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我们最该知道的10大科学定律及理论

  我们应该了解十个最科学的法律和理论

  2011年5月2日来源:科技日报作者:张萌然编辑:
\\ u0026>不过,本台记者张萌道琼斯指数
图片:1.jpg图片:2.jpg图片:3.jpg图片:4.jpg \\什么能代表高耸的科学探究的历史?如果一个非常基本的人试图在最有限的时间内掌握最全面的科学规律,那么他最应该记住的那些理论就是答案。如果他成为一个科学家,他使用最基本的基础,最普遍,最接受和最难以撼动的定理,也是答案。请不要相信这两个答案有什么不同,它是在试图描述我们的具体性质和宇宙如何独立运作的时候,科学家们有很多手工工具的融资选择,但总的来说他们是更愿意重新回到法律和理论。发现通讯公司的知名科普网站HowStuffWorks(意思是“如何工作”),已经写了10个科学规律的大部分人应该首先意识到“你必须知道10条内容。 “作者同意,科学家们最喜欢的法则和理论之间的差异在于,科学规律往往可以归结为数学表达式,即像E = mc2这样的公式。这种类型的公式基于大量实验数据的具体表示,通常只对某些条件适用。至于理论上,还要以E = mc2为例,只有C意味着光在真空中而不是在其他环境中的传播速度才能确定。与简单明了的规律不同的是,一个特定的科学理论的目标是把所得到的证据综合成一个特定的现象。除了少数例外,大多数时候,理论都是关于大自然如何运作的详细而可核实的陈述。我们不需要把理论简化成只有一两句话或者一个方程式,但它确实包含了关于大自然如何工作的基本信息。虽然法律和理论是不同的,但是留下了假设,验证了前提,找到了经验性的证据等等,总结出了最基本的科学方法作为支撑,很好的落空了。无论是法律还是理论的研究或实验结果,都取决于其他科学家是否可以重复实验,取得相同的结果。这就是我们所了解的关于科学和理论的十大法则,我们应该知道的最多。或者有人会不屑的说:“规定什么时候不要我刚刚进入科学的门槛就熟悉了吗”或者别人会怀疑:“我没有拿着试管或者X射线研究人员不再是看着星星的夜晚恋人。我的科学专业仅限于知道一个苹果已经倒下,撞上了牛顿(据说已经被编纂了)。 “但是,根据文章的建议,我们仍然希望前者在理解新的怪异效应方面发挥新的作用。通过比较各自领域的十个规范与教科书中不可缺少的概念,试图绕开词汇,使其易于理解;也想告诉后者,试着去理解这10个法则或理论,而且看“十万个为什么”放松,这无疑是基础科学的最佳捷径。因此,这10篇文章将会采用易于理解和符合发展规律的朗诵形式。从大爆炸的这个阶段开始,了解行星,描述重力,然后开始生命的演化,最后钻进量子物理学,成为世界上最头晕的事情。敲砖头
标准解释:宇宙大爆炸诞生在宇宙模型的初始条件和后续演化中描述一直是目前研究和观察得到最广泛和最准确的支持。目前大爆炸的总体思路是,宇宙从过去的有限时间之前的非常密集和极高的初始状态演变而来(基于2010年最好的观测,这些初始状态约133亿至139亿几年前),并已扩大到现在的状态。如果有人想摸索深刻的科学理论,那么从宇宙出发是正确的,解释宇宙如何发展到目前为止的大爆炸理论是最好的选择。根据哈勃,乔治·莱梅,阿尔伯特·爱因斯坦等人的研究,这个理论的基础设施甚至可以假设宇宙始于几十亿年前的一次重量级的爆炸事件,当时的宇宙被限制在一个包含宇宙中所有物质的奇点,宇宙的原始运动不断向外扩展,至今仍在继续。宇宙大爆炸理论得到如此广泛的支持,与阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)的荣誉密不可分,他们竖起的喇叭形天线收到了一种无法消除的噪音信号,那就是宇宙的电磁辐射,即宇宙微波背景辐射。第一次大爆炸,使整个宇宙现在充满了这种可探测到的微弱的辐射,在约3K的温度。
9.计算宇宙的年龄:哈勃定律
