科技前沿3

第一朵乌云
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追光的少年
“如果我以速度C（真空中的光速）追赶一束光，那么我 就应当看到，这束光就好像一个在空间里振荡而停滞不前 的电磁场。可是，无论是依据经验还是按照麦克斯韦方程， 似乎都不会有这样的事情。从一开始我就直觉到，从这样 一个观察者的观点来判断，一切都应当像一个相对于地球 静止的观察者所看到的那样，按照同样的一些定律进行。 因为，第一个观察者怎么会知道或者能够确定他是处于快 速的匀速运动状态呢？由这个悖论我们看到，狭义相对论 的萌芽已经蕴藏其中了。——爱因斯坦 1949
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第一朵乌云：
Michelson- Morley Experiment 失败的实验，证明了以太 （Ether）并不存在
第二朵乌云： Blackbody Radiation 黑体辐射实验与 理念的不一致
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开尔文男爵可谓是一语成谶，他 没有料到的是：
第一朵乌云，导致了相对论的革命 第二朵乌云，导致了量子论的革命
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Max Planck(1858-1947)创 立了量子论 Nobel Prize 1918
我已经为辐射和物质的问题奋斗了六年，但一 无所获。但我知道，这个问题对于整个物理学 至关重要，我也已经找到了确定能量分布的那 个公式。所以，不论付出什么代价，我必须找 到它在理论上的解释。而我非常清楚，经典物 理学是无法解释这个问题的。
霍金的评价
从公元前300年欧几里德完成他的《几何原本》后， 这是一个人类感知他们存在于其中的宇宙的最大的 革命性的更新……它彻底改变了人们对宇宙起源及归 宿的讨论方向。静止的宇宙可能永远存在……但根据 广义相对论，宇宙大爆炸标志着宇宙的起源，时间 的开始。从这个意义上说，爱因斯坦不仅仅是过去 100年中最伟大的人物，他应该获得人们更长久的尊 敬。
确实发生偏折。
物理学的“华山论剑”
物 理 学 全 明 星 梦 之 队
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索尔维会议，1927
天 下 群 雄 共 赴 布 鲁 塞 尔 一 较 短 长
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爱因斯坦 vs 玻尔
东邪西毒内力大比拼
南帝北丐大打太平拳
科学的突破——求新
—相对论与量子物理学
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Lord Kelvin: 加尔文爵士
（speech on 1900.4.27 in London, Royal Institution ）
物理学上空的两朵乌云
The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds. 动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但 现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云 遮蔽，显得黯然失色了……
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必须假定， 必须假定，能量在发射和吸收的 时候，不是连续不断的， 时候，不是连续不断的，而是分 成一份一份的！ 成一份一份的！
1900年12月14日，人们都在准备过圣诞节，这 一天，普朗克在德国物理学会上宣读了他那篇 名垂青史的论文：《黑体光谱中的能量分布》， 其中改变历史的是这段话： 为了找出N个振子具有总能量Un的可能性，我 们必须假设Un是不可连续分割的，它只能是 一些相同部件的有限总和……
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1905，Miracle Year Albert Einstein 爱因斯坦的奇迹年
3月18日：光量子假说 4月30日：分子测量 5月11日：布朗运动 6月30日：狭义相对论 9月27日：质能方程式 12月19日：热分子运动
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原子弹的较量
希特勒的神秘武器 VS 罗斯福的曼哈顿计划
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引力 电磁力 爱因斯坦的未竟事业 强作用 弱作用
统一场论
万有理论（ Theory for everything） 相对论与 量子论的 结合
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一场大战就此展开！
波动说与微粒说之战 确定性与随机性之战 革命性与保守性之战
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God does not play dise with universe! 上帝不会掷骰子！
亲爱的，你如何能决定上帝 玩什么游戏？
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狭义相对论 -对牛顿时间观念的突破
“绝对的、真实的和数学的时 间本身，依其本性而均匀流逝， 与一切外在事物无关。”—— 牛顿《自然哲学的数学原理》 “子在川上曰：逝者如斯夫， 不舍昼夜。”
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狭义相对论 Special Relativity
假设一：相对性原理 物理学中的一切基本定律，甚至是支配电磁波的麦克斯韦 方程，对于一切以恒定速度相对运动的观察者来说都相同。 假设二：光速不变 光在空虚空间中总是以一个确定的速度V（后来改用C）传 播着，这一速度同发射体的运动状态无关。
