从爱因斯坦到霍金的宇宙 知识点与笔记

比如原子是一个壶，外界的辐射是一个水缸，用小碗将水缸里的水倒入壶中（原子吸收辐射），将壶里的水用小碗倒
入水缸（原子辐射能量）。
4. 1905 年，爱因斯坦提出『光量子说』，认为辐射在脱离了原子以后依然是一份一份的。但是普朗克不这么认同。
5. 后来，索末菲、玻尔、玻恩成为了当时的三位量子论专家。
6. 1925 年到 1926 年，量子力学开始建立起来。
伦琴。 6. 天然放射现象是法国物理学家亨利·贝克勒尔和居里夫妇共同发现的。居里夫人的名字是玛丽·居里是波兰人，那个时
候波兰被亡国了，她的丈夫叫皮埃尔·居里。 7. 居里夫人从沥青的矿渣里提炼出了放射性元素『镭』，后来又发现了『钋』。 8. 居里夫人有两个女儿，大女儿与母亲在一起做研究，小女儿学了音乐，后来给她母亲写了一本传记《居里夫人传》。 9. 1897 年发现了电子，在此之前人们都认为原子是不可分的。 10. 1904 年的时候，关于原子的结构提出了两种模型。英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊提出了『西瓜模型』，可以解释
给我一个支点，我就可以把地球撬动。——阿基米德 浮力定律：浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体所到的重力。 阿基米德根据杠杆原理设计了抛石机、抓船机来应对罗马人的侵略。 10. 真正的物理学，开始于中世纪后期。 11. 伽利略使物理学成为一门实验的科学和测量的科学。 12. 按照儒略历（旧历），1642 年是伽利略逝世、牛顿出生的一年，牛顿出生在圣诞节的晚上。如果按照格里高利历（新 历），牛顿在 1643 年出生。 13. 天主教是以拉丁语系的民族（法国、意大利、西班牙、葡萄牙以及拉丁美洲）为主的，他们最先改用新历。 基督教（新教）是以日尔曼民族（英国、德国、荷兰、美国）为主的。 东方正教是以斯拉夫民族为主的。 14. 伽利略的成就 1) 重述惯性定律。 最早提出惯性定律的是古希腊的哲学家德谟克利特，他认为万物都是由原子构成的，虚空中运动的原子
间中运动。惯性系是相对于绝对空间静止或匀速直线运动的。牛顿的力学三定律与万有引力定律在这些惯性参考系 中都是成立的。 20. 自然界和自然规律都隐藏在黑暗之中，上帝说：让牛顿出生去吧！于是，一切变得光明。——亚历山大·蒲伯[英] 21. 『以太理论』是亚里士多德提出的，早期的波动光学认为光是『以太』的弹性振动。 22. 麦克斯韦将『安培定律』『法拉第电磁感应定律』等总结在一起，推出了一个基本的方程。推演的过程是通过将电磁 波、电磁场看做介质的弹性振动，从弹性力学推出了麦克斯韦方程组。虽然推演过程错误，但是结论正确。 23. 热力学第一定律（迈尔[德]、焦耳[英]、赫姆霍兹[德]）：能量守恒定律。 热力学第二定律（萨迪·卡诺[法]、鲁道夫·尤利乌斯·艾曼努尔·克劳修斯[德]）
7. 海森堡在跟着玻尔学习了一段时间后，认为没有观察到的都不是重要的，而目前为止人们只观察到了光谱线，并没
有观察到电子轨道。所以他创建了一套符号，不用玻尔的模型可以算出轨道之间的能级差，算出这些光谱线。但是
海森堡发现其中两个符号不满足乘法交换律，后来才发现就是因为不满足乘法交换律才能算出这些光谱线。于是在
由于没有阻力，将一直等速地运动下去。 惯性定律：任何物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使
它改变这种状态为止。 伽利略是通过斜面实验（理想实验）得出的。
2) 用科学的语言阐述了相对性原理。 地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不知舟之运也。——《尚书·考灵曜》 卧看满天云不动，不知云与我俱东。——陈与义[宋] 伽利略在他的两本书（《关于托罗密和哥白尼两大世界体系的对话》《两门新科学》）中都对相对性原理进 行了阐述。
元素周期率，但是不能解释光谱线；日本物理学家长冈半太郎提出了『土星模型』，可以解释光谱线，但是不能解释 周期率。 11. 英国物理学家欧内斯特·卢瑟福是汤姆逊的学生，在 1898 年发现了 α 射线与 β 射线，发现镭元素辐射的射线包含了 α、β、γ三种射线。卢瑟福的 α 粒子散射实验认定了原子的带正电部分处在中心一个很小的体积内，提出了自己的 原子结构模型『行星模型』。但是他的模型即不能解释光谱线，也不能解释元素周期率，而且这个模型不稳定。 12. 卢瑟福培养了最多的获得诺贝尔奖的学生，比如玻尔、查德威克、卡皮查。 13. 玻尔是丹麦人，对卢瑟福的模型加以改进，也就是轨道量子化。 14. 奥地利物理学家泡利提出了泡利不相容原理：每一个电子只能存在一种状态，一个轨道上是有两个状态的，所以每 个轨道上只能由两个电子，这就很好地解释了元素周期律。 15. 李政道和杨振宁提出了宇称不守恒，但受到了许多物理学家的反对，其中就包括泡利。最后，吴健雄的实验证明了 宇称不守恒是正确的。 16. 规范场论最早的创始人是德国数学家外耳，外耳走了第一步，杨振宁走了第二步。 17. 海森堡是德国物理学家，在他上大学的时候在索末菲的鼓励下参加了格丁根大学玻恩的人才特别快车，泡利是索末 菲的学生。 18. 高斯、黎曼、克莱因、希尔伯特、外耳、冯·卡门、冯·诺依曼、劳挨、玻恩、奥本海默、康普顿、狄拉克、泡利、洪 德、约丹都是从格丁根大学出来的。 19. 数学史上的三大作图难题
