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【水煮物理】（24）：X先生自传: 热度 3 Penrose 2011-1-3 21:29; 爱未知，不爱无知。爱穿透，也爱相干衍射。爱缤纷斑点，更爱多姿底片。不是微波，不是可见光，也不是粒子流，我是X先生。我没什么强大，我很强大。我和X战警不一样，我和你一样，请叫我X-Ray。哦，对的！X，代表未知数的X，因为X=？意味着一个有无限未知解的方程；X，代表神秘莫测的X，一群有着金刚刀、风暴眼、移形换影术等强大特异功能的变种人X战警，潜伏在正常人的身边。我，就是潜伏在自然界中的X。我在哪里，清晰的视界就在哪里。你看不见我，但我可以透视你。甚至，在你毫无知觉情况下轻松穿过你的身体。我，就是神秘的 X射线。我的家族叫做电磁波，我们靠电磁场交互感应传播能量，即使在什么也没有的真空，也可以光速畅行无阻。你看不见我，是因为相比我的可见光兄弟而言，我的波长要短的多。他们（可见光）波长一般在0.4~0.7微米（1微米=千分之一米）之间，而我（X射线）在0.01~1纳米（1纳米=十亿分之一米）之内。如果波长在0.1~1纳米，请叫我软X射线；如果波长在0.01~0.1纳米，请叫我硬X射线；如果波长小于0.01纳米，那我就是超硬X射线；波长再短一点的话，那是我的弟弟伽马射线（来自于原子核衰变），另一头波长长一点点的楼下是哥哥紫外线。我们都属于辐射，但我很特别。我的特别在于我的波长很短，短到了原子量级，为此我可以看到原子们是如何排列组合在一起的；我的特别还在于我的能量也很高，因此我穿透本领很强，黑纸、木料和布料都不能阻挡我的前行。好在我的能量不是特别之高，我可以透视有机生命体而不损害他们，虽然被我照射太久容易患上癌症，但我同样也可以杀死恶性肿瘤治疗癌症，我是把双刃剑。我诞生于原子内层，内层电子跃迁释放出的能量就是射线形式的我，高能量、短波长的我。我不带电，我是波，我可以衍射也可以干涉，我是纯辐射。我存在宇宙中已经很多年，但被人类认识却仅有百余年。克鲁克斯、赫兹、特斯拉、爱迪生、劳厄、伦琴等等物理学家都研究过我。起初，在加上电压的真空管里阴极端希托夫看到过我把玻璃管壁弄出了荧光，于是人们叫我阴极射线（其实我走的是中性路线，喜欢阴柔的家伙是电子，不是我）。克鲁克斯发明了有高压电极的玻璃真空管，也看到了被我感光的照片底片。遗憾的是，他对我没有兴趣，没有继续研究下去。特斯拉摆弄克鲁克斯管的时候，看到了我的连续体高速电子受靶极阻挡而产生连续辐射，又叫做轫致辐射。可恨的是，他忘了给我取个名字，还提醒人们我对人体有伤害。赫兹在验证电磁波存在的实验中，也曾发现我有能力穿过金属箔，不过他更喜欢笼统叫我们电磁波。终于到了1895年，属于我的时代来临了。威廉康拉德伦琴，我的发现者和命名者，忘我地在一个寂静的周五夜晚工作。他惊讶地发现，所谓的阴极射线可以让有氰亚铂酸钡涂层的屏幕发光，而包裹严实的照相底片也被该射线穿透致曝光了。这种强大的穿透能力那怕是面对15毫米厚的铝板也不在话下，只有铅板和铂板才能阻挡。伦琴的妻子安娜伦琴见丈夫深夜还在工作，于是过来看他。伦琴给妻子变了个魔术，他让安娜按住照相底片用这种未知的射线拍了第一张人体照片。底片上显影出来的是手掌里的骨头，还有象征他们爱情的结婚戒指。这意味着，不需要通过解剖就可以清楚地看到人体内部的结构，从此医生多了一副强大的眼镜，可以透过皮肉看到骨骼看到体内是否有病变。伦琴兴奋地把这种未知射线命名为X射线，因为X代表未知数。从此，我有了名字，我的名字含义是未知。1895年12月，伦琴在Physical-Medical Society 杂志上发表了第一篇关于X射线的论文。之后，引发了科学界对射线研究的一轮热潮，在短短一年里发表的关于X射线研究的论文就有一千多篇。其中有一位叫贝克勒尔的家伙，发现了更多的射线，我的兄弟阿尔法射线、伽马射线和贝塔射线们相继被人们所认识。而居里夫人和他的丈夫从自然界提取了镭和钋，发现了天然放射性。以此为基础，卢瑟福用加速粒子轰击原子，发现了原子内部的结构，用新的理念打开了人们对微观世界研究的大门。这些人，都是诺贝尔奖获得者，不愧为顶尖的物理学家。而伦琴，我的发现者，是第一届（1901年）诺贝尔物理学奖。他有些很低调，有人非要改称我为伦琴射线，也有人要出高价购买X射线技术应用于医学（仅在X射线发现后四天，美国医生就用它找到了病人腿上的子弹），然而伦琴却淡淡一笑道：我的发现属于全人类。伦琴拒绝了巴伐利亚贵族院给他的贵族称号，也全额捐出了诺贝尔奖金，没有去申请X射线的专利权。爱迪生为此深受感动，他的发明工厂配合X射线接受发明了一种极好的荧光屏，使得X射线技术更为廉价和方便，这项发明爱迪生也没有申请专利权。此外，在发现我的光芒之下，伦琴还有许多重要的物理研究工作，如对电介质在充电的电容器中运动时的磁效应、气体的比热容、晶体的导热性、热释电和压电现象、光的偏振面在气体中的旋转、光与电的关系、物质的弹性、毛细现象等。1923年 2月10日，伦琴在慕尼黑去世，他为全人类留下了一笔无尽的财富。要制造我并不难。你需要一个真空密封的玻璃管，一端是灯丝状的阳极，一端是平板金属做的阴极。两端加上高电压，就会发生高速电子撞击到金属平板靶上。电子能量足够高就可以把金属内部的电子打出来而在原子内层轨道留下空穴，外层电子跃迁回到内层填补空穴的同时就会放出辐射也就是X射线我。由于高速电子撞击金属靶会发热，所以金属靶一端需要用水来冷却。早期的X射线管体积较大也容易碎，现代的X射线管已经精简到一根圆珠笔的长度了。入射电子能量较低时，可以产生与靶材无光的连续光谱X射线辐射轫致辐射，而不同内层电子跃迁产生的离散辐射谱则重叠在连续谱背景上形成特征辐射X射线标识谱。每个元素都有独特电子排布方式，因此也具有独特的一套X射线标识谱，通过测量靶材的标识谱就可以得到靶材含有元素的信息。现代的X射线仪器中的光源已经大大改进，功率也大为提高。根据麦克斯韦方程组可以推出，自由电子在高速运动过程中若改变运动方向则会同时辐射电磁波，这类在同步加速器上发现的辐射被称为同步辐射。同步辐射光源具有强度高、连续性好、光束准直好、光束截面积极小并具有时间脉波性与偏振性等诸多优势，是目前光谱学研究的最佳光源之一，X射线也属于这类光源其中一小段波长区间。中国在上海也建设了居于世界先进水平的同步辐射光源上海光源，目前一些束线站已经投入使用。自从我被人类发现以来就备受关注，然而我的用武之地不仅仅限于拍摄透视的X光片。真正将我的功用发扬光大的科学家，是劳厄和布拉格父子。德国科学家劳厄先后就读于斯特拉斯堡、格丁根、慕尼黑和柏林等几所大学，聆听过诸如希尔伯特和普朗克等大师的课程。在慕尼黑大学，劳厄和索莫菲的学生开展了关于X射线的研究。因为X射线能够用于拍摄木头里的钉子或是手掌里的骨头，许多科学家认为我应该属于一种特殊的光线，也就波的一种。但要证明我的波动性，就必须有衍射和干涉等性质，由于我的波长只是可见光的千分之一，要靠人工制作相当于如此尺寸的光栅是不可能的。聪明过人的劳厄意识到，自然界中晶体内部原子就是规则排列的，如果晶体中原子间隙合适，就可以作为X射线的光栅。只是因为晶体里存在许多层原子，等同于许多层光栅的叠加，这将使得衍射的图样非常复杂。尽管这个想法受到老板索莫菲的嘲笑，但劳厄他们还是在1912年成功做了这个实验。他们将垂直于晶轴切割的硫化锌平行晶片放在 X射线源和照相底片之间，果然发现照相底片上出现规则排列的衍射斑点。这项伟大的发现证实了我的波动性，同时提供了一种更为强大的实验工具利用固定波长的X射线可以探测晶体内部原子排布情况，人们从此可以看到晶体中原子的排列。不过要从复杂的晶体衍射斑点推演出晶体内部结构却不是件容易的事情。亨利布拉格（父）和劳伦斯布拉格（子）为此做出数学上的精巧推导，他们发现如果把有序排布的原子层当做光栅，那么不同原子层之间的入射和反射的光程差就会和原子层的间距直接相关，当光程差为入射波的整数倍时，出射光就不会因干涉而被消光从而形成衍射斑点。据此他们推导出了布拉格方程2dsin=n。利用这么简洁的一个数学模型工具，布拉格父子从已有的氯化钠的晶体结构模型面心立方型栅格离子晶体完美解释了X射线衍射斑点的分布。在氯化钠晶体中，每个钠离子被六个等距离的氯离子包围，每个氯离子被六个等距离的钠离子包围，而不存在单独的氯化钠分子。这一发现震惊了理论化学界，并立即引起了人们对岩盐在溶液中行为的思考。他们随后又解出了金刚石的结构是碳原子组成的正四面体构成。进一步的实验证实，晶体的X射线衍射花样与晶体中原子的空间排布互为傅里叶变换关系。劳厄和布拉格父子对X射线的研究诞生了一门新的技术X射线衍射技术，它使得材料内部的原子排布不再神秘所有的材料在我的强大照射下，都是可以看穿的。1915年，劳厄、老布拉格和小布拉格一起站到了诺贝尔物理学奖的领奖台上，分享这一伟大的殊荣。说完了我的历史故事，该说说我的强大能力是什么了。能力一：晶体结构分析。我的波长在0.01~1纳米之间，这正好相当于原子的大小以及固体中原子的间距。我的波长和电子的波长相当，不同的是，电子具有静止质量而我没有。那么当我入射到固体材料中是，里面的大量电子将把我散射出来，每个原子里的电子对我的散射形成叠加就相当于原子对我的散射，而每层规则排列的原子对我的散射叠加就相当于原子平面对我的反射。根据布拉格方程，对于特定波长的入射光，只会在某些角度有特定的出射光，这些角度对应着不同特征原子层间距，通过标示出这些原子层就可以推导出晶体中可能的原子排列方式。对于单晶材料（固体的内部原子在三维空间具有同一周期性规则的长程有序排列，即整个三维空间点阵为一套空间格子），我可以在底片上留下规则的衍射斑点，采用傅里叶变换就可以得到原子的排列方式。改换不同的入射和出射方向，就可以得知晶体内部原子的三维空间排布方式；对于多晶材料（由诸多取向不同的小颗粒单晶组成），则可以测量不同衍射角下出射峰并推断其属于哪个原子层，不同的材料将有自己独特的一套衍射峰分布。如果建立一套多晶衍射数据库，里面有各种晶体结构的标准衍射数据，那么通过核对就可以轻松推断出晶体中的原子排布结构。这套衍射数据库现在被称为粉末X射线衍射卡片库（PCPDF软件），是材料学研究中最重要的数据库之一。如DNA复杂的双螺旋结构，正是通过X射线衍射研究清楚的。能力二：元素成分分析。X射线管内靶材可以发射和靶材料有关的一系列特征谱X射线标识谱，不同的元素具有各自独特的核外电子排布，因此就会有一系列独特的X射线标识谱。如果把需要研究的材料当做靶材，用高能电子去轰击它就可以得到许多套标识谱，通过标示这些谱线就可以分析出材料中含有的元素成分。而通过谱权重（即特征谱线的面积）的分析就可以大致得出材料中元素的原子配比。类似的原理，我们还可以对离子晶体中离子的化学价态进行分析。通过一系列的分析，我们就可以得出新材料的元素组成和原子排布方式，从微观上探测清楚材料的性质。能力三：有机物的动力学过程观测。对于长程有序的晶体材料，X射线可以给出离散的衍射点分布，而对于短程有序的有机生物大分子，X射线给出的是一些规律分布的衍射斑。一些生物大分子在外加条件如温度、电场、磁场等环境改变时会形成不同的排列方式，而通过观测它们的X射线衍射斑就可以知道这些过程是如何发生的。能力四：固体材料中微观动力学研究。如果出射X射线和入射X射线能量存在变化，那就意味着X射线在材料中吸收或者失去了一定的能量。损失X射线的能量尺度正好相当于固体材料中原子-原子相互作用、原子-电子相互作用、电子-电子相互作用这些作用力的能量，那么通过测量不同能量损失的X射线分布，就可以认识材料中微观动力学过程。这些研究将促进对材料的力、热、光、电磁等性质的物理机制的理解。能力五：生物透视与人体透视。由于我的强大能量，可以轻松穿透一些材料，那就可以无损伤探测生命体内部结构。如研究动物的骨骼分布，探测植物的生长情况等等。在医学上的应用就是医学影像学，通过X射线照射拍出的底片，可以看出体内病变的地方，可以看到胎儿在母亲体内的位置。借助计算机，还可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像，这就是所谓电脑断层扫描（CT扫描）。在机场等地方的安检台其实就是一个X射线仪。由于X射线毕竟是高能辐射的一种，长期大剂量的辐射会影响人体的健康，故如今英美国家推广的全身安检扫描仪实际上是太赫兹射线扫描仪，它可以清晰地看到你身上密度较大的地方，一些金属材料如枪支弹药刀具等等就无处藏身了。X射线的透视功能还可以用于工业探伤，即在不破坏加工出来的零件前提下，探测内部是否存在加工缺陷。不过对于金属材料零件，则需要能量更高的伽马射线。能力六：考古和宇宙学研究。X射线还可以用于考古，它可以不破坏棺木的前提下扫面木乃伊的形态，也可以研究油画的创作过程。如图中卡拉瓦乔在17世纪代表作牧羊人的朝拜X射线照片，就可以看出作者在绘画过程中做的任何改动。我们宇宙起源于135亿年前的一次大爆炸，而宇宙中许多强烈的天文现象都会发出X射线，图中给出了美国宇航局爱因斯坦望远镜拍摄的一张X射线照片。X射线天文望远镜可以看到恒星如何被黑洞绞碎，星系间的碰撞，超新星和中子星的诞生等等过程。除此之外，我X射线还具有许多应用，在此就不一一介绍了。在结束我的自传之前，我非常乐意跟你一起分享人们拍的一些X射线艺术照。需要声明的是，这些并不是实物拍摄的X光照片，只是艺术加工出来的虚构照片，所以请你不要太较真。在这些给力的艺术照里：Linux企鹅有着一副类人的骨架，米老鼠带着她的大耳朵，卡通外星人的脑壳里其实是个小脑子，键盘里是复杂的电子元件，高跟鞋里是严重畸形的脚后跟，写字楼里到处都是忙碌的人们，洗澡的女人和抽烟的男人都被暴露无遗，性感的女模也不过是一副副白骨精，彩色X射线人体艺术更是丰富地展示了女模的内在。这些艺术照告诉我们，透过浮华的表面看共通的内在，展现出来的是另一个全新的世界。; 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【水煮物理】(23)：化作单位永流传: 热度 2 Penrose 2010-12-20 23:11; 物理光年玄月蚀日，物理学家小朋友们在 Delta星球玩捉迷藏游戏。爱因斯坦小朋友蒙上眼睛喊道：一、二、三，其他物理学家小朋友赶紧各自找个黑洞躲了起来。等他一睁眼，却发现牛顿小朋友正若无其事地看着他。抓到你了，我抓到牛顿了！爱因斯坦憨厚地笑了。狡黠的牛顿却辩解道：不，你抓的不是牛顿，而是帕斯卡！他指向脚下那块一平米见方的木板，因为一个牛顿站在一平方米上就等于一个帕斯卡。爱因斯坦小朋友很无辜，只好悻悻钻进时空飞车去找帕斯卡做他的接替人了。以上故事纯属虚构，如有雷同，皆属波函数坍缩所致。牛顿在故事中诡辩的奥秘在于：牛顿和帕斯卡即是人名，也是物理单位名。牛顿本人当然不能变身为帕斯卡，但一牛顿力和一平方米面积相除就可以得到一帕斯卡压强，这就是用人名做单位的有趣之处。科学史上，有很多用人名命名的公式、定理、单位、材料、天体、生物体和元素名称等等。物理学中也会用人名作为单位以纪念该科学家伟大贡献，这种情况在电磁学领域最为盛行，下面我们就来翻阅一下这些化作物理单位的物理学家们。库仑（ Charlse Coulomb，1736～1806，法国物理学家）。库仑对电磁学最大的贡献在于静电力和静磁力的精确测量。他发明了库仑扭秤用于测量静电力，用一根细如头发丝的金属丝线悬吊测量金属球，细丝的扭力矩将和扭转角度成比例关系，通过测量不同电荷在不同距离下相互作用时细丝的扭转角度就可以比较电荷作用力的大小。据此，库仑总结出了静电相互作用定律也即库仑定律：真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线 ,同种名电荷相斥，异种电荷相吸（异种电荷相互作用关系是通过电摆实验确定的）。后来，库仑还将静电力公式推广到磁相互作用，描述了两个磁极之间的相互作用形式。库仑定律是经典电磁学的基础，为电磁场理论的建立开拓了道路。库仑在科学上的贡献不仅局限于静电磁学方面，他还在工程力学做出了杰出的工作。库仑出身在一个富庶家庭，毕业于巴黎军事工程学院并在西印度马提尼克皇家工程公司工作了八年，然后到部队服役。在军队里，库仑做了许多关于建筑力学方面的研究，他提出了计算物体应力和应力分布的方法。库仑还对摩擦力进行了研究，提出了有关润滑剂的理论，表述出摩擦定律、滚动定律和滑动定律。为了纪念库仑的伟大贡献，人们将电量的单位称为库仑，符号为C，1库仑=1安培秒。伏特（ Alessandro Volta，1745～1827，意大利物理学家）。伏特出身于一个富有的天主教家庭，从小就过着悠闲舒适的生活，他对诗歌和自然科学同样具有浓厚的兴趣。年青时的伏特就喜欢做一些科学实验，并经常和当时知名的科学家写信交流思想。伏特的第一个重要发明是静电起电盘把一块导电板放在一个树脂圆盘上端，然后用一个绝缘柄与金属板接触，使它接地，再把它举起来，通过摩擦起电就把金属板充电到高电势，这个方法可以用来使莱顿瓶持续不断地充电。他还据此设计了一种相对静电计用于测量电势差。凭借静电盘的发明， 29岁的伏特成为了科莫皇家学校教授，并在1779年起任帕维亚大学物理学教授。随后伏特开始在瑞士等欧洲各国游历，拜访了伏尔泰、拉普拉斯和拉瓦锡等人。1791年伽伐尼实验发现静电会使青蛙的肌肉发生收缩，伏特对此问题进行了深入研究。他发现不同的金属之间相互接触会出现电势差，而金属和液体（电解质）之间接触则没有电势差，于是他把泡在电解质液中的不同金属板堆积获得了较高的电势差，这个电堆能够持续产生很强的电流。这便是人类历史上第一个电池伏特电堆（又称伏打电堆），正是有了电堆提供的持续电源才使得后期的电学研究顺利进行。在电学研究以外，伏特还发现过沼气并制作了沼气灯。虽然出身天主教家庭，但伏特却和一个歌女同居多年而在五十岁左右和另一个女人结了婚。伏特在巴黎时候在拿破仑面前表演了神奇的电堆，拿破仑非常赏识他并赐予他金质奖章，甚至到他要求退休时，拿破仑没有同意反而授予他伯爵称号并赏赐更多的荣誉和金钱。然而，拿破仑的倒台对伏特的生活并没有多大的影响，因为他只关心自己的科学研究而对政治漠然的态度赢得了大家的尊敬。1827年，隐居八年之久的伏特在别墅去世，为纪念他在电学上的成就，人们将电动势的单位取名为伏特，符号为V。安培（ Andr -Marie Amp re ， 1775～1836，法国物理学和化学家）。安培出生于富商家庭，他父亲深受卢梭教育理论的影响，从小就给他设立了一个私人图书馆，记忆力超群、数学天赋出众的安培也因此得到了非常优秀的教育。从中学教师到大学教授，到帝国大学总监，再到法国科学院院士，安培的学术之路可谓顺风顺水。也正是如此，安培在自然科学方面做出了一系列贡献。1820年，奥斯特发现电流使得磁针偏转，激起了物理学界关于电和磁关系问题研究的热潮。安培在得知奥斯特实验结果后第一时间重复了奥斯特的实验，并更加深入地研究了电流和磁、电流和电流之间的相互作用。他明确指出磁针偏转方向和电流方向关系符合右手定则，两条互不接触的平行载流导线之间存相互作用。安培总结了两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系，后来人们称之为安培定律。安培还发现电流在线圈中流动的时候表现出的磁性并制出了第一个螺线管，在此基础上发明了度量电流的电流计。安培并不满足这些实验研究成果，而是更进一步提出了分子电流假说。他认为磁体的分子周围存在环形的分子电流，使得磁体分子像一个个小磁极，磁极的有序排列使得磁体整体呈现磁性。在当时人们还不认识原子内部结构的情况下，安培的分子电流假说是非常有前瞻性的，也为后来人们对磁性起源的认识提供了一些线索（电子的磁性来自于轨道磁矩和自旋磁矩，材料的磁性主要是电子磁矩的有序排列形成的）。安培除了电学上的伟大成就，他还研究过概率论和积分偏微分方程等高深的数学问题，他几乎和戴维同时发现氯和碘，比阿伏伽德罗晚三年但独立导出了阿伏伽德罗定律，论证过恒温下体积和压强的关系，还试图寻找各类元素分类和排序的规律。安培的逸闻趣事也有不少，有一次安培在塞纳河边他边走路边思考问题，沿途拣鹅卵石并扔出去玩，然而等到了学校却发现兜里的怀表变成了鹅卵石，原来怀表被不幸扔进了塞纳河；又有一次，他在逛街途中想起了一个科学问题，于是拿起随身的粉笔就在街头的一块黑板上演算起来，没想到黑板开始动了并越跑越远，安培却拿着粉笔满大街追起了黑板，直到实在追不上了才停下，原来黑板是一辆马车的车厢后板。1836年安培在法国马赛逝世，享年61岁。为纪念安培在电学上的巨大贡献，人们将电流强度的单位取为安培，符号为A。　奥斯特（ Hans Oersted，1777～1851，丹麦物理学家）。如果非要在电磁学领域找第一人的话，那就非奥斯特莫属。 1820年，奥斯特发现电流磁效应并发表《论磁针的电流撞击实验》一篇短论文，引发了欧洲物理界对电和磁动力学关系的一系列研究，并因此逐步建立了电磁学。奥斯特深受康德和谢林哲学的影响，为此他深信电和磁之间必然存在某种联系。通过仔细研究库仑的实验结果，奥斯特认识到静电和静磁确实不能相互转化，于是开始思考运动的电荷即电流与磁的关系。一次物理讲演中，奥斯特意外发现导线在通电的瞬间使得旁边的磁针发生了跳动，激动万分的他紧紧抓住这个现象深入研究。通过大量的实验，奥斯特发现闭合回路中电流确实能够使磁针发生偏转，并且偏转方向与电流和磁针的相对位形有关系，同时他也确认电流不能与非磁性物质发生相互作用。除了电磁学以外，奥斯特还对化学亲和力、温差电效应、提炼金属铝、抗磁性等方面进行了研究。他是一名热情洋溢且非常注重实验科研的科学家，也是一位卓越的演说家和科普家，在他的倡议下创建了丹麦第一个物理实验室。奥斯特还和小他28岁的丹麦童话作家安徒生有着亲密的友谊，安徒生经常是奥斯特家的座上宾，每个圣诞节都给他家里装饰圣诞树并写诗在圣诞礼物上。奥斯特曾是安徒生报考哥本哈根大学时的主考官，两人由师生关系演化成了朋友关系。安徒生甚至一度暗恋奥斯特的小女儿，而他的童话《两兄弟》正是以奥斯特他们两兄弟为原型的。奥斯特给安徒生讲述的科学哲学观影响了他的童话，而安徒生的文学气质也感染了奥斯特写诗歌和散文，两人的友谊可谓是自然科学与人文科学碰撞中闪亮的火花。1851年3月9日奥斯特在哥本哈根逝世，享年74岁。1908年，丹麦设立奥斯特奖章以表彰做出重大贡献的物理学家。1937年美国物理教师协会设立奥斯特奖章，用以奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。1934年，人们在高斯单位制中采用奥斯特作为磁场强度的单位，符号为 Oe，以纪念这位伟大的物理学家。高斯（ Johann Carl Gauss，1777～1855，德国数学家、物理学家）。数学王子从小就展露出他神奇的数学天赋，尽管贫寒的工匠家庭，但因他聪敏过人的头脑而得到了一些贵族的资助进了学校受教育。高斯先后在 Carolinum学院和哥廷根大学学习，在他20岁以前就有了许多令人惊叹的数学成就。高斯的母亲是个文盲，父亲只是个小工匠，据说三岁的高斯就能帮助父亲纠正一些账目的错误。还有个故事是说在高斯9岁的时候，老师出了一道自然数从1到100的求和题，高斯用极短的时间就给出了正确的结果5050。根据史书记载，实际上那个求和的等差数列要更为复杂，是81297+81495+......+100899（公差198，项数100），这恐怕是中学生都要为此抓耳挠腮半天的题目，而高斯则能够在头脑中进行快速复杂的运算得出正确结论。高斯在数学上的贡献有很多：15岁的高斯独立发现了二项式定理的一般形式和数论上的二次互反律；18岁的高斯发现了质数分布定理和最小二乘法；针对多次测量的数据结果分布，高斯得到一个概率性质分布函数标准正态分布也称高斯分布；19岁的高斯仅用直尺和圆规便做出了规则的正十七边形，超越了阿基米德和牛顿。5年后，高斯又证明了形如Fermat素数边数的正多边形可以由尺规作图完成；他证明了n阶的代数方程必有n个复数解（即代数基本定理或高斯定理），导出了三角形全等定理的概念。在天体物理研究上，为了计算谷神星的轨道，他引进或证明了诸多数学定理，天文学家在他预测的轨道上发现了这颗小行星，从此高斯声名鹊起。1818年至1826年，高斯主导了汉诺威公国的大地测量工作。通过他发明的以最小二乘法为基础的测量平差的方法和求解线性方程组的方法，显著的提高了测量的精度，并因此还发明了日光反射仪，可以将光束反射至大约450公里外的地方。为了用椭圆在球面上的正形投影理论以解决大地测量中出现的问题，高斯发展了曲面和投影的理论，并因此他成为了微分几何的重要始祖人物之一。他还独立地提出了不能证明欧氏几何的平行公设具有物理的必然性，但他的非欧几何理论并未发表。19世纪初的电磁学热潮也吸引了这位数学天才，50多岁的高斯发明的磁强计，现在被称为高斯计。他和比他小27岁的韦伯一起进行电磁学的研究，他们制作了第一个电话电报系统，从理论上画出了第一张地磁场图并给出了地磁南极和地磁北极的位置，在次年被美国科学家实验观测证实。63岁高龄的高斯甚至决定开始学习俄语，并且他迅速掌握了这门外语。高斯喜欢随时做笔记，但他只把成熟的理论付诸发表，在他去世后人们发现了20多部笔记，据说这也只是高斯笔记的一部分而已。1855年2月23日清晨，一代数学巨星高斯陨落。为了纪念高斯在科学上的贡献，人们取磁感应强度单位为高斯，符号为 G 。在电磁学单位制中，形成了一套标准单位制称为高斯制（ CGS制），它和国际标准单位制（SI制）的换算关系比较复杂，其中磁感应强度的换算关系是：10000 高斯=1特斯拉，磁场强度换算关系是1000 安培/米＝4 奥斯特。欧姆（ Georg Simon Ohm，1787～1854，德国物理学家）。欧姆的父亲是一个自学数学物理知识的锁匠，这位父亲教育出了一名著名物理学家乔治.欧姆和一名著名数学家马丁.欧姆。16岁的欧姆便到埃尔兰根大学，然而却因为家庭困难而辍学，一直到他26岁才完成博士学业。欧姆的职业生涯有很长的一段都是中学教师，缺乏实验仪器设备，但这并不磨灭他对科学的热情，为了进行电学实验他经常亲手制作仪器。根据奥斯特发现的电流磁效应和库仑发明的静电扭秤，他制作了一个电流扭秤用以测量电流大小。为了避免伏特电堆的电动势不稳定性，他采用温差电池做电源，测量了不同长度导线在相同电压下的导电电流大小，得出了欧姆定律（具体故事请参考 (2 1 ）：电荷的买路财）。欧姆定律及其公式的发现，给电学的计算带来了很大的方便。人们为纪念他，将电阻的单位定为欧姆，简称欧，符号为（欧米伽）。法拉第（ Michael Faraday，1791～1867，英国物理学家）。铁匠的儿子法拉第靠自学成才，成为了一代科学巨匠，最高任职英国皇家学会会员和英国皇家实验室主任。法拉第发现的电磁感应现象说明不仅电可以产生磁，磁也可以产生电。在库仑的静电和静磁研究之后，有了动电和动磁学研究，这些详尽的实验结果为麦克斯韦建立电磁学大厦的理论提供了必要的基石。有关法拉第的故事，读者可以参考 (22): 学电磁三侠、闯物理江湖。人们为了纪念法拉第的科学贡献，取电容单位为法拉第，符号为 F。亨利（ Joseph Henry，1797～1878，美国物理学家）。亨利也是个自学成才的物理学家，他仅读过小学和初中，但靠勤奋自学考进了纽约州奥尔巴尼学院，并准备做一名医生。毕业后他留校任教，教的却是自然科学和数学，直到他 50岁左右才结束教师生涯去新成立的斯密森研究所就任秘书和第一任所长，主要研究气象学。然而亨利的大部分科学贡献都是在物理学领域：1829年，亨利改进了威廉史特京发明的电磁铁，即让组成线圈的导线彼此绝缘，这一改进使得小小的电磁铁可以吸起数百公斤甚至上吨重的铁块，这为将来电磁起重机的发明奠定了基础； 1830年，在法拉第发现电磁感应现象的前一年，亨利实际上就观察到了绕在软铁棒上导线回路中存在电磁感应现象，遗憾的是因为公务和教学的繁忙他当时并没有公布实验结果；1832年，亨利发现通有电流的线圈在断路的时候有电火花产生并发表《在长螺旋线中的电自感》一文，宣布发现了电自感现象；其实亨利早在赫兹实验40年前就在实验中观察到了电磁波传播现象，只是受当时认识局限并没有意识到该发现的重要性；亨利甚至在莫尔斯之前发明了电报，他也发明过电动机的原始模型，然而淡薄名利的他并没有去为此申请专利。尽管如此，亨利仍然不失为公认的著名电学家，为了纪念亨利的贡献，电自感系数和互感系数的国际单位以亨利命名，符号为H。韦伯（ Wilhelm Eduard Weber，1804～1891，德国物理学家）。韦伯出生于知识分子家庭，他在哈雷大学主要研究的是声学并撰写了关于簧风琴管的理论。1831年起，韦伯任哥廷根大学教授并和高斯成为挚友，两人在有线电报、地磁场测量等多个方面开展了广泛的合作，且因此发展出了多种灵敏的磁强计和其他磁学仪器，并电磁学的单位制高斯制。韦伯测定了电量的电磁单位和静电单位的比值接近于光速，这是麦克斯韦认为光也是电磁波的重要实验依据。韦伯最重要的物理学贡献在于提出了电作用的基本定律，基于运动电荷之间的基本相互作用力决定了各种电的和磁的作用这个物理思想，他将库仑静电定律、安培电动力定律和法拉第电磁感应力统一在了一个公式中。韦伯还用电流体和电粒子模型试图解释电阻和电导率，这为德鲁特和洛伦兹发展电子论提供了理论基础，而后者则是爱因斯坦狭义相对论的摇篮。为了纪念韦伯对电磁学的贡献，人们取国际单位制中磁通量单位为韦伯，符号为Wb。赫兹（ Heinrich Rudolf Hertz，1857～1894，德国物理学家）。赫兹对电磁学的主要贡献在于用实验证实电磁波的存在，从而使得麦克斯韦理论得到大家的认可，完善了电磁学大厦。赫兹在柏林大学师从著名的亥姆霍兹教授，28岁的他就担任卡尔鲁厄大学物理学教授，并在四年后接替克劳修斯任波恩大学物理学教授。1886年至 1888 年，赫兹试验验证了无线电輻射具有波的所有特性，并发现电磁场方程可以用偏微分方程形式的波动方程来表达，进一步完善了麦克斯韦方程组，得出了更加优美、对称的麦克斯韦方程组现代形式。他发现电磁波与光有相同的速度，同时有反射、折射等现象，而且对电磁波的波长、频率做了定量的测定。这些实验结果，引发了关于光的本质的新一轮大讨论。赫兹还通过研究紫外光对火花放电的影响，发现了光电效应，这一效应直到爱因斯坦才给出理论解释，也因此孕育了量子力学。赫兹也同时发展出电磁波发射、接收的方法，可谓是无线通讯的始祖。无线电的推广和应用使得十九世纪人们的生活起了翻天覆地的变化，无线电调音调频广播、雷达通讯、卫星电话、调幅调频电视、卫星导航、微波加热、射电天文学等等都是无线电的用武之地。赫兹一家可谓科学家家族，除物理学家海因里希赫兹以外，他的侄子古斯塔夫赫兹是诺贝尔奖获得者 , 而古斯塔夫的儿子卡尔赫兹则发明了超声影像医学（如 B 超等）。 1894年，年仅37岁的赫兹因为败血症英年早逝。为了纪念赫兹的科学贡献，人们取频率的单位为赫兹，1赫兹=1/秒，符号为Hz。特斯拉（ Nikola Tesla，1856～1943，克罗地亚/塞尔维亚物理学家）。关于尼古拉.特斯拉的科学贡献，人们认为他人类有史以来继里昂纳多.达芬奇之后的旷世奇才。现代社会已经离不开电的使用，而只要用到电的地方，几乎都离不开当初特斯拉的科学贡献，特斯拉被誉为创造出二十世纪的人。1856年，特斯拉出生于一个普通的塞尔维亚小村庄，他一生可谓是神秘而传奇。特斯拉似乎天生就不是一个好学生，他在格拉兹科技大学修读电子工程，但只在大一上过一学期课，没有毕业；1878年，他离开格拉茨并且与家里断绝了所有的联系，消失之后的特斯拉去了斯洛文尼亚工作，期间患上了精神衰弱；1880年在父亲的劝说下回到布拉格大学就读，然而父亲去世后他立马离开这个也只读了一个学期的学校。特斯拉的思考和记忆能力异乎于常人，他每天只睡眠2个小时，而他的记忆是照相机一般的生动记忆，他能在病痛中通过炫目的闪光和幻觉来想象事物的细节，这便是视觉思维的奇特技巧（恐怕只有达芬奇的特异功能才能与之媲美）。1881年，特斯拉在匈牙利布达佩斯开始了他的发明之路，在那里他发明了扬声器和感应马达。1884年，特斯拉携带一纸推荐信来到了爱迪生公司，正是在这里，特斯拉为爱迪生公司的共发明了24项新设计，其中最著名的就是直流电机的发明。然而，企业家们用特斯拉的发明聚敛了大量财富，当特斯拉向爱迪生提出每周薪水从18美元涨到25美元时却被无情地拒绝了。而爱迪生对交流电的顽固排斥使得特斯拉最终愤怒地离开爱迪生电力照明公司，在公司的最后一个小时，他用挖水渠的方式讽刺了整个公司的势利和无情。1888年，特斯拉获得西屋公司的支持开展了交流电传导的研究，他很快发明了交流发电机并向公众展示交流电的优势。遗憾的是，爱迪生及其追随者们却用电刑和电椅来处决囚犯的形式不断打压特斯拉，并冠以科学异端之名。事实上，交流电在很多情况下还是非常安全的，为此特斯拉还进行了一系列人体交流电实验，这些实验场面看起来都非常恐怖，但人却安然无恙。有意思的是，如今美国还有一种叫做微电流面霜的化妆品，他们声称面霜中的金属颗粒可以在皮肤表面产生微电流，可以刺激肌肤的新陈代谢而防止皮肤角质化。在交流电最终战胜直流电成为输电的首选之后，许多企业家意图独占牟利，但特斯拉却选择放弃交流电专利，条件是让交流电专利永久公开，成为一项永远免费的发明，只是这一举动使得特斯拉长年处于穷困潦倒的境地。不过，特斯拉的贡献并局限于交流电。1889年，特斯拉在美国科罗拉多开展了无线电的一系列实验和发明，他甚至记录到了外太空电波信号并尝试向火星发讯息。特斯拉还发明了特斯拉变压器，交流电摩打，太阳能系统，雷达装置，机器人，死光，测谎仪，提出电磁射频武器概念...这些发明和发现大大超越了时代，有的理论就连现今最先进的科学技术也无法完美解答。晚年的特斯拉还致力于提出各种奇怪的物理理论模型，他尝试推导用电和磁来弯曲时间和空间的可能性；深深着迷于光的波粒二象性，并试图建立电磁波的光之墙让时间、空间、重力和物质被意志所改变；发明了意识摄像机通过机器把人类视网膜看到的图像投影出来；81岁的特斯拉提出了《重力的动态理论》，似乎已经是场论的雏形。特斯拉能流利地说8种语言：克罗地亚语、捷克语、英语、法语、德语、匈牙利语、意大利语、拉丁语。他和作家马克.吐温是好友，两人一起在实验室度过了许多美好时光。1943年，特斯拉在纽约的旅馆因心脏衰竭而去世，享年86岁。特斯拉的身后，是因为放弃诸多发明专利权而导致的累累债务。为了掩盖特斯拉的科学贡献，美国政府甚至偷偷删去了有关他的历史记载，并把他的许多发明和研究成果没收或列为高级机密，一位有史以来最为伟大的科学家之一便这样悄然淡出了公众的视线。是金子总会有发光的时候，科学是不会被人轻易遗忘的，为了纪念特斯拉的科学贡献，人们把国际单位制中的磁感应强度单位取为特斯拉，符号为T。 C 、 V、A、Oe、G、、F、H、Wb、Hz、T一个个符号组成了电磁学的基本单位，而这些物理学家们也因此让后世所有学习物理和使用物理的人们不断想起他们的杰出贡献和趣闻典故，可谓是化作单位永流传。有趣的是，科学家人名除了在单位中可以流传，他们同样可以化作money常流通。本文最后，让我们来认识一些印在钱币后面的科学家头像（钱币上的头像可不是领导人的专利哦！）。最早的科学家是德谟克利特，他被印在了100希腊德拉马克上。面值最小的钱币是牛顿1英镑，其次是爱因斯坦5以色列里拉还有史蒂文森5英镑。大面值的是特斯拉5000000南斯拉夫第纳尔。世界上最大面值的钞票是南斯拉夫的500000000000 （五千亿是个天文数字，但是不要惊讶，它只等值于 5 美元，目前收藏价值为 70 元人民币）第纳尔，票面上印着兹马耶他是南斯拉夫的一位诗人。; 个人分类: 水煮物理|14582 次阅读|15 个评论

