大自然的启示

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量子效应再现人间----固体比热规律的完美解释

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:1人 | 浏览:

 1910年3月,苏黎世大学发生了一件了不得的大事,德国柏林大学教授兼柏林大学化学研究所的所长能斯特,居然专程来苏黎世大学拜访爱因斯坦,人们都说,既然伟大的能斯特能专程来与爱因斯坦讨论问题,那这个爱因斯坦一定是一个了不起的聪明家伙。而能斯坦正是为了固体比热问题而来,也就是物体温度升高一度,需要吸收多少能量的规律。

我们先来看看当时固体比热的研究情况。早在1820年,法国物理学家杜隆和珀蒂发现,一切固体的克分子比热都相同,是6卡 / 度。当时没有人能解释为什么,直到19世界60年代,科学家根据麦克斯韦,波尔茨曼的分布率导出的能均分定理,可以直接了当的得出这一结论,这也是经典统计力学的一个了不起的成就。但是,科学总是在曲折中前进。到1872年,韦伯发现金刚石,石墨,硅等的比热与6卡/度低很多。只有当温度升高时,才接近6卡/度。这一发现,引起了物理学界的巨大混乱。出现了”第二朵乌云”之说。开尔文认为,一定是能均分定理错了。他试图从能均分定理的理论推导中找出破绽,但没有找到。但它还是坚持自己的观点,认为能均分理论不可信。另一个著名的英国物理学家瑞利,则认为能均分定理没有错误,危机的出现,是因为热门漏掉了某些东西。

康普顿效应:X射线的散射再次验证量子理论

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:0人 | 浏览:

 爱因斯坦的光量子假说自提出之日起就坎坷多难,直到1923年由于康普顿效应的量子解释被提出来以后,光量子的假说才终于被科学界接受,这是距1905年已经18年了。

康普顿长期研究X射线散射实验。测定散射后的X射线波长的变化。他将X射线以不同的入射角射到轻元素表面,他发现散射后的X射线有两种,一种波长不变,与入射的X射线波长一样,另一种波长发生了变化,散射后的波长比原来的要长一些。为了解释波长变化的起因,康普顿开始试图用经典理论来解释,但都不成功,走了五年的弯路。

到了1922年,康普顿终于放弃经典理论解释的方法,而试着把X射线当作光量子来看待。其能量可以由频率和普朗克常量的乘积得出。这样,当X射线射到轻元素上时,这个光量子与轻元素的电子发生碰撞。从中学物理我们就学过碰撞过程中遵循动量守恒和能量守恒,从而算出X射线波长的改变量,竟然与实验结果非常精确的一致。从此,光量子理论获得了决定性的胜利。

爱因斯坦解说另一个量子效应---光电效应

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:3人 | 浏览:

 上一篇我们讲到普朗克揭竿而起提出了能量不连续的量子理论。这是一个令人震撼和几乎让人噤若寒蝉的理论。对于自然的连续性,从古至今都有探讨,一直困扰着人们。在古希腊原子论学者的眼中,自然界的某些特性中具有分立的特性,如他们猜测物质有最小的部分(原子)的存在,他使物体具有分立的不连续的特性。但到了亚里士多德以后,连续性的思想逐渐占住了统治地位。一统就是两千多年,这种观念几乎是一脉相承,,绵延不绝,对于西方思想有着巨大的影响。

由此可见,普朗克需要有多么大的勇气,多么明智的判断,才敢于打破两千多年来根深蒂固的传统观念,提出不连续的量子的概念。难怪普朗克把自己这一行为称为“孤注一掷的行动 “。普朗克的量子理论在发表后近十年内,人们一直热衷于运用他的辐射公式,但对于其的量子解释则很少注意,也不怎么相信。而天才爱因斯坦却接受了量子理论,并用它来解释其他现象。

1905年三月,在发表狭义相对论之前,爱因斯坦在德国《物理学年鉴》上发表了一篇石破天惊之作《关于光的产生和转化的一个启发性观点》。在这篇论文里,爱因斯坦认为,光不仅仅在发射和吸收时不连续的进行,即使在空间传播时,光也是像粒子一样不连续的。可以由光电效应来解释。光电效应是光撞击到金属表面时,金属表面的电子受到光的激发而产生动能,如果这个动能足够大,电子就可以逃离金属表面,逸入空中。这种电子称为光电子。如果再加一个电场,逃出的电子将形成光电子流。

无奈之中普朗克揭竿而起

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:2人 | 浏览:

19世纪后期,德国工业崛起,他由一个土豆输出大国变为钢铁输出大国,因此,由于炼钢,电灯照明的需要,对热辐射的研究就十分紧迫,有许多科学家都跻身于这项研究工作之中。基尔霍夫是一位兼理论和实验研究的全能型科学家,他曾发现化学元素铯和铷,在电流和流体力学领域也颇有建树,但他最卓越的研究却是黑体辐射的研究。对于黑体人们也不陌生,黑颜色物体即黑体。它有一个特点是能将大部分热辐射吸收进去,反射的很少。所以人们在冬天穿黑衣比较暖和,而夏天穿黑衣比较热。基尔霍夫为了简化热辐射的研究,提出一种“绝对黑体”的理想物体。绝对黑体可以在任何温度下百分之百的吸收辐射到它上面的一切热辐射,一点也不反射回去。这样,对整个热辐射的研究就可以简化为对绝对黑体辐射的研究。在大部分情形下,人们为了方便就把绝对黑体简称为黑体。但黑体是一种“理想”的物体,所以虽然由它得出的黑体辐射定律有很多,但谁是谁非,却无法由实验来检验。

