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万有引力常数

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  • 【分享】万有引力常数的测定

    万有引力常数又称重力常数,即万有引力定律中表示引力与两物体质量、距离关系公式中的系数。万有引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常量之一。  其值约等于6.67259×10^(-11)N·m²/㎏²,  它是在牛顿发现万有引力定律一百多年以后,由英国物理学家卡文迪许于1798年巧妙的在实验室里用扭秤测定的万有引力常数,从而算出地球的质量和密度。 卡文迪许扭秤的主要部分是一个倒挂在金属丝下端的T形架,T形架水平杆的两端各装一个质量为m的小球,T形架的竖直杆上装一块小平面镜,两个小球由于受到质量均匀为M的两个大球的吸引而转动,使金属丝发生扭转,当吸引力的力矩跟金属丝的扭转力矩平衡时,T形架停止不动。根据平面镜反射的光点在标尺上移动的距离可以算出金属丝的扭转角度,结合实现测定的金属丝扭转角度跟扭转力矩的关系,就可以算出扭转力矩,从而算出引力F和引力常量。卡文迪许测定的引力常量G=6.754×10^(-11)N·m²/㎏²。在以后的八九十年间,竟无人超过他的测量精度。  卡文迪许把他的这个实验说成是“称量地球的重量”(应该是“称量地球的质量”)。有了G值以后,我们可以“称量”出太阳或者其他星球的质量。  引力常数的测定是验证万有引力定律的一个重要实验,它使万有引力定律有了真正实用的价值。  但是万有引力常数G是现在众多自然常数中精度最差的,现在的测量最高精度是13个ppm,是利用角加速度法测量的。  我国在精密测量方面在世界上也占有一席之地,中国计量院,华中科技大学引力实验室等都是我国精密测量的点。国内最主流的还是采用周期法来测量万有引力常数。  在牛顿得出行星对太阳的引力关系时,已经渗入了假定的因素。卡文迪许在对一些物体间的引力进行测量并算出引力常量G以后,又测量了多种物体间的引力,所得结果与引力常量G按万有引力定律计算所得的结果相同。所以,万有引力常量的普适性成为万有引力定律正确性的见证。这些很厉害,几百年前做得事情,今天的人都不一定能做到,还有人在嘲笑和怀疑前人,可悲啊

  • 澳科学家发现万有引力常数90亿年不变

    科技日报讯 (记者徐玢)据每日天文新闻网报道,通过观测超新星,澳大利亚天文学家发现,决定物体间引力大小的万有引力常数在过去90亿年里保持不变。相关研究发表在《澳大利亚天文学会出版物》上。 在发表于1687年的《自然哲学的数学原理》中,牛顿提出万有引力常数G,认为两个物体之间的吸引力大小与之成正比。1789年,英国科学家卡文迪许通过自行设计的扭秤,验证了万有引力定律,并首次测量出万有引力常数G的数值。科学家们认为,在大爆炸至今的138亿年里,这一常数并非保持不变。而如果万有引力常数G在逐渐减小,这意味着过去地球与太阳的距离比现在要远,而当前我们正经历着比过去更长的四季。 通过分析580颗超新星爆发时发出的光线,墨尔本斯威本科技大学的研究人员否认了这一假设。他们认为过去90亿年里这一常数并无变化。“通过回望宇宙的历史来确定物理规律是否有所变化,这并不新鲜。”斯威本科技大学教授杰里米·穆尔德说,“现在超新星宇宙学使我们能对引力进行这样的研究。” 澳大利亚科学家的观测对象是Ia型超新星。穆尔德假设这类超新星爆发发生在白矮星达到临界质量或者与其他恒星相撞时。“临界质量的大小取决于引力常数,这使得我们能在几十亿年的宇宙尺度来研究引力常数的变化,而不是像以前的研究那样在几十年的时间跨度上监测它的变化。”穆尔德说。 上世纪60年代,“阿波罗计划”曾通过月地距离精确测量引力常数的变化。虽然年代相隔久远,但澳大利亚科学家的发现与当时月球激光测距实验获得的结果吻合。澳大利亚科学家的研究认为,引力常数在过去90亿年里变化的上限值小于每年10-10。来源:中国科技网-科技日报 作者:徐玢 2014年04月04日

  • 【转帖】万有引力的来源

    万有引力的来源万有引力是哪里来的?或者说万有引力是怎样产生的?这一直是人类探讨的一个问题。我对该问题也有所探讨,现将拙见介绍给网友。为了找出万有引力的来源我们必须先找出一个使用工具,我们使用这个工具来实现我们的目的。我们设定一个衡量力F驱动一个物体作水平直线运动,运动了S距离,用传统物理学的概念说F对物体做功为A,A=FS。现在我们知道任何系统、任何机器设备都只能把一种形式的能量转换成为另一种形式的能量,它们作不出任多余的功,所以我们暂且把A=FS说是F对物体作用所进行的能量转换,在这个运动过程中动力F被转换成动能A。A=FS这个公式出现和被人类应用已经有相当长的时间,但是却没有人对它逆向应用,也没有利用它对逆向运动进行研究。现在我们就对A=FS逆向应用一下,并对它的逆向运动同时探讨。现在我们设定前边A=FS中的动能A(变量)为已知能量,现在我们要用这个动能驱动同一个物体运动,运动了相同距离S,事实上动能A必须转换成动力F才能驱动物体运动,,我们现在我们要求的就是这个未知数动力F,通过我们对上面的那个能量转换公式A=FS逆向应用,我们就可以得到衡力F=A/S 。从这个式子我们可以看到如果把A设定为衡量那么F就成了变量,当S无穷小的时候F无穷大,当S无穷大的时候F无穷小。这个能量转换公式的逆向应用完全为我们证明了动力与动能之间的能量转换是可逆的。这种动力与动能的能量转换在我们对能量的应用中是非常常见的,例如我们发射火箭的时候燃料燃烧把燃料中储存的能量转换成动能,动能又转换成推动火箭的动力,动力推动火箭运动就又转换成了动能。现在A=FS或者是F=A/S这个能量转换公式就是我们找出来的使用工具,我们暂且把这个工具叫做能量转换方程。下面我们将使用这个能量转换方程为我们探讨万有引力的来源之谜。现在我们利用一个自然运动来对万有引力的来源进行进行探讨。一个小天体,它的运行轨道经过太阳附近(它的轨道与太阳的轨道不相交),由于太阳的引力的作用,这个小天体偏离自己的轨道向太阳靠拢,最终这个小天体被太阳俘获。我们知道小天体开始向太阳方向位移的时候,太阳与小天体的引力是个变量,为了计算简便我们设定它们之间的引力为衡量F,我们也知道小天体位移的运动中运动轨迹是曲线,为了计算简便我们设定小天体的位移距离S为太阳轨道与小天体轨道的最近直线距离,引力驱动小天体位移的能量转换方程为A=FS,在这个自然运动中引力势能转换成了动能。现在我们再把这个能量转换方程逆向应用一下,对太阳俘获小天体这个自然运动的逆向运动探讨一下。我们现在设定上边引力驱动小天体位移转换来的动能A为已知能量,我们使动能A的能量驱动小天体向远离太阳的方向位移,位移距离仍然是上边的那个距离S,我们逆向应用能量转换方程可以得到万有引力F=A/S,在这个逆向运动中动能又被转换成了引力势能。现在能量转换方程使我们第一次看到了万有引力的势能的来源和去处;看到了万有引力的再生。本来人们对动能与势能的互相转换现象认识是非常清楚的,但是却没有认识到这就是万有引力的来源和去处,这就像我们要看的东西在窗外,有一层窗户棱纸遮挡着我们看不到它,我们在窗户这边到处找它,却没有人去捅破这层纸,现在我们偶然捅破了这层纸看到了我们要看的东西。由此我们可以认识到引力势能是宇宙中无处不在的能量。(接下楼)

  • 【原创】万有引力是这么来的,卫星是这么来的,呵呵

    看这个贴子,请做好被恶心的准备。。。。常听说,一个苹果砸到牛顿头上,于是他发现了万有引力。。。这么个小故事,你信么?呵呵,反正我不信,我觉得是后人胡诌的。。。为了配合这些个胡谄的人,我也想了一个小故事,哦不,是两个小故事。。。故事一:牛顿上厕所屙屎,那坨屎最后掉到了粪坑里,却没有在空中乱飞,他发现了万有引力。理由:被苹果砸,有个概率问题。但是,屙屎,几乎天天都要进行,就算便秘,最后也还是要拉,所以,通过屎的落地想到万有引力,更贴近生活,更通俗易懂,更有说服力。故事二:上厕所撒尿,用的力气越大,尿撒得越远,如果撒尿的力气足够大,则尿飞行得越远。当到达一定的速度,即可克服万有引力,成为卫星。这就是卫星最原始的雏形。理由:同上一个理由。别说恶心,要论恶心程度,此贴不及那些编故事的万分之一,呵呵