【水煮物理】(22)：学“电磁三侠”、闯物理江湖: 热度 2 Penrose 2010-12-5 13:13; 把三个人凑一块儿总会发生一些很神奇的事情，话说三个臭皮匠赛过诸葛亮，又有三人行必有我师等等。洋人里有三个火枪手，中华则有才子李靖、佳人红拂和侠者虬髯客并为风尘三侠，一代传奇，流芳数百年。北侠郭靖有云：侠之大者，为国为民。而物理学作为超越国界的基础自然科学，其中之大侠则泽荫全人类甚至跨越时空乃至影响无穷久远。这里我们要说的电磁三侠即是：实验物理大侠法拉第、应用物理大侠爱迪生和理论物理大侠麦克斯韦，他们的实验、发明和理论深深地影响着人类的生产和生活，直到今天我们仍然怀着无限感恩和无比敬仰的眼光去阅读他们的事迹。实验物理大侠法拉第（ Michael Faraday， 1791 ～ 1867 ）。一个贫苦的英国铁匠孩子，最高学历为小学二年级，凭借自身的勤奋和天才的动手能力和思考能力成为著名的物理学家和化学家，在电磁感应、电磁磁场关系、苯的发现和研究等诸多方面用简单而又精巧的实验揭示了自然伟大的奥秘。他提出的力场概念被物理学广泛接受并推广，至今仍然是物理学中最为基本也是最为重要的概念。法拉第的童年时代是贫穷凄苦的，他随着父亲搬到伦敦，试图在这个大城市里寻找生活的希望。九岁的法拉第就已经是一个文具店里的学徒，十二岁的法拉第是一个街头的小报童，十四岁的法拉第又成为了书店的图书装订工。童工的生涯并没有让法拉第消沉，相反，他利用书店的资源博览群书，对自然科学产生了浓厚的兴趣，尤其是《大英百科全书》里的电学部分知识深深吸引着他。他甚至自己动手做静电起电机等简单的物理和化学实验，组织年轻人成立一个科学学习小组，互相讨论交流思想。十九岁的他开始市参加哲学学会的活动并频繁听自然哲学讲演。改变法拉第命运的是几次皇家研究所戴维爵士的化学讲演，戴维渊博的知识和精彩的讲演让他倾倒，他甚至把精心记录的笔记整理装订成一本书册名曰《戴维爵士演讲录》，并附上一份自荐信作为圣诞礼物一起寄给了戴维。戴维显然为如此真诚的粉丝而万分感动，恰巧眼睛因化学事故受伤的他正需要一名得力助手，于是 22 岁的法拉第开始给戴维打工。戴维带着法拉第到欧洲的诸个国家考察并结识当时许多著名的科学家，那个时候法拉第的身份是一个仆人。随着眼界的拓展和知识的丰富，法拉第开始大胆的科学实验，并很快取得了许多化学成果，如创立金相分析方法、用取代反应制备六氯乙烷和四氯乙烯、发现氯气等气体的液化方法等。更为重要的是他对电化学的实验研究，并总结出了法拉第电解定律：电解释放出来的物质总量和通过的电流总量成正比，和那种物质的化学当量成正比。当然最出名的还是他对电磁学的研究。 1821 年法拉第从奥斯特发现的电流使得磁针偏转现象出发，制作了电动机的雏形固定的磁铁让通电的线圈转动起来； 1831 年法拉第发现了电磁感应现象磁铁穿过闭合回路时会产生电流； 1845 年法拉第发现了磁光效应偏振光通过磁场后其偏振作用会发生变化； 1837 年法拉第首次引入力场的概念，他认为电和磁周围都存在场，场的强度和方向可以用力线的方向和密度来表示，处在场中的电荷或者磁将会因此受到相互作用。他用铁屑撒在磁铁周围，非常形象地看到了磁场的分布，而著名的冰桶实验则证明了电荷守恒定律。场概念后来被物理学家发扬光大，成为描述自然界相互作用的基本概念，是近代物理学的基础，这也是法拉第一生当中最为重要的科学贡献。 1825 年法拉第接替戴维任皇家研究所国家实验室主任，他的科学导师戴维曾说他对科学最重大的贡献就是发现了法拉第。伟大的科学家法拉第又是一个平凡的普通人。他经常做公众科普演讲和组织科学讨论会， 19 年里不间断地坚持青少年通俗科学讲座并把讲稿编成了一本著名的科普读物《蜡烛的故事》。他热心于公众科学事业，为人质朴、谦虚谨慎且不图名利，以至于外人来皇家学院做实验时会误认他是看门的老头。在法拉第的实验记录本里，几乎没有任何数学公式，而有的是他实验过程的一张张图表，直观形象地显示了物理图像。他不愿意为拿高额的报酬，也不愿意接受皇家学会会长的提名，他认为这会因此而影响他的科研工作。他想做的，只是一个普通平凡的公民，可以自由畅游科学的海洋。 1867 年 8 月 25 日法拉第在他书房里安详地去世，他被葬在普通人的公墓里，墓碑上只有他的名字和出生年月。物理学界为了纪念法拉第，选取电容单位命名为法拉第，让后世永远铭记这位平民科学大家。法拉第的故事告诉我们： 1 、做好科学研究，出生不是问题，学历也不是问题，贫穷更不是问题，关键是要持久拥有一颗对科学无比执着热爱的心！ 2 、优秀的导师很重要，他能把你引领到科学的前沿，但是在此之后更为重要的是你自己的勤奋和努力； 3 、丰富地阅读文献资料是从事科学研究的基础，大胆和创新是科学前进的重要源泉，做一个好的实验物理学家最重要的是对物理图像和物理概念的深刻理解和认识，而不是数学公式推演和习题论证； 4 、科学研究中需要谦虚、谨慎、认真、勤恳，繁复的职务和诱人的高薪只会拖累科学本身； 5 、科学是平民的科学，科学知识不是科学家的专利而是大众的财富，让更多的人懂得科学才是科学真正的成功。应用物理大侠爱迪生（ Thomas Alva Edison， 1847 ～ 1931 ）。提起爱迪生，人们的第一印象应该是发明大王。他一生有近 2000 项发明，其中在专利局正式登记的就达 1300 项，近现代社会用的电器如电灯、留声机、电话、电报、电影等等无不和爱迪生的发明有关联，电磁学的种种物理实验现象和原理在他手上变成了人类服务的不竭财富，极大地推动了人类社会进入电气时代。他创立的爱迪生电力照明公司在后来和汤姆休斯顿公司合并成为了通用电气公司统治了电气领域的长达一个世纪，至今通用电气公司（ GE ）仍然是全球最大的机械电器制造商和销售商之一。然而这样的一位发明大王兼企业大亨，却仅仅上过三个月小学，原因是曾被老师认为是低能儿而退学。他的知识只来源于母亲的耐心教导和勤奋的自修，靠着他对自然的强烈好奇心、亲自实验的本能、惊人的工作精力和团队组织协调能力，爱迪生一步步点亮了发明大王的智慧光环。爱迪生小时候最大的特点就是有无穷无尽让人费解的问题，任何人都是他的发问对象，问到你烦的不行也不罢休。正是如此他的小学老师才把他列为低能儿对付他那些愚蠢的问题实在太痛苦了。爱迪生另一个特点就是当他问问题得不到满意的答案时，他就会亲自动手用实验来验证他的想法。比如著名的爱迪生孵小鸡的故事，他认为既然鸡妈妈蹲在鸡蛋上面可以孵出小鸡，那他蹲在上面也可能孵出来。他看到铁匠用火烧红铁块，就想弄明白火究竟是什么，并着手在家里牛棚里开始实验，结果他把牛棚给点着烧掉了。他也曾想探究马蜂窝里的奥秘，然后被马蜂蛰的满脸肿痛。他甚至在自家地下室建设了一个小实验室，为了保护自己的实验品，他还故意贴上毒药的标签。爱迪生少年时代就展示了他的商业才能，十二岁的他利用自己在火车上卖报的钱在底特律开了两家小店，并雇用两个少年帮他看店约定和他们共同分享红利。然而爱迪生与电结上不解之缘则起因于一次见义勇为他勇敢地救下了铁路站站长的儿子，作为报答，站长教了他电报技术并让他成为电报技术员。因为在电报局是上夜班，而上级要求每个小时必须给对岸发一次电报，为了能够偷懒睡觉，爱迪生于是做了一种自动定时发报的机器，后果是他被发现上班时间睡觉而解职然后被迫流浪，在一些电信电报公司之间游荡。后来回家后经朋友推荐重新找到了一份电信技工的工作，在波士顿他有了人生的第一个发明一台会显示 Yes 和 No 的自动表决器，获得了生平第一项专利权。从此，爱迪生开始了他的发明人生路。 1869年爱迪生和朋友联合设立波普 - 爱迪生公司，专门制造和改良一些事务机器，如黄金行情显示器，股票行情显示器，金价印刷机等等。他的第一桶金是转让专利的四万美金，这笔巨大的收入让他在 1876 年成立了自己的制造工厂新泽西梦罗园（门罗公园）工厂，也就是人们常说的爱迪生发明工厂。以爱迪生为首的一群青年科学家开始实现他们的发明之梦。他们的主要发明有： 1 ）同步发报机。早期的发报机一次只能传递一个讯息，爱迪生作为一个电报技师把传统发报机改良成了二重发报机，随后又改进成四重发报机，成功实现了同步发报； 2 ）改良电话机。人们熟知电话是贝尔发明的，事实上不完全如此，因为爱迪生的电话专利申请仅仅比贝尔晚递交两个小时而失去了专利权。电话之所以能够大规模地使用，关键在于爱迪生在 1877 年发明了能够清晰收发语音的碳粉送话器以及声波分析谐振器，否则人们能听到的只是一片沙沙的噪音。同年爱迪生也申请了三项笔类的发明专利：穿孔笔、气动铁笔和普通铁笔； 3 ）留声机。这是爱迪生最为心爱的发明之一。 1877 年底，梦罗园实验室实现了人类有史以来的第一次录音，是一首儿歌。后来经过十几年的不断改进，留声机由滚筒式改成了胶木唱盘式，就是我们熟知的经典唱片机； 4 ）复印机。爱迪生发明过石蜡纸，起初只用于一些食品包装，后来他发现用石蜡刻字纸版可以用于油墨印刷。 1876 年，爱迪生开始批量生产他的复印机，广受学校和政府事业单位的欢迎； 5 ）电灯。 1878 年爱迪生开始着手解决电照明的问题。他从改革弧光灯（当时巴黎的一种电照明装置）着手，试图改进为白光灯。为此最重要的就是找到物美价廉的灯丝，这种灯丝要在 2000 o C 下耐住近 1000 小时。起初他用碳化物质如竹棉、石墨等试验，后又改用高熔点的铂铱合金，又尝试了一千多种其他材料，但都失败了。后来他的助手们发现把炽热的灯丝密封在真空环境里可以保持较长的寿命，于是爱迪生又回到碳质灯丝上来。三年里几乎每天都工作十八九个小时，终于在 1880 年找到了可以点亮 1200 小时的碳化竹丝材料。同年爱迪生还研究过直升机，发明磁力筛矿器，并在 1891 年改进成爱迪生选矿机，开始自行经营采矿事业。 1880 年 5 月第一艘用电灯照明的哥伦比亚号轮船试航成功， 12 月爱迪生在纽约成立爱迪生电力照明公司，次年在第五大街设立总部并成立工厂。直到 1908 年，多孔脆弱强度低的碳化竹丝才被强度大的钨丝替代，这类白炽灯一直沿用至今； 6 ） 1882 年，爱迪生发明电流三线分布制，建立了第一家输电公司，不仅为千家万户带来了电的光明也为电力工业化进程奠定了基础。同年他还发现在近真空状态下，电流可以在不相互接触的电线之间通过，称之为爱迪生效应。后人发明真空电子管便是基于此原理，真空管的发明开启了电子信息时代； 7 ）电影。 1891 年，爱迪生获得活动电影放映机的专利，并在 5 月向公众展示了活动电影视镜。 1893 年他们建立起了世界上第一座电影摄影棚，次年在纽约有了第一家活动电影放映影院。 1903 年爱迪生的公司制作了第一部故事片《列车抢劫》。 1912 年成功发明了有声电影，影像和声音媒体时代来临； 8 ）新型蓄电池。最早的蓄电池是伏打电堆化学蓄电池，爱迪生后来研制了碱性蓄电池。 1902 年第一台蓄电池动力车试验成功， 1909 年成功发明了可提供源动力的蓄电池，同年研制出了传真电报； 9 ） 1915 1918 年第一次世界大战期间，爱迪生还发明过少军事装置，如鱼雷机械装置，喷火器和水底潜望镜等； 10 ）爱迪生最受争议的发明是电椅。由于当时认识的局限，爱迪生只信任直流电而强烈批评交流电，认为使用交流电非常危险。而实际上交流电更适合于远距离传输，是更为经济合理的电力。爱迪生和他的支持者们为了打击对手，决定把交流电和死亡联系到一起，他们曾在公众面前表演交流电如何电死各种动物。在 1888 年，纽约州政府同意给死囚实行电刑，并又爱迪生实验室制作了第一把电椅。 1890 年第一个被电刑处决的死囚死的并不顺利，反复的电击把他烧的焦臭无比，让人们对电刑带来恐惧和不安。后来美国才以毒气和注射的方式进行处决死囚。遗憾的是，爱迪生始终顽固地坚持不用交流电，最终他的公司每况愈下。后来摩根把汤姆休斯顿公司和爱迪生照明公司合并成了通用电气公司。 1931 年 10 月 18 日，爱迪生在西奥伦治逝世，享年 84 岁，为了悼念这位伟大的发明家， 10 月 21 日全美熄灭了他发明的电灯。爱迪生的故事告诉我们： 1 、不要轻易地判断一个孩子的智慧高低和前途的好坏，哪怕他只上过几个月的小学； 2 、胸中有问题（好奇心）、喜欢问问题（好学心）、善于解决问题（探究心）是作为一个科学家的向前发展的最大潜力； 3 、天才离不开 99% 的勤奋与汗水，但有时更需要的是那 1% 的灵感； 4 、人生短暂，只争朝夕，要利用有限的时间作出无限的事业才能获得最大的成功； 5 、即使是权威也有失误的时候，对待新事物不应只是排斥，而是经过试验考证后尝试去接受甚至改进它，为我所用才能让自己走的更远。理论物理大侠麦克斯韦（ James Clerk Maxwell， 1831 ～ 1879 ）。和前两位大侠风格不同，麦克斯韦是典型的好出身、优质教育加聪颖的头脑。麦克斯韦有个做律师的父亲，他的教育经历是爱丁堡中学和爱丁堡大学以及著名的剑桥大学三一学院那是伟大的牛顿工作过的地方，有着那颗激发智慧的苹果树。麦克斯韦的主要成就是系统完善地阐述了经典电磁理论，庞大而复杂的电磁学现象被他归纳为简洁的四个微积分方程麦克斯韦方程组，这个方程组被认为是物理学最优美的公式；他还创立了统计物理学，提出了许多统计物理概念和理想实验，其中包括传奇的麦克斯韦妖；他在英国建立起了卡文迪许实验室并担任第一任实验室主任，该实验室至今还是世界上著名的科学研究中心之一。麦克斯韦 1831 年出生于苏格兰爱丁堡，这一年法拉第发现了电磁感应现象，似乎暗示着这他们人生之间存在密切关联。孩童时的麦克斯韦同样是个勤学好问的小家伙，和爱迪生不同的是麦克斯韦父亲及其他长辈会耐心给他解释，虽然很多时候都会被他古怪的问题难倒。老麦克斯韦发现儿子对自然科学很感兴趣，就经常带着他一起去参加他也喜欢的爱丁堡皇家学会科学讲座。麦克斯韦八岁那年母亲因患肺结核不幸去世，父亲就成了他相依为命的唯一亲人。就读爱丁堡中学时，时常因为他奇怪的乡下土音以及父亲做的奇怪衣服而惹老师和同学们嘲笑，麦克斯韦就经常独自一人躲在角落里读歌谣看图画演算数学题。直到一次全校数学和诗歌比赛，两项第一名都由同一个人获得，他就是不起眼的麦克斯韦。从此同学和老师都对他刮目相看，作为优等生麦克斯韦获得了大家的尊敬和仰慕，他的数学天赋也在父亲的认真教导下渐渐崭露头角。 14 岁的麦克斯韦就在《爱丁堡皇家学会学报》上发表了一篇关于二次曲线几何作图的数学论文，他的方法甚至比当年数学大师笛卡尔的方法还要简便一些。麦克斯韦还有一大特长就是诗歌写的好，时常被同学们传抄朗诵。他还喜欢玩陀螺并非常乐意教朋友们玩。诗歌和陀螺成了他毕生的两大爱好。随后麦克斯韦考上了苏格兰最高学府爱丁堡大学，在这里他的数学和物理学知识得到了进一步的丰富。为进一步深造，麦克斯韦在 1850 年来到了英国最好的学府之一剑桥大学就读。这里，有牛顿也有达尔文的足迹。而麦克斯韦正是在三一学院遇到了伯乐名师数学家霍普金斯，从此引领他走上了数学物理之路。起因于霍普金斯要到图书馆借一本数学专著，却被告知刚被人借走。因为这是一本非常难读懂的数学论著，霍普金斯好奇地找到的借书人麦克斯韦，发现他正在埋头做凌乱不堪的笔记摘抄。于是霍普金斯笑了：年轻人，如果没有秩序，你永远成不了优秀的数学物理学家！从此麦克斯韦投入霍普金斯门下做研究生。这是一个高手如云的门派，霍普金斯先后培养出了物理学家威廉 . 汤姆逊也就是开尔文勋爵和数学家斯托克斯。麦克斯韦在霍普金斯的教导下养成了严格细致的学习习惯，并在师兄斯托克斯的带领下迅速掌握了当时先进的数学方法，成为霍普金斯的又一令他自豪的高徒。 23 岁的麦克斯韦在师兄斯托克斯的主持下参加了数学学位考试，考题是关于曲面积分和线积分一个当年斯托克斯刚刚发现的定理（这个定理也是麦克斯韦方程组的数学基础之一），麦克斯韦获得了优等第二，并在这一年开始对电磁学产生了浓厚的兴趣。在阅读法拉第的《电学实验研究》和跟师兄威廉 . 汤姆逊的物理讨论后，麦克斯韦开始试图用数学的语言来描述法拉第的实验结果。 24 岁时麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文《论法拉第的力线》，他用一个矢量微分方程成功描述了法拉第关于场力线的学说。 1856 年麦克斯韦父亲病逝，他此前为了照顾父亲而选择了离家较近的阿伯丁工作，在那里做了四年的物理学讲座，期间他经常给法拉第写信探讨电磁学的奥秘。 28 岁那年，麦克斯韦全家搬到了伦敦，他开始在伦敦皇家学院任教。在这里，他特地拜访了比他大 40 岁的法拉第，两人进行了非常愉快而热烈的会谈，理论和实验的碰撞激发了灵感和智慧的火花。法拉第的鼓励让麦克斯韦树立起了更大的信心，麦克斯韦试图建立一个以太模型对法拉第力线的概念进一步探讨。麦克斯韦通过研究发现，电场变化下的电介质中确实存在位移电流，其速度几乎等于光速，并发表了第二篇电磁学论文《论物理学的力线》。这篇划时代的论文基于法拉第的力线观点，从理论上引申和发展了电的传播特性。此后麦克斯韦意识到位移电流的物理含义在于变化的磁场可以产生电场，而变化的电场也可以产生磁场，这正是对电磁感应现象的理论解释！据此，麦克斯韦推到出了两个微积分方程式，后人总结为麦克斯韦方程组。位移电流的概念实际就是电磁波的预言， 1865 年麦克斯韦在第三篇电磁学论文《电磁场动力学》中用数学方法完美论证了电磁波的存在，并根据电磁波传播速度为光速而大胆猜测光也是一种电磁波，这一推测大大推进了人们对光的本质的认识。 1873 年麦克斯韦完成了《电磁学通论》一书，经典电磁学的研究从库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人丰富的实验成果和简单理论模型终于走向了大厦落成的一天。只是遗憾的是麦克斯韦超越时代的观点并不被广泛接受，尽管观念非常新奇而令人激动，但它的数学和物理内涵却是高深难懂的。直到 1888 年赫兹用实验验证了电磁波的存在，而且和光一样具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质，测定出的频率和波长直接确定了其传播速度等于光速，即证明光也是一种电磁波。之后，人们才意识到麦克斯韦的工作是继牛顿力学之后最伟大的数学物理成就。麦克斯韦把人生最后数年岁月的心血倾注到了英国卡文迪许实验室的建设上，他参与设计建造实验室，负责整理卡文迪许的手稿资料，并担任了第一任实验室主任。卡文迪许实验室后期的几位实验室主任都是物理学界的泰斗，他们是瑞利（发现光的散射模型）、约瑟夫 . 汤姆逊（发现电子）和卢瑟福（发现原子内部结构）。 1879 年 11 月 5 日，麦克斯韦因患癌症去世，年仅 49 岁。麦克斯韦的研究揭示了电、磁、光三者的本质联系，是物理学史上最为重要的进展之一。除了电磁学的伟大贡献之外，在统计力学方面麦克斯韦也作出了非常重要的贡献，他是气体动理论的创始人之一。 1859 年他提出麦克斯韦速度分布律， 1866 年他给出了气体分子按速度分布函数的推导方法并引入驰豫时间的概念，发展了气体输运理论。为了批驳热寂论（宇宙将因熵趋于无穷大而陷入死亡般的冷寂），麦克斯韦还提出一个无影无形的妖精麦克斯韦妖的概念。即在两个充满一样平衡无序气体的相邻箱子中间有个小妖精，他具有极高的智能，能够追踪气体分子的运动并判断其速率大小。通过控制箱子之间隔断的门，麦克斯韦妖可以让速率高的分子跑到一边，而速率低的分子跑到另一边。这样小妖精就在不消耗功的前提下使得两个箱子的分子平均动能就不一样了，有序的分子动能分布也就产生了温差。这看上去打破了热力学第二定律，实际上这是一个耗散结构的雏形。妖精虽然没有做功，但是他获得了关于分子运动能量的信息，如果把信息也看成是一种能量的话，那么整个过程还是能量守恒的。最近，日本物理学家佐野等人用可以顺时针或逆时针旋转的纳米级聚苯乙烯粒子实现了麦克斯韦妖理想实验。他们把纳米粒子放入缓冲溶液中并加上变化的电场，使它越来越难逆时针旋转，即制造出了旋转楼梯顺时针的掉落要比逆时针的攀登更容易。他们观测粒子的移动，并在它随机逆时针旋转时调整电场让它不再顺时针旋转回去，这样粒子就在电场的诱导下不断爬楼梯，而整个过程无须注入更多的能量，维持粒子持续逆时针旋转的能量来源于它提供的信息，这就是麦克斯韦妖的现实版。如果能在未来将这项技术用于驱动纳米机器或者分子马达，那么人类的生产和生活必然发生翻天覆地的变化。麦克斯韦的故事告诉我们： 1 、良好的家庭出身和良好的教育固然有非常大的帮助，但自身享受学习的乐趣并不畏惧世俗的眼光才是成功的秘诀； 2 、伯乐识得千里马，名师常可出高徒，加入高端门派会直接抬升你的起点，如果你有足够的能力的话； 3 、物理学理论离不开实验基础，但好的理论不应仅仅是解释已有实验现象，还要预言新的实验现象； 4 、是金子，无论何时何地都能发光，要对自己的理论有信心； 5 、发论文贵不在多，而在于精，成为经典的论文定会被永世传颂； 6 、某些科学家虽然不再把精力放在科研上了，但他在其他如建设实验室、培养人才等方面的贡献也能影响久远； 7 、科学是可以大胆假设的，适当的理想实验和设想可以突破认识的樊篱，也可能就是未来的现实； 8 、表达自然之美可以很简单，简单的背后是无限深刻的内涵，世界永远充满无尽的奇妙。实验、理论和应用可谓是物理学传统的三大门派，法拉第、爱迪生和麦克斯韦无疑是当年最出色的门派掌门人。完整的物理学，离不开精细准确的实验、系统完备的理论和聪明灵巧的应用。实验给出物理现象和事实，理论给出现象的解释和概念的延伸，而应用则是把物理融入现实的生活。如果缺少实验结果，那任何理论都是空中楼阁，应用更是无从谈起；如果缺少了理论解释和模型，那实验结果将无法清除认识，应用也是盲人摸象；如果缺少了应用推广，那实验和理论都只是部分科学家的空谈，科研的投入除了满足好奇心之外别无它用，生产力也将停滞不前。让我们认真学习电磁三侠吧，仔细思考在今天的物理天下如何行走江湖！　【参考资料】百度百科词条: 迈克尔法拉第 ; 托马斯阿尔瓦爱迪生 ; 詹姆斯克拉克麦克斯韦；; 个人分类: 水煮物理|13562 次阅读|20 个评论