3) 自由落体运动。
伽利略认为斜面上的运动是冲淡了的自由落体运动（延缓了的自由落体运动）。 15. 牛顿是剑桥大学的学生。 16. 牛顿在主张光束微粒，而惠根斯（荷兰数学家、物理学家、天文学家）和胡克（英国科学家）。 17. 牛顿的著作：《光学》《自然哲学的数学原理》。 18. 托马斯·杨，发现了眼睛散光的原因，完成了光的双缝干涉实验，认识到光是横波，提出了颜色的三色理论。 19. 牛顿认为，存在一个均匀、绝对的时间，永恒、均匀地不断流逝着；还存在着一个绝对的空间，相对空间在绝对空
用直尺和圆规三等分一个角。 用直尺和圆规画一个正方形使它和一个已知圆的面积相等。 用直尺和圆规画一个立方体使它的体积是一个已知立方体体积的两倍。 德国数学家林德曼解决了第二个问题，答案是不行。后来其它两个也被证明是不可行的。
量子论的诞生
1. 物理学上空的两朵乌云 1) 迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾； 2) 热学中的能量均分定则在气体比热以及热辐射能谱的理论解释中 得出与实验不等的结果。 *从第一朵乌云中产生了相对论，第二朵乌云中出现了量子论。
从爱因斯坦到霍金的宇宙
第一讲：爱因斯坦和量子论与相对论的诞生
相对论是关于时空和引力的基本理论，分为狭义相对论和广义相对论。
物理学的开端
1. 物理学这个词，最早起源于公元前三百多年，古希腊亚里士多德最早使用这个词。 2. 苏格拉底的学生是柏拉图，柏拉图的学生是亚里士多德，这三个人被称为『希腊三贤』。苏格拉底倡导探究式学习。 3. 苏格拉底的《言论集》和孔子的《论语》很像，不是他们自己所写，都是其弟子所写。 4. 亚里士多德所倡导的哲学与其老师柏拉图相反，认为凡是看不见摸不着的东西都不应该相信。 5. 『吾爱吾师，吾更爱真理』是亚里士多德的名言。 6. 格物致知——《礼记·大学》。格，感通，做探究性实验。 7. 格物穷理——朱熹[南宋] 8. 清朝、民国的时候讲格致作为物理的代名词。 9. 阿基米德是欧几里得的学生的学生，古希腊数学家、物理学家，发现了杠杆原理、浮力定律，提出了重心的概念。
波满足狭义相对论的一个方程，但是因为这个方程适用于自旋为零的粒子，所以与很多实验结果不符，后来他又倒
回去得出了一个非相对论的薛定谔方程，由于这个方程与粒子的自旋无关，这次的方程与实验相符了。最后薛定谔
证明他的波动力学和海森堡的矩阵力学是等价的。
ℏ2 ������2Ψ ������2Ψ ������2Ψ
路径，还要考虑折射率等问题。
15. 哥本哈根学派以玻尔和玻恩为首，包括海森堡、泡利和狄拉克这些人，认为几率解释完全正确。但是受到了爱因斯
坦、薛定谔、德布罗意、波姆这些人的反对。
16. 薛定谔在 1943 年的时候在爱尔兰都柏林的三一学院做了一次演讲，叫《生命是什么》，从物理学的角度谈了三个问
题：①生命来自负熵；②遗传密码；③基因突变是以量子跃迁为物理基础的。为生命科学的研究做出的重大的贡献。
改成了量子的泊松括号，使矩阵力学以非常简洁的形式表达出来。
8. 狄拉克创建了广义函数——Δ函数。
9. 比利时的索尔维和中国的侯德榜先后研究出了制碱法（氨碱法）。
10. 法国物理学家德布罗意想“光波是粒子，那么粒子是不是波？”，在爱因斯坦的狭义相对论的基础之上，他构建了他
的物质波公式，叫做『德布罗意波』。受到了爱因斯坦的高度评价，创建了最初的波动力学。
卡诺通过热质说（后来证明是错误的）证明出了卡诺定理（正确）。 在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关，与可逆循环
的种类也无关。 在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率。
克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。 开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。 热力学第三定律（能斯特[德]）：不可能通过有限次的操作将一个系统的温度降低到绝对零度。 爱因斯坦肯定能斯特的结论，但是对能斯பைடு நூலகம்的推导过程提出异议（通过热力学第二定律得出）。 热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统都处于热平衡，则它们彼此也必定处于热 平衡。
1925 年他发表了这篇文章。后来，玻恩看了这篇文章后发现这些符号和矩阵比较像，于是和海森堡与玻恩的助手约
丹研究出了矩阵力学，发了三篇文章，这三篇文章被称为『一个人的文章、两个人的文章、三个人的文章』。再后来，
英国的物理学家狄拉克看到了矩阵力学的论文，发现和分析力学中的泊松括号很像，于是将经典力学中的泊松括号
������Ψ
− 2������ ( ������������2 + ������������2 + ������������2 ) + ������(������, ������, ������)Ψ = ������ℏ ������������