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狭义相对论 Special Relativity
“于是我们就得出以下 重要结果：对于站台是 同时的若干事件，对于 火车却并不同时。”根 据相对性原理，我们无 法断言站台静止而火车 运动。我们只能说，它 们在作相对运动，所以 “绝对的”、“真正的” 答案并不存在。我们不 能说任何两件事是绝对 或真正同时发生的。
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1933，风云再起
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爱因斯坦 的光箱
玻尔：以彼之道，还治 彼身！你忘了广义相对 论的“红移”了！
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薛定谔的猫
一个笼子关着一只猫。一 个可衰变的原子，可能引 起连锁反应，打翻一个毒 气瓶。 猫处于一种死或活的叠加 量子状态。
质能方程式
能量等于质量乘以光速的平方。 光速是巨大的，一小丁点的物 质在高速状态下会转换成巨大 的能量。一颗葡萄干所包含的 能量几乎可以满足纽约一天的 能量需求。
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广义相对论 General Relativity
爱因斯坦已经意识到狭义相对论虽 然能够与麦克斯韦方程相吻合，但 却不能与牛顿的万有引力定律取得 一致。从1907年开始，他开始进行 广义相对论的研究，直到1916年， 才完成《广义相对论基础》，把仅 适用于惯性系的狭义相对论推广到 适用于任意参考系，且包括引力， 阐明时间、空间性质与物质分布及 运动之间相互依赖关系的相对性理 论。
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“量子”，当时普朗克把它称作： Energieelement，随后在另一篇论文 里，改作“Elementarquantum”，简 化为“Quantum Quantum”。 Quantum
普朗克给出了一个著名的量子理论方程式：
E=hv
E是单个量子的能量，v是频率， h就是神秘的量子常 数，以它的发现者命名，称为“普朗克常数”，它约 等于6.626 X 10ˉ34焦耳·秒, 这个值，竟然是我们整个 宇宙最为重要的三个常数之一，另两个是引力常数G 和光速C。
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Paul Dirac 1902-1984 Nobel Prize 1933
Quantum electrodynamics 狄拉克的调和：相对论和 量子力学
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量子力学一日千里
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狭义相对论 Special Relativity
任何参照系都有其 自身的相对时间。 当你陪一个美丽的姑娘坐上两小 时，你会觉得好像只坐了一分钟； 当你坐在炙热的火炉旁，哪怕只 坐上一分钟，你会感觉好像是坐 了两小时。这，就是相对论。 ——爱因斯坦
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薛定谔
德布罗意
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玻尔：哥本哈根学派教主
创造性地提出原子跃迁模型
互补原理——解释性
Niels Bohr (1885-1962) Nobel Prize 1922
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Probability wave 概率波的随机分布
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小花絮：爱因斯坦的大脑
1955年，普林斯顿大学医 学院的病理教授偷偷地藏 起了爱因斯坦的大脑
Richard Feynman(19181988) Nobel Prize 1965
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在某种极端的情况下，一切科 学知识都被摧毁了，只有一句 话可以传给下一代生物，那么 哪一句能以最少的词汇，传达 最多的、最基本的科学信息呢？ 我认为应该是下面这句话： 物质是由原子组成的，微小的 粒子围绕原子核运动。他们互 相吸引，形成物质，但外力挤 压它们时，它们又相互排斥。
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波粒二象性方程
Louis De Brogelie 1892-1987 Nobel Prize 1928
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Schrödinger 薛定谔 Wave Equation 波动方程
Erwin Schrödinger (1887-1961) Nobel Prize 1933
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1919年，广义相对论被证实
光线弯曲的理论： 1911年，爱因斯坦预 测，光不是永远走直 线，当它经过重物附 近时，会因为受到重 物造成空间变化的影 响而走曲线。他计算 出某一颗星从太阳后 面发出光时，它经过 太阳附近到地球时行 1919年5月19日，英国皇家天文台长爱 走路线的曲率。此效 丁顿，带领观测小组去遥远的几内亚普 应在日蚀时能够被观 林西岛，拍摄照片证实了日全食时星光 测到。
Max Born波恩 (1882-1970) Nobel Prize 1954
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Matrix Mechanics 矩阵力学 Uncertainty principle
测不准原理
Werner Heissenberg 海 森堡 (1901-1976) Nobel Prize 1932