【水煮物理】(19)：是粒子，还是波？都是传说！: 热度 1 Penrose 2010-6-14 21:25; 上帝说：要有光！于是有了光。大地有了一片光明，人间充满无限欢腾。可是万能的上帝遗留给人类一个极其困惑的问题光是什么？千百年来，无数学者哲人深深陷入这个问题苦苦思索，这个问题的答案几乎囊括了人类史上最聪明的智慧。不过，它在中国的面目可以简化为一道高考选择题，如下：光是什么？选项： A. 光是粒子； B. 光是波； C. 光既是粒子也是波； D. 光既不是粒子也不是波； E. 以上答案均正确； F. 楼上都在瞎掰； G. 楼主是个传说；？给出答案分布： 70 后当年大部分选 C ，他们认为理解了光，早晨八九点钟的太阳前途有光； 80 后当年对前途是光明还是黑暗比较困惑，选 C 的有一半选 D 的也有一半，纠结啊； 90 后呢，每个选项都有人选，并且在选项 D 后面加上了 E 项和 F 项，然后阅卷老师再加了个 G 项，阅卷领导加了个省略号和问号。标准答案是，谁知道？！我们还是来看看历史上的牛人怎么解答的吧！先看看咱们的墨家军，中国的墨子和他的弟子们早在公元前 400 多年前就做了光的小孔成像实验，并解释了物体和投影的关系原理光的直线传播。喜欢讨论的问题的古希腊人对光同样充满好奇，毕达哥拉斯最早把光解释为光源向四周发射的一种东西，遇到障碍物即被弹开，弹入人眼即让人感觉到了最后一个将光弹开的障碍物。而后托勒密在《光学》一书描述了光的折射现象，达芬奇也描述过光的反射现象等并试图做出解释，而后开普勒及斯涅耳的实验给出了光的折射定律的数据，只是，他们并没有发表。直到数学家笛卡尔在《屈光学》提出了光的折射定律的数学几何形式表达，他同时留下了对光的两种可能解释。一是说光是类似于微粒的物质；二是说光是一种以以太为媒质的压力，即可能是波。光究竟是什么？成了遗留给后人的问题。光可能是波，意大利数学家格里马蒂如是说。他让一束光穿过两个小孔并投影到暗室屏幕上，结果在发现在投影屏幕上有明暗相间的条纹。这和水波的衍射非常相似，说明了光的波动性。他还认为物体之所以显现不同颜色是因为有着不同频率的光。光应该是波，英国物理学家胡克如是说。因为他用肥皂泡和薄云母重复了格里马蒂的实验，他认为光是以太的一种纵向波，而且光的颜色就和其频率有关。光怎么会是波，明明是粒子嘛，英国物理学家牛顿如是说。 1666 年牛顿在家休假躲避黑死病，没事玩起了三棱镜，他发现一束白光可以分成不同颜色的光，而不同的单色光也可以合成还原成白光，为此他成功解释的光的色散现象。（见 (12) ：好色之徒）牛顿的分光实验让光学从几何光学跨入到了物理光学。牛顿认为光应该是由微粒组成，并且走最快速直线路径，光的分解和合成就是不同颜色的微粒分开和混合的结果。棱镜分光与光的颜色于是解答这个问题伊始就有了两大门派波动说和微粒说。其实牛顿在开始时并不特别反对波动说，但微粒说对胡克等前人的波动说发起了挑战，这让胡克很不爽，直接结果就是胡克拉着波义耳等一起枪毙了牛顿关于光的颜色的论文，而牛顿也不甘示弱，在以后的论文里不断提出对波动说的反驳。这些争论最终导致了牛顿和胡克的终身私人仇恨，牛人相斗，两败俱伤。胡克说牛顿的一些研究是以他的研究为基础的，牛顿便冷笑道：那么说我就是站在巨人的肩膀上了哈！（好像胡克并不高？）胡克很郁闷地在牛顿的冷嘲热讽中度过了下半辈子。还是荷兰人惠更斯比较懂学术政治，他先是作为院士和领导牛顿在剑桥相会讨论光的本质问题，话说两人是相互久仰、惺惺相惜。可他心里已经发现许多现象不能用微粒说来解释，并暗暗转向了波动说。惠更斯一回去便做了一系列实验并提出了光的波动说的完整理论。他认为光是靠物质载体以太来传播的纵向机械波，并成功解释了光的反射、折射、双折射、衍射等现象。 1678 年，惠更斯出版了《光论》并公开演说反对微粒说。老牛很生气，后果很严重。作为当时全世界最聪明的人，牛顿很快也找到了波动说的脉门，并且用微粒说更美好地解释了光的现象，他还把物质微粒观推广到整个自然界，很合他的质点动力学的胃口。这些理论写在了他的《光学》一书里，为了避免再被胡克等人枪毙的危险，这书直到胡克去世两年后才出版。很不幸的是，惠更斯那时也已不在人世，波动派便衰微不振。牛顿利用他在力学上的卓越声望，轻松地把微粒派发展壮大一统江湖。虽然不是千秋万载，却统治了整个十八世纪，这就是权威的力量。杨氏双缝干涉实验历史的车轮总是滚滚向前的，在新自然哲学思潮下，权威也未必不被人怀疑。 1800 年 -1807 年，托马斯 . 杨再次扛起了波动说的大旗。作为新一代掌门，杨用物理学最有力的研究方法理论预言加实验验证然后再理论解释逐渐完善了波动说。杨首先把光和声波进行对比，认为光同样存在叠加后增强或减弱的现象光的干涉。他做了著名的杨氏双缝干涉实验：让一束单色光穿过小孔衍射到另两个小孔上，在小孔另一侧接收屏上观察到了明暗相间的条纹。这是证明光的波动性的关键实验，可惜最初杨的解释并不正确，因为他认为光波和声波一样都是纵波（传播方向和振动方向在平行），而明暗相间的干涉条纹来自于入射波和反射波的叠加。公然和权威对抗总是艰难的，挺牛顿的微粒派弟子立马抓住波动说的小辫子加以反驳甚至诽谤杨同学。比如拉普拉斯同学就用微粒说详细分析了光的双折射现象，用以驳斥波动说；而马吕斯和布儒斯特从实验上发现了光的偏振现象并给出了偏振定律，即光在沿传播路径上的振动方向是不对称的，这是纵波里不可能出现的情况。杨同学很郁闷，但并没有放弃，他仰头看看惠更斯祖师爷，终于下决心迈出了更加理论上的关键一步：光不是纵波，而是横波（传播方向与振动方向垂直）。这么一来就清楚多了，光的偏振也不再神秘，因为振动方向和传播方向垂直，故完全允许其呈不对称，偏振正是横波波动性的力证！这一招以彼之道、还施彼身击中微粒说要害，而微粒派再也没有牛顿这样的牛人出来说话了。十年后，法国的土木工程师菲涅尔发挥业余兴趣，从理论上给出了光的干涉预言，并在了解托马斯 . 杨的工作之后进行了实验验证，成功建立了光的横向传播理论。之后，德国天文学家夫琅和费用光栅做了光的衍射实验，施维尔德对其结果进行了很好的波动说解释。波动派终于东山再起，不仅成了江湖主流，而且还不断发扬光大。 19 世纪后期，法拉第等人对电磁学的深入研究让人们初步形成一个概念：光其实就是一种电磁波。 1872 年，麦克斯韦用四个方程完美地统一解释了所有电磁学现象，并且由此可以推论出电磁波的存在，且以光速传播，我们看到的可见光实际上不过是电磁波的一种。 1888 年德国的赫兹通过一系列实验证实了电磁波的存在！光不仅仅是波，而且是电磁波，除了光之外，无线电波、微波、红外线、紫外线、 X 射线、伽马射线等等都是电磁波，它们之间的区别在于频率不同而已。光的波动说至此可谓达到了完美。可是，再完美的学说也有瑕疵，人们始终为一个问题而困惑：既然光是波，那么传播光的载体是什么？笛卡尔老祖宗说是以太，好吧，那么以太是什么？怎么我们人类看不到？以太，英文 Ether ，来自希腊语，原意指的是天上诸神呼吸的空气，康有为和谭嗣同等认为以太是无色、无味、无声、无所不在于宇宙间的物质，孔子的仁、墨子的兼爱、佛教的慈悲、基督教的灵魂等都是以太的作用所致（以太简直比孔圣人、佛祖、上帝都还要牛！）。简而言之，以太就是前无古人后无来者的最最神秘的物质，寻找以太的过程也充满着哲学和宗教的意味，以太成了 19 世纪的物理学家们最为津津乐道的话题。根据已知的光的性质，大家猜测以太是一种传播横波的固体介质，它是一个绝对静止的参照系。但是由此以来，固态的以太则可能影响天体的自由运动，而横向的振动也很可能引起纵向的振动。关键时刻还是需要实验来说话，英国迈克尔逊和莫雷在 1887 年做了所谓的以太漂移实验。这是一个非常精巧的实验。如果地球是相对于绝对静止的以太运动，那么若光线沿此运动方向传播则是光速和地球运动速度的叠加，而沿着垂直该方向传播的速度则要小一些。他们将一束光分成平行方向的透射光和垂直方向的反射光，通过测量两束光的形成的干涉条纹数目，可以精确地得到两者的光程差，进一步得到两束光的速度差别。因此，只要将干涉仪沿着不同方向测量，就可以判断地球相对于以太运动的速度方向和大小。结果出乎所有人意料之外光速沿任何方向几乎不变，换句话说，以太是不存在的！人们开始惶然不知所措。事实上，在尚未知迈克尔逊 - 莫雷实验结果之前，瑞士某专利局的一名小职员就指出，如果放弃所谓绝对时间之类的概念，那么绝对静止的参照系以太的概念也可以扔掉。人们要接受光速不变原理，那么就可以得到物体在接近光速情况下高速运动的物理学，在那里运动的钟会变慢，运动的尺子会缩短。这个新物理学叫相对论，那位叫爱因斯坦的小职员作为 20 世纪最为卓越的物理学家开创了现代物理新世界，此为后话。迈克尔逊 - 莫雷的以太漂移实验（ From 百度百科）波动说的烦恼还不仅仅在于找不到以太这个载体，更可怕的乌云一朵接一朵地飘来。赫兹的实验还有另一个现象，当用紫外线照射两个金属球时，电火花似乎更易出来，即光对金属的照射可以产生电子。这就是光电效应的发现，爱因斯坦后来对其做出了解释，他认为光以粒子形式入射到金属上，金属电子将吸收其能量并逃逸出来。光的微粒说再次浮出水面！爱因斯坦把光的微粒叫做光子。光子的概念并不是他的原创，而来自于德国的普朗克对黑体辐射的解释。之前对于黑体辐射的研究，瑞利和金斯用理论解释大部分波段的辐射曲线，然而在紫外波段则遇到了灾难性的违反实验结果。最严重的问题是，人们用如此完美的电磁学理论却怎么也解释不了一个简单的黑体辐射谱，光的波动说再次遇到了障碍。普朗克通过引入一个新的概念把光的能量分成不连续的一份一份的，每一份叫做能量的量子，通过统计能量量子的分布，就可以得到完全符合实验谱线的黑体辐射理论公式。把能量看成不连续的量子化，这在当时绝大部分科学家心目中是不能接受的。普朗克也因为引入能量量子而心中不安，他甚至内疚地认为不应该对经典的电磁理论提出质疑，因为它是那么地完美无瑕。只有年轻大胆的爱因斯坦，不仅勇于接受了能量量子的概念，而且成功用于解释光电效应。新的光的微粒说光的量子说由此诞生。新生事物往往很难为人接受，美国的密里根为此做了整整十年的实验，试图否定光的量子说，然后在 1915 年他公布的实验结果却是证实了光量子的存在，同时也测定出了普朗克常数（这个常数和光子频率的乘积就是量子化的光子能量）。如果光具有量子化的粒子性，那么其他电磁波会如何？ 1923 年，康普顿发现 x 射线被电子散射后频率会变小，即 x 射线也有粒子性。更有趣的问题是，那原先人们认为是粒子的电子等会不会有波动性呢？ 1927 年，杰默尔和汤姆森先后证实了电子束的波动性质，随后人们还发现氦原子射线、氢原子和氢分子射线均具有波的性质。事实上，如果让可见光、 x 射线、电子甚至中子穿过合适的物质都可能发生衍射现象，即波强度在存在增强和减弱的效应，而合适的物质，实际就是其间隙和射线的波长相比拟这正是波发生衍射的条件。这下麻烦更大了，波可以是粒子，粒子也可以是波，那到底是粒子，还是波？既是粒子也是波？既不是粒子也不是波？彻底把大伙儿给搞糊涂了。正是在粒子和波的一片混乱之中，物理学迎来了史上最伟大的一场革命量子力学诞生了。早在 1913 年，玻尔就用量子化的能量概念成功解释了原子的行星模型，即电子绕原子核运动的能量也是不连续的，只能在某些固定能量轨道上运动。 1924 年，法国的德布罗意提出了波粒二象性的概念，不只是光具有波粒二象性，几乎所有微观粒子或者电磁波都是如此，粒子的能量等于普朗克常数乘以其波动频率，粒子的动量等于普朗克常数除以其波长。这么一来，粒子就是波，波就是粒子，两者是同一物体上的两种属性而已。既然所有的微观粒子都具有波动性，那么它们应该满足的动力学定律如何？ 1925 年，德国的海森堡和玻尔一起成功建立起了微观粒子的矩阵力学，不过那个年代人们对矩阵这个数学工具还很陌生，于是次年奥地利的薛定谔捣腾出了一个方程薛定谔方程，得出了波动力学，之后英国的狄拉克把两者统一一起来，后来人们便称之为量子力学。量子力学说的是什么？它把微观粒子的能量看成量子化的，粒子的运动行为可以用波函数进行描述。波函数是什么？德国的玻恩给出了波函数的统计解释，波函数的模方（波函数是个复数）代表粒子在某一时刻某一位置出现的几率，也就是说即使两个粒子处于完全相同的状态并对其进行相同的测量，测量的结果也是按照波函数呈一定几率分布的，这就是微观粒子的粒子性；而作为复数的波函数本身带有相位，即两束粒子相互作用还存在相位相干效应，这将导致相互作用后其空间分布几率并非简单的线性叠加而是某些地方会增强，某些地方会减弱，这就是微观粒子的波动性，由此很好地解释了干涉和衍射等波动现象。现在的先进实验手段，不仅验证了波函数的存在，也说明了许多微观粒子的波动性，如用原子构成量子围栏可以看到中间的驻波。于是，一切皆是粒子，一切又皆是波。关于光的粒子说和波动说的论战逐渐变成了遥远的传说，只在历史的长河上，留下了无数智者的身影，照耀着后人的前行。【参考资料】（由于是搜索来的网络文章，很难找到源头出处，这里给出几个链接，见谅！）： 1、光的本质波动说与微粒说的交锋 http://www.hzjys.net/xkweb/zxwuli/Article/Class13/200405/212_2.html 2、光的波粒二象性发现 http://www.csxsxx.com/zhuantiwang/ziranwang/KexueB/kexue-2/zutiweb/zu43/029.htm 3、光的发展史 http://www.vnetedu.com/edu/index_3.jsp?id=239 【篇后注】关于光的本质的争论是物理学史上最为著名的论战之一，论战参与者几乎都是当时最为权威或是最聪明的物理学家。如此的争论往往是对物理学的极大促进和发展，如关于以太的是否存在的思考和对经典电磁学的发展诞生了相对论，而关于粒子的波动性的论证催生了量子力学，掀起了二十世纪初物理学上最伟大的一场革新。电磁学的研究开创了自 19 世纪以来的电器时代，而量子力学则更深地影响了近现代人们的生产和生活，如今几乎所有电器都要用到半导体等基于量子力学原理的器件，而这仅仅是量子力学应用范围的极小的一部分。同样，这场争论极大地促进了人们对光和微观粒子的理解和认识，也为物理学研究带来了许多有力的工具。现代物理学中用 x 射线、电子和中子等作为探测工具，研究其通过材料后的散射行为，通过分析衍射图样就可以了解材料的原子排布、磁性排布、电子分布等信息。又如光电效应，现在已经发展为一系列的光电子能谱技术，可以直接获得材料中的电子的能量和动量分布等信息，对材料的电磁特性可以给出微观的机理解释。可以说，如果没有对光的本质的论战，也许将不会诞生今天如此辉煌的物理学。物理史上类似的讨论还有很多，如关于爱因斯坦场方程宇宙学常数是否存在的问题。最近几年观测到暗物质和暗能量说明我们对宇宙的了解还是极其可怜地少，其中就涉及宇宙学常数的本质问题。新一轮的大讨论正在延续，我们也期待着物理学更为壮丽的革新。; 个人分类: 水煮物理|15953 次阅读|33 个评论