  • 暗能量淡出 反引力亮相——科学家提出宇宙加速膨胀新解

    暗能量淡出 反引力亮相——科学家提出宇宙加速膨胀新解

    科技日报 2012年04月03日 星期二本报记者 常丽君 综合外电http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/04/201204031347_358918_1644522_3.jpg 1998年,科学家发现宇宙的膨胀有一个加速度,因此提出了暗能量的假设,作为这种加速度的动力。但直到现在,人们也不清楚这种暗能量到底是什么。对一些科学家而言,与其说它是个答案,不如说它是个问题。有人说暗能量只是标准宇宙模型中的专用概念,缺少其他物理含义,他们一直在为宇宙的加速膨胀寻找新解释,而替代暗能量的另一种假说就是反万有引力,这种反引力来源于隐藏在虚空中的反物质。 宇宙巨洞的反物质 宇宙巨洞(Cosmic voids)是指宇宙大尺度结构上的物质稀薄区域,含有很少或完全不包含任何星系。意大利国家天体物理学院科学家马西莫·维莱特说:“人们能清楚地观察到宇宙巨洞,这是我们宇宙中最大的组成结构。但它们是否真是空的?还是包含了具有反引力性质的反物质?”他在近期出版的《天体物理和空间科学》上发表论文,提出在这些巨大的空洞中可能隐藏着反物质,反物质和物质由于万有引力互斥作用而分离开来。根据广义相对论预言,物质带有正引力荷,反物质带有一种假设的负引力荷,而万有引力的相互作用是同性相吸,异性相斥,因此物质和反物质之间存在万有引力互斥作用。 根据维莱特的计算,物质和反物质之间的引力互斥非常强,足以造成宇宙的加速膨胀,从而不再需要暗能量和暗物质。 这种假设在理论上能解释一些无法用暗能量来解释的观察现象:宇宙的膨胀速度并不均匀。最近,科学家观察到一种运动异常的“局部层”,是包括银河系及其他附近星系的宇宙部分,这一局部层的速度和宇宙其他部分明显不同。 天文学家已经找到了3种推动局部层运动的因素:一是附近稠密的室女星系团的吸引力;二被认为是人马座星系团的吸引力,但这一点还不太确定;第三正是造成这种“局部速度异常”的力,因为这种力并没有朝向任何明显的结构。它和前两种吸引力明显不同,很可能是反引力。为了证明这一点,维莱特指出,位于局部层和吸引区之间的Leo Spur星系,相对于这种运动好像是静止的。因此第三种力可能是来自相反方向,对局部层的作用是推斥而不是吸引。据他推测,在某个巨洞中存在一种合理的反物质,由于互斥的万有引力作用,造成了局部速度异常。 这样一来,反物质可能作为一种类似暗能量的东西,在宏观尺度上,大量的反物质巨洞会推动宇宙膨胀而不需要暗能量,甚至可能连大爆炸也不需要。这一新理论还暗示了,我们的宇宙具有等量的物质和反物质,正像标准宇宙模型所预期的那样。 量子真空的虚粒子 在过去几年中,欧洲核子研究中心(CERN)物理学家德拉根·哈杜科维克也在研究一种被忽略的宇宙部分:量子真空。他认为,量子真空中有一种万有引力荷,来源于虚粒子和虚反粒子之间的引力互斥。 此前,他已经论证了这种反引力能解释包括暗物质效应在内的一些观察现象,还暗示了我们生活在一个无需大爆炸的循环宇宙中。此外,这一假设还能帮人们进一步了解黑洞的性质,判断中微子物质。他发表在《天体物理和空间科学》上的最新论文还证明,量子真空还能解释宇宙的加速膨胀,也不需要暗能量。 “量子真空是60多年前提出的理论预测,现在已有明显的实验证据证明量子真空存在。而物质和反物质之间存在万有引力互斥作用,这一假设早在一个多世纪前就已提出。”哈杜科维克说,“我决定把量子真空这一事实和反粒子的负引力荷这一假设结合起来,结果令人吃惊,基于这种框架很可能解释宇宙的加速膨胀。” 哈杜科维克的解释和马西莫·维莱特的理论相似,量子真空中的万有引力来自正反物质之间的引力互斥。物质带有正引力荷,反物质带有负引力荷,同样是同性相吸,异性相斥。不同的是,维莱特认为,带负引力荷的反物质存在于巨洞中,而不是量子真空。尽管量子真空中不含有真实的物质和反物质,但虚粒子和虚反粒子会成对地刹那生灭,变成万有引力双极子。 “如果粒子和反粒子有着相反的万有引力荷,当万有引力场足够强时,就能将虚粒子对转化为真实的粒子对。”哈杜科维克说,“这并非新提出的假说,而是施温格量子场论的结论。” 哈杜科维克也计算了量子真空中的万有引力双极子的能量密度,是宇宙常数的某个数量级,或者说是造成宇宙加速膨胀的力的某个数量级。宇宙大约在达到目前大小的一半时,开始加速膨胀,只比标准宇宙模型预测的略早一点。但哈杜科维克的量子真空模型和标准宇宙模型之间也有明显不同:前者预测膨胀的加速度在减小,而后者预测加速度在增大,这种差异使得二者预测的宇宙命运截然不同。 实验检验有难度 “科学家认为,暗能量是均匀一致地遍布于宇宙中,这样才能解释宇宙的整体加速。但它既无法解释局部层强大的反引力效应,也不能解释局部巨洞的极度虚空和银河系以外的某些性质。”维莱特说,“而提出在局部巨洞中存在反物质的暗斥力,解释了所有这些情况。而且从整体上讲,隐藏在全部宇宙巨洞中的反物质,也解释了整个宇宙的加速膨胀以及其他宇宙特征,不需要暗能量,也不需要各种离奇的大爆炸之初。” 维莱特设想通过反引力透镜实验来进一步验证他的观点。“基本上,如果我们有一张高质量的远离巨洞的星系群三维图,就能更容易分析它们中的某些星系在视线轮廓上是否有被缩小的情况,这表示它们和间隔巨洞中的大型反物质体在一条直线上。”但这种实验会很困难,因为同时还有一种干扰效应,会让辐射状星系看起来严重扭曲:由于异常运动会影响红移检测,也会使星系群的视线轮廓收缩,而反引力透镜会让它更加缩小,要把这两种情况区别开是非常困难的。 哈杜科维克也表示,量子真空结合反物质的负万有引力荷假设,有望解释天体物理学和宇宙学中的观察现象,不需要引入暗物质和暗能量、膨胀的神秘机制,以及物质—反物质不对称。“欧洲粒子物理研究所的AEGIS实验将通过反氢原子揭示反物质是否带有负引力荷,加州大学河滨分校也在研究电子偶素(一个电子和一个正电子组成的类原子系统)的万有引力性质。如果这是真的,将开启新一轮的科学革命。”

  • 我国科学家发现引力场以光速传播的首个证据

    2012年12月28日 来源: 中国科技网 作者: 操秀英 最新发现与创新 中国科技网讯 你还记得物理课本里万有引力公式中是没有时间的吗?那是因为万有引力提出者牛顿认为引力场是以无穷大速度瞬间传播的。然而,中科院地质与地球物理所研究院汤克云团队12月26日召开发布会称,他们的研究结果表明引力场不是以无穷大速度,而是以光速传播。这印证了爱因斯坦的设想,有望终结牛顿、爱因斯坦关于引力场速度之争。 引力场存在于任意两个物体之间。牛顿的万有引力定律第一次解释了一种基本相互作用的规律,把地面上物体运动和天体运动的规律统一了起来。另一位伟大的物理学家爱因斯坦却设想它以光速传播。此前,物理学家们对引力相互作用的传播或联络速度究竟是无穷大(瞬间完成)还是有限速度(如光速)并无一致看法。整个物理学界都在期待着通过实验或观测求出引力场传播的速度。 汤克云说,他们发现当今地球重力固体潮的实用牛顿理论公式中隐含着引力以光速传播的假定,并首次求导出引力传播速度方程,用西藏狮泉河站和新疆乌什站高质量固体潮观测数据求解这一方程,获得了引力场以光速传播的第一个可靠证据。简单说来,即用高度精确的重力仪直接测量来自太阳的引力,得出的引力场传播曲线与光速传播的理论曲线基本符合。 中科院地球科学部院士腾吉文认为,这一发现成为判别所有引力理论的标志之一,并为修正牛顿万有引力定律奠定基础。 2002年9月,美国科学家曾利用木星掩食射电类星体的机会,用美国和欧洲的射电望远镜阵观测了该类星体位置的变化,宣称测得引力场以光速传播的结果(误差20%)。但后来,国际主流物理学界认为他们测到的不是引力场速度,而是射电波的速度,观测结果未获承认。 汤克云团队的研究成果已发表在《科学通报》的合作出版社——德国施普林格的官方网站。将于2013年1月出版的《科学通报》中、英文稿的纸质版也将刊登这一内容。 《科技日报》 2012-12-28(一版)

  • 谁家可以测原子力显微镜探针力常数

    最近做完一组生物力学数据,因为用了好几根针测的,还有不同牌子的,现在各个数据间要对比,因此需要探针的具体力常数,而不是上面标好的,我用的本原spm5500,这个机器貌似不带这功能,谁家可以测,求帮助

  • 【求助】讨论 吸附,解离具体过程怎样

    大家都只知道大致原理就觉的行,如流动相载着分析物通过色谱柱,在里面被吸附,解离,最后按保留顺序流出。在里面被吸附,解离具体过程怎样,大家可讨论下。就象大家都知道有万有引力,但为什么有万有引力,都不知道。扯得太远,呵呵

  • 【讨论】行星会不会掉向太阳?

