物理學(xué)史那點(diǎn)兒事兒

南昌大學(xué)1234物理學(xué)三大“封印”物理學(xué)家們的長(zhǎng)槍短炮各種無責(zé)任八卦關(guān)于作者物理學(xué)三大“封印”之——

第一封印伽利略封印自然科學(xué)的誕生主要?dú)w功于伽利略，他在這方面的功勞大概無人能及。——史蒂夫·霍金伽利略·伽利雷(GalileoGalilei,1564年2月25日-1642[1]）世界知名科學(xué)家，他既是物理學(xué)家、天文學(xué)家、哲學(xué)家又是發(fā)明家，他發(fā)明了溫度計(jì)和天文望遠(yuǎn)鏡。是近代實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的開拓者，被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。

物理學(xué)三大“封印”之——第一封印伽利略封印但是，伽利略最大的貢獻(xiàn)并不是以他的名字命名的四顆土星衛(wèi)星，而是他開辟了一個(gè)完全不同的，全新而且前所未有的物理世紀(jì)。第一次，人類從唯心的主觀思考（亞里士多德）與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所歸納出的物理規(guī)律（阿基米德）中解脫出來，開始依靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際現(xiàn)象開始嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩克伎迹だ运篮?5年，物理學(xué)的第一本不朽著作《自然科學(xué)的哲學(xué)原理》出版，鑄就了人類物理學(xué)上的一座前無古人的豐碑。人類對(duì)世界的認(rèn)識(shí)的最大障礙，即人類自身的主觀束縛，為物理學(xué)第一封印，為紀(jì)念這個(gè)勇于向人類自身挑戰(zhàn)的人，此封印命名為伽利略封印。伽利略之后，人類對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)從主觀臆測(cè)邁向以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)的定量描述，物理學(xué)從此真正地躋身自然科學(xué)之列。換句話說，我們的物理學(xué)從看奧特曼打小怪獸的小學(xué)生變成了左手試管右手顯微鏡的中學(xué)生。然而，上百年過去，人們發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)似乎止步不前，兩片烏云遮住了光明，簡(jiǎn)直像是詛咒——物理學(xué)三大“封印”之——第二封印愛因斯坦-普朗克封印20世紀(jì)物理學(xué)的兩片烏云:邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)——光速不隨運(yùn)動(dòng)參考系而變黑體輻射的“紫外災(zāi)難”——實(shí)驗(yàn)與理論相悖物理學(xué)三大“封印”之——第二封印愛因斯坦-普朗克封印馬克斯·普朗克(1858年4月23日-1947年10月3日)，德國(guó)物理學(xué)家，量子力學(xué)的創(chuàng)始人，二十世紀(jì)最重要的物理學(xué)家之一，能量子概念的創(chuàng)始人。愛因斯坦，美籍德國(guó)猶太裔，理論物理學(xué)家，相對(duì)論的創(chuàng)立者，現(xiàn)代物理學(xué)奠基人。物理學(xué)三大“封印”之——第二封印愛因斯坦-普朗克封印物理大廈已經(jīng)落成，所剩只是一些修飾工作。——W·湯姆生19世紀(jì)末，物理學(xué)界普遍認(rèn)為，以經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典電磁場(chǎng)理論和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)為三大支柱的經(jīng)典物理已臻于“完美”。然而，誰都不知道，平板、連續(xù)、簡(jiǎn)潔的經(jīng)典體系像一片用心險(xiǎn)惡的葉子，擋住了原子、亞原子空間的美。量子力學(xué)與相對(duì)論打破了所有人的迷夢(mèng)，隨之而來的第四次科技革命徹底改變了我們的生活：從固定電話到智能機(jī)，從萊布尼茨的二進(jìn)制計(jì)算器到現(xiàn)在的上網(wǎng)本……對(duì)經(jīng)典理論盲目愚蠢而又瘋狂的崇拜，是物理學(xué)的第二大封印，為了紀(jì)念聯(lián)手打破它的兩個(gè)人，此封印命名為普朗克-愛因斯坦封印。能量可分、空間不平坦、光速不變、粒子在不存在的同時(shí)也是存在的，這些現(xiàn)在看來也不怎么好理解的概念，在當(dāng)時(shí)掀起了怎樣的滔天駭浪也可以想象。