【水煮物理】（18）：皇冠里的终极秘密: Penrose 2010-5-3 05:49; 皇冠里的终极秘密谈体积、质量和重力的起源【作者注】这是一篇投稿文章，依据《水煮物理》系列前几篇以及本博客其他文章摘取联缀而成，所以只是篇大杂烩，凑合看吧。【若水阁】老久不更新了，权且把这篇充个数吧，列位看官见笑了。若水阁主说到力学之父阿基米德，人们第一印象往往就是他那次著名的裸奔事件。据说当时希耶隆二世制造了一顶金王冠，但他总是怀疑金匠偷了他的金子，在王冠中掺了银。于是他请阿基米德来鉴定，但是要求不能破坏皇冠。可怜的阿基米德，对着炫目的皇冠琢磨了半天，终于，累了。于是仆人放好了洗澡水让他去洗澡，当他泡进澡盆，看着溢出来的热水时，于是，灵光一现。他忽然想到了揭开皇冠秘密的法宝：当把物体完全浸没在水中时，物体即使有相同重量但不同材质，体积便会不同，那么排出的水量也不一样。豁然开朗的阿基米德幸福地起身直奔大街，兴奋的以至于忘了他是在一丝不挂地裸奔。之后，他做了一个重要的实验只要把皇冠放在水里看排出的水量，然后和同等重量的金子排出的水量做比较即可。结果证明，皇冠的确是掺假了的。制作皇冠的工匠也脑袋搬家，阿基米德因此获得嘉奖。此后，阿基米德经过更加深入研究发现了阿基米德定律也即浮力原理：浸在液体（或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重量。用公式来简单表示就是： f=gV 排，其中为液体的密度，V 排 =m 排即是排开液体的质量，g是液体的重力加速度。当年的阿基米德并没有意识到这个简单的公式里，实际上还蕴含着更多更深刻的原理，皇冠里的秘密其实还另有奥秘。下面我们就逐一为您揭示皇冠里的终极秘密。实际上，阿基米德发现皇冠中的秘密所采用的方法就是测定不规则外形物体体积的方法：同等重量的物体密度大小可以通过排出的水量来衡量排出水的体积等于物体外形的体积，即V 固 =V 排。我们要特别注意的是，这里的V 固不过是固体外形的体积而已，并非等于组成该固体所有固态物质的体积。据说有个老妇人也拿了个金球要阿基米德鉴定真假，结果阿基米德得出的结论为：这不是纯金的球。老妇人很气愤，随即一刀劈开了球，原来球是空心的，组成球的材料却仍然是货真价实的纯金。阿基米德失误在于把空心部分的空气体积也作为固体体积了。下面我们就来讨论不同的物质形态的体积起源。对于固态物质，主要有晶态、非晶态和准晶态，大部分固态物质都是具有规则外形的结晶体。晶体之所以有规则的外形，是因为从微观尺度上来看晶体内部的原子堆积是具有规则的周期结构的。组成固体的原子直径一般在10 -10 m左右，我们定义这个尺度单位为1埃。而固体材料中原子间距一般在几个埃甚至几十个埃左右，即原子间隙要比原子本身尺度大得多。因此固体体积大部分来源于原子间隙，不同的原子排列方式会给出不同密度、不同外形、不同硬度的材料。金刚石和石墨就是一个典型的例子，两者微观尺度上都是碳原子的规则阵列，但金刚石中碳原子排列方式是密堆结构，而石墨则是层状结构，不同的原子排列方式导致金刚石的硬度和密度都要远大于石墨。为什么原子排列方式可以多种多样呢？这主要是因为原子外层价电子数目和能量不同，从而形成了丰富的化学键结构。这些化学键的根本成因就是电子-电子以及电子和原子核之间的库仑相互作用。也就是说，库仑相互作用使得原子按照一定的方式规则排列，并存在较大的间隙，从而在宏观上使得固体有了一定的体积。此外，原子自身的体积也是库仑相互作用形成的，原子核大小仅仅只有10 -14 m，也即10 -4 埃，电子直径要更小，它们和原子的直径相比都要小的多。实际上，原子的直径约等于电子在原子核外运动形成的电子云直径，也即原子核和电子间库仑相互作用的最大间距。由此可见，固体的体积最根本的来源就是电荷之间的基本相互作用库仑相互作用。我们知道，固体中原子之间的共价键、离子键和金属键都具有很强的键能，或者说它们之间的库仑相互作用因间距小而较强，因此固体的体积一般较难改变。通过施加外界应力或者改变温度，可以改变原子的振动能量、间距大小甚至排列方式，从而改变宏观体积，但这些变化相对值都很小。对于液体或者气体，就大不一样了。组成液体或者气体的分子之间主要相互作用是范德瓦尔斯力，它和化学键相比要小得多，这是液体或者气体体积的主要来源，也说明液体和气体的体积可以很轻松地改变。而范德瓦尔斯力主要来自于分子间偶极矩之间的相互作用，其中最大的一部分偶极矩来自分子中电子运动中产生的瞬时偶极矩，它可以瞬时极化邻近的分子并增强自身的瞬时偶极矩。偶极矩相互作用和电荷本身之间的相互作用相比，它只是个二级效应，其强度要弱很多，但其本质上还是库仑相互作用形成的。因此，从微观意义上来看，固体外形体积和排开液体体积的起源尽管有所不同，但其本质都来自于库仑相互作用。阿基米德能把它们从宏观意义上等同，确实寓意深远。我们再来看浮力公式中另一个重要因素质量的起源是什么。在化学里，计算物质质量通常以它们的分子量或式量为基准，为此我们只需要弄清楚分子量的本质就知道了质量的起源。计算分子量的时候，一般是将各个原子的原子量按照原子配比加权得出，由此可见原子之间的库仑互相作用对分子质量贡献可以忽略不计。那么原子量又如何得出呢？我们定义质子质量为1原子质量单位，中子质量和质子质量几乎相等。原子量一般就等于或大于原子核中质子数加中子数，这是因为电子是质子质量1/1840，即电子也贡献了很少的一部分原子量，而电子和原子核之间的库仑相互作用对原子量几乎没有贡献。那么，质子和中子的质量来自于什么？组成质子和中子的粒子是夸克，每个质子和中子都是由三个夸克组成的。有意思的是，三个夸克质量之和要远小于质子或中子的质量！似乎质子或中子的质量就此不知所踪了。经物理学家研究发现，夸克之间的相互作用要比库仑相互作用强很多，称之为强相互作用，质子和中子质量大部分就来自于夸克之间的强相互作用。夸克之间的强相互作用非常奇怪，如果增大夸克的间距，那将大大增加它们之间的相互作用强度，这使得夸克始终保持禁闭在强子里面，而人们就无法观测到独立的夸克，至于夸克的内部结构至今也尚属未知。总之，物质的质量大部分起源于质子和中子内部夸克之间的强相互作用，而并非是组成物质所有微粒质量的总和。上面的讨论中用到了爱因斯坦质能关系E=mc 2 ，即相互作用能量和质量实际上存在等价关系。能量的存在依赖于相互作用力的存在，可见质量最根本的起源也是相互作用力。最后我们来看浮力公式里另一个物理量重力加速度g。重力加速度之所以存在是因为物体在地面上受到了重力，它是地球吸引力的一个分力。浮力实际上就是浸在液体中的物体受到的所有液体压力的合力，其根本起源在于液体中不同深度的压强不同，而造成液体压强不同的最根本的原因在于液体本身具有重力。假如我们将液体连同浸在其中的物体一起失重，尽管物体仍然排开了一定体积的液体，实际上物体将不再受到任何浮力，因为各处液体对物体的压强为零或说液体的重力加速度为零。一个有趣小故事说是一艘满载大豆的货轮从北半球航向南半球，行进到赤道附近的时候船长发现货物总重量减小了。于是他怀疑谁偷了大豆，但查了许久也没有结果。等船到了南半球，丢失的大豆又回来了。实际上，这就是由于地球重力加速度随着纬度改变造成的，也就是说物体的重力在地球表面不同纬度是不同的。这是由于重力只是地球对物体万有引力的一个分力，另一个分力是提供随地球自转的向心力，两个分力在不同纬度夹角不同，另外加上地球上不同纬度的地表离地球质心的距离也不同，从而重力的大小也有所变化。那么，万有引力的本质是什么呢？牛顿在开普勒、胡克、雷恩、哈雷等前人的研究工作基础上，凭借他超凡的数学才华证明了万有引力定律：F=Gm 1 m 2 /R 2 ，其中引力常数G的数值由卡文迪许用精妙的扭秤实验测定出。但这不过是对实验观测数据的一个总结公式而已，牛顿自己并没有解释引力的来源，只是将其冠上了万有的名号，而后人编造了一个苹果落地的故事则给这个定律赋予了传奇色彩。从这个公式可以看出，引力大小不仅和距离密切相关，也和物体的质量成正比。正是如此，伟大的爱因斯坦高屋建瓴地从时空曲率的角度完美解释了引力的本质。爱因斯坦的广义相对论指出，世界的过去和未来发生的所有事件可以用时空来统一描述，标度这个时空维度的时间和空间坐标原则上没有区别，而时空的结构主要由其中质量/能量分布来决定。比如地球这个天体存在一定的质量，它就会使得周围的时空发生弯曲，在这个弯曲的时空背景中运动的卫星将按照它运动的能量落在合适的弯曲空间轨迹上（弯曲时空中最短路径不一定是直线，而是测地线，它在空间上是弯曲的。），即围绕地球做近似圆周运动。因此，引力实际上就等同于爱因斯坦广义相对论中的时空的曲率，它由该时空的质量/能量分布来决定。换句话说，引力的本质在于时空背景的曲率分布。牛顿万有引力定律实际上就是平直时空背景下简化出的引力公式。苹果落地的真实原因在于：在近地球表面的时空背景下，时空可以近似认为是平直的，这里苹果掉落的最短路径就是竖直向下的直线。这也是为何重力和重力加速度总是竖直向下的原因。至此，我们看明白了浮力公式f=gV 排 =m 排 g 中体积、质量和重力加速度的来源，它们来自于库仑相互作用、强相互作用和引力相互作用。即体积、质量和重力加速度都是起源于力，所谓浮力公式就是浮力的定义和诠释，这就是皇冠里的终极秘密！实际上，许多物理公式里出现的物理量最终都可以把根本起源归结到相互作用力上。自然界各种各样的力可以最终划分为四类基本相互作用力，它们是：强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用，其中强相互作用指的是质子和中子等强子之间的相互作用力，弱相互作用指的是电子等轻子之间的相互作用力，电磁相互作用指的是电荷和磁场等形成的相互作用力，引力指的是时空曲率背景造成的作用力。如今，理论物理学家已经可以把前三者相互作用用所谓大统一模型来统一描述，而如何纳入引力相互作用而得到终极理论模型，正是新世纪物理学最前沿的课题之一。; 个人分类: 水煮物理|10865 次阅读|22 个评论

【水煮物理】（17）：电母的彩妆: penrose 2009-9-15 21:32; （17）：电母的彩妆闪电之美远古时代的闪电从远古时代开始，地球上就处处电闪雷鸣，显示大自然的巨大力量。尽管闪电引起的上帝之火烤熟了野兽，这让人类学会用火告别茹毛饮血凄寒长夜的苦难，但人类对闪电却总是充满畏惧的。于是，古希腊的神话里，有了手持着电锤的宙斯，对谁不满意就电他一电以显示他至高无上的神权，借着电的威风可以肆意蹂躏三界美女生下无数神子神孙。中国古代神话里，雷和电是两权分离的状态：雷公和电母，或许就是避免雷霆之怒和电闪之凶同时发作无法遏制吧。雷公嘴雷公脸都是吓死人不偿命的丑，但殊不知，电母娘娘却是一个爱美之人。不知道您在电闪雷鸣之夜注意到没有，电母的每次出场，几乎都是带妆上阵的，而且是彩妆！电母、雷公和宙斯要见识电母的彩妆，首先我们要搞清楚闪电是什么。面对闪电如此凶悍无比的东西，人们都是躲的远远的，以免五雷轰顶之灾。唯独充满好奇心的物理学家不怕危险，这不1752年富兰克林就决定钓闪电回来研究研究。他的诱饵是一个风筝，骨架是用铜线做的，引线上面挂一串金属钥匙用于把电导出以收集起来。雷雨淋湿了风筝线，一阵霹雳，闪电就顺着丝线导入到了他们的简易电收集器里。富兰克林欣喜地发现，原来闪电就是电！这不废话嘛？可事实上在那个时代，人们对于摩擦起电的电已经有所了解，但却没人相信闪电也是电，或者没人想象到原来电的威力是如此之大的。富兰克林的实验证明，闪电和摩擦起电的电是一种东西造成的，这就是我们今天所认识的电荷。普罗米修斯偷来天火给人类温暖，而富兰克林则揭示了闪电本质让人们意识到电的巨大能量和潜在应用前景。后来通过一系列优秀的物理学家，诸如伏打、安培、法拉第、特斯拉、库仑、麦克斯韦、汤普森等人的不懈努力，人们对电的认识不断加深。富兰克林钓闪电如今人们早已清楚地认识到，原来电就是电荷的移动造成的结果：电荷在电场里的定向运动形成了电流，而电流通过媒介时候通常会发光发热，形成了人们通俗意义上感觉到的电。电荷之所以会运动，根本原因还在于电荷之间的相互作用，即同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。荷这个概念在现代物理学里已经有更为清晰的数学定义，在此处就不做晦涩的解释了。同性相斥、异性相吸，类似于伏羲神农的太极八卦里的阴阳调和思想，可见中国人哲学开发之早、境界之高！说到此，您应该很清楚地知道，其实闪电就是大气中的电流。当云层中的电荷积累到一定程度的时候，它和地面之间就形成了一个强大的电场，借助潮湿的空气而在瞬间剧烈放电，通过大气传导到了地面上，形成了闪电奇观。闪电的魅力不仅在于它拥有巨大的能量可以瞬间烧焦或者摧毁一些高耸的物体，而且还能发出剧烈的光芒。最有趣的是，这些光芒颜色和形状还各有不同这就是电母的彩妆（见下图）。最为常见的闪电是白色的（或许是电母的素颜），也有红色、绿色和紫色的。1974年6月23日，前苏联天文学家契尔诺夫还曾经在扎巴洛日城看见一次黑色闪电，即不发光的闪电！难道这就是穿着隐身衣的电母化装舞会？闪电的形状，大部分都是树枝状的，也有珍珠状和火箭状的，最为厉害的是球形闪电，破坏力极强。电母的各色彩妆形成多姿多彩的闪电的原因比较复杂。电流是电场中运动着的大量电荷，那么势必带着一定的能量。当电荷在媒介中运动时，会受到各种各样的阻碍杂质、缺陷、热运动的粒子等各种散射中心会影响到电子的运动状态，这就造成了电阻。电子在散射的过程中，即把能量传递给了其他粒子，使得物体温度升高也即发热，这就是电流的热效应起源。造成电流的电场分布情况就决定了电流分布情况（严格来说还有磁场的影响），电流朝不同的方向电离并击穿空气，形成了多支分叉的闪电。至于闪电的颜色起，如果您还记得 (12) 好色之徒一节的话，那么您就知道光的颜色其实代表着它的波长，如果都是在真空中传播的话，那不同颜色的光其实就是它们光子的振动频率不同。换句话而言，不同颜色的光实际上就是不同能量的光！空气中实际上存在各种各样的粒子或者气体分子，当闪电把巨大的能量释放出来的时候，电荷与这些粒子的剧烈碰撞将使得能量发生转移，而粒子回到低能量的稳定状态时就必须释放一定能量的光子出来。这些不同能量的光子聚集在一起，就形成了不同颜色的闪电光芒。因为大气层底层的气体基本上是混合均匀的，所以闪电发出的光大部分都是白光混有各种能量光子在内；而紫光则是高能闪电电离空气的结果，反之低能端就是红光。实际上，不同的气体被电离后放电，形成光的颜色是不一样的。如 He气为粉红、 Ne气为红、Ar气为紫蓝、Kr气为黄绿色、Xe气为白，这是因为它们所能达到的能量不一样，从而放出的光子能量也有所不同。我们还要注意的是，由于闪电在瞬间的剧烈高温也会使得某些气体形成一些化学反应，生成有颜色的气体，如氮氧化物之类。至于黑色闪电，有人猜测可能是分子气凝胶聚集物电离产生出来的，这类闪电极其容易形成球形，危险性非常大。这就是闪电颜色的秘密，或者换句话说，电母是啥脸色，还得看她脾气（能量）到底有多大！日光灯、荧光灯和霓虹灯气体放电现象在我们的日常生活并不陌生，抬头看看房顶的荧光灯管就是气体放电的典型应用。通过两端的电极把灯管里的气体电离，高速的气体离子撞击到涂有荧光粉的管壁而发出荧光。而我们看到五彩缤纷的霓虹灯，就是采用气体放电原理。只要灯管里充不同的气体，就可以得到各种不同颜色的光源。人们常给灯管充卤素气体做成卤素灯，这样不仅可以保护灯丝大大延长灯泡寿命，而且可以方便地调节色温，如路灯就以穿透力最强和人眼感受最舒适的黄色为主。我们通常在用电时候发生短路或者其他情况出现电火花或电弧也是气体放电现象，而同时散发出了一些气味则更多是生成的臭氧或者氮氧化物造成的。高压放电闪电的现实模拟通过高压放电可以很好地模拟闪电，一块大金属平板可以看成是地面，而一个聚集大量电荷的金属球就可以看成是云朵。当电荷积累到一定程度，就可以把空气击穿，形成花枝招展的闪电。1780年，意大利的伽伐尼发现通电可以使蛙腿筋肉收缩，说明生物对电的感觉是异常敏锐的。现在科学早已证明，生物神经之间的信号传递主要是生物电，而外界电流对生物电造成的紊乱有可能破坏生物系统的正常运转甚至使其死亡。怪不得人们对相撞出火花的情人之间描述为放电，对大眼睛都叫做电眼呢！这一电，真是可以寻死觅活了用我的电眼电死你！; 个人分类: 水煮物理|10762 次阅读|9 个评论