    太阳系的行星是不是慢慢地向太阳表面落下?总觉得有一种机制:太阳存在一种阻碍行星运动的力,这个力不是万有引力而是与运动方向相反的力,但比引力还要弱。其结果是行星在同样轨道上的运动速度会变慢,最终行星都会落到太阳上去。那么行星是不是正在慢慢向太阳表面落下?

  • 【讨论】关于天上的云层

    牛顿先生发现了“万有引力”,那为什么天上的云层不掉下来呢?是密度小还是其他原因,大家分析分析http://simg.instrument.com.cn/bbs/images/brow/em09502.gif

  • 【转帖】计量学的发展史与物理学的发展紧密相关

    近代物理学的发展是从经典力学开始的,它研究宏观物体的低速机械运动的现象和规律,可追溯到17世纪初。这时欧洲的科学发展迅速,物理学已开始发展成为一门测量科学,它逐步引入了“物理量”的概念。如质量、力和加速度等,用它们之间的相互关系描述物理现象。英国物理学家牛顿深入研究了经典力学的经验规律,发现了它的基本规律,以牛顿三定律和万有引力定律表示,奠定了经典力学的基础。在这些定律中,物理量之间的数学关系可看作是某个物理量的定义,也可看作是一种现象或物质性质的定义。因而近代计量学的发展是与近代物理学同步发展和互相促进的。当物理量的测量知识逐渐形成科学体系,计量学就从实验科学中分离出来,成为一门提高物理量量化精确性的科学。随着天文学、数学、原子物理和量子物理学的不断发展,社会经济、文化不断进步,近代计量学的研究对象扩展,专业门类增多,量程从宏观拓宽到微观领域。计量学的内容更加完备,通常可以概括为:计量单位和单位制;计量器具(包括基准器和标准器);量值传递和溯源;物理常数、材料和物质特性的测定;不确定度、数据处理和测量理论及其方法;计量法制管理等方面。从计量的社会功能可分为科学计量、工程计量和法制计量。如果从伽利略到牛顿时期的近代科学革命算起,近代计量学已有300多年的历史,大致可分以下三个阶段。

  • 求助中文书一本

    [font=&]【序号】:[/font][font=&]【作者】:谢兆帅[/font][font=&]【题名】:[b][url=https://qciss.net/books/27163430][color=#cc0000]万有引力新论[/color][/url][/b][/font][font=&]【期刊】:2017[/font][font=&]【年、卷、期、起止页码】:[/font][font=&]【全文链接】:https://qciss.net/books/27163430[/font]

  • 【分享】近代计量学的发展

    [color=#0166a9]近代物理学的发展是从经典力学开始的,它研究宏观物体的低速机械运动的现象和规律,可追溯到17世纪初。这时欧洲的科学发展迅速,物理学已开始发展成为一门测量科学,它逐步引入了“物理量”的概念。如质量、力和加速度等,用它们之间的相互关系描述物理现象。英国物理学家牛顿深入研究了经典力学的经验规律和初步的唯象理论,发现了它的基本规律,以牛顿三定律和万有引力定律表示,奠定了经典力学的基础。在这些定律中,物理量之间的数学关系可看作是某个物理量的定义,也可看作是一种现象或物质性质的定义。因而,近代计量学的发展是与近代物理学同步发展和互相促进的。当物理量的测量知识逐渐形成科学体系,计量学就从实验科学中分离出来,成为一门提高物理量量化精确性的科学。随着天文学、数学、原子物理和量子物理学的不断发展,社会经济、文化不断进步,近代计量学的研究对象扩展,专业门类增多,量程从宏观拓宽到微观领域。计量学的内容更加完备,通常可以概括为:计量单位和单位制;计量器具(包括基准器和标准器);量值传递和溯源;物理常数、材料和物质特性的测定;不确定度、数据处理和测量理论及其方法;计量法制管理等方面。从计量的社会功能可分为科学计量、工程计量和法制计量。如果从伽利略到牛顿时期的近代科学革命算起,近代计量学已有300多年的历史,大致可分以下三个阶段。[/color]

  • 【资料】-对物理学历史的透视

    [b]对物理学历史的透视[/b]对学科的发展进行历史透视有助于了解其现状,展望其未来。物理学的历史很长,不能样样都讲到,仅从牛顿开始,牛顿以前的很多先驱性的工作只好从略了。20世纪前物理学的三大综合   17世纪至19世纪,物理学经历了三次大的综合。牛顿力学体系的建立标志着物理学的首次综合,第二次综合是麦克斯韦的电磁理论的建立,第三次则是以热力学两大定律确立并发展出相应的统计理论为标志。   第一次综合——牛顿力学   17世纪,牛顿力学构成了完整的体系。可以说,这是物理学第一次伟大的综合。牛顿将天上行星的运动与地球上苹果下坠等现象概括到一个规律里面去了,建立了所谓的经典力学。至于苹果下坠启发了牛顿的故事究竟有无历史根据,那是另一回事,但它说明了人们对于形象思维的偏爱。   牛顿力学的建立   牛顿实际上建立了两个定律,一个是运动定律,一个是万有引力定律。运动定律描述在力作用下物体是怎么运动的;万有引力定理则描述物体之间的基本相互作用力。牛顿将两个定律结合起来运用,因为行星的运动或者地球上的抛物体运动都受到万有引力的影响。牛顿从物理上把这两个重要的力学规律总结出来的同时,也发展了数学,成为微积分的发明人。他用微积分、微分方程来解决力学问题。   由运动定律建立的运动方程,可以用数学方法把它具体解出来,这体现了牛顿力学的威力——能够解决实际问题。比如,如果要计算行星运行的轨道,可以按照牛顿所给出的物理思想和数学方法,求解运动方程就行了。   根据现在轨道上行星的位置,可以倒推千百年前或预计千百年后它们的位置。海王星的发现就充分体现了这一点。当时,人们发现天王星的轨道偏离了牛顿定律的预期,问题出在哪里呢?后来发现,在天王星轨道外面还有一颗行星,它对天王星产生影响,导致天王星的轨道偏离了预期的轨道。进而人们用牛顿力学估计出这个行星的位置,并在预计的位置附近发现了这颗行星——海王星。这表明,牛顿定律是很成功的。   按照牛顿定律写出运动方程,若已知初始条件——物体的位置和速度,就可以求出以后任何时刻物体的位置和速度。这一想法经拉普拉斯推广,表述为一种普适的确定论:既然组成世界的全部粒子在某一瞬间各自具有特定的位置与速度,而且都遵从确定的定律,因而随后世界上任何情况都将毫无例外地完全确定。这就是拉普拉斯确定论。它和宿命论的思想不谋而合,但与我们日常生活的感受不同(日常生活中经常碰到不确定、不可预知的情况)。这个内涵丰富的问题到20世纪才解决。   牛顿力学的新表述   19世纪,经典力学的发展表现为科学家用新的、更简洁的形式重新表述牛顿定律,如拉格朗日方程组、哈密顿方程组等。这些表述形式不一,实质并没有改变。这是19世纪牛顿力学发展的一个方面。另一方面,就是将牛顿定律推广到连续介质的力学问题中去,出现了弹性力学、流体力学等。在这一方面,20世纪有更大的发展,特别是流体力学,最终导致航空甚至航天的出现。因此,牛顿定律到现在还是非常重要的,牛顿定律还是大学课程中不可缺少的一个组成部分。当然,其表达方法应随时代发展而有所不同。   牛顿关于力学研究的成果,写在一本叫《自然哲学的数学原理》(简称《原理》)的巨著中。只要稍微翻一下这本书,就会发现它非常难懂。牛顿的一个重要贡献是从万有引力定律和运动定律把行星运动的轨道推导了出来。现在在学习理论力学时,行星运动的椭圆轨道问题是不太难的,解微分方程就可以求出来。但牛顿在《原理》里没有用微积分,更没有用解微分方程的方法,而纯粹是用几何方法把椭圆轨道推出来的。[color=red]全文在最后的附件中[/color]

  • 【分享】别闹了,月亮先生!

