七堂極簡(jiǎn)物理課

一、 最美理論

1. 1905年 ，愛因斯坦科學(xué)期刊《投了三篇文章》

• 第一篇指出了原子的存在
• 第二篇奠定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)
• 第三篇提出了《狹義相對(duì)論》
  狹義相對(duì)論對(duì)牛頓的萬有引力提出了質(zhì)疑，和自由落體的認(rèn)知產(chǎn)生了矛盾，愛因斯坦花了十年的時(shí)間解決，提出了《廣義相對(duì)論》
  牛頓想像物體是在空間中運(yùn)動(dòng)的：所有物體都做直線運(yùn)動(dòng)，直到一個(gè)力使它們的軌道發(fā)生彎曲，至于這個(gè)容納世界的空間是由什么做成的，牛頓沒有給出答案。
  愛因斯坦出生前的幾年，法拉第和麥克斯韋發(fā)現(xiàn)了“電磁場(chǎng)”：一種無處不在的真實(shí)存在，可以傳遞無線波，可以振動(dòng)，波動(dòng)
  愛因斯坦收電磁場(chǎng)啟發(fā)：引力場(chǎng)不彌漫于空間，因?yàn)樗旧砭褪强臻g。

2. 空間是一種物質(zhì)

廣義相對(duì)論對(duì)宇宙做出了驚人的簡(jiǎn)化：空間是構(gòu)成世界的“物質(zhì)”之一，這種可以波動(dòng)、彎曲、變形的實(shí)體。
太陽會(huì)使其周圍的空間發(fā)生彎曲，所以地球并不是在一種神秘的力量牽引下圍著太陽轉(zhuǎn)，而是在一個(gè)傾斜的空間中行進(jìn)。
無論是行星圍繞太陽轉(zhuǎn)，還是自由落體，都是因?yàn)榭臻g發(fā)生了彎曲。

3. 愛因斯坦方程式

空間和時(shí)間在有物質(zhì)的地方會(huì)發(fā)生彎曲，
預(yù)言：高空中，時(shí)間會(huì)過的比較快

4. 黑洞

當(dāng)一個(gè)大恒星燃燒完自己所有的燃料時(shí)，它就會(huì)熄滅。殘留的部分因?yàn)闆]有燃燒產(chǎn)生的熱量的支撐，會(huì)因?yàn)樽陨淼闹亓慷?#xff0c;導(dǎo)致空間強(qiáng)烈彎曲，最終形成一個(gè)真真正正的洞。

5. 宇宙大爆炸

宇宙空間可以膨脹和收縮。
空間不可能一直保持靜止，它一定是不斷膨脹的。
空間會(huì)像海平面一樣起伏。后來人們觀測(cè)到“引力波”效應(yīng)證實(shí)

一切源于樸素的直覺：空間和引力場(chǎng)本是一回事

二、 量子

量子力學(xué)誕生于1900年

1. 普朗克假設(shè)

電磁場(chǎng)的能量都分布在一個(gè)個(gè)的“量子”上，也就是能量是不連續(xù)的。

2. 量子理論誕生宣言

愛因斯坦指出光是由光子構(gòu)成

3. 量子躍遷

尼爾斯波爾提出，原子內(nèi)電子的能量和光能一樣，只能是特定值，電子只有在特定的能量下才能從一個(gè)原子軌道“跳躍”到另一個(gè)原子軌道，并同時(shí)釋放或吸收一個(gè)光子

4. 量子理論方程

1925年，量子理論方程終于出現(xiàn)，取代了整個(gè)牛頓力學(xué)。
年輕的德國天才維爾納,海森堡率先列出方程式
量子力學(xué)中，沒有一樣?xùn)|西擁有確定的位置，除非它裝上了別的東西。
沒有量子力學(xué)就不會(huì)出現(xiàn)晶體管。
然而方程式并不描述物理系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了什么，而只能說明一個(gè)物理系統(tǒng)如何影響另一個(gè)物理系統(tǒng)？

三、 宇宙的構(gòu)造

20世紀(jì)上半時(shí)期，愛因斯坦用相對(duì)論描述了空間和時(shí)間的運(yùn)作方式
玻爾和他年輕的門徒們用一系列方程捕捉到了物質(zhì)奇怪的量子特性
20世紀(jì)下半時(shí)期，物理學(xué)家們?cè)趦蓚€(gè)基礎(chǔ)上，把兩個(gè)新理論應(yīng)用在了自然界的各個(gè)領(lǐng)域：從宏觀世界的構(gòu)造，到微觀世界的基本粒子

人類宇宙構(gòu)造的認(rèn)知?dú)v史

天和地

2600年前，阿那克西曼德發(fā)起，為什么太陽、月亮和星辰都圍著我們轉(zhuǎn)