[水煮物理]之八：蒙娜丽莎的智慧: 热度 1 penrose 2008-11-10 23:41; 之八：蒙娜丽莎的智慧（蒙娜丽莎的微笑）如果说要在地球上有史以来找个最聪明的人的话，绝大部分人会选择爱因斯坦，因为他发明了让当时全世界只有三个人才懂的相对论，因为他用五篇论文在20世纪初就奠定了现代物理学的基础，因为他的智商超过了160 （见琉璃工房博文），属于智商涨落区，非常人所能比.然而小爱并非是极顶聪明的地球人，早在他出生几百年前就存在另外一个拥有 220 智商的牛人，他就是我们这篇要讲的列昂纳多达芬奇。达芬奇是个奇人，要给他冠个头衔的话，可以很多很多：画家、作家、雕塑家、发明家、哲学家、音乐家、医学家、生物学家、地理学家、建筑工程师和军事工程师等等，这里的任何一个家放到现代人身上恐怕都是一生难以成就。但我们还要关注的是，他还是一个物理学家！（达芬奇自画像与肖像）实际上，达芬奇并不是他的姓，而是说明他出生在芬奇镇（出生也不算太好嘛！他老妈是个中东女奴，可见远亲结婚有益生个聪明娃！）。全名列昂纳多迪塞尔皮耶罗达芬奇（好长！）的意思是芬奇镇迪塞尔皮耶罗之子──列昂纳多达。所以喊达芬奇，其实还不如喊列昂纳多合适。达芬奇是个天才中的天才，绘画只是他生活中的一小部分消遣而已。可就如此，蒙娜丽莎的微笑还是迷倒了千千万万后来人。人们甚至根据达芬奇的绘画编造出一出神秘的故事《达芬奇密码》，这个故事是关于耶稣是否有老婆的问题。笔者信仰科学，固然觉得耶稣有个老婆也很正常，就像孔子也得有个三妻四妾要不如何有孔府孔林呢？看似比中国封建社会还要开放的西方社会，却苛刻要求人家耶稣不娶女人，何以说的过去嘛！（无心之说，宗教论者别扁俺！）言规正传，咱们的达芬奇可真是一辈子光棍，可不人家荣登男光棍榜亚军呢！（见姗姗来迟的小屋博文）。光棍要当好也是很困难的，达芬奇一辈子最大的一个困扰就是有人指控他是个玻璃（gay），断背断到了小男孩身上。佛洛依德甚至明目张胆地研究起达芬奇许多未完成的画作，说那些就是他性挫败的象征。可怜的达芬奇，树大招风，没办法。不过这一切都无损达芬奇的伟大形象，作为世界上前无古人后无来者的最聪明的人，他一生当中做出了许多杰出的成就。他一面热心于艺术创作和理论研究，研究如何用线条与立体造型去表现形体的各种问题，另一方面他也同时研究自然科学，为了真实感人的艺术形象，他广泛地研究与绘画有关的光学、数学、地质学、生物学等多种学科。他的艺术实践和科学探索精神对后世产生了重大而深远的影响，他是人类智慧的象征。（ From 百度百科）下面我们就来慢慢欣赏蒙娜丽莎式的高档智慧。艺术家达芬奇。达芬奇最为人知的，莫过于他的艺术天分，包括绘画、雕刻、建筑三大领域。《蒙娜丽莎》《最后的晚餐》《岩间圣母》《圣母子与圣安娜》等等名作堪称不朽，本人艺术细胞有限，在此就不做细谈。达芬奇的第一幅画，是个蛋，鸡蛋。您可能还记得小学课本上那个达芬奇画蛋的故事，世界上没有两个完全相同的鸡蛋，即使是同一个鸡蛋，从不同角度在不同光线下也不一样多么深奥的哲学！而14岁的达芬奇画出了一副美杜莎的盾面画，在光和影的作用下，极其狰狞恐怖！小达芬奇却笑对老爸说：这正是它需要的效果！达芬奇在雕塑上也颇有成就，他成功解决了骑马纪念碑雕像的问题。下图就是他的一件雕塑作品。（达芬奇笔下的美杜莎画像与其雕塑作品）建筑和水利学家达芬奇。达芬奇是一个技艺高超的工程师，他不仅设计解决了中央圆屋顶建筑物的问题，还设计了桥梁、教堂、城市街道和城市建筑等等，甚至有城市发展规划设计。在他的设计里，人行道和车马道是分开的，互不干扰，房屋高度和街道宽度也有规定，以方便出行和美观。他设计并亲自主持修建了米兰至帕维亚的运河灌溉工程，推动了当地水利建设和农业发展。这些图纸拿到现代，也堪称杰作！（从上到下：达芬奇的城市规划、宫殿设计和运河设计图）医学家和生物学家达芬奇。达芬奇对人体有着特别的敏感，比较著名的是他那张关于人体比例的图《维特鲁威人》。达芬奇是近代生理解剖学的鼻祖，他首次从解剖学出发研究人体的结构和比例，这也正是他的画如此传神的奥妙。他发现人体血液是循环的起到新陈代谢的作用，而心脏由四个腔室组成，老年人的死因之一便是动脉硬化等等。（《维特鲁威人》人体之美：人体的躯干存在一定的比例）（达芬奇的人体解剖图：人体、心脏、头部、子宫）军事发明家达芬奇。达芬奇还发明了许多军事武器，如簧轮枪、子母弹、三管大炮、坦克车、浮动雪鞋、潜水服及潜水艇、双层船壳战舰、旋转浮桥，甚至还有滑翔机和直升机等等（这可要比莱特兄弟早多了，要是他们兄弟俩早点看到这图纸估计就不会费那什么劲了）。这些武器大都创意独到，而且设计精巧。如下面的图，这种带刀的战车估计只能在现在的幻想游戏里见到，何等之美！（达芬奇设计的武装坦克车（仿制））（达芬奇发明设计的带刀战车、火炮、弩车和飞行器）地质学家和天文学家达芬奇。达芬奇根据高山上的海中动物化石推断地壳有过变动，指出地球上洪水的痕迹是海陆变迁的证明。早在麦哲伦环球航行之前，他就计算出地球的直径为7000余英里。达芬奇还在哥白尼之前就提出地球并非宇宙中心也不是太阳系中心，而月亮发光是因为放射太阳光。他甚至意识到太阳能的可利用性。机械工程师达芬奇。达芬奇一生当中有许多机械设计图纸，几乎每一张图纸都堪称后代的重大发明甚至更为精妙。我不妨来欣赏一下他设计的一些机械，还有最原始的机器人模型。可别小看这个机器人，他靠机械的力量可以挥舞手臂甚至抬动下颚，更为奇妙的是，它还可以说话！它有一个用自动鼓装置的发音器。达芬奇甚至设计的汽车！还有更多：乐器、闹钟、自行车、照相机、温度计、烤肉机、纺织机、起重机、挖掘机达芬奇曾有过无数的发明设计，而这些发明设计在当时如果发表足足可以让我们的世界科学文明进程提前100年！遗憾的是，他的这些图纸手稿在他生前并未公诸于世，只不过作为他日常自娱自乐的活动之一而已，这位聪明人的智慧，可见一斑。（达芬奇设计的各种奇妙的机械，还有机器人模型（仿制））（达芬奇设计的汽车雏形）（达芬奇设计的起重机）数学家和物理学家达芬奇。最后让我们看看达芬奇在数学和物理学上成就。数学上，不用质疑，因为前面任何一个精巧的机械设计都必须源自于精密的数学计算，达芬奇的几何一定比阿基米德还要棒！如他绘制的菱方八面体，或许在自然界就存在这么一种原子排布方式呢！达芬奇还发现了连通器原理连通器内同一液体液面高度相同，液面高度与液体密度成反比；还有惯性原理这为伽利略所证明又为牛顿所推广；还有解释了杠杆原理得出了作用力和力臂的关系，算出了速度和臂长的关系；达芬奇还指出永动机不可能存在；他还预示物质可能由原子组成，甚至预测了原子弹的威力：那东西将从地底下爆起，使人在无声的气息中突然死去，城堡也遭到彻底毁坏，看起来在空中似乎有强大的破坏力。等等这些发现和研究，如果处在达芬奇那个年代的话（比伽利略还要早哦！），那只能有一种解释，达芬奇简直是一个科学的先知！（达芬奇绘制的菱方八面体）（达芬奇名作：《最后的晚餐》）达芬奇的神奇之处还有许多许多，比如他的手稿都是用左手反写的镜像字，一般人是没办法看懂的。用这种保密法来保护自己的知识产权，达芬奇可谓是做到家了。《达芬奇密码》里还提到过他发明的一种达芬奇密码筒，5个转盘上的26个字母可以有 11881376种组合，还有醋做保护措施，这样的保密措施何等巧妙！此外，他还设计了一套方法以做心脏修复手术，以至2005年某外科医生还利用此技术完成了心脏修复手术！达芬奇睡觉方式很独特，他用的是打盹休息法，每工作4小时然后打个盹15分钟，这样一整天下来只需要睡眠1.5个小时，剩下的时间可以都用来工作（真是异人！），此法被后人所效仿过也成功过。达芬奇还是一个哲学家，真理源于实践，或者说实践出真知，这便是他创立的哲学之一。他批评天主教说：真理只有一个，他不是在宗教之中，而是在科学之中。这些思想成为自然科学的基本研究思想，以培根、伽利略、牛顿为代表的后人在不断努力下，实现了自然科学和人类认识的飞跃。（达芬奇密码筒）（达芬奇独特的左手镜像字，你认的出来么？）或许达芬奇就像他下面这幅具有魔幻色彩的画一样神秘，他的智慧如汪洋大海无可估量，他的思维更是如九重天空难以捉摸。这样的人，你难道还不认为他是地球上最聪明的人么？（达芬奇的奇幻画作）最后，让我们摘取达芬奇的一些名言警句，以学习之。（ From 百度百科） 1、勤劳一日，可得一夜安眠，勤劳一生，可得幸福长眠。 2、有天资的人，当他们工作得最少的时候，实际上是他们工作得最多的时候。因为他们是在构思，并把想法酝酿成熟，这些想法随后就通过他们的手表达出来。 3、无论掌握哪一种知识对智力都是有用的，它会把无用的东西抛开而把好的东西保留住。 4、趁年轻少壮去探求知识吧，它将弥补由于年老而带来的亏损。智慧乃是老年的精神的养料，所以年轻时应该努力，这样年老时才不至于空虚。 5、应当耐心听取他人的意见，认真考虑指责你的人是否有理。如果他有理，你就修正自己的错误，如果他理亏，只当没听见。若他是一个你所敬重的人，那么可以通讨论提出他不正确的地方。 6、运动是一切生命的源泉。 7、真理只有一个，它不在宗教中，而是在科学中。 8、水若停滞即失其纯洁，心不活动精气立消。 9、所有伤害都会在记忆中留下痛苦，而最大的伤害死亡并非如此，死亡在终结生命的同时也抹去了记忆。 10、假如你有两块面包，请你用一块换一朵水仙花。 11、智慧是经济之女。 12、美貌的青年穿戴过分反而折损了他们的美，山村妇女穿着朴素无华的衣服反比盛装的妇女美得多。 13、真理是时间的女儿。 14、愚昧将使你达不到任何成果，并在失望和忧郁之中自暴自弃。 15、热爱实践而又不讲求科学的人，就好像一个水手进了一只没有舵或罗盘的船，他从来不肯定他往哪里走。 16、人的美德的荣誉比他的财富的荣誉不知大多少倍。古今有多少帝王公侯，可是却没有在我们记忆中留下一丝痕迹，就因为他们只想用庄园和财富留名后世。岂不见多少人在钱财上一贫如洗，但在美德上却是富豪呢？ 17、人的智慧不用就会枯萎。 18、你如果要做一个艺术家，你要牢记：必须开拓你的胸襟，务使心如明镜，能够照见一切事物，一切色彩。 19、荣誉在于劳动的双手。 20、人的确是禽兽之王，他的残暴胜于所有的动物。我们靠其它生灵的死而生活。我们都是坟墓。我在很小的时候就发誓再不吃肉了。总有一天，人们将视杀生如同杀人。（稍微了解达芬奇的人都知道他从小就拒绝吃肉且不肯说出原因，被祖父安乐尼奥视为不详） 21、不是数学家请不要读我的基本著作。（一根线条在达芬奇眼中被理解成一个点在平面或空间中的运动轨迹，乃至解析几何中的一个方程式所界定的点的集合，线条无宽度也无厚度。因此对于生活在文艺复兴以后或接受过文艺复兴思想的西方人，对于线条的理解是基于几何学和数学） 22、鸟类之外无蝙蝠。 23、那些遥远的过往依旧历历在目，反倒是近日种种模糊如前尘韶光。 24、眼睛是心灵的窗户。 25、交配的行为和交配的器官是如此丑陋，以至于如果不是有美丽的脸庞、漂亮的衣着和行事时的冲动，人类早在大自然中绝种了。 26、人的肌肉不应该被画成一袋核桃或者一捆胡萝卜一样的东西。 27、墙上的斑点也是一道美丽的风景。 28、汤正变冷。（暮年时写在最后一张手稿上的最后一句话，是个谜语，至今无人破译） 29、不惩罚犯罪的人就是下令犯罪。 30、一幅画中最白的地方要像宝石那样可贵。 31、欣赏这就是为着一件事务本身而爱好它,不为旁的理由。 32、限制产生力量,自由导向死亡。 33、人类具有说话的伟大能力，但是他们所说的大多既无实际意义又荒谬无理，然而动物说话的能力尽管微乎其微，但是它们所说的有用而真实。; 个人分类: 水煮物理|6754 次阅读|6 个评论

【水煮物理】之八：蒙娜丽莎的智慧: luohuiqian 2008-11-10 23:38; 之八：蒙娜丽莎的智慧（蒙娜丽莎的微笑）如果说要在地球上有史以来找个最聪明的人的话，绝大部分人会选择爱因斯坦，因为他发明了让当时全世界只有三个人才懂的相对论，因为他用五篇论文在20世纪初就奠定了现代物理学的基础，因为他的智商超过了160 （见琉璃工房博文），属于智商涨落区，非常人所能比.然而小爱并非是极顶聪明的地球人，早在他出生几百年前就存在另外一个拥有 220 智商的牛人，他就是我们这篇要讲的列昂纳多达芬奇。达芬奇是个奇人，要给他冠个头衔的话，可以很多很多：画家、作家、雕塑家、发明家、哲学家、音乐家、医学家、生物学家、地理学家、建筑工程师和军事工程师等等，这里的任何一个家放到现代人身上恐怕都是一生难以成就。但我们还要关注的是，他还是一个物理学家！（达芬奇自画像与肖像）实际上，达芬奇并不是他的姓，而是说明他出生在芬奇镇（出生也不算太好嘛！他老妈是个中东女奴，可见远亲结婚有益生个聪明娃！）。全名列昂纳多迪塞尔皮耶罗达芬奇（好长！）的意思是芬奇镇迪塞尔皮耶罗之子──列昂纳多达。所以喊达芬奇，其实还不如喊列昂纳多合适。达芬奇是个天才中的天才，绘画只是他生活中的一小部分消遣而已。可就如此，蒙娜丽莎的微笑还是迷倒了千千万万后来人。人们甚至根据达芬奇的绘画编造出一出神秘的故事《达芬奇密码》，这个故事是关于耶稣是否有老婆的问题。笔者信仰科学，固然觉得耶稣有个老婆也很正常，就像孔子也得有个三妻四妾要不如何有孔府孔林呢？看似比中国封建社会还要开放的西方社会，却苛刻要求人家耶稣不娶女人，何以说的过去嘛！（无心之说，宗教论者别扁俺！）言规正传，咱们的达芬奇可真是一辈子光棍，可不人家荣登男光棍榜亚军呢！（见姗姗来迟的小屋博文）。光棍要当好也是很困难的，达芬奇一辈子最大的一个困扰就是有人指控他是个玻璃（gay），断背断到了小男孩身上。佛洛依德甚至明目张胆地研究起达芬奇许多未完成的画作，说那些就是他性挫败的象征。可怜的达芬奇，树大招风，没办法。不过这一切都无损达芬奇的伟大形象，作为世界上前无古人后无来者的最聪明的人，他一生当中做出了许多杰出的成就。他一面热心于艺术创作和理论研究，研究如何用线条与立体造型去表现形体的各种问题，另一方面他也同时研究自然科学，为了真实感人的艺术形象，他广泛地研究与绘画有关的光学、数学、地质学、生物学等多种学科。他的艺术实践和科学探索精神对后世产生了重大而深远的影响，他是人类智慧的象征。（ From 百度百科）下面我们就来慢慢欣赏蒙娜丽莎式的高档智慧。艺术家达芬奇。达芬奇最为人知的，莫过于他的艺术天分，包括绘画、雕刻、建筑三大领域。《蒙娜丽莎》《最后的晚餐》《岩间圣母》《圣母子与圣安娜》等等名作堪称不朽，本人艺术细胞有限，在此就不做细谈。达芬奇的第一幅画，是个蛋，鸡蛋。您可能还记得小学课本上那个达芬奇画蛋的故事，世界上没有两个完全相同的鸡蛋，即使是同一个鸡蛋，从不同角度在不同光线下也不一样多么深奥的哲学！而14岁的达芬奇画出了一副美杜莎的盾面画，在光和影的作用下，极其狰狞恐怖！小达芬奇却笑对老爸说：这正是它需要的效果！达芬奇在雕塑上也颇有成就，他成功解决了骑马纪念碑雕像的问题。下图就是他的一件雕塑作品。（达芬奇笔下的美杜莎画像与其雕塑作品）建筑和水利学家达芬奇。达芬奇是一个技艺高超的工程师，他不仅设计解决了中央圆屋顶建筑物的问题，还设计了桥梁、教堂、城市街道和城市建筑等等，甚至有城市发展规划设计。在他的设计里，人行道和车马道是分开的，互不干扰，房屋高度和街道宽度也有规定，以方便出行和美观。他设计并亲自主持修建了米兰至帕维亚的运河灌溉工程，推动了当地水利建设和农业发展。这些图纸拿到现代，也堪称杰作！（从上到下：达芬奇的城市规划、宫殿设计和运河设计图）医学家和生物学家达芬奇。达芬奇对人体有着特别的敏感，比较著名的是他那张关于人体比例的图《维特鲁威人》。达芬奇是近代生理解剖学的鼻祖，他首次从解剖学出发研究人体的结构和比例，这也正是他的画如此传神的奥妙。他发现人体血液是循环的起到新陈代谢的作用，而心脏由四个腔室组成，老年人的死因之一便是动脉硬化等等。（《维特鲁威人》人体之美：人体的躯干存在一定的比例）（达芬奇的人体解剖图：人体、心脏、头部、子宫）军事发明家达芬奇。达芬奇还发明了许多军事武器，如簧轮枪、子母弹、三管大炮、坦克车、浮动雪鞋、潜水服及潜水艇、双层船壳战舰、旋转浮桥，甚至还有滑翔机和直升机等等（这可要比莱特兄弟早多了，要是他们兄弟俩早点看到这图纸估计就不会费那什么劲了）。这些武器大都创意独到，而且设计精巧。如下面的图，这种带刀的战车估计只能在现在的幻想游戏里见到，何等之美！（达芬奇设计的武装坦克车（仿制））（达芬奇发明设计的带刀战车、火炮、弩车和飞行器）地质学家和天文学家达芬奇。达芬奇根据高山上的海中动物化石推断地壳有过变动，指出地球上洪水的痕迹是海陆变迁的证明。早在麦哲伦环球航行之前，他就计算出地球的直径为7000余英里。达芬奇还在哥白尼之前就提出地球并非宇宙中心也不是太阳系中心，而月亮发光是因为放射太阳光。他甚至意识到太阳能的可利用性。机械工程师达芬奇。达芬奇一生当中有许多机械设计图纸，几乎每一张图纸都堪称后代的重大发明甚至更为精妙。我不妨来欣赏一下他设计的一些机械，还有最原始的机器人模型。可别小看这个机器人，他靠机械的力量可以挥舞手臂甚至抬动下颚，更为奇妙的是，它还可以说话！它有一个用自动鼓装置的发音器。达芬奇甚至设计的汽车！还有更多：乐器、闹钟、自行车、照相机、温度计、烤肉机、纺织机、起重机、挖掘机达芬奇曾有过无数的发明设计，而这些发明设计在当时如果发表足足可以让我们的世界科学文明进程提前100年！遗憾的是，他的这些图纸手稿在他生前并未公诸于世，只不过作为他日常自娱自乐的活动之一而已，这位聪明人的智慧，可见一斑。（达芬奇设计的各种奇妙的机械，还有机器人模型（仿制））（达芬奇设计的汽车雏形）（达芬奇设计的起重机）数学家和物理学家达芬奇。最后让我们看看达芬奇在数学和物理学上成就。数学上，不用质疑，因为前面任何一个精巧的机械设计都必须源自于精密的数学计算，达芬奇的几何一定比阿基米德还要棒！如他绘制的菱方八面体，或许在自然界就存在这么一种原子排布方式呢！达芬奇还发现了连通器原理连通器内同一液体液面高度相同，液面高度与液体密度成反比；还有惯性原理这为伽利略所证明又为牛顿所推广；还有解释了杠杆原理得出了作用力和力臂的关系，算出了速度和臂长的关系；达芬奇还指出永动机不可能存在；他还预示物质可能由原子组成，甚至预测了原子弹的威力：那东西将从地底下爆起，使人在无声的气息中突然死去，城堡也遭到彻底毁坏，看起来在空中似乎有强大的破坏力。等等这些发现和研究，如果处在达芬奇那个年代的话（比伽利略还要早哦！），那只能有一种解释，达芬奇简直是一个科学的先知！（达芬奇绘制的菱方八面体）（达芬奇名作：《最后的晚餐》）达芬奇的神奇之处还有许多许多，比如他的手稿都是用左手反写的镜像字，一般人是没办法看懂的。用这种保密法来保护自己的知识产权，达芬奇可谓是做到家了。《达芬奇密码》里还提到过他发明的一种达芬奇密码筒，5个转盘上的26个字母可以有 11881376种组合，还有醋做保护措施，这样的保密措施何等巧妙！此外，他还设计了一套方法以做心脏修复手术，以至2005年某外科医生还利用此技术完成了心脏修复手术！达芬奇睡觉方式很独特，他用的是打盹休息法，每工作4小时然后打个盹15分钟，这样一整天下来只需要睡眠1.5个小时，剩下的时间可以都用来工作（真是异人！），此法被后人所效仿过也成功过。达芬奇还是一个哲学家，真理源于实践，或者说实践出真知，这便是他创立的哲学之一。他批评天主教说：真理只有一个，他不是在宗教之中，而是在科学之中。这些思想成为自然科学的基本研究思想，以培根、伽利略、牛顿为代表的后人在不断努力下，实现了自然科学和人类认识的飞跃。（达芬奇密码筒）（达芬奇独特的左手镜像字，你认的出来么？）或许达芬奇就像他下面这幅具有魔幻色彩的画一样神秘，他的智慧如汪洋大海无可估量，他的思维更是如九重天空难以捉摸。这样的人，你难道还不认为他是地球上最聪明的人么？（达芬奇的奇幻画作）最后，让我们摘取达芬奇的一些名言警句，以学习之。（ From 百度百科） 1、勤劳一日，可得一夜安眠，勤劳一生，可得幸福长眠。 2、有天资的人，当他们工作得最少的时候，实际上是他们工作得最多的时候。因为他们是在构思，并把想法酝酿成熟，这些想法随后就通过他们的手表达出来。 3、无论掌握哪一种知识对智力都是有用的，它会把无用的东西抛开而把好的东西保留住。 4、趁年轻少壮去探求知识吧，它将弥补由于年老而带来的亏损。智慧乃是老年的精神的养料，所以年轻时应该努力，这样年老时才不至于空虚。 5、应当耐心听取他人的意见，认真考虑指责你的人是否有理。如果他有理，你就修正自己的错误，如果他理亏，只当没听见。若他是一个你所敬重的人，那么可以通讨论提出他不正确的地方。 6、运动是一切生命的源泉。 7、真理只有一个，它不在宗教中，而是在科学中。 8、水若停滞即失其纯洁，心不活动精气立消。 9、所有伤害都会在记忆中留下痛苦，而最大的伤害死亡并非如此，死亡在终结生命的同时也抹去了记忆。 10、假如你有两块面包，请你用一块换一朵水仙花。 11、智慧是经济之女。 12、美貌的青年穿戴过分反而折损了他们的美，山村妇女穿着朴素无华的衣服反比盛装的妇女美得多。 13、真理是时间的女儿。 14、愚昧将使你达不到任何成果，并在失望和忧郁之中自暴自弃。 15、热爱实践而又不讲求科学的人，就好像一个水手进了一只没有舵或罗盘的船，他从来不肯定他往哪里走。 16、人的美德的荣誉比他的财富的荣誉不知大多少倍。古今有多少帝王公侯，可是却没有在我们记忆中留下一丝痕迹，就因为他们只想用庄园和财富留名后世。岂不见多少人在钱财上一贫如洗，但在美德上却是富豪呢？ 17、人的智慧不用就会枯萎。 18、你如果要做一个艺术家，你要牢记：必须开拓你的胸襟，务使心如明镜，能够照见一切事物，一切色彩。 19、荣誉在于劳动的双手。 20、人的确是禽兽之王，他的残暴胜于所有的动物。我们靠其它生灵的死而生活。我们都是坟墓。我在很小的时候就发誓再不吃肉了。总有一天，人们将视杀生如同杀人。（稍微了解达芬奇的人都知道他从小就拒绝吃肉且不肯说出原因，被祖父安乐尼奥视为不详） 21、不是数学家请不要读我的基本著作。（一根线条在达芬奇眼中被理解成一个点在平面或空间中的运动轨迹，乃至解析几何中的一个方程式所界定的点的集合，线条无宽度也无厚度。因此对于生活在文艺复兴以后或接受过文艺复兴思想的西方人，对于线条的理解是基于几何学和数学） 22、鸟类之外无蝙蝠。 23、那些遥远的过往依旧历历在目，反倒是近日种种模糊如前尘韶光。 24、眼睛是心灵的窗户。 25、交配的行为和交配的器官是如此丑陋，以至于如果不是有美丽的脸庞、漂亮的衣着和行事时的冲动，人类早在大自然中绝种了。 26、人的肌肉不应该被画成一袋核桃或者一捆胡萝卜一样的东西。 27、墙上的斑点也是一道美丽的风景。 28、汤正变冷。（暮年时写在最后一张手稿上的最后一句话，是个谜语，至今无人破译） 29、不惩罚犯罪的人就是下令犯罪。 30、一幅画中最白的地方要像宝石那样可贵。 31、欣赏这就是为着一件事务本身而爱好它,不为旁的理由。 32、限制产生力量,自由导向死亡。 33、人类具有说话的伟大能力，但是他们所说的大多既无实际意义又荒谬无理，然而动物说话的能力尽管微乎其微，但是它们所说的有用而真实。更多相关博文请访问【若水阁】（参赛科学博客） ,欢迎投票支持我的博客！之零：物理当然很有趣之一：物理是谁他妈生的？之二：物理的第一次之三：有关吃饭问题之四：裸奔之行为艺术之五：偷窥上帝的秘密之六：扒掉皇帝的新衣之七：数典不能忘祖; 个人分类: 水煮物理|5437 次阅读|2 个评论