经典物理学的颠覆

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:3人 | 浏览:

 一位19世纪末的科学家,若是相信物理学的主要元素是建筑在不可撼动的根基之上,并且实际上将永远屹立不倒,那是可以原谅的。一代代的物理学家,数学家和哲学家的努力,在17世界末牛顿的宏大综合里达到了顶点。牛顿的工作又经其后200年理论和实验科学的发展,形成了如今我们称为经典物理学的非凡构建。看上去,经典物理学几乎能够解释物理世界的一切方面:运动物体的动力学中力和物体的相互联系,热力学,光学,电学,磁学,以及引力。它的内涵是广大的:从地球上日常经验的事物直到可见宇宙的最远处。理论与实验观测如此吻合,理论对实验的检测又是如此之好,理论的基本正确性----基本“真理”,是无可置疑了。应当承认还存在一些遗留的问题,但与基本成就相比,这些问题似乎是微不足道的,仿佛百里之行已经走了九十九里了。

引力和质量是怎么产生的

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:3人 | 浏览:

  美丽的蓝色海洋坏绕地球,月亮的阴晴源缺,太阳的东升西落,这一切都被科学家归咎为物质之间的引力,而引力大小与物质的引力质量成正比,引力质量与惯性质量等价,同时又关联着能量,那么物质的质量究竟为何物,量子理论给出了惊人的解释,你知道吗?

量子纠缠:万物皆有默契可能

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:2人 | 浏览:

量子纠缠证实了爱因斯坦不喜欢的超距作用是存在的。量子纠缠超越了我们人生活的四维时空,不受四维时空的约束,是非局域的,宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。量子非局域性表明物体具有整体性。简单地说,量子非局域性是指,属于一个系统中的两个物体(在物理模型中称为“粒子”),如果你把它们分开了,有一个粒子甲在这里,另一个粒子乙在非常非常遥远(比如说相距几千、几万光年)的地方。如果你对任何一个粒子扰动(假设粒子甲),那么瞬间粒子乙就能知道,就有相应的反应。这种反应是瞬时的,超越了我们的四维时空,不需要等到很久信号传递到那边。这边一动,那边不管有多遥远,立即就知道了,即一个地方发生的事情立即影响到很远的地方。这说明,看起来互不相干的、相距遥远的粒子甲和乙在冥冥之中存在着联系。

万物之间真有万有引力吗

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:4人 | 浏览:

对于万有引力是否真实存在,我们认为万有引力定律其实是牛顿三大运动定律的一个推论。如果把牛顿三大运动定律看成是一个解释宇宙万物的模型假说,那么我们自然也可以用其他的模型假说来解释世界。而伟大的相对论大师爱因斯坦正式提出了不同的假说,来推导他的新的宇宙理论,自然在他的理论中,是没有万有引力的。至于谁是谁非,这个很难说清楚。靠自己去体会了。其实,都是假说,谁能解释更多的自然现象,谁能更好的造福人类,我们就选择相信谁,至于是否是宇宙的自然属性,我想我们人类的智慧可能很难去辨别。

对于万有引力超距作用的解释,现在也已经分明了。因为我们发现带电或者带磁物体之间的相互作用跟万有引力很想像,而且我们进一步引入了电场和磁场来解释这种超距作用,更神奇的是我们竟然用这种理论预言了电磁波的存在,而现在的手机卫星信号都是电磁波的功能。所以我们确信电磁场是存在的,同样,我们引入了引力场,我们认为物体在物体的周围会辐射出引力场,物体之间的相互吸引力正是通过引力场的接触而产生的。

爬上巨人的肩膀

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:1人 | 浏览:

很难想象当我们的祖先刚刚直立起来的时候,面对如此浩瀚而辽阔、深邃而宏大的天空,该会发出怎样的惊叹和疑问,激起怎样的遐思和浮想。

有位哲学家说过:“如果地球上只有一个地方能看得到星星,那么,全世界的人便一定会集中到这个地方来。”人类与生俱来的好奇心和寻根究底的求知欲,也许是天文学最原始和朴素的动机。而生存斗争和生产劳动对天文知识的逐渐依赖,则更催发着人类最早的理性之光和智慧之花。

日升日落,月盈月亏,昼夜交替,四季轮回,世界的本源是什么?何处是天的起始和地的终极?几乎每一个民族都有自己的创世神话,几乎每一种文化都试图作出自己的解释和回答。

阴阳五行学说的哲理

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:3人 | 浏览:

学自然科学的,去钻研阴阳五行,可能有人听起来觉得很滑稽,不过你要是这么想,就大错特错了,本文正是为你们而写的。

阴阳学说认为: 世界是物质性的整体,宇宙间一切事物不仅其内部存在着阴阳的对立统一,而且其发生、发展和变化都是阴阳二气对立统一的结果。 一听这,就知道准错不了。这不就是辨证唯物主义哲学思想那。可以说人的想法,人的行动,以致万事万物的变化,本质上来说,都可以归结与事物的内在矛盾斗争 的结果。没有矛盾,又何来变化。而矛盾的对立面,可以用阴阳来表述。这就相当于一种数学建模的思想,五行也一样。

知道五行的奥妙无穷了吧。为什么是五行,而不是四行和六行或者其它呢,少了不足以反应万千变化,而多了又导致模型太复杂,而五行刚好是最佳选择。其实我一点也不懂五行,不懂就学唄,至少学这比去学如何算计蒙骗人要阳性的多了。生命在于求知啊。

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