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科学那些事 By:王良云唐海吉 西南交通大学
1 趣味实验
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物理学三大“封印”
物理学家们的长枪短炮
各种无责任八卦
分组比赛环节(结合趣味实验)
比赛规则:将全班同学分为4-5人一组参与比赛,每组一个指导的地信同学。
实验1:杯下抽纸
步骤: 盛有清水的纸杯下垫一张卡纸,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,同时尽量不将杯中水洒出或移动杯子,最好的一组得到棒棒糖,最差的一组接受吹蜡烛惩罚。
原理:惯性定理
实验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
的静电可以吸引较轻的胡椒粉
物理学三大“封印”之——
第一封印 伽利略封印
自然科学的诞生主要归功于伽利略,他在这方面的功劳大概无人能及。
——史蒂夫·霍金
伽利略·伽利雷(Galileo Galilei,1564年2月25日-1642[1])世界知名科学家,他既是物理学家、天文学家、哲学家又是发明家,他发明了温度计和天文望远镜。是近代实验物理学的开拓者,被誉为“近代科学之父”。
物理学三大“封印”之——
第一封印 伽利略封印
但是,伽利略最大的贡献并不是以他的名字命名的四颗土星卫星,而是他开辟了一个完全不同的,全新而且前所未有的物理世纪。
第一次,人类从唯心的主观思考(亚里士多德)与实践经验所归纳出的物理规律(阿基米德)中解脱出来,开始依靠实验数据与实际现象开始严谨的定量思考,伽利略死后45年,物理学的第一本不朽著作《自然科学的哲学原理》出版,铸就了人类物理学上的一座前无古人的丰碑。
人类对世界的认识的最大障碍,即人类自身的主观束缚,为物理学第一封印,为纪念这个勇于向人类自身挑战的人,此封印命名为伽利略封印。
伽利略之后,人类对物理规律的认识从主观臆测迈向以实验事实为基础的定量描述,物理学从此真正地跻身自然科学之列。
换句话说,我们的物理学从看奥特曼打小怪兽的小学生变成了左手试管右手显微镜的中学生。
然而,上百年过去,人们发现,物理学似乎止步不前,两片乌云遮住了光明,简直像是诅咒——
物理学三大“封印”之——
第二封印 爱因斯坦-普朗克封印
20世纪物理学的两片乌云:
迈克尔逊-莫雷实验——光速不随运动参考系而变
黑体辐射的“紫外灾难”——实验与理论相悖
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,量子力学的创始人,二十世纪最重要的物理学家之一,能量子概念的创始人。
爱因斯坦,美籍德国犹太裔,理论物理学家,相对论的创立者,现代物理学奠基人。
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的经典物理已臻于“完美”。
然而,谁都不知道,平板、连续、简洁的经典体系像一片用心险恶的叶子,挡住了原子、亚原子空间的美。
量子力学与相对论打破了所有人的迷梦,随之而来的第四次科技革命彻底改变了我们的生活:从固定电话到智能机,从莱布尼茨的二进制计算器到现在的上网本……
对经典理论盲目愚蠢而又疯狂的崇拜,是物理学的第二大封印,为了纪念联手打破它的两个人,此封印命名为普朗克-爱因斯坦封印。
能量可分、空间不平坦、光速不变、粒子在不存在的同时也是存在的,这些现在看来也不怎么好理解的概念,在当时掀起了怎样的滔天骇浪也可以想象。
物理学告别了他的游标卡尺跟库伦摆秤,丢下了青涩与纯真,步入了它的大学,然后他忽然发现,不是他上了大学,而是大学上了他——
物理学三大“封印”之——
第三封印 标准模型封印
作为各学科基础的物理学的进展今年来举步为艰,处于停滞状态。在过去的35年中,科学家虽然花费了数以百亿美元的资金,但是仍没找到希格斯玻色子的踪迹。至今仍不能回答为什么物质会有质量的问题,更不能回答什么是构成物质的终极基元的问题。
物理学家们数十年来创建的所谓「标准模型」(standard model)理论,其中有太多的“基本”粒子、有太多的力、以及太多感受力的“荷”、有太多的参数、又不包括引力的相互作用,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。由于标准模型本身存在着许多重大的缺点,所以,物理学家们认为,标准模型不是一个基本的理论,而是某一个更基本理论的低
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