标准解释:红s远处星系的光线与它们的距离成正比。哈勃和米尔顿 - 舍默尔于1929年首次提出这个定律,经过近十年的观测,Vf = Hc×D(远离速度=哈勃常数×相对于地球的距离),这通常被认为是一个重要的支持大爆炸的证据和作为宇宙扩张理论的基础,这是前面提到的人之一哈勃(Edwin Hubble)。他对宇宙学的贡献值得回味:在二十世纪二十年代咆哮和蹒跚的时候,哈勃进行了一项开创性的天文学研究,不仅证实了除银河系外还有其他星系,还发现这些星系是离开银河系,而他离开星系的速度是回归的速度,哈勃常数是指宇宙参数的扩张速度,而相对于地球的主体距离也就是这些星系不过据说哈勃本人尊敬的银河系天文学的创始人非常不喜欢“银河系”这个词,坚持认为它是“河外的星云”。随着时间的推移,时间的流逝,哈勃恒定值也在变化,但它做了很多,重要的是,这个定律有助于量化星系在宇宙中的运动,并推断遥远星系的距离,宇宙由许多ga组成这些星系运动可以追溯到大爆炸的发现,使得哈勃定律与所谓的天文望远镜一样出名。
8.改变整个天文学:开普勒的三个定律
标准解释:行星运动的定律,被开普勒的三个简单的行星发现定律所遵循,第一定律:每个行星都沿着自己的椭圆轨道绕太阳转,而太阳则在椭圆的焦点处;第二定律:在同一时间,太阳和移动的行星横扫直线面积相等;第三定律行星围绕着太阳运动的周期,椭圆轨道半长轴的平方与立方体成正比,围绕着行星的轨道,特别是以太阳为中心的科学家,与数百年来与宗教领袖和他们自己的同事。在十六世纪,哥白尼提出了日心说理论,当时引起了很大的争议,即行星在太阳而不是在地球上运行。在Tycho Brahe等人之后也进行了讨论。但是,行星运动学的真正的科学基础是Johannes Kepler。开普勒在17世纪初提出的三个行星运动定律描述了行星是如何围绕太阳运动的,第一个定律也被称为椭圆定律;第二定律也被称为定律领域,换句话说,就是为了解释这个规律,就是说如果连续跟踪30个地球与地球运动形成的太阳之间的联系,你会发现无论地球在哪里,结果都是一样的在轨道上,每当它开始测量。第三条法则也叫做和解法,使我们能够在轨道时期和离太阳的距离之间建立明确的关系。一个非常接近太阳的行星,比如金星,比海王星的轨道周期短得多。正是这三条法则彻底摧毁了托勒密的复杂宇宙。
7.理论的大部分基石:重力定律标准解释:牛顿万有引力定律被表示为,任何两个粒子在中心线方向上的作用力甚至相互吸引。引力的大小与它们的质量的乘积成正比,与它们的距离的平方成反比,而不是与两个物体的化学或物理状态以及与中间物相关。这个理论可以用已经写入今天的高中物理教科书的公式来形成:虽然今天人们认为这是理所当然的,但是当牛顿在三百多年前提出万有引力理论的时候,毫无疑问牛顿的理论可以简单地表述为:任何两个物体,无论质量如何,相互作用,质量越大,吸引力越大。在公式中,F是指两个物体之间的引力,以“牛顿”为度量单位; m1和m2分别代表两个对象的质量; r是两者之间的距离; G是引力常数。这是一个在各种实际条件下的非常精确的规律,但是到目前为止,人们已经知道牛顿的重力描述是不完善的,但是法律依然是迄今为止所有科学中最实际的概念之一,它很简单易学,涵盖范围广泛,在广义相对论初期就很少有人注意它,更重要的是,引力定律使小人类能够计算出广阔的行星之间的引力,特别适用于发射轨道卫星和测量月球路线。
6.物理学已经做出了基本定理:牛顿运动定律
标准解释:牛顿第一定律是惯性法则;牛顿的第二定律建立了物体的质量与加速度之间的联系;牛顿的第三定律是力和反作用的规律,牛顿,当我们谈论人类历史上最杰出的科学家时,我们不能不从他最着名的三个力学定律开始。由于这些简单而优雅的规律,奠定了现代物理学的基础。简单地了解三法的意义,首先让我们知道,已经能够在地面上滚动球,它必须受到外力的驱动,这个外力可能是地板之间的摩擦力,也许是孩子们踢的,第二个定律用公式F = ma表示,这也意味着一个方向矢量,当球滚过地板,由于加速度,得到一个指向滚动方向的矢量,通过这个矢量就可以计算出受力的球,第三个定律非常简洁,而且通常是已知的,只不过是一个手指在任何物体表面戳戳,所有这一切h将以相同的力量作出回应。 5.热力学基本上完成:热力学的三个定律