    别闹了,月亮先生! 伪科学主张超感官知觉、心灵能、闹鬼、飞碟和其它奇异现象。但我们只需要一条基本的科学原理,即能量守恒定律,即可证明我们对这些主张持极端怀疑论的立场是正当的。     ——M.A.罗思曼,一位物理学家的怀疑论导引作者:柯南 皎洁的月光震撼着人的心灵,不仅仅是文学家,科学家一直在探求着“明月几时有”这个命题。那圆滚滚的月亮,伴随着种种奇妙的天文现象,究竟来自何方?然而,正如卡尔萨根(Carl Sagan)所说,“科学的任何一个领域内都有与其相关的伪科学。地球物理学家中有地球平面说、地球中空说,有坚持认为地球是由猛烈挥动的斧子砍削而成的学说……”在月球方面也不例外。有人认为月球上面居住着人,有人认为人类从未登上月球,还有狼人的传说。然而颇为古怪的当属月球中空学说。这个地球中空学说的孪生姊妹打扮得相当巧妙,它认为月球其实是一个巨大的空壳,里面居住着外星人,月球是他们的宇宙飞船。然而,这种说法和一切伪科学一样,只要我们细心,就可以找到它的马脚。 潮起潮落 海边可以见到一种自然现象,这种现象叫做潮汐。生活经验告诉我们,每天有两次涨潮落潮的现象。发生在白天的叫做潮,发生在夜间的叫做汐。每天的潮(或者汐)总比前一天的推迟50分钟。这恰好和月球出现的规律相同。人们很早以前就猜测潮汐现象和月球有关。事实也确实如此。 造成潮汐的根本原因是万有引力。我们知道,万有引力随着物体距离的增加而减少,这被称作平方反比关系。看一看图一,月球对地球是有引力作用的,然而地球的半径较大(大约6300km),因此图中的A、B、C、D各处受到的引力是不相等的。这种不相等的引力造成了地球表面海水的起伏。具体来说,在引力的作用下,A、B处的海平面上升,C、D处的海平面下降。由于地球是转动的,某一地点的海平面就会有规律的上升和下降,潮汐就这样形成了。 太阳对于地球也有潮汐作用。在总的潮汐作用中,太阳起到了1/3的效应,剩下的2/3属于月球。在太阳、月球的共同作用下,会产生大潮和小潮。一个著名的大潮就是钱塘潮。 潮汐现象不仅仅局限于海水。起潮力的作用也会影响到大气和地壳,这种效应分别被称为大气潮和固体潮。潮汐现象也不仅仅作用于地球,由于力的作用是相互的,地球也会引起月球的潮汐现象——当然是固体潮。并且地球对月球的潮汐作用要比月球对地球的作用大得多。下面我们就可以看到,这里介绍的知识对于揭穿月球中空的骗局有怎样的帮助。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/07/200807252255_100086_1644912_3.gif[/img] 图一 潮汐示意图:地球和月球未按比例画出

  • 了解世界的第三只眼

    声波和光波充满我们世界,并能被我们感知到,是宇宙中两种最基本的波动形式。使用仪器设备能够延伸我们的感官,我们几乎能“听到”所有的机械波,“看到”所有的电磁波。这样,我们就能“听到”地球内部的结构,“听到”深海中的鱼群,“看到”银河系的样子,“看到”上百亿光年远的星系,甚至能“看到”宇宙大爆炸后38万年时(宇宙开始变得透明)的景象。声波需要介质,即要有连续物质的分布,气态、液态、固态都可以,它是物质间电磁作用力的一种表现,其(纵波)形式就像多米诺骨牌,倒下一张,推倒前面的一张,如此连续下去,直到所有的骨牌全部倒下。不同的是,声波物质(粒子)“推跑”了自己前面的粒子后还要借势回复到原状,不用你重新码牌。有趣的是,声波传递的速度只与物质的种类和集合在一起的方式有关,与声大、声小、声高、声低无关。没有物质连续分布声音就终止了,我们听到的声音都限于地球范围内,宇宙空间听不到声音。光波不同,它是一种变化的场,不需要实体物质。哪里有电场的变化,哪里就有变化的磁场,磁场的变化又引发变化的电场,如此往复在空间中你追我赶,形成了电磁波。它的性质只依赖于电和磁的作用关系,所以在真空中光的速度是恒定的。电(磁)场变化快一点(时间变化率大),光的频率就高,变化慢一点,频率就低。如高速运动的电子碰到“墙上”(金属靶),速度瞬间变为零,其产生的磁场也几乎瞬时变为零,这时电场瞬间变得很强,这就会放出高频的光,如X射线。波动是宇宙中传递能量和信息的载体,是我们了解外部世界、了解宇宙的窗口,仔细想想,好像只有声和光这两种主要方式。还有没有第三种呢?可能会有。在牛顿力学中有个万有引力定律,只要有质量就会有引力,而且这种力是超距作用的,无论两个物体相距多远,都是瞬时指向对方。宇宙中光速是上限,万有引力凭什么搞特殊化?爱因斯坦眼光独到,发现牛顿力学中的两个质量(引力质量和惯性质量)原来可以是一回事,比如你在电梯里没法知道电梯是在加速上升还是静止在一个大质量物体的表面。利用这个等效原理,爱因斯坦得到了广义相对论的引力方程,这个方程中没有了万有引力,不存在超距作用,有的只是被质量和能量变形的空间(时空),引力不过是扭曲的时空的一种效应。重的物体扭曲了周围的时空,轻的物体围绕重的物体运动,只不过是轻的物体在扭曲的时空中沿着最短路径作“惯性”运动。电荷被加速时会发出电磁辐射,有质量的物体被加速时也会发出引力辐射,这是广义相对论的一项重要预言。我们可以把它类比于机械波,如果某一点的时空结构发生变化,这种变化会影响它周围的时空,这种影响以波动的形式向外传播,并依次影响到整个空间,这实际上是一种时空结构的波动,也就是所谓的“引力波”。我们拿太阳系来做一个“实验”:假如太阳可以瞬间消失,八大行星会怎样?在牛顿看来,太阳消失的瞬间,八大行星会同时察觉到太阳没了,并同时沿着切线方向飞离出去;在爱因斯坦看来,太阳消失了,被太阳扭曲的时空会迅速变得平直,这种变化会向外传播,依次经过水星、金星、地球、火星……它们分别感受到一次“震动”,最先从水星*开始依次发现自己所在的时空变得平直,并依次沿着平直时空“飞离”出去。这是牛顿力学与爱因斯坦相对论最根本的不同,其他相对论的预言如水星进动、光线弯曲、引力红移等等用牛顿力学拼拼凑凑也能勉强解释,引力波如果真的被检测到,那必定是牛顿力学的滑铁卢(死穴)。检测引力波的原理很简单,时空波动(变形)会使物体的位形发生改变,比如一根长杆会发生压缩或拉伸,但一般空间物质运动变化产生的引力波都很弱,检测难度很高,像太阳突然消失会产生一个强“脉冲”,相对比较容易检测到,不过太阳瞬间消失不太可能发生。人们推测,像超新星爆发、引力塌缩、黑洞合并等会产生可检测到的效应,双星系统也可发出连续的引力辐射。人们设计了各种检测方法,最灵敏的是激光迈克尔孙干涉仪,可测量垂直的两条长臂之间微小的长度变化。各国已经建造多台测量设备,有代表性的是美国“激光干涉引力波观测台”(LIGO),臂长2公里。目前还没有直接检测到引力波的可靠证据,倒是通过双星系统间接证实了引力波的存在。由于引力波实在太弱,地面背景干扰(噪音)又较大,最雄心勃勃的是欧洲空间局和美国航天局的“激光干涉空间天线”(LISA)计划,他们打算在2015年前后在空间建立一个1000倍地球大小的巨型探测系统。引力波直接检测是当前物理学的一个重大课题,如果能合适地检测到引力波,这将成为我们了解宇宙的第三只眼,因为引力波像其他的波一样,携带着能量和信息。电磁波无法使我们“看到”宇宙大爆炸之初(宇宙诞生38万年之前)的景象,也无法看到暗物质的状况,引力波却可以做到。

  • 【资料】计量的发展

    [size=5][font=宋体][b]计量学的发展史与物理学的发展紧密相关[/b][/font][/size][size=5][font=宋体] [/font][/size][font=宋体][size=4]近代物理学的发展是从经典力学开始的,它研究宏观物体的低速机械运动的现象和规律,可追溯到17世纪初。这时欧洲的科学发展迅速,物理学已开始发展成为一门测量科学,它逐步引入了“物理量”的概念。如质量、力和加速度等,用它们之间的相互关系描述物理现象。英国物理学家牛顿深入研究了经典力学的经验规律,发现了它的基本规律,以牛顿三定律和万有引力定律表示,奠定了经典力学的基础。在这些定律中,物理量之间的数学关系可看作是某个物理量的定义,也可看作是一种现象或物质性质的定义。因而近代计量学的发展是与近代物理学同步发展和互相促进的。当物理量的测量知识逐渐形成科学体系,计量学就从实验科学中分离出来,成为一门提高物理量量化精确性的科学。随着天文学、数学、原子物理和量子物理学的不断发展,社会经济、文化不断进步,近代计量学的研究对象扩展,专业门类增多,量程从宏观拓宽到微观领域。计量学的内容更加完备,通常可以概括为:计量单位和单位制;计量器具(包括基准器和标准器);量值传递和溯源;物理常数、材料和物质特性的测定;不确定度、数据处理和测量理论及其方法;计量法制管理等方面。从计量的社会功能可分为科学计量、工程计量和法制计量。如果从伽利略到牛顿时期的近代科学革命算起,近代计量学已有300多年的历史,大致可分以下三个阶段。 [/size][/font]

