,光是一种“电磁波”。1905年,爱因斯坦在论文中阐述了光具有“粒子”的性质,这就是著名的“光量子假说”。这个性质解开了光是一种无法解释的“波”的光电效应。光由粒子组成,每个粒子的能量与其波长成反比。例如放射性物质的红外线、紫外线、X射线和γ射线。
粒子兼具“粒子”和“波”的属性(鲁宾的锅)。
2.量子力学(和相对论一起支撑现代物理学的理论)。
费曼的路径求和和薛定谔的思想实验都告诉我们,各种物理量都是量子力学中的“不确定性”。把所有可能的路径叠加起来的粒子叫做“量子力学粒子”。刘早期的科幻小说《球状闪电》讲的是科幻故事,人类捕获宏观电子,利用不同波长的宏观电子研究物体(如芯片、人)的量子态,进一步研究宏观原子,从而引发类似原子弹的宏观核战争。所谓科幻小说中的宏观电子,是指量子态(即利用量子力学的测不准原理)的电子,是“可能存在也可能不存在”,但当观察者出现时,电子的状态就坍缩到基本态。
3.将量子力学与狭义相对论相结合,预言“反粒子”。
这是一个令人费解的思维问题。反正知道结论就好。只要所有粒子都把狭义相对论和量子力学结合起来,就可以推下去,任何粒子都有对应的反粒子。像光子这样不带电的粒子也有反粒子,但它的反粒子是它自己。量子力学和狭义相对论的结合就是量子场论,量子力学和麦克斯韦电磁的结合就是“量子电磁学”。
4.剥去洋葱-超弦理论的核心。
《宇宙中的洋葱》一书指出,洋葱最外层的皮肤就是我们每天经历的世界。剥掉这层皮之后,我们发现一切都是由“原子”构成的。但这一层只是“皮”。再次剥掉这层皮后,里面出现了“细胞核”。继续剥开这层皮,原子核可以分解质子和中子。现在我们发现质子和中子只是“皮”,它们里面充满了叫做夸克的粒子。普朗克根据自己的理论和引力理论发现了“普朗克长度”。将量子力学与广义相对论相结合,出现了“超弦理论”。这里所谓的弦,是指作为物质根的基本粒子的最小单位。超弦理论认为所有粒子都是由同一个“弦”组成的。这里所说的“弦”也会通过不同的振动模式形成夸克或中微子。
第四,结束
光意味着温暖、食物、安全和生命,人类的历史就是追逐光的历史。在探索光的本质的漫长过程中,人类逐渐揭示了自然和宇宙的奥秘。古希腊哲学家安比·杜勒斯提出了一个关于光的视觉的理论,这个理论产生了欧几里得的《几何原理》。1000年后,伟大的伊斯兰学者阿勒?哈森写了一本光学百科全书,解释了光的反射和折射定律,并进行了精确的计算,从而推翻了光视觉理论。国家和宗教也研究光和天文学,权威地颁布历法,和基督教的青铜历法。笛卡尔通过解剖牛眼证明了倒像法。玻璃制成的凸透镜和凹透镜使人类能够用更好的“眼睛”(罗伯特·胡克发明的天文望远镜和显微镜)探索浩瀚星空和与浩瀚星空如此相似的微观世界。
引力和光,引力真的是解开光尽头宇宙的神秘钥匙吗?发现万有引力的牛顿用棱镜精确测量光的颜色,发明了光谱。从麦克斯韦的四个方程出发,方程将电、磁、光相互联系起来,揭示了光的本质。光是电磁波,以波的形式传播,掀起了物理科学的新一轮革命。人类发现更多的是不同频率的光,可见光谱,不可见光,紫外光,红外光(还有光的热源)。经过1600多次失败的实验,发明家爱迪生终于发明了钨丝白炽灯,照亮了整个世界。牛顿的力学理论在光速下达到极限,与麦克斯韦方程相矛盾。爱因斯坦的狭义相对论证明了光速是永恒的,时间的流动是随着不同的观察者而变化的东西,空间会膨胀和收缩。牛顿的引力理论在证明水星轨迹时遇到了瑕疵,爱因斯坦的广义相对论完美地解释了水星的轨迹。相对论在黑洞和暗物质中也遇到了同样的极限条件。大爆炸理论和宇宙末日就是光的终结?量子力学和狭义相对论的结合就是量子场论,量子力学和麦克斯韦电磁的结合就是“量子电磁学”。结合量子力学和广义相对论,超弦理论产生了。
科学与探索,虽然科学发现源于研究者的好奇心,但从长远来看,很多成果最终还是在实际应用中发挥了作用。日本菲尔兹奖获得者森重文这样评价他所研究的基础数学:“虽然现在还不能发挥作用,但50年后或者100年后,它会发挥未知的作用。所以,一颗探究的心是最好的指南针。”