七堂極簡物理課

一、 最美理論

1. 1905年 ，愛因斯坦科學期刊《投了三篇文章》

• 第一篇指出了原子的存在
• 第二篇奠定了量子力學的基礎
• 第三篇提出了《狹義相對論》
  狹義相對論對牛頓的萬有引力提出了質疑，和自由落體的認知產生了矛盾，愛因斯坦花了十年的時間解決，提出了《廣義相對論》
  牛頓想像物體是在空間中運動的：所有物體都做直線運動，直到一個力使它們的軌道發生彎曲，至于這個容納世界的空間是由什么做成的，牛頓沒有給出答案。
  愛因斯坦出生前的幾年，法拉第和麥克斯韋發現了“電磁場”：一種無處不在的真實存在，可以傳遞無線波，可以振動，波動
  愛因斯坦收電磁場啟發：引力場不彌漫于空間，因為它本身就是空間。

2. 空間是一種物質

廣義相對論對宇宙做出了驚人的簡化：空間是構成世界的“物質”之一，這種可以波動、彎曲、變形的實體。
太陽會使其周圍的空間發生彎曲，所以地球并不是在一種神秘的力量牽引下圍著太陽轉，而是在一個傾斜的空間中行進。
無論是行星圍繞太陽轉，還是自由落體，都是因為空間發生了彎曲。

3. 愛因斯坦方程式

空間和時間在有物質的地方會發生彎曲，
預言：高空中，時間會過的比較快

4. 黑洞

當一個大恒星燃燒完自己所有的燃料時，它就會熄滅。殘留的部分因為沒有燃燒產生的熱量的支撐，會因為自身的重量而坍塌，導致空間強烈彎曲，最終形成一個真真正正的洞。

5. 宇宙大爆炸

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

一切源于樸素的直覺：空間和引力場本是一回事

二、 量子

量子力學誕生于1900年

1. 普朗克假設

電磁場的能量都分布在一個個的“量子”上，也就是能量是不連續的。

2. 量子理論誕生宣言

愛因斯坦指出光是由光子構成

3. 量子躍遷

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

4. 量子理論方程

1925年，量子理論方程終于出現，取代了整個牛頓力學。
年輕的德國天才維爾納,海森堡率先列出方程式
量子力學中，沒有一樣東西擁有確定的位置，除非它裝上了別的東西。
沒有量子力學就不會出現晶體管。
然而方程式并不描述物理系統內發生了什么，而只能說明一個物理系統如何影響另一個物理系統？

三、 宇宙的構造

20世紀上半時期，愛因斯坦用相對論描述了空間和時間的運作方式
玻爾和他年輕的門徒們用一系列方程捕捉到了物質奇怪的量子特性
20世紀下半時期，物理學家們在兩個基礎上，把兩個新理論應用在了自然界的各個領域：從宏觀世界的構造，到微觀世界的基本粒子

人類宇宙構造的認知歷史

天和地

2600年前，阿那克西曼德發起，為什么太陽、月亮和星辰都圍著我們轉

巴門尼德或畢達哥拉斯，意識到對一塊空中的土地而言，地球最合理的形狀是球形，后被亞里士多德證明，《論天》著作

哥白尼反對地心說，提出太陽才是行星運動的中心

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

四、 粒子

原子組成

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

粒子理論

理查德費曼、蓋爾曼和一群意大利人導出，建立在量子力學的基礎上，被稱為“基本粒子標準模型”
缺陷：每個星系周圍都有一團巨大的云狀物，我們通過它對星體的引力和它使光發生偏折的現象發現，無法解釋，被稱為“暗物質”，不是原子、中微子、光子

五、空間的顆粒

20世紀兩大明珠

廣義相對論，是宇宙學、天體物理學、引力波、黑洞及其他許多研究的起源
空間不是一個靜止的盒子，而是一個不斷運動，像一個移動中的巨大軟體動物，可以壓縮和扭曲，我們被包在里面。

量子力學，是原子物理、核物理、基本粒子物理、凝聚態物理等學科的基礎。
所有的場都由量子構成，具有精細的顆粒狀結構，于是物理空間當然也是由量子構成

它們相互矛盾，矛盾點：
廣義相對論中的空間和時間是光滑且彎曲的，但到了波爾的量子力學當中，空間在微觀尺度上是瘋狂、劇烈漲落的

相互矛盾的偉大理論

牛頓整合了伽利略的拋物線運動和開普勒的天體橢圓運動，發現了萬有引力

麥克斯韋將電和磁的理論結合起來，提出了電磁場方程

愛因斯坦在解決電磁學和經典力學的明顯沖突時，發現了相對論

圈量子引力

試圖把廣義相對論和量子力學結合起來
描述：沒有包含著世界的空間，也沒有發生于其中的時間，只有空間和物質的量子持續相互作用的基本物理過程

六、概率、時間和黑洞的熱

1. 熱的本質

原子和原子團組成的分子處在不斷運動的狀態中，熱空氣的分子跑得快，冷空氣的分子跑得慢
熱量從熱的物體跑到冷的物體遵循統計學的概率：一個快速運動的熱物體原子更容易裝上一個冷物體的原子，碰撞過程能量守恒，最終傾向于平均分布

2. 黑洞的熱

發生在黑洞這種物體上的量子效應

七、我們

我們由原子和光信號構成，我們同我們周圍所有生物由共同的祖先繁衍而來

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

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

我們的愛與真誠與生俱來，我們天生就渴望懂得更多，渴望不斷學習，我們對世界的認知在不斷增長。我們渴望探索空間紋理的細微之處，探索宇宙的起源，時間的本質，黑洞的現象，以及我們思維的運行。

轉載于:https://www.cnblogs.com/chenqionghe/p/11410906.html

總結

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

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