  • 史达祖和稼轩老爷,请收下我的膝盖

    满江红中秋夜潮 史达祖万水归阴,故潮信盈虚因月。偏只到、凉秋半破,斗成双绝。有物揩磨金镜净,何人拏攫银河决?想子胥今夜见嫦娥,沉冤雪。光直下,蛟龙穴;声直上,蟾蜍窟。对望中天地,洞然如刷。激气已能驱粉黛,举杯便可吞吴越。待明朝说似与儿曹,心应折!木兰花慢辛弃疾中秋饮酒将,客谓前人诗词有赋待月,无送月者,因用《天问》体赋。可怜今夕月,向何处,去悠悠?是别有人间,那边才见,光影东头?是天外、空汗漫,但长风浩浩送中秋?飞镜无根谁系?姮娥不嫁谁留?谓经海底问无由,恍惚使人愁。怕万里长鲸,纵横触破,玉殿琼楼。虾蟆故堪浴水,问云何玉兔解沉浮?若道都齐无恙,云何渐渐如钩?中秋,不能不提月亮,古往今来一直如此。八九百年前,中国的古人没有万有引力的知识,可是依然能够凭着丰富的想象力,写出“万水归阴,故潮信盈虚因月”、“是别有人间,那边才见,光影东头”的美丽的诗句。但我想这应该不只是想象,肯定还有一些思辨性在里头。古人的智慧不能不佩服,不能不膜拜。史达祖和辛稼轩,请收下我的膝盖。

  • 【资料】物理学定律列表

    1、守恒和对称能量守恒定律和质能守恒定律 机械能守恒定律 动量守恒定律 角动量守恒定律 2、力学惯性原理 牛顿运动定律 牛顿运动第一定律 牛顿运动第二定律 牛顿运动第三定律 万有引力定律 开普勒行星运动三定律 开普勒第一定律 开普勒第二定律 开普勒第三定律 胡克定律 帕斯卡定律 阿基米德定律 3、热学阿伏加德罗定律 理想气体状态方程 玻意耳定律 查理定律 盖吕萨克定律 热力学基本定律 热力学第零定律 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 4、电学库仑定律 电荷守恒定律 楞次定律 法拉定电磁感应定律 毕奥—萨伐尔定律 安培定律 高斯定律 洛仑兹力 麦克斯韦方程 欧姆定律 焦耳定律 基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第二定律 5、光学光的折射定律 光的反射定律 [编辑]量子力学态叠加原理(狀態疊加原理) 薛定谔方程 狄拉克方程 6、相对论光速不变原理 相对性原理 洛仑兹变换 等效原理 爱因斯坦场方程

  • 【转帖】物理知识小常识

    牛顿:牛顿三大定律 胡克:胡克定律 牛顿:万有引力定律,卡文迪许用纽秤实验证实,并测定了G 伽利略:“摆”的等时性 玻意尔、查理、盖吕萨克定律 库仑:库仑定律 密立根:油滴实验 法拉第:电场线模型 欧姆:欧姆定律、闭合电路欧姆定律 奥斯特:电流磁效应 楞次:楞次定律 法拉第:电磁感应,并发明了第一台发电机 麦克斯韦:电磁场理论,预言电磁波的存在。赫兹实验证明,并测出了电磁波的速度 牛顿:光的微粒说 惠更斯:光的波动说 托马斯杨:杨氏双份干涉 汤姆生:发现电子 卢瑟福:根据阿尔法粒子散射实验,提出了原子的核式结构 玻尔:玻尔理论,建立了原子的玻尔模型 贝克勒尔:发现了原子的天然放射现象,发现了放射性元素“铀”;居里夫妇发现了“钋”“镭” 卢瑟福:发现了质子 查德威克:发现了中子 约里奥居里和伊丽芙居里夫妇发现了放射性同位素“正电子” 爱因斯坦提出了“相对论”和质能方程:E=mc^2 [em09505]

  • 【转帖】宇宙暗物质能量真的存在么

    请讲讲宇宙暗物质能量真的存在么 作者 苟文俭 李政道教授是世界著名的美籍华人物理学家,他在量子场论、基本粒子理论、核物理、统计力学、流体力学、天体物理方面的工作都颇有建树;他出版过《粒子物理和场论引论》、《物理的挑战》、《对称,不对称与粒子的世界》等8部学术专著;他不仅仅只是与杨振宁教授一起,以弱作用下宇称不守恒的发现获得了1957年诺贝尔物理学奖,也还获得了爱因斯坦科学奖、中国国际合作奖、纽约科学院奖等14个有国际知名度的大奖;他曾被美国普林斯顿大学、香港中文大学等13个世界知名大学授予了名誉博士,也是中国科学技术大学、暨南大学等15个我国知名大学的名誉教授;他也还是美国国家科学院、中国科学院等15个世界知名科学院的院士及大学的特邀讲座,2006至今,也还一直担任着北京大学高能物理研究中心主任。 李政道教授在世界范围内产生了重要影响,是道道地地的当今物理学大师,也是我们华人的骄傲。(一)2009年5月27日,大师李政道教授在上海交通大学闵行校区菁菁堂、做了“以天之语,解物之道”的演讲(见网页http://www.sjtu.edu.cn/newsnet/shownews.php?id=21481)。按李教授的说法,他的演讲就是“了解一些天跟天之间的语言,从这个了解来解对物质的道”。我怀着极大的兴趣与热诚读完了这篇讲稿后,明白了大师是把宇宙暗物质暗能量作为了“解物之道”的研究对象,对此就特别想给他一点建议。李教授在该演讲中说:宇宙还有我们不了解的25%是暗物质、70%是暗能量,认为了解暗物质暗能量是今天物理学的最大挑战。从这个演讲可知,他认为“解物之道”也就是去了解宇宙中约95%的暗能量(也包括暗物质)。对此李教授首先对宇宙为什么有暗能量做了探讨,认为宇宙有暗能量的原因,是因为在我们所说的宇宙之外可能还有很多宇宙,我们可以用其他方法来把它找出来。同时,李教授还介绍了他最近的一篇论文,提出了如何在实验中观察暗能量的设想,认为宇宙中的暗能量可能有相变,可以与核能相关连,设想如果把 100Gev的高能原子核对撞,这就可以产生密度突然增加的真空,也形成了真空自由度的骤然增加,这样我们就可以观察到暗能量存在的相关特征。(二)把宇宙暗物质暗能量作为“解物之道”的研究对象,但暗物质暗能量真的存在么?我们知道,暗物质暗能量是为了满足现存宇宙学理论形式化表述的需要人为设定的,如下所述,我们有充分理由质疑它存在的真实性。1、人为设定70%的暗能量,依据于形式化表述中的这种逻辑前提:光子运动的宇宙学红移形成于星系的退行运动,那么这种逻辑前提正确吗?对此我们可以从这两个方面考虑:(1)由于光子运动速度有与光源运动无关的特征,那么对光子运动频率、是否也有与光源运动无关的特征呢?其答案当然也可以是肯定的。(2)光子在漫漫宇宙真空中运动,由于真空具有物质性,那真空物质会不会对运动光子构成某种阻尼作用、使其能量不断丢失而引起红移呢?该答案同样也可以是肯定的。因此,光子运动的宇宙学红移并不一定就是因为星系有退行运动;宇宙有暗能量的人为设定的逻辑前提不可靠,宇宙有70%的暗能量不一定是真实的。2、人为设定25%的暗物质,所依据的在形式化表述中形成的逻辑前提是,星系中恒星的转动形成于万有引力作用。这是否也如此呢?对此我们质疑的充足理由是:星系只能在运动中产生,因此现实的星系必然有某种初始运动,因此对组成星系的恒星,它们也就完全有可能保持产生星系的这种初始运动。这也就说明:星系中恒星的转动并不一定都形成于万有引力作用;宇宙有暗物质的人为设定的逻辑前提不可靠,25%是暗物质不一定真实存在。上述陈述表明,对宇宙中约95%的暗物质暗能量是否真实存在,我们应当高度质疑。(三)我们现实的可观察宇宙,都形成于可观察的所谓普通物质;现代物理学对宇宙物质存在统一性探索的已有实践充分说明:构建理论的描述依据和形式化表述的逻辑前提,都只能是普通物质,而决不是所谓的宇宙暗物质暗能量。因此,作者就特别有如下两个想法:1、解“物质的道”的首要目标,就是要揭示宇宙物质存在的统一性,由于在这种探索中,理论的描述依据和逻辑前提都是普通物质,因此,解“物质的道”的研究对象,就只应当是普通物而非宇宙暗物质暗能量。2、在宇宙中,对人为设定有约95%的暗物质暗能量的逻辑前提进行探究;因为这将有可能改变当今宇宙学的研究方向,是意义特别重大的课题,因此特别需要象李教授这样的物理学大师参与,请对我们讲一讲,宇宙暗物质暗能量真的存在么?