标准解释:热力学的第一定律,热量可以转化为动力,它可以转换成热力,也就是说,能量转换守恒定律,其中之一就是不可能将热量从低温物体转移到热物体而不会引起其他变化。第三个定律是,当热力学温度为零(即T = 0)时,一切都是完美的。晶体的熵等于零。英国物理学家,小说家珀西·斯诺(Charles Percy Snow)的着名论述:“一位不懂热力学第二定律的非科学家就像一个从未读过莎士比亚的科学家”。斯诺的讲话是为了批评孤立和科学与人文之间的“两种文化”的划分,却不知不觉地“加倍”了文人圈中的热力学第二定律,实际上斯诺的论点的确强调和促使人文学者应该了解其重要性。热力学是研究系统中能量运动的科学。这里的系统可以是一个引擎或一个热核心。斯诺用她自己的智慧把它简化成一些基本的规则:你不能赢,你不能挣钱,你不能退出比赛。
如何理解这个论点?首先看所谓的“你赢不了”。斯诺的意思是,由于物质和能量都是守恒的,所以在能量转换的过程中,我们不能实现一种形式的能量相当于另一种形式的能量转换,而不会损失一部分能量。就像你想让发动机工作一样,你必须提供相同的热量。即使在一个完美的终极封闭空间里,一些热量仍然不可避免地消散到外界。这导致第二个法律 - 你无法实现国际收支平衡。由于熵的无限增加,我们不能恢复或保持相同的能量状态。因为熵总是从高浓度区域流向低浓度区域。熵的存在,也是永动机不能发生的。最后,第三个法则 - 不能退出游戏。这涉及绝对零度,理论上最低的可能温度,通常为零开尔文(零下273.15摄氏度或零下459.67华氏度)。第三条定律指出,当系统达到绝对零度时,分子将停止一切运动,即无动能,熵能达到理论最小值。但在现实世界中,即使在宇宙深处也不可能达到绝对零度。你只能无限期地接近所谓的终点。公元前200年的伟大的智慧:阿基米德的原则
标准的解释:阿基米德在物理学定律中,即阿基米德原理,是指浸在静止液体中的物体受到数学表达式:F = G浮排
关于阿基米德如何发现浮力物理学原理的重大突破,有一个生动的,孩子们熟悉的传奇:阿基米德当我洗澡时,我的灵感来源于浴缸里的水随着我身体的沉浸而升起,当他最终确定浮力理论被发现后,古希腊最伟大的哲学家兴奋地喊道:“找到了!古希腊学者阿基米德古代的发现在人类社会生产的各个领域得到了广泛的应用,根据浮力原理,部分或全部的力量被淹没在液体等于人体液体排出液体的重量,这对计算物体的密度以及潜艇和远洋船舶的设计和建造至关重要。 3.我们自己的讨论:进化与自然选择
标准解释:进化论,生物学的进化指的是人与人之间遗传特征的变化。自然选择也称为自然选择,是指生物体的遗传特性在其生存竞争中具有一些优势或劣势,这反过来导致生存能力的差异,并导致生殖能力的差异,使得这些性状成为保存或消除。现在我们已经确立了从零开始的宇宙为什么以及物理系统中的一些基本概念如何在日常生活中起作用,下一步就可以开始以问题的形式关注我们的人性,即今天我们怎样变成这样?我们知道基因会复制到下一代,但是突变可能会有所作为,而随着物种迁徙,新的变化条件可能会通过人群。所以,今天大多数科学家认为,地球上的所有动物都有一个共同的祖先,随着时间的推移,一些动物开始演化成具有鲜明特征的特定物种,随着时间的推移,生物多样性将逐渐增加和扩大有机生物从最基本的意义上说,突变机制中的基因突变已经在生物进化过程中发生,这些细节的变化每一个阶段都会通过几代遗传来保存,相应地,生物种群也有不同的特点,而这些特点往往可以帮助生物更好地生存下来,比如棕色的皮肤青蛙,显然比其他同类色彩更适合伪装在泥沼地区生存下来,这就是所谓的自然选择。当然,我们也可以把它应用到更广泛的生物体的进化论和自然选择理论中,但达尔文的“地球上生命的丰富多样性”正如19世纪提出的那样,源于进化的自然选择,这无疑仍然是最基本和最具开创性的选择。 2.
