理学思维_牛顿

作者:教育

  科学为什么会产生?认识世界和改造世界是人类的两种基本活动,这是马克思主义世界观的基本思路。

  科学是人类认识世界的方式之一,科学有一个标准叫做“可解释、可重复、可预测”。

  物理学是科学的一个重要分支,是发展最久、最系统完善的一门学科,它是由定律、实验、数学和逻辑思维等一起搭建起来的牢固体系。

  物理学的价值观在于深挖,其目标在于追求所有物理规律的普遍特性,所有物理学科(力学、热学、光学、电磁学等)的共同的底层规律;其次,物理学也有对美的追求,美一定是简单的。

  将最单纯最客观的物理学范式(即物理学思想——对自然认识的世界观加上解决物理问题的手段,比如实验等)嫁接到其他学科或领域,可使得其范式更加丰满,解决问题有了更广的维度。

  牛顿第一运动定律(惯性定律):一切物体在没有受到外力的时候保持静止或匀速直线运动状态;

  牛顿第二运动定律(加速度定律):物体的加速度跟所受的合外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同;

  牛顿第三运动定律(作用力与反作用力定律):两个物体之间的作用力和反作用力在同一条直线上、大小相等、方向相反。

  牛顿让当时的宇宙观彻底的从古典宇宙观转移到了机械宇宙观:这个世界从此不需要神了,只需要一条物理定律,星星可以转、苹果可以落地。牛顿的世界由如下三种要素所组成:

  还原论:牛顿科学建立在微粒哲学的稳固基础之上,所以会遵循对整体事件和作用进行原子分析这样一种特殊的逻辑方式,或者更恰当地说,是把这种方式发展到了完美的地步,即把给定材料还原为原子式的基本组分之和。

  受牛顿的研究方式、方法和思维的影响,物理学及其他很多领域得到了很大的发展,比如电磁学。

  真空中的两个静止的点电荷之间的相互作用力与它们电荷量的乘积成正比,与它们距离的二次方成反比,作用力的方向在他们的连线上。电荷之间的相互作用力称之为静电力或库仑力。

  场的概念出现之后,麦克斯韦把之前人们研究电磁现象所得到的这些规律,整理到一起,找出了普遍的、统一的规律,这就是著名的麦克斯韦方程组。

  杨振宁总结说:物理学或自然科学发展的规律,是从实验看到新的现象,然后靠唯象理论提出一个观点,然后跟数学结合形成一个理论框架。

  经典热学分为经典热力学和统计热力学,经典热力学是对宏观量的研究,比如温度、压力、体积等,统计热力学是对微观量的研究,比如单个水分子的运动情况、受力状态等。

  热力学第一定律:热量可以从一个物体传递到另一个物体,也可以与机械能或其他能量互相转换,但是在转换过程中,能量的总值保持不变。

  能量守恒定律:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其它物体,而能量的总量保持不变。能量守恒和 “对称性”有很紧密的关系。

  :系统的运动规律和具体时间无关,也就是说,今天做某一件事情和明天做某一件事情,如果其它条件都不变,那么我们会得到同样的结果。比如,以伽利略斜面实验为例,我们今天做跟明天做得出的结果完全是一样的。

  :指的是物理规律并不依赖于空间坐标原点的选择,将整个空间平移一个位置,物理规律不会改变。比如,如果在中国的实验室里做了某个实验,得到了某个物理结果,那么在美国的实验室里在完全相同的条件下做同一实验,必然会得到同样的结果。

  对称性支配相互作用原理:杨振宁先生说,“物理学已开始建立在一种新的思想型式之上。就是说,物理学家们不再是从实验出发而达到对称性,而是转变为把利用对称性作为出发点的思想,然后尝试着去建立满足对称性的方程式。我把这种思想称为对称性支配相互作用原理。”

  热力学第二定律:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。

  熵的宏观定义:,衡量了系统中能量的可利用性,没有熵增的过程系统对外做功的效率是最高的。

  熵的微观定义:,自然界过程的自发倾向是从概率小的宏观态向概率大的宏观态过渡,衡量了系统状态的无序性。

  信息熵:香农借鉴了热力学中的热熵的概念,把信息中排除了冗余后的平均信息量称为“信息熵”,信息熵描述信息源的不确定性。

  物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的令人不安的乌云,这两朵乌云一个演变成了相对论,一个演变成了量子力学。

  普朗柯:量子之父,量子力学的重要创始人之一,提出了能量量子化理论:在宏观领域中,一切物理量的变化都可看作连续的,但在微观领域中的离子,所带电荷只有一个或几个e,那么,一个一个电子的变化就不能看作是连续的了。

  爱因斯坦:光量子假说,在空间传播的光也不是连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光量子,每一个光子的能量只决定于光子的频率。

  波粒二象性:指的是所有的粒子或量子不仅可以部分地以粒子的术语来描述,也可以部分地用波的术语来描述。波粒二象性不只是光子才有,一切微观粒子,包括电子和质子、中子,都具有波粒二象性。

  薛定谔方程:量子力学中的一个基本方程,也是量子力学的一个基本假定。它是将物质波的概念和波动方程相结合建立的二阶偏微分方程,可描述微观粒子的运动。

  量子隧穿效应(Quantum tunnelling effect):像电子等微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为,尽管位势垒的高度大于粒子的总能量。

  测不准原理(Uncertainty principle)是由海森堡于1927年提出,这个理论是说,你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度。

  量子纠缠:在量子力学里,当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,则称这现象为量子缠结或量子纠缠。

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