改变世界的方程 牛顿、爱因斯坦和相对论

物质衰变：改变世界的方程

人们已经注意到一个中性介子事实上与电子偶素特别相像，是一个物质-反物质实体。当今关于所有物质的性质的思想都是基于夸克的存在。这使得某些介子可能携带电荷。它们是束缚在一起的物质和反物质，一个能量束缚态，而这一能量可以在粒子产生后旋即由它的衰变释放出来。质子衰变成一个正电子和一个中性介子，后者随即衰变为两个光子。这意味着永远观测不到质子衰变吗？
理论教育 2023-11-23

牛顿、爱因斯坦和相对论：改变世界的方程

结果会有许多高能光子发射出来。这些粒子对经过一定的时间互相湮没掉，最后只剩下了多余的物质粒子。到目前为止，我们只考虑了电子和正电子的湮没。当一个电子和一个正电子对撞时，它们相互摧毁对方，放出两个光子。当电子和正电子以接近光速的速度对撞时，会导致不同的过程。像凤凰涅槃那样，出现大量基本粒子，包括质子和反质子。
理论教育 2023-11-23

改变世界：牛顿、爱因斯坦和相对论的光速研究

我的同伴开始讲话。对木星的卫星所进行的细致的研究使我们得以确定光速，或者更精确地说，是确定光的那些粒子相对于绝对空间的速度，约为300000千米每秒。光粒子以速度c离开灯，可是灯每秒也有5米的位移。精确地说，光粒子的速度为c+5米/秒。不论是从一艘行驶的轮船上还是从一辆快速奔驰的小汽车上发出的光的速度都会与我所拿的手电筒发出的光粒子的速度不一样。还有很多关于原子的东西我不了解。
理论教育 2023-11-23

牛顿、爱因斯坦和相对论的方程：改变世界的光速自然常量

牛顿以讲述他对光速是个常量的疑问为开场。离开剑桥之前我们就讨论过你的光量子理论。只有在相对于以太是静止的参考系中测量光的传播速度时，你才能说光速是个常量。由于某种尚待确定的原因，也许在光波上“冲浪”是不可能的。实验结果毋庸置疑。这两位科学家制作了一件仪器，它能测量出光线在不同方向运动时速度间的非常小的差别。这束光，比如说，向右传播并被玻璃平面镜分为两半。
理论教育 2023-11-23

改变世界的方程：牛顿、爱因斯坦与相对论

爱因斯坦父亲的工场就在后院。很多年后爱因斯坦说，在专利局的那段时间是他一生中最快乐的时光。爱因斯坦因接受柏林当时新成立的威廉皇帝学会极有声望的研究教授职位而达到了他大学生涯的顶峰。在与牛顿谈话时，我提到爱因斯坦在柏林那些年的一项重大成就——他创立了广义相对论，那是一种远远超越牛顿观念的引力理论。停了一会儿之后，牛顿大喊：“我真想亲自和这位爱因斯坦谈谈！”
理论教育 2023-11-23

改变世界方程：牛顿、爱因斯坦与相对论

让我们从质量的概念着手。事实上，在做了一个重要修正之后，你关于质量的思想在相对论里从根本上仍旧是正确的。我们已经知道时间和空间的相对性不允许我们把质子的速度加速到超过光速。然而，我看不出会是什么理由，倘若在相对论中粒子质量的概念不做改变的话。原则上把质子加速到更高的速度应该是可能的。在很高的速度下，粒子的质量增大了，而理论精确地表述了它是怎样增大的。
理论教育 2023-11-23

牛顿、爱因斯坦与相对论：改变世界的方程

图1.146岁时的牛顿，内勒画的半身像，是这位伟大物理学家的最早的画像。毋庸置疑，巴罗对他的年轻学生牛顿的发展影响巨大。23岁那年，牛顿获得了哲学学士学位。于是，牛顿的名字第一次在剑桥之外为人所知。尽管牛顿当今的声望是来自一些物理学理论的创立，但他也是位出色的实验家和能工巧匠。200余年后，牛顿的这个发现再次反映到光的本性上，引发了一场物理学观念的革命。
理论教育 2023-11-23