标准解释:重力在这里被描述为一个时空几何(曲率)的特性,空间曲率和这个是时空中的物质与辐射的能量动量张量直接相关,而爱因斯坦的引力场方程(二阶非线性偏微分方程)的联系是对于从未研究或研究过的人,广义相对论的标准定义已经被阅读而没有被看到,因为它解释了这个术语,所以至少还有四个未被考虑的词被使用。它的内涵和扩展涉及一个广泛的非纸形式这里我们来看看现代引力理论研究中所谓的广义相对论的最高水平,作为一个比牛顿万有引力更为普遍的理论,质量仍然是万有引力的一个重要属性,但是,它不再是唯一的万有引力来源。在爱因斯坦,引力不再是牛顿描述的力量,甚至可以说没有原始引力的概念。因为爱因斯坦认为它是一个物体周围的时间 - 空间曲线,所以前面提到的“物体通过重力运动”归因于物体在弯曲的时空中沿着大地测量曲线的自由运动。如果你让“弯曲的时空”的概念更清晰,想象一下宇航员在环绕地球的航天飞机上,他们在空间上直线飞行,但事实上,围绕航天飞机的地球周围的重力而弯曲的时空使航天飞机一个可以飞向地球的物体据美国相对论首席专家约翰·惠勒(John Wheeler)介绍,所谓的时空几何特性可以用下面的方式来概括:时间和空间告诉物质如何运动,物质如何告诉时间和空间如何弯曲,因此,它可以通过大型天体的影响来展示宇宙的星体弯曲,为研究黑洞奠定理论基础。上海玩骰子你:海森堡不确定性原理标准解释
:德国物理学家海森堡于1927年提出,表明量子力学的不确定性,在量子力学系统中,一个粒子的位置及其动量(m粒子的屁股乘以速度)不能同时确定。 “问题测量!在古典理论中,这不是一个考虑因素。”
“量子物理学史”,他说。那是因为在古典物理学中,我,或者任何一个观察者都不会对这个等待测量的客观对象产生影响或者忽略不计。那个时候,即使我们不了解真相,也不会妨碍呆在那里的原则,等着我们慢慢地去引用。但是现在我们必须进入量子世界的魔法世界,在那里我们作为观察者会给实验现象带来一些干扰,所以如果你测量一个电子的动量,所得到的值就是相对于你的观测而言的。在这里,华纳·海森伯格(Warner Heisenberg)发现了一个突破性的发现,即人们无法同时获得关于粒子的两个变量的准确信息,即使精度仪器没有工作,具体来说,你可以确切地知道电子在哪里,但是你不能同时知道它们的动量,反之亦然。许多物理量之间也存在类似的不确定性,如能量和时间,角动量和角度,也许你不明白这个东西的古怪。如前所述,由于量子世界中的量是相对论的,如果它存在,它应该是可测量的;因为无论如何都不能测量,所以不复存在。所以当你不确定物理量的测量时,谈论它是毫无意义的。一个电子动力,只有当你测量,这是有道理的。这更像是一个哲学主题。 “海森堡不确定性原理”不是那么多的实验发现,而是海森堡和他的老师玻尔等人进行了讨论。当玻尔发现电子具有粒子和波的双重属性(柱子的量子物理学和波粒二象性)时,当我们测量电子的位置时,我们把它们看作是波长不同的粒子。而当我们想要测量动量时,我们把它看作一个波,知道一个波长的大小就失去了它的位置。即使你现在非常混乱,这仍然没有什么大不了的。波尔的名言是:“如果没有人对量子理论感到困惑,他就不应该理解量子理论。”费曼同样说道,所以我们没有采取任何压抑,爱因斯坦和我们是一个情况。

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