  • 黑洞可化身新型粒子探测器 科学家提出证明“轴子”存在新方法

    中国科技网讯 据物理学家组织网6月18日报道,寻找新的粒子通常需要很高的能量,因此需要构建大型加速器等设备,其可将粒子加速至接近光速的速度,但也存在着其他创造性的粒子找寻方式:维也纳技术大学的科学家就提出了一种方法,能够证明假想的亚原子粒子——“轴子”的存在。这些轴子能够在黑洞周围积聚,并从中汲取能量。这一过程将放射重力波,并能被探测出来。相关研究报告发表在近期出版的《物理评论D》杂志上。 维也纳技术大学理论物理系的丹尼尔·格鲁米勒表示:“轴子的存在一直未被证明,但学界普遍认为它很可能存在。”轴子的质量极其微小,根据爱因斯坦的理论,质量与能量直接相关,因此生成轴子只需要极低的能量。 在量子物理中,每个粒子都被描述为一种波。波长则与粒子的能量相关。较重的粒子波长较短,而低能量的轴子的波长可达数千米。格鲁米勒等人的计算结果显示,轴子能环绕在黑洞周围,就像电子能围绕原子核运动一样。而与连接电子和原子核的电磁力不同,万有引力才能将轴子和黑洞联系起来。 此外,原子中的电子和环绕黑洞的轴子仍存在着巨大的不同:电子是费米子,这意味着两个电子永远不会处于同一个态;而轴子属于玻色子,这表示大多数轴子都能在同一时间占据相同的量子态。它们能在黑洞周围创造出“玻色子云”,这种云将连续不断地从黑洞中汲取能量,从而增加云中的轴子数量。 格鲁米勒表示,这种云并不十分稳定,其也能够突然崩塌。而最令人兴奋的是,坍缩时很可能测量到“玻色—新星”(bose-nova)爆发,即由玻色—爱因斯坦凝聚态所诱发的、非常小的、超新星状的爆发。这一事件能够催生时空的振动,放射出重力波。科学家因此可借助相关探测器,对其进行捕获。新的计算结果也显示,这些重力波不仅能够为我们提供有关天文学的新见解,也有助于科研人员更好地了解新型粒子的特性。(张巍巍) 《科技日报》(2012-6-21 二版)

  • 掉进黑洞会怎样?——“黑洞之火”引发物理学界新一轮激辩

    2013年05月12日 来源: 中国科技网 作者: 常丽君http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130511/021368286094390_change_chd34122_b.jpghttp://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130511/021368286094406_change_chd34121_b.jpg 信息悖论——掉进黑洞的物质会被挤压到黑洞那无限致密的核心去,但它所携带的信息会怎样呢?以下有两种情景的解释:信息消失(左):当黑洞蒸发后,它所携带的所有信息会随之消失。根据量子效应,真空中充满了粒子—反粒子对,二者互相关联。通常情况下,粒子—反粒子对出现后瞬间即湮灭,但如果这对粒子和反粒子是出现在黑洞的事件视界,其中一个就会掉进黑洞,而另一个会以霍金辐射的形式向外发出。“遇难”粒子以负能量被吸入,黑洞由此而损失质量,如果没有普通物质落进去,黑洞最终将蒸发殆尽。黑洞中心是一个无限小且无限致密的奇点,却并不包含形成黑洞的物质信息。火墙(右):从黑洞辐射出来的所有粒子之间具有量子相关性,这些相关粒子携带着信息。辐射出的粒子与落入黑洞的粒子之间要打破关联性,会释放出巨大能量而在黑洞周围形成一圈火墙。即使黑洞蒸发完之后,由于两个粒子之间的关联性,“逃逸”粒子也包含了“落难”粒子的所有信息。 掉进黑洞的宇航员会被扯成碎片还是被烧焦?这一问题从2012年夏天起就成了理论物理学界的争论焦点,围绕相关主题发表的文章超过了40篇,至今没有结论。因为它把物理学的两大支柱——广义相对论的等效原理和量子力学直接摆在了对立面。 如果一个宇航员掉进了黑洞 2012年3月,美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所的弦理论学家约瑟夫·普金斯基开始思考“自杀”的问题——以数学形式进行的思想实验:如果一个宇航员掉进黑洞会发生什么情况?很显然他会死,但究竟怎么个死法呢? 按照当时公认的理论,最初他不会感到有任何特别,即使在他落到黑洞的事件视界时。事件视界是一个看不见的界限,在界限以内没有任何东西能逃离黑洞的吸引。但最终,几小时、几天或几个星期后,如果黑洞足够大,他会开始觉察到拉着他脚的重力比拉着他头的重力更强大,这种吸引力拖着他无情地向下落,重力差会迅速加大而将他撕裂,最终他的遗体会被扯得粉碎而落入黑洞那无限致密核心。 普金斯基和他的两个学生艾哈迈德·艾姆哈里、詹姆斯·萨利,加上该校的另一位弦理论学家唐纳德·马洛夫一起,对这一事件进行了重新计算。根据他们的计算,却呈现出完全不同的另一番场景:量子效应会把事件视界变成沸腾的粒子大漩涡,任何东西掉进去都会撞到一面火焰墙上而被瞬间烤焦。 研究小组在去年7月发表了他们的计算结果,震动了整个物理学界:因为这面火墙违反了基本的物理学法则——等效性原理。等效原理即引力质量和惯性质量等效,在任何一个时空点上都可以选取适当的参考系,使物质的运动方程中不再含有引力项,即引力可以局部地消除。按照这一原理,宇航员掉进万有引力场——即便是像黑洞那么强大的引力场时,他所看到的实际景象和飘在太空的观察者所看到的是一样的。等效原理最早在一个世纪前由阿尔伯特·爱因斯坦清晰地提出,并作为他《广义相对论》的基础。如果等效原理不成立,爱因斯坦的理论框架也将瓦解。 普金斯基等四人也深知这一推论可能导致的后果,所以还提出了另一种备选结局:没有形成火墙。但这种解释的代价同样巨大,他们不得不牺牲量子力学,这是描述亚原子粒子之间相互作用的理论法则,也是物理学的另一根支柱。 这一结果激起了一股研究火墙热潮,物理学家们纷纷抛出各种方案试图打破僵局,但还没有一篇论文能解释得让所有人都满意。面对这种状况,圣芭芭拉分校的量子物理学家斯蒂芬·吉丁斯说这是“一场物理学基础的危机,需要一次革命才能解决问题。” 上个月,物理学界研究黑洞的专家们齐聚在瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理研究所(CERN)召开会议,面对面地讨论了这一问题,希望能打开一条通向“量子引力”统一理论的新途径,将自然界所有的基本力囊括其中——或许这将成为物理学家们几十年来未曾有过的荣耀。 火墙的想法“动摇了大部分人所相信的黑洞理论的基础”,加利福尼亚大学伯克利分校弦理论学家拉斐尔·布索在会议上说,“从根本上说,它把量子力学放在了广义相对论的敌对面,却没给我们留下任何线索:下一步该朝哪个方向走?” 普利什基尔与霍金的“赌局” 说到“火墙危机”的根源,还要追溯到1974年。当时英国剑桥大学的物理学家斯蒂芬·霍金证明,量子效应会使黑洞在达到一定温度后变得孤立,然后黑洞会缓慢地发出热辐射—光子及其他粒子—质量逐渐减少,直到完全蒸发掉。 但这些粒子并不是火墙,落入事件视界的宇航员不会注意到这种辐射,这是它与相对论所描述场景之间的细微差别。但霍金的结果依然令人震惊,因为按照广义相对论方程的描述,黑洞只会吞噬质量而增长,并不会蒸发。 基本上,霍金的争论进入到了对量子领域的观察,“空”间并非是真空,在亚微观的尺度上,它处于一种持续不断的动荡涨落状态:成对的粒子和反粒子不断出现又迅速湮灭。只有在非常精微的实验中,才能观察到这种亚显微程度的混乱。霍金意识到,当一对粒子—反粒子出现在黑洞的事件视界时,其中一个会落入黑洞,使它们不能再结合湮灭,幸存的那个粒子会以辐射形式向外发出,为平衡向外发出粒子的正能量,被吸入的粒子会以负能量进入——这是量子法则所允许的,负能量将从黑洞的质量里扣除,从而使黑洞缩小。 霍金的原始分析已经过提炼并由许多研究人员加以扩展,其结论现在已被广为接受。但这也带来了令人不安的现实,黑洞辐射对量子力学理论提出了质疑。 量子力学认为信息不会消灭。从理论上说,通过检测从黑洞发出辐射的量子态,就可能获得掉进去的那个粒子的一切信息。但霍金指出事情没那么简单:发出辐射是随机的。掷一公斤的石头或一公斤计算机芯片结果都一样,看着黑洞直到它死亡,也没办法知道它是怎么形成的或有什么东西落到了上面。 这称为黑洞信息悖论。对这一问题,物理学家们分成两个阵营:一派以霍金为代表,认为在黑洞死亡时信息真的会消失,如果这与量子法则相矛盾,则需另建更好的量子理论。另一派以加利福尼亚理工学院的量子物理学家约翰·普利什基尔为代表,则坚持站在量子力学这一方。“有一段时间,我很认真地试图重新构建一个包含信息损失的替代理论。” 普利什基尔说,“但我找不到任何有意义的东西,没人能找到。” 这一僵局持续了二十年,直到1997年才有答案,这个答案现已众所周知——当时普利什基尔与霍金公开打赌而获胜,他认为信息不会丢失,因此从霍金那里赢了一本棒球百科全书。但在当年,打破这一僵局全靠哈佛大学物理学家胡安·马尔达西那的发现。 马尔达西那的发现建立在一个更早期观点上,即宇宙中的任何三维区域都可以用二维边界上的信息编码描述出来,这和激光以二维全息图的方式给三维景象编码非常类似。斯坦福大学弦理论学家,也是全息理论创世人之一的莱昂纳多·萨斯坎德说:“我们用‘全息’这个词作为一种隐喻。但经过更多数学推衍后,它似乎拥有了更实际的意义:宇宙是信息在边界上的投影。” 马尔达西那提出的是一个关于全息理论的具体的数学方程,同时借鉴了超弦理论的观点,假设基本粒子是由极微小的能量环振动而形成。他的模型描述了一个只受万有引力统治的、包含了弦和黑洞的三维宇宙,经由一个二维面反射,其中的元素粒子和场域遵循普遍量子法则而无需万有引力。住在此三维空间的居民永远也看不到这个界面,因为它在无限遥远的地方。但这并不重要:三维宇宙中发生的任何事都可以用二维宇宙中的方程同样完好地表达出来,反过来也一样。“我发现了一个数学词典,能让你在这两个世界的‘语言’之间来回转变。” 马尔达西那解释说。 这意味着,即使是一个三维黑洞的蒸发,也能用二维世界的语言来描述,在这里没有万有引力,只以量子法则为最高准则,这里的信息也永远不会丢失。如果这里的信息能被保存,那也已订购能被保存于三维世界中。但出于某种原因,信息却在从黑洞中逸失。 那堵让人颠三倒四的“火墙” 几年后,马洛夫证明了任何量子-引力模型都要遵守相同法则,不管它是不是从弦理论构建的。“这一结合了马尔达西那和马洛夫的研究,让我有了转变。”马里兰大学量子物理学家泰德·雅各布说,他长期以来一直坚持信息损失论。2004年,霍金公开承认了他的错误,输给普利什基尔一本厚厚的棒球百科全书,结束了物理学界这场著名的赌约。 这就是马尔达西那发现的意义:让大部分物理学家认为悖论已经解开,虽然还没人能解释霍金辐射怎样从黑洞中走漏了信息的。“我猜测,我们只是都在假设会有一个明确的答案。”普金斯基说。 但事实并非如此。2012年初,当普金斯基和研究小组着手去厘清这模糊的一端时,他们很快碰到了另一个矛盾,这