物理學(xué)告別了他的游標(biāo)卡尺跟庫倫擺秤，丟下了青澀與純真，步入了它的大學(xué)，然后他忽然發(fā)現(xiàn)，不是他上了大學(xué)，而是大學(xué)上了他——物理學(xué)三大“封印”之——第三封印標(biāo)準(zhǔn)模型封印作為各學(xué)科基礎(chǔ)的物理學(xué)的進(jìn)展今年來舉步為艱，處于停滯狀態(tài)。在過去的35年中，科學(xué)家雖然花費(fèi)了數(shù)以百億美元的資金，但是仍沒找到希格斯玻色子的蹤跡。至今仍不能回答為什么物質(zhì)會(huì)有質(zhì)量的問題，更不能回答什么是構(gòu)成物質(zhì)的終極基元的問題。物理學(xué)家們數(shù)十年來創(chuàng)建的所謂「標(biāo)準(zhǔn)模型」（standardmodel）理論，其中有太多的“基本”粒子、有太多的力、以及太多感受力的“荷”、有太多的參數(shù)、又不包括引力的相互作用，連物理學(xué)家自己都認(rèn)為「標(biāo)準(zhǔn)模型」丑陋、平庸、不自然而不滿意。由于標(biāo)準(zhǔn)模型本身存在著許多重大的缺點(diǎn)，所以，物理學(xué)家們認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)模型不是一個(gè)基本的理論，而是某一個(gè)更基本理論的低能近似。由此看來，離最終揭開物質(zhì)的終極奧秘還有一段漫長(zhǎng)的路要走。最可能的結(jié)果是，理論物理學(xué)家們忙了數(shù)十年的「標(biāo)準(zhǔn)模型」面臨被推翻的命運(yùn)！即使是這個(gè)“丑陋的”「標(biāo)準(zhǔn)模型」，也還有最要命的一環(huán)沒有解決，那就是賦予物質(zhì)以質(zhì)量的希格斯粒子尚未找到。這就是說，物質(zhì)粒子現(xiàn)在還在物理學(xué)家的理論模型中四處飄蕩，不能落地生根，安頓下來。于是，希格斯粒子繼續(xù)成為粒子物理學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家們新一輪競(jìng)相追尋的“圣杯”，成為世界各國(guó)頂尖科學(xué)家競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入巨資，建造新一代昂貴的巨型加速器，以期有所斬獲。物理學(xué)三大“封印”之——第三封印標(biāo)準(zhǔn)模型封印誰能說物理不是別人剩下的殘羹冷炙，不是個(gè)厚顏無恥的婊子？——某科幻電影臺(tái)詞作為三大封印里唯一沒有被打破的封印，也是當(dāng)今世界最大的困局之一，標(biāo)準(zhǔn)模型的丑陋與臃腫讓人心生厭惡。但是，弦論也好，大一統(tǒng)理論也好，沒有一個(gè)已知的理論能很好地解釋這一切坑爹的不合理之處。也許正應(yīng)了那句歌詞：誰歟操鑰發(fā)其藏？物理學(xué)家們的長(zhǎng)槍短炮伽利略的望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡是指物鏡是會(huì)聚透鏡而目鏡是發(fā)散透鏡的望遠(yuǎn)鏡（原理圖在右手）。伽老爺子先用左邊這個(gè)東西觀測(cè)到了月球的高地和環(huán)形山投下的陰影，接著又發(fā)現(xiàn)了太陽黑子，還發(fā)現(xiàn)了木星的4個(gè)最大的衛(wèi)星。物理學(xué)家們的長(zhǎng)槍短跑牛頓的各種鏡子1666年，牛頓大神因?yàn)槌抢雉[瘟疫，從大學(xué)回鄉(xiāng)下靜養(yǎng)。然后，某神用三棱鏡（左下就是啦）沖太陽照了照，然后得出結(jié)論：白光是由不同顏色（即不同波長(zhǎng)）的光混合而成的，不同波長(zhǎng)的光有不同的折射率。在可見光中，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，折射率最小；紫光波長(zhǎng)最短，折射率最大。大神的這一重要發(fā)現(xiàn)成為光譜分析的基礎(chǔ)，揭示了光色的秘密。這也是彩虹的形成原理啦~而且最重要的是，當(dāng)年牛頓當(dāng)年才23歲，研一的學(xué)生啊！牛頓還曾把一個(gè)磨得很精、曲率半徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個(gè)十分光潔的平面玻璃上（左中），在白光照射下可看到，中心的接觸點(diǎn)是一個(gè)暗點(diǎn)，周圍則是明暗相間的同心圓圈。后人把這一現(xiàn)象稱為“牛頓環(huán)”（左上）。他創(chuàng)立了光的“微粒說”，從一個(gè)側(cè)面反映了光的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，但牛頓對(duì)光的“波動(dòng)說”并不持反對(duì)態(tài)度。（誰說牛頓對(duì)波動(dòng)說嗤之以鼻啊，亂說話！）物理學(xué)家們的長(zhǎng)槍短炮卡文迪許的扭秤