[水煮物理]之七：数典不能忘祖: 热度 2 penrose 2008-11-9 23:23; 之七：数典不能忘祖（中国科学为之骄傲的年代：四大发明）从公元前四世纪的亚里士多德到公元16世纪的伽利略，期间跨越近2000年。在如此漫长的岁月里，西方的自然科学从观察和思辨层次走向了实验研究和数学证明的另一个层次，开启了近代自然科学研究的先河。在我们关注于西方科学进展的同时，请让我们也回顾一下中国的科学史，当然，也是中国的古代物理史。这段时间跨越中国的春秋战国争霸到秦国一统天下、大汉王朝到三国鼎立、五胡乱华到大唐盛世、宋元战患到大明振威，可谓是大半部中国封建社会画卷。中国的科学就在政治战乱和封建思想的夹缝中，生根发芽。尽管我们没有最终走上西方自然科学那种实验和数学为基础的道路，但中国人始终是世界上最聪明的人之一，我们在观察记录和总结发明中取得了绝对的优势，那些年代，是一个中国人发明的年代。华夏文明的源远流长，和古代的诸多发明（远远不只是四大发明）也是密切不可分的。那么，以下就让我们来数典看祖吧！春秋战国诸子百家的文献记录里有不少关于古代发现和发明的。战国末年的《韩非子有度篇》中，有先王立司南以端朝夕的记载，这个司南便是最古老的指南针雏形。《论衡》叙述司南形同水勺，磁勺柄自动指南。更古老的记录是：黄帝大战蚩尤的时候，蚩尤部落放出迷雾想让黄帝大军乱成一团，没想到的是，黄帝利用指南车指出正确的方向，杀出重围，大胜蚩尤。这个指南车，是上面有个小人，采用简单的机械原理和地磁技术，让小人的手指始终指向南边。可惜，指南针的发明只给黄帝便宜，而后来封建统治者似乎忘了利用它。虽然我们早在晋代就发明了指南船，是航海罗盘的最早发明。而西方的哥伦布、达伽马等用它发现了新大陆、环绕了地球证明地球是圆的，开启了西方以掠夺和殖民为生的时代。（指南车）刘安的《准南子》记载用冰作透镜，用反射镜作潜望镜等奇妙的光学现象。记得初中物理有道脑筋急转弯式的考题：在南极没有火柴怎么生火？答案是把冰磨成凸透镜聚光到易燃物上就可以。这就是古代中国人的智慧，而潜望镜则可以用来观察院子外面的情况（如下图）。只是可惜，中国人没有发明潜水艇并把它用上去，要不中国肯定称霸海上世界！（冰透镜取火与潜望镜的发明）中国人的另一件惋惜的发明是火药。十世纪，大概是中国的炼金术士在一次偶然的爆炸中发明了火药，而后有用火药的火箭。1231年，中国宋朝人发明震天雷，是一种充有火药，备有导火线的铁器，可用投射器射出，是火炮的雏型。1241年，蒙古人使用火箭作武器，这是战争中首次使用火箭。1259年，中国宋朝抗击金兵时，使用一种用竹筒射出子弹的火器，是火枪的雏型。而后，中国有了发射铁坨坨的大炮，并且数百年没有改进。而十四世纪火药经阿拉伯那里传入西欧，西方的军事实力大大提升，从冷兵器时代进步到了热兵器时代。再后来，西方列强用大炮和鸦片轰开了中国的大门，殖民了大半个中国，一部近代中国的血泪史在饱尝自己的发明带来的痛苦中翻过。我不得不说这还是孔子的吃饭哲学在作祟，因为广大中国人民追求的不过是吃饱穿暖，所以用火药做做烟花爆竹吓一吓年兽就足够了，何必去掠夺别人的资源呢？（火药的发明与应用）其实避雷针也是中国发明的，那个富兰克林只不过用风筝做了个试验而已，而中国早在大汉就用上了避雷装置。据后汉书记载，一次未央宫和柏梁台遭雷电袭击发生火灾，后来汉武帝用一个方士的建议，在宫殿的屋脊上安装鸱鱼来防止灾难。这就是避雷针的最初模样。如果你去观察中国古代的建筑就会发现，斗拱飞檐总是有类似的突出物，如龙、飞鱼、雄鸡等等，从三国时代的葫芦串到大清的故宫和北海的琼岛建筑都可以看到，这些物体都起到了避雷的作用。（飞檐斗拱）关于发明，还有我们熟知的张衡和祖冲之。张衡发明了地动仪用来观测地震，浑天仪用来观测星象，而祖冲之则改进了指南车（属于再发明？），计算精确的圆周率数值等。后来我们把月球背面的一个环形山命名为祖冲之山以纪念。只是张衡，倒成了高丽棒子的万元大钞头像，令我们后辈暴汗。（张衡和祖冲之：他们都是中国古代发明家）（地动仪与韩币万元大钞（张衡像和浑天仪））除了诸多发明之外，还有许多发现也是中国人首次观察并记录的。比如《韩非子》记载：有人请了一个画匠为他画一张画。三年以后，画匠告诉他：画成了！他一看，八尺长的木板上只涂了一层漆，什么画也没有，便大发脾气，认为画匠欺骗了他。画匠说：请你修一座房子，房子要有一堵高大的墙，再在这堵墙对面的墙上开一扇大窗户。把木板放在窗上，太阳一出来，你在对面的墙上就可以看到一幅图画。他半信半疑，照画匠的话去办。果然，在屋子的墙壁上出现了亭台楼阁和往来车马的图象，好象一幅绚丽多彩的风景画。尤其奇怪的是，画上的人和车还在动，不过都是倒着的！而墨翟和他的学生则第一次做了小孔成像的实验，并且给出了光线直线传播的解释。赵友钦首次在《小罅光景》中给予详细的叙述和解释。（小孔成像与实验，赵友钦画像）还有沈括的《梦溪笔谈》更是记载了诸多物理现象和发明。包括石油、印刷术等等。在天文学上的观测，中国似乎更为名人辈出。有在朝为大官的官科郭守敬，也有出家为僧的民科一行。郭守敬改进了张衡的浑天仪，创造了简仪：将结构繁复的浑仪简化成把地平和赤道两种坐标系统分开，可减少多重环对观测天区的遮蔽。公元六世纪，中国古代天文学家张子信就发现了太阳、月亮和太阳系内5颗行星。而下面的宋代石刻星象图，更是蔚为壮观！（郭守敬和一行：中国古代天文学的官科和民科）（简仪）（张子信）（宋代石刻星图）以上列举的，不过是中国古代物理学（当然古代物理学包括天文学和化学，也包括发现和发明）的一小部分成就，但足以见得，我们的古代科学其实并不比别人差多少。只是，中国只是善于观察记录，偶尔发明的东西也应用不多（多数为了糊弄宫廷需要比如观星象之类）。我们没有走向以实验为基础理论为辅助的研究道路，从而整个科学都只能在夹缝中生存，而明清的闭关锁国，最终使中国科学彻底走向了落后。再要往前追赶，恐怕力不从心矣！也但愿现代中国人能吸取祖先的教训，不要一味地在科研上追求paper数目和刊物排名，而是追求研究成果的影响力和应用前景，让我们的科学研究做到真正地为祖国的富强而服务！; 个人分类: 水煮物理|8244 次阅读|11 个评论

【水煮物理】之七：数典不能忘祖: luohuiqian 2008-11-9 23:21; 之七：数典不能忘祖（中国科学为之骄傲的年代：四大发明）从公元前四世纪的亚里士多德到公元16世纪的伽利略，期间跨越近2000年。在如此漫长的岁月里，西方的自然科学从观察和思辨层次走向了实验研究和数学证明的另一个层次，开启了近代自然科学研究的先河。在我们关注于西方科学进展的同时，请让我们也回顾一下中国的科学史，当然，也是中国的古代物理史。这段时间跨越中国的春秋战国争霸到秦国一统天下、大汉王朝到三国鼎立、五胡乱华到大唐盛世、宋元战患到大明振威，可谓是大半部中国封建社会画卷。中国的科学就在政治战乱和封建思想的夹缝中，生根发芽。尽管我们没有最终走上西方自然科学那种实验和数学为基础的道路，但中国人始终是世界上最聪明的人之一，我们在观察记录和总结发明中取得了绝对的优势，那些年代，是一个中国人发明的年代。华夏文明的源远流长，和古代的诸多发明（远远不只是四大发明）也是密切不可分的。那么，以下就让我们来数典看祖吧！春秋战国诸子百家的文献记录里有不少关于古代发现和发明的。战国末年的《韩非子有度篇》中，有先王立司南以端朝夕的记载，这个司南便是最古老的指南针雏形。《论衡》叙述司南形同水勺，磁勺柄自动指南。更古老的记录是：黄帝大战蚩尤的时候，蚩尤部落放出迷雾想让黄帝大军乱成一团，没想到的是，黄帝利用指南车指出正确的方向，杀出重围，大胜蚩尤。这个指南车，是上面有个小人，采用简单的机械原理和地磁技术，让小人的手指始终指向南边。可惜，指南针的发明只给黄帝便宜，而后来封建统治者似乎忘了利用它。虽然我们早在晋代就发明了指南船，是航海罗盘的最早发明。而西方的哥伦布、达伽马等用它发现了新大陆、环绕了地球证明地球是圆的，开启了西方以掠夺和殖民为生的时代。（指南车）刘安的《准南子》记载用冰作透镜，用反射镜作潜望镜等奇妙的光学现象。记得初中物理有道脑筋急转弯式的考题：在南极没有火柴怎么生火？答案是把冰磨成凸透镜聚光到易燃物上就可以。这就是古代中国人的智慧，而潜望镜则可以用来观察院子外面的情况（如下图）。只是可惜，中国人没有发明潜水艇并把它用上去，要不中国肯定称霸海上世界！（冰透镜取火与潜望镜的发明）中国人的另一件惋惜的发明是火药。十世纪，大概是中国的炼金术士在一次偶然的爆炸中发明了火药，而后有用火药的火箭。1231年，中国宋朝人发明震天雷，是一种充有火药，备有导火线的铁器，可用投射器射出，是火炮的雏型。1241年，蒙古人使用火箭作武器，这是战争中首次使用火箭。1259年，中国宋朝抗击金兵时，使用一种用竹筒射出子弹的火器，是火枪的雏型。而后，中国有了发射铁坨坨的大炮，并且数百年没有改进。而十四世纪火药经阿拉伯那里传入西欧，西方的军事实力大大提升，从冷兵器时代进步到了热兵器时代。再后来，西方列强用大炮和鸦片轰开了中国的大门，殖民了大半个中国，一部近代中国的血泪史在饱尝自己的发明带来的痛苦中翻过。我不得不说这还是孔子的吃饭哲学在作祟，因为广大中国人民追求的不过是吃饱穿暖，所以用火药做做烟花爆竹吓一吓年兽就足够了，何必去掠夺别人的资源呢？（火药的发明与应用）其实避雷针也是中国发明的，那个富兰克林只不过用风筝做了个试验而已，而中国早在大汉就用上了避雷装置。据后汉书记载，一次未央宫和柏梁台遭雷电袭击发生火灾，后来汉武帝用一个方士的建议，在宫殿的屋脊上安装鸱鱼来防止灾难。这就是避雷针的最初模样。如果你去观察中国古代的建筑就会发现，斗拱飞檐总是有类似的突出物，如龙、飞鱼、雄鸡等等，从三国时代的葫芦串到大清的故宫和北海的琼岛建筑都可以看到，这些物体都起到了避雷的作用。（飞檐斗拱）关于发明，还有我们熟知的张衡和祖冲之。张衡发明了地动仪用来预测地震，浑天仪用来观测星象，而祖冲之则改进了指南车（属于再发明？），计算精确的圆周率数值等。后来我们把月球背面的一个环形山命名为祖冲之山以纪念。只是张衡，倒成了高丽棒子的万元大钞头像，令我们后辈暴汗。（张衡和祖冲之：他们都是中国古代发明家）（地动仪与韩币万元大钞（张衡像和浑天仪））除了诸多发明之外，还有许多发现也是中国人首次观察并记录的。比如《韩非子》记载：有人请了一个画匠为他画一张画。三年以后，画匠告诉他：画成了！他一看，八尺长的木板上只涂了一层漆，什么画也没有，便大发脾气，认为画匠欺骗了他。画匠说：请你修一座房子，房子要有一堵高大的墙，再在这堵墙对面的墙上开一扇大窗户。把木板放在窗上，太阳一出来，你在对面的墙上就可以看到一幅图画。他半信半疑，照画匠的话去办。果然，在屋子的墙壁上出现了亭台楼阁和往来车马的图象，好象一幅绚丽多彩的风景画。尤其奇怪的是，画上的人和车还在动，不过都是倒着的！而墨翟和他的学生则第一次做了小孔成像的实验，并且给出了光线直线传播的解释。赵友钦首次在《小罅光景》中给予详细的叙述和解释。（小孔成像与实验，赵友钦画像）还有沈括的《梦溪笔谈》更是记载了诸多物理现象和发明。包括石油、印刷术等等。在天文学上的观测，中国似乎更为名人辈出。有在朝为大官的官科郭守敬，也有出家为僧的民科一行。郭守敬改进了张衡的浑天仪，创造了简仪：将结构繁复的浑仪简化成把地平和赤道两种坐标系统分开，可减少多重环对观测天区的遮蔽。公元六世纪，中国古代天文学家张子信就发现了太阳、月亮和太阳系内5颗行星。而下面的宋代石刻星象图，更是蔚为壮观！（郭守敬和一行：中国古代天文学的官科和民科）（简仪）（张子信）（宋代石刻星图）以上列举的，不过是中国古代物理学（当然古代物理学包括天文学和化学，也包括发现和发明）的一小部分成就，但足以见得，我们的古代科学其实并不比别人差多少。只是，中国只是善于观察记录，偶尔发明的东西也应用不多（多数为了糊弄宫廷需要比如观星象之类）。我们没有走向以实验为基础理论为辅助的研究道路，从而整个科学都只能在夹缝中生存，而明清的闭关锁国，最终使中国科学彻底走向了落后。再要往前追赶，恐怕力不从心矣！也但愿现代中国人能吸取祖先的教训，不要一味地在科研上追求paper数目和刊物排名，而是追求研究成果的影响力和应用前景，让我们的科学研究做到真正地为祖国的富强而服务！更多相关博文请访问【若水阁】（科学博客）：之零：物理当然很有趣之一：物理是谁他妈生的？之二：物理的第一次之三：有关吃饭问题之四：裸奔之行为艺术之五：偷窥上帝的秘密之六：扒掉皇帝的新衣; 个人分类: 水煮物理|2991 次阅读|3 个评论

[水煮物理]之六：扒掉皇帝的新衣: 热度 1 penrose 2008-11-9 15:08; 之六：扒掉皇帝的新衣（连环画《皇帝的新衣》）中国有句古话：舍得一身剐，敢把皇帝拉下马！可见，碰碰至高无上的皇帝是一种多么恐怖的事情。即便是皇帝被骗子蒙蔽穿了一件无法看见的衣服，也无人敢直言一句，最后只有一个无知的小孩喊出了皇帝在裸奔。那位小孩的命运不可而知，肯定是倒霉到家了。此等事情在学术界想必屡见不鲜，因为学霸们、权威们、先知们的思想总是统领某个或者整个领域。比如亚里士多德，他的思想便统领西方自然科学千年之久，堪称自然科学的皇帝。然而皇帝总有出错的时候，比如穿上了骗子的新衣。只是在科学领域，不只是存在一两个敢说真话的人，像我们前面提到的哥白尼和布鲁诺就是其中代表。我们还有更大胆的同学，他不仅仅说皇帝的新衣是假的，而且亲手在众人面前，扒掉了皇帝的新衣，让众人看到，一个赤裸裸的皇帝，不过如此！这位胆大包天的同学，便是伽利略，近代自然科学的先驱者。（伽利略）亚里士多德的教义里有那么一条：重物下落是物体的自然属性，物体越重，趋向自然位置的倾向性也就越大，所以下落速度也越大。即到物体下落速度与物体重量成正比。这条教义一直到16世纪仍然为人们所笃信，因为好像理所当然。不过从没有人怀疑过，这位哲人无非是转了转脑子就蹦出的这么句话，没想到成了金科玉律。事实上，早在伽利略之前，就有三人怀疑此语，只是他们没有流传下实验记录。而伽利略，作为实验物理的奠基人，第一次做了那个闻名遐迩的自由落体实验比萨斜塔实验。实验的设计很简单，让一个小铁球和一个大铁球同时在斜塔高出释放，看谁先落地。实验的思想却很精妙：假如小球下落慢v1、大球下落快v2，那么把两个球绑在一起的话，必然小球要拖慢大球的下落速率，于是这样的下落速率介于两者之间vv1+v2，可是两个在一起的质量大于任何一个m=m1+m2m1,m2，若看成整体那它们的下落速率应该大于其中任何一个vv1,v2。很显然，从同一个前提假设出发推出了一个矛盾的命题结论，亚里士多德的命题肯定有问题的。据说，伽利略在公众面前做了这个落体实验，证实了两个球是同时落地的，于是证明物体的下落速率与其质量无关。有人也一直怀疑伽利略到底干过这个事情没，事实上，即使如此的实验，也很难判定的，因为抓重球的那个手会释放的慢一些，所以可能会导致与亚里士多德完全相反的结论重球反而下落慢！这可不是人们所能接受的解释。只能说，比萨斜塔实验是伽利略一次成功的表演，真正扒掉皇帝的新衣的实验，乃是更为巧妙的斜面实验。（比萨斜塔） 1632年和1638年是伽利略的丰收年，他在这两年里分别出版了两部《对话》：《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》支持了地动学说，首先阐明了运动的相对性原理；《两门新科学的对话》讨论了材料抗断裂、媒质对运动的阻力、惯性原理、自由落体运动、斜面上物体的运动、抛射体的运动等问题，给出了匀速运动和匀加速运动的定义。这两部《对话》奠定了力学的基础，而关于物体运动的相关讨论和实验研究，更是开创了用实验事实说话的物理学研究风格。更重要的是，关于运动的相对性原理和惯性的讨论，启发了后来的牛顿、爱因斯坦等人，后来关于惯性质量和引力质量的讨论引出了物理学史上最伟大的革命。而这一切的开端，就在于伽利略哪个精巧的斜面实验。（伽利略的斜面实验）斜面实验在现在看来非常简单：只要测量斜面上铜球滚下相同距离所需要的时间就可以。伽利略发现铜球滚下1/4距离所需要的实验正好是全程时间的一半，最终确认铜球滚下的距离与所用的时间平方成比例，并且对于不同高度的斜面均能成立。由此可以推广到90斜面，即自由落体运动，物体下落高度应该和所用的时间平方成正比。可是，这个实验有许多致命的问题。测量长度恐怕问题不大，因为只要测量斜面的几分之几而已，用根棉绳就可以做到，可是测量时间呢？读者恐怕会笑用个钟表不就可以嘛！事实上，您错了。那个年代根本没有钟表，因为钟表的发明其实起源于伽利略在后面的几年里关于单摆的等时性等后续研究中。（钟摆计时器的发明原理是单摆的等时性）没有表也要计时，这正是伽利略聪明之处，正如欧姆发现欧姆定律的时候，根本就不可能有电流表电压表一样（那时甚至连电流电压是啥都还不清楚!）。一种说法是伽利略用自己的脉搏计时（聪明吧？），只要数脉搏的个数，认为任意两个脉搏之间等时间间隔就可以，不过若您要是有哮喘，那就完了。《对话》里的记录是伽利略发明了漏水计量时间的方法，在一个大水箱戳个小洞，接下所须计量的时间内所有漏出的水，然后称量它们的比重，只要得到不同时间漏出的水的重量之比，就可以得到时间之比！这简直太绝了。不过这一招，其实在公元前二世纪咱大汉王朝就用过了，而且发明了最原始的计时工具漏壶，此待《水煮物理》下期后话。我更喜欢另一个传说，伽利略能精确计时，在于他有个懂音乐的老爸。伽利略小时候就跟老爸学小提琴，因此音乐节拍感非常强，所以只要在做实验的时候，哼支小曲就可以计量时间了，何不乐哉！传说终归还是传说，也就平时吹牛乐呵乐呵罢了。伽利略在斜面实验之后，对物体的运动问题做了大量思考，得出了许多有用而准确的结论。他对时间计量的发明，更是开拓了人类如何记录和度量时间的先河。中国人会日晷、漏壶、沙漏、燃香计时，可偏偏没有发明出机械计时，与其说是遗憾，不如说是孔子的吃饭哲学堵塞了读书人的脑子，实属必然。（伽利略发明的机械定时器）; 个人分类: 水煮物理|6795 次阅读|3 个评论

【水煮物理】之六：扒掉皇帝的新衣: luohuiqian 2008-11-9 15:04; 之六：扒掉皇帝的新衣（连环画《皇帝的新衣》）中国有句古话：舍得一身剐，敢把皇帝拉下马！可见，碰碰至高无上的皇帝是一种多么恐怖的事情。即便是皇帝被骗子蒙蔽穿了一件无法看见的衣服，也无人敢直言一句，最后只有一个无知的小孩喊出了皇帝在裸奔。那位小孩的命运不可而知，肯定是倒霉到家了。此等事情在学术界想必屡见不鲜，因为学霸们、权威们、先知们的思想总是统领某个或者整个领域。比如亚里士多德，他的思想便统领西方自然科学千年之久，堪称自然科学的皇帝。然而皇帝总有出错的时候，比如穿上了骗子的新衣。只是在科学领域，不只是存在一两个敢说真话的人，像我们前面提到的哥白尼和布鲁诺就是其中代表。我们还有更大胆的同学，他不仅仅说皇帝的新衣是假的，而且亲手在众人面前，扒掉了皇帝的新衣，让众人看到，一个赤裸裸的皇帝，不过如此！这位胆大包天的同学，便是伽利略，近代自然科学的先驱者。（伽利略）亚里士多德的教义里有那么一条：重物下落是物体的自然属性，物体越重，趋向自然位置的倾向性也就越大，所以下落速度也越大。即到物体下落速度与物体重量成正比。这条教义一直到16世纪仍然为人们所笃信，因为好像理所当然。不过从没有人怀疑过，这位哲人无非是转了转脑子就蹦出的这么句话，没想到成了金科玉律。事实上，早在伽利略之前，就有三人怀疑此语，只是他们没有流传下实验记录。而伽利略，作为实验物理的奠基人，第一次做了那个闻名遐迩的自由落体实验比萨斜塔实验。实验的设计很简单，让一个小铁球和一个大铁球同时在斜塔高出释放，看谁先落地。实验的思想却很精妙：假如小球下落慢v1、大球下落快v2，那么把两个球绑在一起的话，必然小球要拖慢大球的下落速率，于是这样的下落速率介于两者之间vv1+v2，可是两个在一起的质量大于任何一个m=m1+m2m1,m2，若看成整体那它们的下落速率应该大于其中任何一个vv1,v2。很显然，从同一个前提假设出发推出了一个矛盾的命题结论，亚里士多德的命题肯定有问题的。据说，伽利略在公众面前做了这个落体实验，证实了两个球是同时落地的，于是证明物体的下落速率与其质量无关。有人也一直怀疑伽利略到底干过这个事情没，事实上，即使如此的实验，也很难判定的，因为抓重球的那个手会释放的慢一些，所以可能会导致与亚里士多德完全相反的结论重球反而下落慢！这可不是人们所能接受的解释。只能说，比萨斜塔实验是伽利略一次成功的表演，真正扒掉皇帝的新衣的实验，乃是更为巧妙的斜面实验。（比萨斜塔） 1632年和1638年是伽利略的丰收年，他在这两年里分别出版了两部《对话》：《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》支持了地动学说，首先阐明了运动的相对性原理；《两门新科学的对话》讨论了材料抗断裂、媒质对运动的阻力、惯性原理、自由落体运动、斜面上物体的运动、抛射体的运动等问题，给出了匀速运动和匀加速运动的定义。这两部《对话》奠定了力学的基础，而关于物体运动的相关讨论和实验研究，更是开创了用实验事实说话的物理学研究风格。更重要的是，关于运动的相对性原理和惯性的讨论，启发了后来的牛顿、爱因斯坦等人，后来关于惯性质量和引力质量的讨论引出了物理学史上最伟大的革命。而这一切的开端，就在于伽利略哪个精巧的斜面实验。（伽利略的斜面实验）斜面实验在现在看来非常简单：只要测量斜面上铜球滚下相同距离所需要的时间就可以。伽利略发现铜球滚下1/4距离所需要的实验正好是全程时间的一半，最终确认铜球滚下的距离与所用的时间平方成比例，并且对于不同高度的斜面均能成立。由此可以推广到90斜面，即自由落体运动，物体下落高度应该和所用的时间平方成正比。可是，这个实验有许多致命的问题。测量长度恐怕问题不大，因为只要测量斜面的几分之几而已，用根棉绳就可以做到，可是测量时间呢？读者恐怕会笑用个钟表不就可以嘛！事实上，您错了。那个年代根本没有钟表，因为钟表的发明其实起源于伽利略在后面的几年里关于单摆的等时性等后续研究中。（钟摆计时器的发明原理是单摆的等时性）没有表也要计时，这正是伽利略聪明之处，正如欧姆发现欧姆定律的时候，根本就不可能有电流表电压表一样（那时甚至连电流电压是啥都还不清楚!）。一种说法是伽利略用自己的脉搏计时（聪明吧？），只要数脉搏的个数，认为任意两个脉搏之间等时间间隔就可以，不过若您要是有哮喘，那就完了。《对话》里的记录是伽利略发明了漏水计量时间的方法，在一个大水箱戳个小洞，接下所须计量的时间内所有漏出的水，然后称量它们的比重，只要得到不同时间漏出的水的重量之比，就可以得到时间之比！这简直太绝了。不过这一招，其实在公元前二世纪咱大汉王朝就用过了，而且发明了最原始的计时工具漏壶，此待《水煮物理》下期后话。我更喜欢另一个传说，伽利略能精确计时，在于他有个懂音乐的老爸。伽利略小时候就跟老爸学小提琴，因此音乐节拍感非常强，所以只要在做实验的时候，哼支小曲就可以计量时间了，何不乐哉！传说终归还是传说，也就平时吹牛乐呵乐呵罢了。伽利略在斜面实验之后，对物体的运动问题做了大量思考，得出了许多有用而准确的结论。他对时间计量的发明，更是开拓了人类如何记录和度量时间的先河。中国人会日晷、漏壶、沙漏、燃香计时，可偏偏没有发明出机械计时，与其说是遗憾，不如说是孔子的吃饭哲学堵塞了读书人的脑子，实属必然。（伽利略发明的机械定时器）更多相关博文请访问【若水阁】（科学博客）：之零：物理当然很有趣之一：物理是谁他妈生的？之二：物理的第一次之三：有关吃饭问题之四：裸奔之行为艺术之五：偷窥上帝的秘密; 个人分类: 水煮物理|2577 次阅读|1 个评论