  • 【讨论】儿子偷玩游戏

    首先声明这是个转贴.我只是从这个帖子中体会到做小孩子的家长的苦衷,想一起分享下. 从二年级下学期最后两个周开始,我就尝试着让儿子一个人放学回家,暑假结束,三年级生活开启之后,他就自己上学放学了。 前三周一切正常,每天回到家后给我打个电话报平安,然后写作业,我回来后只剩下检查作业和签字。对于他的这些表现,我还是比较满意的。但是今天晚上,我回来打开电脑之后,不经意的发现儿子居然上网玩游戏了。对于他的游戏时间,我是规定每周只有周六能玩半小时,其它时间不准玩。可他竟偷偷玩游戏,我觉得问题有点儿严重。吃完晚饭后,我和他进行了简单的谈话:偷玩游戏对吗?不对。以后能不能玩?不能。妈妈罚你一个周不准看电视,周六的电脑游戏取消,如果再发现的话,就罚一个月。行。 谈完之后,儿子的表现乖极了,加练了一张钢笔字,背诵了三课英语课文,可是我心里一点儿都不踏实:明天放学回来,他是不是仍然会偷偷的玩?我是该把网线收起来还是该给他信任?挣扎了很久,我还是决定把网线收起来。因为在具备玩游戏的条件的时候,很多成人都无法自已,我也曾有过类似经历,所以我无法想象去要求孩子立刻控制住自己,从此再也不偷玩游戏。这种决定是对是错,会对孩子有什么样的影响,我不能预料。 也许应该学习一下让孩子远离网络游戏方面的知识了,我似乎正经受着这样的考验,这种认知让我心慌意乱。明天,会是怎样的呢?

  • 【分享】科学家将捕获的反氢原子保持1000秒

    2011年05月06日 来源: 科技日报 作者: 常丽君  本报讯 1000秒并不太长,但对于欧洲核子研究中心(CERN)反氢激光物理装置(ALPHA)项目的物理学家来说,却是4个数量级的重大突破。据美国物理学家组织网5月4日报道,CERN此前的记录是捕获了38个反氢原子并保持了172毫秒,而本次实验捕获了309个反氢原子并保持了1000秒,为进一步证明反物质属性铺平了道路。   特殊反物质概念是现代科幻小说和电影的最爱,在大众心理层面产生的效果经常会扭曲了反物质的真实性质,或对使用反物质带来的后果产生误解。因此,任何CERN取得的新进展,都可能引发更多联想。  由粒子和反粒子构成的原子很不稳定,通常仅能存在不到1微秒。而反氢原子完全由反粒子构成,被认为是稳定的,成为精确研究物质—反物质对称体系的最佳目标。反氢原子和氢原子是否具有同样的能级?它和重力会怎样反应?反氢原子在重力作用下会向下落还是向上升,抑或是以其他某种人们想不到的方式?CERN进行的系列实验正是要回答这些问题。  ALPHA项目研究小组在反质子和正电子结合的时候,将其冷却以降低能量制造出反氢原子,低能态让反氢原子在磁阱中保持一团云状。在实验中,研究人员捕获了309个任意速度的反氢原子,它们在跟各种微量气体碰撞而彻底湮灭或者得到能量逃出磁阱之前,持续存在了1000秒时间。  研究人员指出,这意味着ALPHA小组掌握了捕获更多反氢原子的技术。下一步计划是冷却一小群反氢原子,以观察它们在重力作用下是升还是降,回答有关反物质属性的关键问题之一。  实验还首次测量了被捕获反氢原子的能量分布。根据计算显示,大部分被捕获的反氢原子处于基态。这些研究拓宽了进一步实验的范围,包括精确研究CPT(电荷—宇称—时间反演)对称、凸显万有引力效应的制冷温度等,也为系统地研究磁阱动力学提供了关键工具。(常丽君)

  • 关于引力波六问六答:隐藏宇宙形成关键信息

    http://i0.sinaimg.cn/IT/2014/0318/U5385P2DT20140318160140.jpg  引力波是携带能量穿过宇宙的涟漪。它最早是在1916年由阿尔伯特·爱因斯坦在其广义相对论中预言的。  新浪科技讯 北京时间3月18日消息,美国科学家宣布,他们首次探测到了在宇宙诞生之初的暴涨期中,证明引力波存在的直接证据。美国航空航天局(NASA)称,这是迄今为止,证明宇宙膨胀理论最有力的证据。到底什么是引力波?此次发现的意义何在?对此英国《卫报》网站做出了详细的解答。  1、什么是引力波?  引力波是携带能量穿过宇宙的涟漪。它最早是在1916年由阿尔伯特·爱因斯坦在其广义相对论中预言的。尽管这一现象的存在已经有了大量的证据可以间接证明,但却从未能被科学家们直接观测到。其中的原因是这种效应太过微弱——其波动的幅度远小于一颗原子的100万倍。就像是湖面上的细微波纹——从远处看,整个湖面几乎是像镜子一样光滑的;仅有当你近距离观察湖面时才能察觉那些最细微的细节。  这里尤其引人注意的是,此次所观测到的是所谓“原初引力波”,这是宇宙诞生时刻发出的引力波痕迹,它隐藏着有关宇宙如何形成的关键信息。  2、什么是广义相对论?  1916年,德国物理学家爱因斯坦发现了一种数学的方法来解释引力的本质。他将其称之为“广义相对论”。这一理论依靠一系列的坐标系统,将时间与空间结合在一起进行描述,即所谓的“时空”概念。  物质和能量会造成时空的扰动,就像是重物压在床垫上会凹陷一样。正是这种时空的扰动或扭曲产生了引力。而引力波正是时空中的涟漪。  广义相对论并非完全是难以理解的数学。它拥有深远的实际应用意义,比如它告诉我们引力如何对时间造成影响,而这对于现代的卫星导航定位就十分关键。  3、这项发现的重要意义在哪里?  如果哈佛大学的科学家们此次的发现被证实,那么有两个理由认为这将是极重要的成就。首先,它开启了研究宇宙的一扇全新大门,从而让天文学家们得以考察产生这些引力波的背后机制和过程。第二,它证明一项关键性的理论,即所谓“暴涨”理论是正确的。这将帮助科学家们更好的了解宇宙的起源,即大爆炸理论。  4、引力波是如何被探测到的?  这是一台设置在南极的望远镜,名为“宇宙泛星系偏震背景成像”(Bicep)。科学家们利用这台设备探测宇宙微波背景辐射中一种微弱的特性。这种辐射是宇宙诞生之初的大爆炸中产生的,最早在1964年由两位美国科学家使用一台射电望远镜发现,自那之后便被称作是“大爆炸的回声”。Bicep对这一微波背景辐射的大尺度偏振状态进行了测量。只有原初引力波才具有这种特殊性质,也只有当它们被暴涨放大之后才能被探测到。  5、什么是暴涨?  宇宙大爆炸理论最初是由比利时牧师兼物理学家乔治·勒梅特(Georges Lemaître)提出的。他将其称为是“没有昨天的一天”,因为那是时间和空间的开端。  但大爆炸理论并非与所有天文观测结果相吻合。宇宙中物质的分布太过均匀,以至于难以用原先认为的大爆炸理论进行解释。于是在上世纪1970年代,宇宙学家们提出宇宙在大爆炸之后的短暂时期曾经经历一段急剧快速膨胀的阶段,这就是暴涨,它被认为发生在宇宙诞生后的一瞬间。但要想证明这一点是极端困难的。只有暴涨才能将原初引力波放大到足以被检测到的水平。因此如果我们能够探测到原初引力波,那么这就意味着暴涨必定确实发生过。  6、下一步做什么?宇宙学家们还有活干吗?  当然。现在才只是万里长征走完了第一步。爱因斯坦本人便已经意识到他的广义相对论与物理学的另一项基础理论:量子论之间不相容。广义相对论从宏观尺度上探讨引力和宇宙,而量子论则从微观尺度上探讨粒子以及其他的自然力。全世界的物理学家们都无法找到让这两大理论相容的方法。原初引力波是当引力、宇宙与粒子以及其他自然力在同一尺度下运作时产生的效应。此次探测的结果以及后续的进一步分析将告诉我们这一点是如何实现的。而如果这一点被理解,那它将有助于物理学家们最终构建起所谓的“终极万物定理”。(晨风)