太阳能量差值与α粒子质量

这一差值意味着相当显著的能量或质量，它几乎占了α粒子全部质量的0.8%。在构成一个α粒子的同时获得了显著数量的能量，那确实是条有趣的途径。为了克服氘核之间的电性排斥，有关粒子必须具备几个MeV的能量。在加热氘的时候，碰撞原子的能量一超过10 eV的量级，电子就会被逐出它们的壳层。
理论教育 2023-11-23

非精确时间测量与相对论的矛盾

1秒被定义为1年即地球绕太阳运转一周所需时间的多少分之一。那对于非常精确的时间测量来说显然是不够的。这些钟组成了德国的基本时间基准。这一误差意味着，在1014秒的时间跨度内原子钟最多会偏差1秒。这直接与我在《原理》中阐述的空间和时间的思想相矛盾。换句话说，空间与时间是相关的，描述它们的不同的方式取决于运动的状态。
理论教育 2023-11-23

牛顿、爱因斯坦与光的时空传播

光是在空间中和时间中传播的。在谈话过程中，牛顿的目光中已毫无倦意。金属中的电子当然是带有电荷的，因而它们开始发射电磁波，在这种情况下所发出的就是光。它可以被看作空间或时空的一个性质；它有自己的寿命，这只间接地与电荷有关。
理论教育 2023-11-23

核子能量揭秘：改变世界的方程

在这方面最重要的进展是基于核聚变造出来的炸弹。一枚小型原子弹爆炸使燃料升温，达到聚变所需的温度。氚核是含有一个质子和两个中子的原子核。我们从两个质子和三个中子出发，并以同样的数目结束。核子只是改变了它们的伙伴。在地球上存在丰富的聚变燃料供给，尤其是氘。必须存在一个临界质量。在核反应堆中，裂变是由一个适当的操纵装置控制的，它使得裂变不像雪崩或炸弹爆炸那样进行，而是以一种连续的稳定的方式发生。
理论教育 2023-11-23

邂逅牛顿：改变世界的方程

更有甚者，我的举止就好像不是牛顿，而是一名普通的大学教师站在我面前一样。我点点头，举止就好像在剑桥找到牛顿是地球上最自然的事情了。我怎么能拒绝牛顿的要求呢？牛顿非常高兴听到更多有关的话题，即关于他并非刚愎自用地称之为牛顿的自然科学的继续发展。那天上午我和牛顿都没有其他安排，所以我们当场就开始了讨论。在适当的时候，牛顿概括了我的一些论点。
理论教育 2023-11-23

改变世界：牛顿、爱因斯坦与相对论

就在这儿，离阿拉莫戈多不远，奥本海默选择了第一次试爆发生的地点。9除了用作试验的装置，在洛斯阿拉莫斯还制造了另外两颗原子弹。两枚炸弹杀死的人数超过10万。洛斯阿拉莫斯的那批物理学家并没有发明核燃烧，他们所做的一切就是把它从太阳拖曳到地球上来。
理论教育 2023-11-23

改变世界的方程：牛顿、爱因斯坦与相对论事件

我很难阻止牛顿用一连串问题和疑难对爱因斯坦进行连珠炮式的发问。我们的世界以及空间的结构可能会由物理学基本定律的结构来决定，可是我们并不完全知道这些定律。双虚线表示在相反方向的一个类似运动。比如，牛顿1642年12月24日出生于伍尔斯索普这个事件就确定了这么一个点，即x等于伍尔斯索普，t等于1642。牛顿（微笑着）：那是个我几乎已经记不得的事件。它表示宇宙飞船经过空间各点时由时间确定的一连串事件。
理论教育 2023-11-23

牛顿和相对论：改变世界的方程

在牛顿的见解里，物质是由非常小的粒子或者原子组成的。牛顿第一个认识到物体的质量和速度之积的重要性，我们称这个乘积为物体的动量。而在牛顿生活的时代却并非如此。伽利略的原理在牛顿的《原理》中扮演了一个重要角色。牛顿对空间和时间概念的定义对于他赋予自己的阐述力学的基本定律这一使命具有核心意义。牛顿显然颇为艰难地力图建立尽可能准确的空间和时间的概念。他将相对空间和相对时间与绝对空间和绝对时间严格区分开来。
理论教育 2023-11-23
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