[水煮物理]之五：偷窥上帝的秘密: 热度 3 penrose 2008-11-7 23:54; 之五：偷窥上帝的秘密（上帝在天堂忙乎啥呢？）物理学家们对于上帝及其相关问题一向来都很敏感，地球上最聪明的人爱因斯坦说过：有一种超越一切的力量，支持著全宇宙的科学法则和自然界的运行变化。如果我们将这种力量称为上帝，那我就要向这位上帝低头。而经典物理学里最伟大的牛顿同学的后半辈子的工作几乎只集中于一个课题用数学方法证明上帝的存在性。有此等二位巨人牵头，上帝在物理学家的眼里，就显得异常注目。至于政治家，更是烦扰上帝许多年，比如老萨与小布的世代恩仇。（老萨与小布：上帝都被炸动了！）不过，并非所有的物理学家都对上帝如此敬畏，对上帝发生的第一次偷窥，大概在四百年前就发生了，而偷窥上帝第一人，正是我们聪明无畏的伽利略同学！伽利略伽利雷 (1564～1642) ，意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代实验物理学的开拓者，被誉为近代科学之父。单纯这几个家就足以让现代任何一个搞科学的人折服。也正是如此，我们在《水煮物理》当中要花几期功夫来介绍他一生中诸多重大的发现和科学成就。而偷窥上帝的秘密，便是伽利略的得意之作！（伽利略铜像：手持偷窥上帝的工具）话说整整400年前（1608年），荷兰的一位眼镜店老板Hans Lippershey在自己的店里摆弄几个镜片。因为据说三年前有一群孩子在眼镜制作车间发现了一个很好玩的事情：用两个镜片的组合可能看到一些不可思议的景象。这位眼镜店老板大概也是生意清淡，就和同事在柜台摆弄起眼镜，希望发现那帮孩子看到的东西。奇迹出现了，当他们把老花镜和近视镜叠在一起，只要拉开合适的距离，就能看到的远处的物体仿佛就在眼前，伸手就能抓住似的。后来，他们把这项发现提交给了荷兰政府申请专利。同时，我们的伽利略同学正在面临一个困扰他许久的问题。因为1604年的冬天，南方的天空出现一颗诡异而明亮的星，而在第二年秋天又神秘地消失，人们对这位漫漫天空的不速之客感到好奇而又担忧。伽利略也是其中之一，他意识到人类对自己所生活下的这片天空实在了解太少太少了。一晃五年到了1609年，伽利略得知荷兰人发明了千里眼一个能看见远处肉眼看不到的东西的工具。聪明过人的伽利略立刻兴奋异常，尽管荷兰人的专利里面没有写清楚究竟怎么做的这东东（或许是当年科学成果发表并不严谨），但仅仅通过其中关于镜管的一个提示，天才的伽利略就琢磨出了他想要的东西望远镜。在望远镜发明的最初，伽利略只是努力做好宣传工作，一星期之后，就命我把望远镜呈献给议长和议员们观看，他们感到非常惊奇。绅士和议员们，虽然年纪很大了，但都按次序登上威尼斯的最高钟楼，眺望远在港外的船只，看得都很清楚；如果没有我的望远镜，就是眺望两个小时，也看不见。这仪器的效用可使50英里的以外的物体，看起来就像在5英里以内那样。。但伽利略与荷兰人不同的是，他看的更远更大胆。在把望远镜原物放大倍数提高到数十倍后，他把望远镜对准了深不可测的神秘天空，去窥视上帝的秘密。（伽利略自制的两个望远镜，试图窥视上帝的秘密）伽利略成功看到了许多令人惊讶的现象。比如月球的豆豆（陨石坑）、土星的耳朵（土环）、银河中的星团（星系团）、木星的伙伴（卫星）还有太阳的雀斑（黑子）等等。一系列令人想都不敢想的发现，在神奇的望远镜里成了事实。1610年，伽利略在威尼斯出版《星际使者》一书，当即轰动世界。然而，偷窥太多上帝的秘密，必然要触怒某些人。比如被伽利略拧疼鼻子的主教大人们，他们最终把伽利略送进了宗教监狱。伽利略人生最后的旅程便在囚禁和潦倒中度过，尽管他试图安慰自己：教会的任务并不是描绘天堂是什么样子，而是应告诉人们如何升入天堂。同时代的布鲁诺早被活活烧死，伽利略算是捡了条命，终老1642年。同年，另一个物理学伟人诞生了，他就是艾萨克*牛顿同学。（伽利略月球观测手稿：满脸豆豆的月球）人们常说：哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。伽利略发明的望远镜，在后代成为人们认识自然的最重要工具之一。现在的天文望远镜，看到了更多更为壮观的宇宙图像。如下图的凯克望远镜和哈勃太空望远镜。他们能看到的是美丽的星系和星云图。像蛋云翳和宇宙涅槃的凤凰，是如此之美之壮观，恐怕是伽利略未曾想到的。（凯克望远镜和哈勃太空望远镜）（蛋云翳和宇宙涅槃的凤凰（两个星系碰撞））现代与古代望远镜的最大区别在于，我们不仅仅是看肉眼能看见的光，更能看肉眼看不见的光。比如宇宙微波辐射和x射线辐射等。通过对这些不同频率的光的测量，我们获得了宇宙的许多认识。而望远镜，也不只是一两个圆筒样子了，它可以是一大堆雷达天线一样的阵列，也可以如太空中宇宙飞船一样。威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器在2006年给出了我们宇宙的微波背景辐射的全图，通过它我们发现原来我们的宇宙有70%左右的组成是暗能量一种神秘到我们至今无法了解的物质。从伽利略的第一次偷窥上帝，到现在我们认识到上帝的广袤无垠，人类在一步一步走向真知。（ALMA望远镜阵列与宇宙微波背景辐射各向异性图）在2008纪念望远镜发明400周年之际，笔者非常幸运，有机会在人民大会堂和李政道等科学大师一起重温望远镜的发明及其对认识世界过程中起到的重要作用。我想，李政道先生的演讲题目非常恰当地描述了望远镜的作用以天之语、解物之道。伽利略称为近代科学之父当之无愧！遗憾的是，在整个望远镜发明和应用历史中，很难看到中国人的身影。尽管中国神话传说早有千里眼之天神和嫦娥奔月的传说，尽管《易经》等已经对这个宇宙的运行规律做了探索，尽管我们有千年的观天象的历史，然而当我们面临神秘莫测的天空时，还是胆怯了。没有人敢触怒天威，一窥玉皇大帝和王母娘娘之秘密，也就让中国古代的科学更多地停留在了哲学思辨的层次。中国要想在科学崛起，或许就要像伽利略一样，敢于偷窥上帝的秘密，追求真理，一生不悔。（下篇继续聊聊伽利略，请诸位莫要走开，谢谢！）（以天之语、解物之道）（中国古代神话里的千里眼）（北京的古观象台）; 个人分类: 水煮物理|10314 次阅读|5 个评论

【水煮物理】之五：偷窥上帝的秘密: luohuiqian 2008-11-7 23:51; 之五：偷窥上帝的秘密（上帝在天堂忙乎啥呢？）物理学家们对于上帝及其相关问题一向来都很敏感，地球上最聪明的人爱因斯坦说过：有一种超越一切的力量，支持著全宇宙的科学法则和自然界的运行变化。如果我们将这种力量称为上帝，那我就要向这位上帝低头。而经典物理学里最伟大的牛顿同学的后半辈子的工作几乎只集中于一个课题用数学方法证明上帝的存在性。有此等二位巨人牵头，上帝在物理学家的眼里，就显得异常注目。至于政治家，更是烦扰上帝许多年，比如老萨与小布的世代恩仇。（老萨与小布：上帝都被炸动了！）不过，并非所有的物理学家都对上帝如此敬畏，对上帝发生的第一次偷窥，大概在四百年前就发生了，而偷窥上帝第一人，正是我们聪明无畏的伽利略同学！伽利略伽利雷 (1564～1642) ，意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代实验物理学的开拓者，被誉为近代科学之父。单纯这几个家就足以让现代任何一个搞科学的人折服。也正是如此，我们在《水煮物理》当中要花几期功夫来介绍他一生中诸多重大的发现和科学成就。而偷窥上帝的秘密，便是伽利略的得意之作！（伽利略铜像：手持偷窥上帝的工具）话说整整400年前（1608年），荷兰的一位眼镜店老板Hans Lippershey在自己的店里摆弄几个镜片。因为据说三年前有一群孩子在眼镜制作车间发现了一个很好玩的事情：用两个镜片的组合可能看到一些不可思议的景象。这位眼镜店老板大概也是生意清淡，就和同事在柜台摆弄起眼镜，希望发现那帮孩子看到的东西。奇迹出现了，当他们把老花镜和近视镜叠在一起，只要拉开合适的距离，就能看到的远处的物体仿佛就在眼前，伸手就能抓住似的。后来，他们把这项发现提交给了荷兰政府申请专利。同时，我们的伽利略同学正在面临一个困扰他许久的问题。因为1604年的冬天，南方的天空出现一颗诡异而明亮的星，而在第二年秋天又神秘地消失，人们对这位漫漫天空的不速之客感到好奇而又担忧。伽利略也是其中之一，他意识到人类对自己所生活下的这片天空实在了解太少太少了。一晃五年到了1609年，伽利略得知荷兰人发明了千里眼一个能看见远处肉眼看不到的东西的工具。聪明过人的伽利略立刻兴奋异常，尽管荷兰人的专利里面没有写清楚究竟怎么做的这东东（或许是当年科学成果发表并不严谨），但仅仅通过其中关于镜管的一个提示，天才的伽利略就琢磨出了他想要的东西望远镜。在望远镜发明的最初，伽利略只是努力做好宣传工作，一星期之后，就命我把望远镜呈献给议长和议员们观看，他们感到非常惊奇。绅士和议员们，虽然年纪很大了，但都按次序登上威尼斯的最高钟楼，眺望远在港外的船只，看得都很清楚；如果没有我的望远镜，就是眺望两个小时，也看不见。这仪器的效用可使50英里的以外的物体，看起来就像在5英里以内那样。。但伽利略与荷兰人不同的是，他看的更远更大胆。在把望远镜原物放大倍数提高到数十倍后，他把望远镜对准了深不可测的神秘天空，去窥视上帝的秘密。（伽利略自制的两个望远镜，试图窥视上帝的秘密）伽利略成功看到了许多令人惊讶的现象。比如月球的豆豆（陨石坑）、土星的耳朵（土环）、银河中的星团（星系团）、木星的伙伴（卫星）还有太阳的雀斑（黑子）等等。一系列令人想都不敢想的发现，在神奇的望远镜里成了事实。1610年，伽利略在威尼斯出版《星际使者》一书，当即轰动世界。然而，偷窥太多上帝的秘密，必然要触怒某些人。比如被伽利略拧疼鼻子的主教大人们，他们最终把伽利略送进了宗教监狱。伽利略人生最后的旅程便在囚禁和潦倒中度过，尽管他试图安慰自己：教会的任务并不是描绘天堂是什么样子，而是应告诉人们如何升入天堂。同时代的布鲁诺早被活活烧死，伽利略算是捡了条命，终老1642年。同年，另一个物理学伟人诞生了，他就是艾萨克*牛顿同学。（伽利略月球观测手稿：满脸豆豆的月球）人们常说：哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。伽利略发明的望远镜，在后代成为人们认识自然的最重要工具之一。现在的天文望远镜，看到了更多更为壮观的宇宙图像。如下图的凯克望远镜和哈勃太空望远镜。他们能看到的是美丽的星系和星云图。像蛋云翳和宇宙涅槃的凤凰，是如此之美之壮观，恐怕是伽利略未曾想到的。（凯克望远镜和哈勃太空望远镜）（蛋云翳和宇宙涅槃的凤凰（两个星系碰撞））现代与古代望远镜的最大区别在于，我们不仅仅是看肉眼能看见的光，更能看肉眼看不见的光。比如宇宙微波辐射和x射线辐射等。通过对这些不同频率的光的测量，我们获得了宇宙的许多认识。而望远镜，也不只是一两个圆筒样子了，它可以是一大堆雷达天线一样的阵列，也可以如太空中宇宙飞船一样。威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器在2006年给出了我们宇宙的微波背景辐射的全图，通过它我们发现原来我们的宇宙有70%左右的组成是暗能量一种神秘到我们至今无法了解的物质。从伽利略的第一次偷窥上帝，到现在我们认识到上帝的广袤无垠，人类在一步一步走向真知。（ALMA望远镜阵列与宇宙微波背景辐射各向异性图）在2008纪念望远镜发明400周年之际，笔者非常幸运，有机会在人民大会堂和李政道等科学大师一起重温望远镜的发明及其对认识世界过程中起到的重要作用。我想，李政道先生的演讲题目非常恰当地描述了望远镜的作用以天之语、解物之道。伽利略称为近代科学之父当之无愧！遗憾的是，在整个望远镜发明和应用历史中，很难看到中国人的身影。尽管中国神话传说早有千里眼之天神和嫦娥奔月的传说，尽管《易经》等已经对这个宇宙的运行规律做了探索，尽管我们有千年的观天象的历史，然而当我们面临神秘莫测的天空时，还是胆怯了。没有人敢触怒天威，一窥玉皇大帝和王母娘娘之秘密，也就让中国古代的科学更多地停留在了哲学思辨的层次。中国要想在科学崛起，或许就要像伽利略一样，敢于偷窥上帝的秘密，追求真理，一生不悔。（下篇继续聊聊伽利略，请诸位莫要走开，谢谢！）（以天之语、解物之道）（中国古代神话里的千里眼）（北京的古观象台）更多相关博文请访问【若水阁】（科学博客）：之零：物理当然很有趣之一：物理是谁他妈生的？之二：物理的第一次之三：有关吃饭问题之四：裸奔之行为艺术; 个人分类: 水煮物理|2290 次阅读|1 个评论

[水煮物理]之四：裸奔之行为艺术: penrose 2008-11-6 00:40; 之四：裸奔之行为艺术（古代奥运会的裸奔者与现代运动会裸奔者）这个世界偶尔总会发生一些疯狂的事情，比如所谓之行为艺术。话说从修女到上帝都曾疯狂过。当然，其中不能缺了咱物理学家们。物理学史上搞行为艺术的科学家有不少，要说谁最厉害那就非阿基米德莫属。因为他的行为艺术最为前卫大街上裸奔。其实说前卫并不合适，因为在阿基米德那个年代（古希腊），裸奔并不少见。最大的裸奔莫过于古代奥运会那是一个群体裸奔和看别人裸奔的盛会。然而到了现代运动会，裸奔者只会被警察拎出场外。在古希腊是一个裸奔者的天堂，也许哪天你早上起来就会发现，原来窗外一群人都在裸奔，那也就见怪不怪了。所以我们不能责怪阿基米德作为物理学史上裸奔第一人，毕竟，他只是入乡随俗而已。正是阿基米德开了裸奔之先河，后人逐渐仿效。笔者未曾考证科学史上究竟有多少人裸奔过，但笔者可以负责任地告诉你，要看科学家裸奔，你可以去哈佛看未来的科学家裸奔。哈佛每年有裸奔节，据说是为了缓解考试压力。也正是有了此妙招，哈佛学生才能应付每年繁重的考试任务。而不曾裸奔的剑桥学生们，只好选择了作弊。古希腊的开放之风气，也延续到了罗马帝国，哪个时代就不只是裸奔了。即便是男女共浴，也是平常之事。而对于刚刚从封建桎梏中解脱出来不久的中国人民，也可以堂而皇之地当街洗澡。对了，阿基米德的裸奔故事，正是从洗澡问题开始。（哈佛大学裸奔节）（古罗马的男女共浴与当代中国的当街洗澡）这是一个美丽的传说，想必许多人都熟悉的很了。据说，在一次，希耶隆二世制造了一顶金王冠，但是，他总是怀疑金匠偷了他的金，在王冠中掺了银。于是，他请阿基米德来鉴定，但是要求不能破坏皇冠。可怜的阿基米德，对着炫目的皇冠琢磨了半天，终于，累了。于是仆人放好了洗澡水让他去洗澡，当他泡进澡盆，看着溢出来的热水时，于是，灵光一现。他忽然想到，物体即使有相同重量但不同材质，体积便会不同，那么排出的水量也不一样。得到答案的阿基米德幸福地起身，开始了他裸奔的壮举，一边喊道：我明白了！我明白了！之后，他做了实验只要把皇冠放在水里看排出的水量，然后和同等重量的金子（不知道他哪里来这么多金子，阿基米德肯定很有钱！）排出的水量做比较即可。结果证明，皇冠的确是掺假了的。制作皇冠的工匠也脑袋搬家，阿基米德获得嘉奖。后来我们都知道，这便是阿基米德浮力原理的智慧起源。当然，这个故事很完美，既说明了科学家的智慧，也说明了科学家的疯狂，还有因果报应等等，很适合用于布道。不过，阿基米德忽略了一个重要的问题，那就是物质的体积其实不是那么容易确定的。再次据说，有个老妇人知道阿基米德的裸奔事件和重大发现之后，也拿了个金球来请他鉴定。阿基米德的鉴定结果是同样的：这不是一个纯金的球。老妇人当然很气愤，随即操刀把金球给劈开了，才发现原来是一个空心球！阿基米德的经验，也有犯错误的时候的。（阿基米德洗澡的故事）阿基米德的裸奔故事只是他在探索物质的体积起源中的一个小小的插曲，而后，阿基米德进行了许多几何学上的研究。比如他用排水的方法定出圆柱体和它内接球体的比例是3∶2。不过，古代人研究体积都只宏观的方法，物质的体积其实并非只是质量乘以密度，因为物质的密度其实和它所处的条件有关。经过数代物理学家的不懈努力，人们也终于从微观上认识到了宏观体积的起源。如下图为金刚石、石墨和碳60的晶体结构，它都由碳原子组成，但在宏观的硬度和密度上却差别甚大，这主要是因为它们的微观结构不同，即碳原子的空间排布不同。可是碳原子为什么会有如此丰富的排布方式呢，这是因为碳原子外面有四个价电子，它们可以形成丰富形态的化学键。形成化学键的基本相互作用，那就是我们熟知的库伦相互作用电荷之间的吸引和排斥作用。也就是说，体积的真正起源，来自于库伦相互作用，电荷之间的排斥和吸引相互平衡，使得固体物质有了固定的形状。当然，对于水这样的流体而言，决定水体积的主要是分子之间的范德瓦尔斯相互作用及氢键等，它们比原子之间的相互作用要弱很多，于是没有固定的形状。这也正是阿基米德能用排水量定出物体的外在体积的原因当然要保证这东东得是实心的哦！（金刚石、石墨和碳60的晶体结构）阿基米德除了发明了著名的阿基米德原理浮力的奥秘之外，他还研究了许多数学和物理上的问题。可以说，他是一个全才，后辈堪称天才的开普勒和达芬奇都以他为榜样。在这里，我们再简要介绍他的几个有趣的故事吧。（阿基米德力学之父）在数学上，他确定了各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法。创立了穷竭法，被公认为微积分计算的鼻祖。他还用逐渐接近的方法，比较精确的求出了圆周率。面对古希腊繁冗的数字表示方式，阿基米德还首创了记大数的方法，突破了当时用希腊字母计数不能超过一万的局限，并用它解决了许多数学难题。在天文学上，阿基米德发明了星球仪，他还认为地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转。这可比哥白尼早了1800多年呢！在物理学上，那贡献就多了。比如著名的阿基米德螺旋抽水机等稀奇古怪而又实用的玩意儿。还有据说，罗马帝国入侵阿基米德所在的小城的时候，他号召全城老幼妇孺用镜子打退了罗马的战船部队。也即用无数镜子组成一副巨大的凹面镜，把放射的太阳光聚焦在罗马战舰的帆上，战舰不久就着火沉入海底了。这个故事比裸奔的典故还更不靠谱，据说后来有人重复这个实验，没有成功。不过阿基米德最典型的特点也就是不靠谱，因为他曾豪言壮语道：给我一个支点，我可以撑起地球。如果死讲理的人可以算算，即使给了他这么一个支点，让他把地球移动一毫米，他估计得坐最先进的宇宙飞船才行，要不走路的话走到老死了也还做不到的。但若你真那么去计算阿基米德要跑多远，那你就绝对没有理解他说的这句话。人家只不过要表示一个姿态而已瞧，这就是所谓杠杆原理，它是很神奇的！又有一个传说是阿基米德用杠杆原理发明了一个巨型起重机，它可以直接把罗马战舰给高高吊起，然后摔的四分五裂，还有他还发明了巨型抛石机，可以当大炮使唤，总之，阿基米德一个人的战争把罗马军队给赶跑了无数次。（阿基米德螺旋抽水机）（阿基米德大胜罗马舰队）（阿基米德在撑起地球！）历史总有点嘲弄人的感觉，阿基米德打败了罗马军队，而他也最终死于罗马军队中某无名小卒的剑下。公元前212年，罗马人趁叙拉古城防务稍有松懈，大举进攻闯入了城市。此时，75岁的阿基米德正在潜心研究一道深奥的数学题，一个罗马士兵闯入，用脚践踏了他所画的图形，阿基米德愤怒地与之争论，残暴无知的士兵举刀一挥，一位璀璨的科学巨星就此陨落了。据说罗马皇帝知道自己的士兵杀死了阿基米德后，十分后悔。然而是以至此，何以回天！阿基米德的墓碑上，由敌军将领马拉赛斯刻上了一个图形。如下图，一个圆柱的底面直径与其高度相等，也与圆锥的高度和圆球的直径相等，它们的体积关系非常有趣，是圆锥:圆球:圆柱=1:2:3。这就是阿基米德的一生，一个疯狂、执着、智慧、伟大的物理学家！（阿基米德墓碑上的图形）; 个人分类: 水煮物理|13861 次阅读|2 个评论