卡文迪許用一個(gè)質(zhì)量大的鐵球和一個(gè)質(zhì)量小的鐵球分別放在扭秤的兩端。扭秤中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上，鋼絲上有個(gè)小鏡子。用一道平行光照射鏡子，光點(diǎn)反射到一個(gè)很遠(yuǎn)的地方，標(biāo)記下此時(shí)光點(diǎn)所在的位置。（左圖，有圖有真相！）用兩個(gè)質(zhì)量一樣的鐵球同時(shí)分別吸引扭秤上的兩個(gè)鐵球。由于萬有引力作用。扭秤微微偏轉(zhuǎn)。但光源所反射的遠(yuǎn)點(diǎn)卻移動(dòng)了較大的距離。他用此計(jì)算出了萬有引力公式中的常數(shù)G。此實(shí)驗(yàn)的巧妙之處在于將微弱的力的作用進(jìn)行了放大。尤其是光的反射的利用引力常量G=6.67*10^-11沒有萬有引力就沒有背景里漂亮的土星環(huán)了！感謝卡童鞋求出了萬有引力常數(shù)！物理學(xué)家們的長(zhǎng)槍短炮馬德堡半球：大氣壓VS30匹馬馬德堡半球是兩個(gè)銅質(zhì)空心半球（右邊的就是當(dāng)年用過的真品哦），直徑約50厘米（20英寸），半球中間有一層浸滿了油的皮革，用以讓兩個(gè)半球能完全密合。其中一個(gè)半球上帶有連接管，用以連接真空泵，有閥門可將其關(guān)閉。當(dāng)兩個(gè)半球間的空氣被抽出后，兩個(gè)半球便會(huì)受周圍的大氣擠壓而緊合在一起。當(dāng)年馬德堡市的市長(zhǎng)安排了兩隊(duì)各15匹馬，以相反的方向試圖將該球體拉開，結(jié)果沒能將它們拉開，兩半球最后還是借由解除真空狀態(tài)才得以分離的。所以說，物理也是挺好玩兒噠~O(∩_∩)O物理學(xué)家們的長(zhǎng)槍短炮庫倫的扭秤庫侖的扭秤是由一根懸掛在細(xì)長(zhǎng)線上的輕棒和在輕棒兩端附著的兩只平衡球構(gòu)成的。（圖在左邊）當(dāng)球上沒有力作用時(shí)，棒取一定的平衡位置。如果兩球中有一個(gè)帶電，同時(shí)把另一個(gè)帶同種電荷的小球放在它附近，則會(huì)有電力作用在這個(gè)球上，球可以移動(dòng)，使棒繞著懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到懸線的扭力與電的作用力達(dá)到平衡時(shí)為止。因?yàn)閼揖€很細(xì)，很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與力的大小成正比。庫侖讓這個(gè)可移動(dòng)球和固定的球帶上不同量的電荷，并改變它們之間的距離經(jīng)過了巧妙的安排，仔細(xì)實(shí)驗(yàn)，反復(fù)的測(cè)量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，找出誤差產(chǎn)生的原因，進(jìn)行修正，庫侖終于測(cè)定了帶等量同種電荷的小球之間的斥力。然后，庫侖定律誕生了：

真空中，點(diǎn)電荷q1對(duì)q2的作用力為F=k*(q1*q2)/r^2閃電，說白了也就是各種電荷排斥吸引搞出來的破事兒~物理學(xué)家們的長(zhǎng)槍短炮湯姆孫的陰極管湯姆生設(shè)計(jì)了新的陰極射線管(上面就是圖)，在電場(chǎng)作用下由陰極C發(fā)出的陰極射線，通過A和A’聚焦，從另一對(duì)電極D和E間的電場(chǎng)中穿過．右側(cè)管壁上貼