巴門尼德或畢達(dá)哥拉斯，意識(shí)到對(duì)一塊空中的土地而言，地球最合理的形狀是球形，后被亞里士多德證明，《論天》著作

哥白尼反對(duì)地心說，提出太陽才是行星運(yùn)動(dòng)的中心

后來知道太陽系只是不計(jì)其數(shù)的星系中的一個(gè)
20世紀(jì)30年代，銀河系也只是眾多星系浩瀚星云中的一粒塵埃
宇宙是大約150億年前由一個(gè)極熱極密的星云演化而來

四、 粒子

原子組成

• 原子由一個(gè)原子核和圍繞它的電子組成
• 原子核由緊密聚集的質(zhì)子和中子構(gòu)成
• 質(zhì)子和中子由更小的夸克構(gòu)成
• 夸克由“膠子”的粒子“黏”在一起

粒子理論

理查德費(fèi)曼、蓋爾曼和一群意大利人導(dǎo)出，建立在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，被稱為“基本粒子標(biāo)準(zhǔn)模型”
缺陷：每個(gè)星系周圍都有一團(tuán)巨大的云狀物，我們通過它對(duì)星體的引力和它使光發(fā)生偏折的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，無法解釋，被稱為“暗物質(zhì)”，不是原子、中微子、光子

五、空間的顆粒

20世紀(jì)兩大明珠

廣義相對(duì)論，是宇宙學(xué)、天體物理學(xué)、引力波、黑洞及其他許多研究的起源
空間不是一個(gè)靜止的盒子，而是一個(gè)不斷運(yùn)動(dòng)，像一個(gè)移動(dòng)中的巨大軟體動(dòng)物，可以壓縮和扭曲，我們被包在里面。

量子力學(xué)，是原子物理、核物理、基本粒子物理、凝聚態(tài)物理等學(xué)科的基礎(chǔ)。
所有的場(chǎng)都由量子構(gòu)成，具有精細(xì)的顆粒狀結(jié)構(gòu)，于是物理空間當(dāng)然也是由量子構(gòu)成

它們相互矛盾，矛盾點(diǎn)：
廣義相對(duì)論中的空間和時(shí)間是光滑且彎曲的，但到了波爾的量子力學(xué)當(dāng)中，空間在微觀尺度上是瘋狂、劇烈漲落的

相互矛盾的偉大理論

牛頓整合了伽利略的拋物線運(yùn)動(dòng)和開普勒的天體橢圓運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)了萬有引力

麥克斯韋將電和磁的理論結(jié)合起來，提出了電磁場(chǎng)方程

愛因斯坦在解決電磁學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的明顯沖突時(shí)，發(fā)現(xiàn)了相對(duì)論

圈量子引力

試圖把廣義相對(duì)論和量子力學(xué)結(jié)合起來
描述：沒有包含著世界的空間，也沒有發(fā)生于其中的時(shí)間，只有空間和物質(zhì)的量子持續(xù)相互作用的基本物理過程

六、概率、時(shí)間和黑洞的熱

1. 熱的本質(zhì)

原子和原子團(tuán)組成的分子處在不斷運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)中，熱空氣的分子跑得快，冷空氣的分子跑得慢
熱量從熱的物體跑到冷的物體遵循統(tǒng)計(jì)學(xué)的概率：一個(gè)快速運(yùn)動(dòng)的熱物體原子更容易裝上一個(gè)冷物體的原子，碰撞過程能量守恒，最終傾向于平均分布

2. 黑洞的熱

發(fā)生在黑洞這種物體上的量子效應(yīng)

七、我們

我們由原子和光信號(hào)構(gòu)成，我們同我們周圍所有生物由共同的祖先繁衍而來

世間萬物都在不斷相互作用，不斷地交換信息，自然界中連續(xù)不斷的信息交流是如何塑造我們和我們的思想的？

意大利科學(xué)家朱利奧托諾尼提出“整合信息理論”，試圖界定系統(tǒng)要有怎樣的量化結(jié)構(gòu)，才能具有意識(shí)。比如，描述我們清醒時(shí)和睡著時(shí)，大腦物理層面究竟發(fā)生了什么變化。

我們的愛與真誠與生俱來，我們天生就渴望懂得更多，渴望不斷學(xué)習(xí)，我們對(duì)世界的認(rèn)知在不斷增長。我們渴望探索空間紋理的細(xì)微之處，探索宇宙的起源，時(shí)間的本質(zhì)，黑洞的現(xiàn)象，以及我們思維的運(yùn)行。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《七堂极简物理课》总结的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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