【水煮物理】之四：裸奔之行为艺术: luohuiqian 2008-11-6 00:25; 之四：裸奔之行为艺术（古代奥运会的裸奔者与现代运动会裸奔者）这个世界偶尔总会发生一些疯狂的事情，比如所谓之行为艺术。话说从修女到上帝都曾疯狂过。当然，其中不能缺了咱物理学家们。物理学史上搞行为艺术的科学家有不少，要说谁最厉害那就非阿基米德莫属。因为他的行为艺术最为前卫大街上裸奔。其实说前卫并不合适，因为在阿基米德那个年代（古希腊），裸奔并不少见。最大的裸奔莫过于古代奥运会那是一个群体裸奔和看别人裸奔的盛会。然而到了现代运动会，裸奔者只会被警察拎出场外。在古希腊是一个裸奔者的天堂，也许哪天你早上起来就会发现，原来窗外一群人都在裸奔，那也就见怪不怪了。所以我们不能责怪阿基米德作为物理学史上裸奔第一人，毕竟，他只是入乡随俗而已。正是阿基米德开了裸奔之先河，后人逐渐仿效。笔者未曾考证科学史上究竟有多少人裸奔过，但笔者可以负责任地告诉你，要看科学家裸奔，你可以去哈佛看未来的科学家裸奔。哈佛每年有裸奔节，据说是为了缓解考试压力。也正是有了此妙招，哈佛学生才能应付每年繁重的考试任务。而不曾裸奔的剑桥学生们，只好选择了作弊。古希腊的开放之风气，也延续到了罗马帝国，哪个时代就不只是裸奔了。即便是男女共浴，也是平常之事。而对于刚刚从封建桎梏中解脱出来不久的中国人民，也可以堂而皇之地当街洗澡。对了，阿基米德的裸奔故事，正是从洗澡问题开始。（哈佛大学裸奔节）（古罗马的男女共浴与当代中国的当街洗澡）这是一个美丽的传说，想必许多人都熟悉的很了。据说，在一次，希耶隆二世制造了一顶金王冠，但是，他总是怀疑金匠偷了他的金，在王冠中掺了银。于是，他请阿基米德来鉴定，但是要求不能破坏皇冠。可怜的阿基米德，对着炫目的皇冠琢磨了半天，终于，累了。于是仆人放好了洗澡水让他去洗澡，当他泡进澡盆，看着溢出来的热水时，于是，灵光一现。他忽然想到，物体即使有相同重量但不同材质，体积便会不同，那么排出的水量也不一样。得到答案的阿基米德幸福地起身，开始了他裸奔的壮举，一边喊道：我明白了！我明白了！之后，他做了实验只要把皇冠放在水里看排出的水量，然后和同等重量的金子（不知道他哪里来这么多金子，阿基米德肯定很有钱！）排出的水量做比较即可。结果证明，皇冠的确是掺假了的。制作皇冠的工匠也脑袋搬家，阿基米德获得嘉奖。后来我们都知道，这便是阿基米德浮力原理的智慧起源。当然，这个故事很完美，既说明了科学家的智慧，也说明了科学家的疯狂，还有因果报应等等，很适合用于布道。不过，阿基米德忽略了一个重要的问题，那就是物质的体积其实不是那么容易确定的。再次据说，有个老妇人知道阿基米德的裸奔事件和重大发现之后，也拿了个金球来请他鉴定。阿基米德的鉴定结果是同样的：这不是一个纯金的球。老妇人当然很气愤，随即操刀把金球给劈开了，才发现原来是一个空心球！阿基米德的经验，也有犯错误的时候的。（阿基米德洗澡的故事）阿基米德的裸奔故事只是他在探索物质的体积起源中的一个小小的插曲，而后，阿基米德进行了许多几何学上的研究。比如他用排水的方法定出圆柱体和它内接球体的比例是3∶2。不过，古代人研究体积都只宏观的方法，物质的体积其实并非只是质量乘以密度，因为物质的密度其实和它所处的条件有关。经过数代物理学家的不懈努力，人们也终于从微观上认识到了宏观体积的起源。如下图为金刚石、石墨和碳60的晶体结构，它都由碳原子组成，但在宏观的硬度和密度上却差别甚大，这主要是因为它们的微观结构不同，即碳原子的空间排布不同。可是碳原子为什么会有如此丰富的排布方式呢，这是因为碳原子外面有四个价电子，它们可以形成丰富形态的化学键。形成化学键的基本相互作用，那就是我们熟知的库伦相互作用电荷之间的吸引和排斥作用。也就是说，体积的真正起源，来自于库伦相互作用，电荷之间的排斥和吸引相互平衡，使得固体物质有了固定的形状。当然，对于水这样的流体而言，决定水体积的主要是分子之间的范德瓦尔斯相互作用及氢键等，它们比原子之间的相互作用要弱很多，于是没有固定的形状。这也正是阿基米德能用排水量定出物体的外在体积的原因当然要保证这东东得是实心的哦！（金刚石与石墨的晶体结构）阿基米德除了发明了著名的阿基米德原理浮力的奥秘之外，他还研究了许多数学和物理上的问题。可以说，他是一个全才，后辈堪称天才的开普勒和达芬奇都以他为榜样。在这里，我们再简要介绍他的几个有趣的故事吧。（阿基米德力学之父）在数学上，他确定了各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法。创立了穷竭法，被公认为微积分计算的鼻祖。他还用逐渐接近的方法，比较精确的求出了圆周率。面对古希腊繁冗的数字表示方式，阿基米德还首创了记大数的方法，突破了当时用希腊字母计数不能超过一万的局限，并用它解决了许多数学难题。在天文学上，阿基米德发明了星球仪，他还认为地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转。这可比哥白尼早了1800多年呢！在物理学上，那贡献就多了。比如著名的阿基米德螺旋抽水机等稀奇古怪而又实用的玩意儿。还有据说，罗马帝国入侵阿基米德所在的小城的时候，他号召全城老幼妇孺用镜子打退了罗马的战船部队。也即用无数镜子组成一副巨大的凹面镜，把放射的太阳光聚焦在罗马战舰的帆上，战舰不久就着火沉入海底了。这个故事比裸奔的典故还更不靠谱，据说后来有人重复这个实验，没有成功。不过阿基米德最典型的特点也就是不靠谱，因为他曾豪言壮语道：给我一个支点，我可以撑起地球。如果死讲理的人可以算算，即使给了他这么一个支点，让他把地球移动一毫米，他估计得坐最先进的宇宙飞船才行，要不走路的话走到老死了也还做不到的。但若你真那么去计算阿基米德要跑多远，那你就绝对没有理解他说的这句话。人家只不过要表示一个姿态而已瞧，这就是所谓杠杆原理，它是很神奇的！又有一个传说是阿基米德用杠杆原理发明了一个巨型起重机，它可以直接把罗马战舰给高高吊起，然后摔的四分五裂，还有他还发明了巨型抛石机，可以当大炮使唤，总之，阿基米德一个人的战争把罗马军队给赶跑了无数次。（阿基米德螺旋抽水机）（阿基米德大胜罗马舰队）（阿基米德在撑起地球！）历史总有点嘲弄人的感觉，阿基米德打败了罗马军队，而他也最终死于罗马军队中某无名小卒的剑下。公元前212年，罗马人趁叙拉古城防务稍有松懈，大举进攻闯入了城市。此时，75岁的阿基米德正在潜心研究一道深奥的数学题，一个罗马士兵闯入，用脚践踏了他所画的图形，阿基米德愤怒地与之争论，残暴无知的士兵举刀一挥，一位璀璨的科学巨星就此陨落了。据说罗马皇帝知道自己的士兵杀死了阿基米德后，十分后悔。然而是以至此，何以回天！阿基米德的墓碑上，由敌军将领马拉赛斯刻上了一个图形。如下图，一个圆柱的底面直径与其高度相等，也与圆锥的高度和圆球的直径相等，它们的体积关系非常有趣，是圆锥:圆球:圆柱=1:2:3。这就是阿基米德的一生，一个疯狂、执着、智慧、伟大的物理学家！（阿基米德墓碑上的图形）更多相关博文请访问【若水阁】（科学博客）：之零：物理当然很有趣之一：物理是谁他妈生的？之二：物理的第一次之三：有关吃饭问题; 个人分类: 水煮物理|6784 次阅读|2 个评论

[水煮物理]之二：物理的第一次: penrose 2008-10-30 23:05; 之二：物理的第一次（雅典娜的圣衣就如真理之华丽而坚硬的外壳）我们的自然界就像这位智慧女神雅典娜，身着华丽无比又坚韧无比的圣衣。人们看到的只是她华丽绚烂的外表，圣衣之内隐藏的种种神秘感让你无法而知又欲罢不能。人类总是充满好奇心的，这是驱动人类进步的重要因素。好奇的人类试图揭开雅典娜的圣衣，去寻找智慧的真谛，而剥开圣衣最重要的工具，那就是物理学。初级的物理学，应该是具备与圣衣坚韧度抗衡的力量足以揭开自然界其中一个谜团的终极答案。我们的物理学，应该还处在初级物理学的初级阶段：因为我们只能采用测量的手段去获取自然界的信息（实验研究），然后用这些信息去臆想自然的其他奥秘（理论研究）。一个只会量量圣衣每块的尺寸、材质、性能等的物理，就是我们现在的物理。可见我们的物理还有很长很长的一段路要走。假如真有一天，当我们把真理的外壳全然剥去的时候，我们是否就获取了真理本身呢？答案是不一定。因为雅典娜婀娜的身躯之内，隐藏着更深一层次的内容庞大而复杂的智慧心理学！要破解智慧女神心之所想，恐怕那将是高级物理学的首要任务。也许等你破解心理的物理奥秘之后，你将发现，原来外在的躯壳根本不重要。这就像外形迥异的芙蓉姐姐和景甜妹妹，也许她们的内心深处并无二异！（芙蓉姐姐和景甜妹妹：外表迥异的她们内心想的是一样么？）看来物理之路还真是漫漫其修远啊！既然展望未来何其渺茫，那不如让我们回顾昨天吧。您不禁会好奇问：究竟是谁第一次对智慧女神的圣衣产生了兴趣？物理的第一次发生在哪里？这个问题其实不难，至少比找物理他妈容易一些。比较自然的答案是亚里士多德，因为这小子写过一本书，书名就叫《物理学》！小亚子是在公元前400年前左右完成的这项巨著的，不可否认，有了这本书之后真的有了物理学这个词儿。只是，他还不算是物理的第一次，他只不过延续了别人的好奇心而已。到底是谁呢？物理本身是一个以实验为基础、理论为辅助的学科。那么物理的第一次应该是实验，可是实验的基础又是什么？对了！是观察！物理的第一次发生在古希腊，那个拥有极度灿烂的文化的时代。那个时候流传下来两条观察记录。一是摩擦后的琥珀可以吸引小物体，二是磁石可以吸铁。原来，物理学里最古老的子学科是电磁学！电磁学的神秘莫测一直持续了两千余年，在天才麦克斯韦提出四个简单的方程后才略有眉目。现在的任何一个初中生都知道，这两个现象一个是摩擦生电、另一个是自发磁化，这就是最古老的物理学现象记录。但是究竟如何发现这两个现象，便不得而知了。下图是一个中学教学漫画关于摩擦生电，诸位大可怀念一下初中物理课本。（右：磁铁吸铁现象第一个物理学是电磁学) （左：摩擦生电现象第一个被记录的物理现象：在干燥的卫生间摩擦气球可以沾在墙上，但拧开水龙头就失效了。）诸位中国文化粉丝莫要气馁，物理的第一次虽然没有发生在中国，但是，在物理研究的最初年代里，我们中国，可谓是遥遥领先！有证据如下：　物理学年谱（1）、公元前650～前550年，古希腊人发现摩擦琥珀可使之吸引轻物体（摩擦生电）；发现磁石吸铁（自发磁化）。（2）、公元前480～前380年间战国时期，《墨经》中记有通过对平面镜、凹面镜和凸面镜的实验研究，发现物像位置和大小与镜面曲率之间的经验关系(光学成像)；杠杆平衡的现象(力学)。（3）、公元前6世纪，《管子》中总结和声规律。阐述标准调音频率，具体记载三分损益法（声学）。（4）、约公元前5世纪，《考工记》中记述了滚动摩擦、斜面运动、惯性浮力等现象（力学）。（5）、公元前5世纪，德谟克利特(Democritus，公元前460?-370?)提出万物由原子组成（微观物理学）。（6）、公元前四世纪，柏拉图学派已认识到光的直线传播和光反射时入射角等于反射角（光学）。我们大致可以看到在亚里士多德之前的物理学界是如何的。六大贡献中有三大是咱中国的！看来中国被成为文明古国绝对是有其道理所在的。而且我们要看到的是，这六条内容无论那一条都是后来物理学里面经典的工作。古人的智慧确实令人惊叹！只可惜那个年代信息交流比较困难，即使是发现了这些个奥秘，恐怕也很难为别人所知，尤其是外国人。所以后来努力的牛顿同学才创立了牛顿力学、解释了光的奥秘等等。当然牛顿同学之所以取得辉煌，主要还是因为他善于总结前人的工作，用他的话说是：站在巨人的肩膀上，我可以看的更远。此为后话，待《水煮物理》慢慢与您道来。; 个人分类: 水煮物理|10472 次阅读|3 个评论

【水煮物理】之二：物理的第一次: luohuiqian 2008-10-30 23:02; 之二：物理的第一次（雅典娜的圣衣就如真理之华丽而坚硬的外壳）我们的自然界就像这位智慧女神雅典娜，身着华丽无比又坚韧无比的圣衣。人们看到的只是她华丽绚烂的外表，圣衣之内隐藏的种种神秘感让你无法而知又欲罢不能。人类总是充满好奇心的，这是驱动人类进步的重要因素。好奇的人类试图揭开雅典娜的圣衣，去寻找智慧的真谛，而剥开圣衣最重要的工具，那就是物理学。初级的物理学，应该是具备与圣衣坚韧度抗衡的力量足以揭开自然界其中一个谜团的终极答案。我们的物理学，应该还处在初级物理学的初级阶段：因为我们只能采用测量的手段去获取自然界的信息（实验研究），然后用这些信息去臆想自然的其他奥秘（理论研究）。一个只会量量圣衣每块的尺寸、材质、性能等的物理，就是我们现在的物理。可见我们的物理还有很长很长的一段路要走。假如真有一天，当我们把真理的外壳全然剥去的时候，我们是否就获取了真理本身呢？答案是不一定。因为雅典娜婀娜的身躯之内，隐藏着更深一层次的内容庞大而复杂的智慧心理学！要破解智慧女神心之所想，恐怕那将是高级物理学的首要任务。也许等你破解心理的物理奥秘之后，你将发现，原来外在的躯壳根本不重要。这就像外形迥异的芙蓉姐姐和景甜妹妹，也许她们的内心深处并无二异！（芙蓉姐姐和景甜妹妹：外表迥异的她们内心想的是一样么？）看来物理之路还真是漫漫其修远啊！既然展望未来何其渺茫，那不如让我们回顾昨天吧。您不禁会好奇问：究竟是谁第一次对智慧女神的圣衣产生了兴趣？物理的第一次发生在哪里？这个问题其实不难，至少比找物理他妈容易一些。比较自然的答案是亚里士多德，因为这小子写过一本书，书名就叫《物理学》！小亚子是在公元前400年前左右完成的这项巨著的，不可否认，有了这本书之后真的有了物理学这个词儿。只是，他还不算是物理的第一次，他只不过延续了别人的好奇心而已。到底是谁呢？物理本身是一个以实验为基础、理论为辅助的学科。那么物理的第一次应该是实验，可是实验的基础又是什么？对了！是观察！物理的第一次发生在古希腊，那个拥有极度灿烂的文化的时代。那个时候流传下来两条观察记录。一是摩擦后的琥珀可以吸引小物体，二是磁石可以吸铁。原来，物理学里最古老的子学科是电磁学！电磁学的神秘莫测一直持续了两千余年，在天才麦克斯韦提出四个简单的方程后才略有眉目。现在的任何一个初中生都知道，这两个现象一个是摩擦生电、另一个是自发磁化，这就是最古老的物理学现象记录。但是究竟如何发现这两个现象，便不得而知了。下图是一个中学教学漫画关于摩擦生电，诸位大可怀念一下初中物理课本。（右：磁铁吸铁现象第一个物理学是电磁学) （左：摩擦生电现象第一个被记录的物理现象：在干燥的卫生间摩擦气球可以沾在墙上，但拧开水龙头就失效了。）诸位中国文化粉丝莫要气馁，物理的第一次虽然没有发生在中国，但是，在物理研究的最初年代里，我们中国，可谓是遥遥领先！有证据如下：　物理学年谱（1）、公元前650～前550年，古希腊人发现摩擦琥珀可使之吸引轻物体（摩擦生电）；发现磁石吸铁（自发磁化）。（2）、公元前480～前380年间战国时期，《墨经》中记有通过对平面镜、凹面镜和凸面镜的实验研究，发现物像位置和大小与镜面曲率之间的经验关系(光学成像)；杠杆平衡的现象(力学)。（3）、公元前6世纪，《管子》中总结和声规律。阐述标准调音频率，具体记载三分损益法（声学）。（4）、约公元前5世纪，《考工记》中记述了滚动摩擦、斜面运动、惯性浮力等现象（力学）。（5）、公元前5世纪，德谟克利特(Democritus，公元前460?-370?)提出万物由原子组成（微观物理学）。（6）、公元前四世纪，柏拉图学派已认识到光的直线传播和光反射时入射角等于反射角（光学）。我们大致可以看到在亚里士多德之前的物理学界是如何的。六大贡献中有三大是咱中国的！看来中国被成为文明古国绝对是有其道理所在的。而且我们要看到的是，这六条内容无论那一条都是后来物理学里面经典的工作。古人的智慧确实令人惊叹！只可惜那个年代信息交流比较困难，即使是发现了这些个奥秘，恐怕也很难为别人所知，尤其是外国人。所以后来努力的牛顿同学才创立了牛顿力学、解释了光的奥秘等等。当然牛顿同学之所以取得辉煌，主要还是因为他善于总结前人的工作，用他的话说是：站在巨人的肩膀上，我可以看的更远。此为后话，待《水煮物理》慢慢与您道来。【注意】全国青年科学博客大赛，欢迎投票支持！（点击进入）; 个人分类: 水煮物理|2539 次阅读|1 个评论

[水煮物理]之一：物理是谁他妈生的？: 热度 1 penrose 2008-10-29 00:01; （天地玄黄、宇宙洪荒）俗话说：人是人他妈生的，妖是妖他妈生的。凡物都有个妈；无论是鸡生出了蛋，还是蛋孵出了鸡，凡事总有个起源。于是《水煮物理》第一道工序，就是找妈妈。可是：天上有无数颗星星，那颗最小的就是我，我不知道我从哪里来，也不知道我在哪里生。地上有无数个龙人，那个最小的就是我，我不知道我从哪里来，也不知道我在哪里生。要寻找物理他妈，就像小龙人找她娘一样地困难。普遍的观点认为物理起源于哲学。因为早在公元前四世纪的亚里士多德和柏拉图等哲学家就开始思考物理问题了。但他们绝不是第一琢磨物理问题的人。因为早他们几百年在中国就有公开出版的《易经》。《易经》是一个搞占卜的迷信书，初看它和以科学为本的物理格格不入，但请您不要忘记《易经》里也诞生了最初人们的朴素唯物思想。比如天地玄黄、宇宙洪荒，似乎早在几千年前古人就预示宇宙的起源我们现在普遍认为宇宙起源于一次大爆炸。而中国的神话盘古开天辟地、女娲补天等等都是对天地起源的思考和探索。虽然神话终归是胡说八道，但毕竟这还是人类在动脑子的产物。或许神话传说就是物理的雏形。（易经八卦）这么看来，人类似乎从诞生的那一天开始，就无时不刻在思考自然界的奥秘，在试图探索自然的起源和万事万物的规律。如果说物理就是人类对世间万物的理解的话，那么早在几百万年前，地球上自从有了人类，就有了物理。可是，其实人类的祖先类人猿也会点物理。要不，他们怎么学会用棍棍捕鱼呢？不过说到猩猩会物理，那谁都会怕你。最郁闷的要数达尔文同学，被人当猴耍，还要强颜欢笑。谁让他到处说咱们人和猴子是一个祖宗呢？（猩猩捕鱼）（古怪的达尔文猴子）由此上溯到人类未诞生之前，那个真正的洪荒年代。你说，恐龙会懂物理么？《恐龙帝国》里的蜥蜴们会说话会搞科研，因为恐龙也有脑子，它就不会思考它要存在还是死亡的问题么？可是，单细胞生命研究物理么？不能否认也有这种可能性因为我们人类习惯了自己的思维方式，何以知道别的生命体怎么个思考法？结论，世上本没有物理，自从有了生命，就琢磨为什么的东东多了，于是有了物理。这其实是一个关于物理定义的问题。不同的物理孩子，肯定有不同的物理他妈，所以，这还是一个没有答案的问题。回过头来我们或许想知道物理这个名词究竟怎么来的？读者您或许可以通过Physics这个词汇的拉丁文形式去追根溯源。关于此问题，曹则贤老师在《物理》杂志咬文嚼字一栏目好像就已经简单讨论过。笔者外语能力有限，就此打住。我们还是来看看中文的物理是谁发明的吧！诸位，若您周末有空请到北海琼岛一游，您就会发现物理的奥秘了。如下图，这可是乾隆爷的真迹哦！相信这个物理题字比任何一本中学课本上的题字都要好看一些。当然乾隆爷这个浪荡公子发明不了物理这个名词。根据《自然科学史》杂志上一篇题为《中国古代物理一词原由来与词义演变》的论文可知，中国古代物理一词实际上早出现于战国时期。不过那时物理的基本含义是泛指事理、道理、情理；通常是指万物之理，或称大物理，有时寓有自然规律之义。真正把物理当作物理来用，却是在翻译日文版《物理学》时候采用的，之前中文翻译的物理著作不叫物理，叫格致（格物致知也！）。在某些方面咱们还是不得不服鬼子的，比如日语翻译telephone的时候就用电话一词，非常形象简洁，所以中国人觉得不错，也就照搬过来了。这有点难为大中华之豪情原来中文物理一词与日语还有渊源。（乾隆爷题物理转自 http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=20029 ）不管怎么说，物理的出现和物理研究贯穿整个人类社会。研究物理学的演变和历史，这正是《水煮物理》的核心。下回即将为您分解：究竟谁第一个研究了物理。敬请期待！; 个人分类: 水煮物理|8685 次阅读|8 个评论

【水煮物理】之一：物理是谁他妈生的？: luohuiqian 2008-10-28 23:59; （天地玄黄、宇宙洪荒）俗话说：人是人他妈生的，妖是妖他妈生的。凡物都有个妈；无论是鸡生出了蛋，还是蛋孵出了鸡，凡事总有个起源。于是《水煮物理》第一道工序，就是找妈妈。可是：天上有无数颗星星，那颗最小的就是我，我不知道我从哪里来，也不知道我在哪里生。地上有无数个龙人，那个最小的就是我，我不知道我从哪里来，也不知道我在哪里生。要寻找物理他妈，就像小龙人找她娘一样地困难。普遍的观点认为物理起源于哲学。因为早在公元前四世纪的亚里士多德和柏拉图等哲学家就开始思考物理问题了。但他们绝不是第一琢磨物理问题的人。因为早他们几百年在中国就有公开出版的《易经》。《易经》是一个搞占卜的迷信书，初看它和以科学为本的物理格格不入，但请您不要忘记《易经》里也诞生了最初人们的朴素唯物思想。比如天地玄黄、宇宙洪荒，似乎早在几千年前古人就预示宇宙的起源我们现在普遍认为宇宙起源于一次大爆炸。而中国的神话盘古开天辟地、女娲补天等等都是对天地起源的思考和探索。虽然神话终归是胡说八道，但毕竟这还是人类在动脑子的产物。或许神话传说就是物理的雏形。（易经八卦）这么看来，人类似乎从诞生的那一天开始，就无时不刻在思考自然界的奥秘，在试图探索自然的起源和万事万物的规律。如果说物理就是人类对世间万物的理解的话，那么早在几百万年前，地球上自从有了人类，就有了物理。可是，其实人类的祖先类人猿也会点物理。要不，他们怎么学会用棍棍捕鱼呢？不过说到猩猩会物理，那谁都会怕你。最郁闷的要数达尔文同学，被人当猴耍，还要强颜欢笑。谁让他到处说咱们人和猴子是一个祖宗呢？（猩猩捕鱼）（古怪的达尔文猴子）由此上溯到人类未诞生之前，那个真正的洪荒年代。你说，恐龙会懂物理么？《恐龙帝国》里的蜥蜴们会说话会搞科研，因为恐龙也有脑子，它就不会思考它要存在还是死亡的问题么？可是，单细胞生命研究物理么？不能否认也有这种可能性因为我们人类习惯了自己的思维方式，何以知道别的生命体怎么个思考法？结论，世上本没有物理，自从有了生命，就琢磨为什么的东东多了，于是有了物理。这其实是一个关于物理定义的问题。不同的物理孩子，肯定有不同的物理他妈，所以，这还是一个没有答案的问题。回过头来我们或许想知道物理这个名词究竟怎么来的？读者您或许可以通过Physics这个词汇的拉丁文形式去追根溯源。关于此问题，曹则贤老师在《物理》杂志咬文嚼字一栏目好像就已经简单讨论过。笔者外语能力有限，就此打住。我们还是来看看中文的物理是谁发明的吧！诸位，若您周末有空请到北海琼岛一游，您就会发现物理的奥秘了。如下图，这可是乾隆爷的真迹哦！相信这个物理题字比任何一本中学课本上的题字都要好看一些。当然乾隆爷这个浪荡公子发明不了物理这个名词。根据《自然科学史》杂志上一篇题为《中国古代物理一词原由来与词义演变》的论文可知，中国古代物理一词实际上早出现于战国时期。不过那时物理的基本含义是泛指事理、道理、情理；通常是指万物之理，或称大物理，有时寓有自然规律之义。真正把物理当作物理来用，却是在翻译日文版《物理学》时候采用的，之前中文翻译的物理著作不叫物理，叫格致（格物致知也！）。在某些方面咱们还是不得不服鬼子的，比如日语翻译telephone的时候就用电话一词，非常形象简洁，所以中国人觉得不错，也就照搬过来了。这有点难为大中华之豪情原来中文物理一词与日语还有渊源。（乾隆爷题物理转自 http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=20029 ）不管怎么说，物理的出现和物理研究贯穿整个人类社会。研究物理学的演变和历史，这正是《水煮物理》的核心。下回即将为您分解：究竟谁第一个研究了物理。敬请期待！; 个人分类: 水煮物理|2481 次阅读|1 个评论

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