  • 有趣的彩虹引力理论:宇宙没有开始

    http://i0.sinaimg.cn/IT/2013/1224/U2727P2DT20131224100644.jpg彩虹引力认为引力对宇宙的影响在不同光线波长情况下存在差异http://i0.sinaimg.cn/IT/2013/1224/U2727P2DT20131224100703.jpg  科学家指出彩虹引力理论突出了大爆炸理论存在的缺陷,后者认为宇宙诞生于大约138亿年前,当时一个密度无限大的点——被称之为“奇点”——发生爆炸  新浪科技讯 北京时间据国外媒体12日报道,一些科学家认为如果让时间倒流,宇宙的密度将不断提高,接近无限大,但永远不会达到无限大,宇宙并没有大爆炸理论认为的奇点。这种想法是所谓的“彩虹引力”的一种可能结果。彩虹引力理论虽然并没有被物理学家广泛接受,但很多人认为它不失为一项很有趣的理论。  彩虹引力理论的名字来自于这样一种观点,即引力对宇宙的影响在不同光线波长情况下存在差异,而彩虹正是由不同波长光线组成。10年前,科学家提出彩虹引力理论,试图调和广义相对论与量子力学理论之间的差异。  科学家指出彩虹引力理论突出了大爆炸理论存在的缺陷,后者认为宇宙诞生于大约138亿年前,当时一个密度无限大的点——被称之为“奇点”——发生爆炸。根据爱因斯坦的广义相对论,巨型天体能够扭曲时空。这也就意味着,穿过这个时空的任何物体——包括光线在内——都要沿着一条弯曲的轨迹移动。  1922年,亚历山大-弗里德曼得出大爆炸理论的方程式。弗里德曼从爱因斯坦的广义相对论方程式着手,最后发现了这些方程式的解法。广义相对论认为宇宙开始于一种高密度和高温状态。埃及泽维尔科技城理论物理学中心的埃德-阿瓦德表示:“根据彩虹引力理论,不同能量的粒子实际上会看到不同的时空,不同的引力场。”  科学家在《宇宙学与天体物理学学报》上发表文章称,宇宙的两种可能的演化立基于对彩虹引力影响进行解读时存在的些许差异。一种结果是,如果你让时间倒流,宇宙的密度将不断提高,接近无限大,但永远不会达到无限大。另一种想定中,宇宙达到极高的密度,但这种密度是有限的,随后处于稳定状态。阿瓦德教授指出在这两种想定中,在宇宙中追踪物质和光线的轨迹并不会让我们回到无限小的原点,也就是大爆炸。科学家计划在未来几年时间里研究玛射线大爆发和其他宇宙事件,寻找彩虹引力影响的迹象。(孝文)

  • 【讨论】引力陷阱?

    它们是被引力遗忘的角落。在那里,来自其他天体的引力会互相“抵消”,因此可以俘获住任何掉入其中的物体。这些引力陷阱也位于地球的轨道之上,一个在地球的前方,另一个则在地球的后方。天文学家将它们称为“拉格朗日点”,简写成L4和L5。你可以把它们想象成粘鼠板。  在太阳系形成以来的45亿年里,从尘埃云到小行星以及隐藏的行星都有可能在那里聚集。一些人甚至怀疑,外星人的飞船正从拉格朗日点监视我们,来寻找文明的迹象。  暂时先把外星人放到一边,即使那里只存在着太阳系古老的小天体的话,也足以使绝大多数人为之高兴了。“我相信在L4和L5能找到不少东西,”美国普林斯顿大学的天体物理学家理查德·戈特(Richard Gott)说。  在近一个世纪的沉思之后,我们终于来到了能一探L4和L5究竟的边缘。今年底,两个用于研究太阳的探测器将开始穿越L4和L5的漫漫之旅。  科学家们计划使用美国宇航局(NASA)日地关系观测台(STEREO)两个探测器上的仪器来搜寻“身陷”拉格朗日点的小天体。无论它们发现了什么都会大大增进我们对太阳系形成的认识,告诉我们更多形成月亮的那次巨大撞击的有关信息,并且警告我们是否还有存在另一次剧烈碰撞的可能。  1772年数学家约瑟夫-路易·拉格朗日第一个发现了拉格朗日点。他计算发现地球的引力在五个地方会“中和”太阳的引力,使得位于那里的天体可以真正地体验到失重的感觉。  在五个拉格朗日点中L4和L5是最吸引人的,因为只有它们是“稳定”的。如果你在L1或者L2上放置一颗卫星的话,除非你可以不断地调整它的位置,否则几个月之后它就会跑开。而位于L4和L5的小天体则会在复杂的力平衡下保持稳定。在地球轨道上距离地球1.5亿千米的地方,L4位于地球前方60°的地方,而L5则位于地球后方60°的地方。

  • 【转帖】研究显示地球正远离太阳 每年分离15厘米

    新浪科技讯 北京时间6月4日消息,据英国《新科学家》杂志报道,早在公元前三世纪,一些观星家就曾发现地球正在逐渐远离太阳。随着科学技术的进步,科学家们进一步测得地球与太阳之间的距离每年都会增加15厘米。日本科学家宣布,他们目前已经找到了地球逐渐远离太阳的原因。  关于地球逐渐远离太阳的原因,科学家们长期以来一直争议不断。其中一个说法就是太阳正在通过核聚变和太阳风的方式失去其足够质量,而导致其引力逐渐减弱。其他可能性解释则包括引力常数G的变化,宇宙膨胀效应,甚至归结为黑暗物质的影响。但是诸如此类的解释都无法令人满意。日本弘前大学的武宏三浦(Takaho Miura)和他的三名同事认为他们找到了答案。在寄给《欧洲天文学和天体物理学报》的一篇学术文章中,他们论述到太阳和地球通过潮汐相互作用而完全推动彼此远离。这跟月球轨道为什么逐渐被驱向外的过程相同:月球引起地球上的海洋出现潮汐,逐渐将地球的转动能转为月时运动。结果,月球轨道每年扩大约4厘米而地球运转则减缓了0.000017秒。  同样,三浦团队假定地球质量的增长度微乎其微,但是潮汐在太阳下持续暴涨。而且他们同时也计算出,因为地球的原因,太阳的转动率每世纪减少了3毫秒(每年0.00003秒)。根据他们的解释,地球和太阳之间距离正在增加的原因就是太阳正在失去其角动量。太阳和地球的距离在天文学上称做“天文单位”,这是一个很重要的数字,很多天文数字都是以它为基础的。测量日地距离的方法有好几种,一种是利用金星凌日,即太阳、金星一地球刚好在一条直线上;另一种方法是利用小行星测量日地距离。历史上就是用前一种方法测出地球到太阳的距离的,也是这样算出日地平均距离的,即从地球上发出一束雷达波,打到金星上面,再从金星上反射回来。利用这种方法测出的日地平均距离为149597870.696公里。  科学家们把地球与太阳之间的距离作为一个天文单位,取其整数为1.5亿公里。这段距离相当于地球直径的11700倍,乘时速1000公里的飞机要花17年才能到达太阳,发射每秒11.23千米的宇宙飞船也要经过150多天到达,太阳光照射到地球需要8分多钟。

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