宇宙科技簡史：淼叔幫你探知世界

一轉眼一年就過去了，這個節目終於要殺青了。這一期我們來談一談能量和熵。 在地球上能量來自於太陽，而地球也是一個活躍的星球，也就是說它的內部也有能量的來源。有人說在地核里面有一個核子反應堆，它會造成地震、地殼運動，因此不能完全說萬物生長靠太陽，因為地球本身也有能量，地球上有風能、電能和核能等等。 我們要特别強調一下：能量是守恒的。而發現能量守恒的人有兩個，一個是德國醫生兼物理學家J·邁爾，另外一個就是英國物理學家焦耳。焦耳的名字被用來命名一個能量的單位，一個焦耳多大呢？用一牛頓的力推一個東西推一米，這就是一焦耳。一牛頓的力多大呢？大概相當於一百克的重量，因為一百克乘上重力加速度9.8，差不多就是一個牛頓。 愛因斯坦認為質量也是能量。愛因斯坦狹義相對論著名的公式就是E=mc²。E就是能量，M是質量，而C是光速。這個公式是狹義相對論一個自然的結果，愛因斯坦推導它比較抽象，我們可以用一個比較直觀的方法來推導它。我們放置一個物體，然后不斷地給他照射光，光是帶有能量的，這個物體會吸收光。因為我們從四面八方照射這個物體，這個物體又是靜止的，那麼它變化的僅僅是它的質量。這個質量里面是...

今天我們談一談霍金。當然，在量子部分我們已經談過霍金了，今天再談一談霍金以及他的好基友——潘洛斯。我們這一節具體的標題叫做《從現在到未來》。 霍金一生的工作，其實跟人類生活没有關系，但是潘洛斯這個人的工作，前面跟霍金有交集，后面跟人類生活有點關系。霍金出名的地方在什麼呢？他主要是發現了霍金蒸發，這個跟黑洞有關，換句話說，霍金發現了黑洞本身不是黑的，這是他最有名的工作。當然，霍金主要是以他身殘志堅的形象以及他的著名的科普著作《時間簡史》來影響社會的。 霍金現在已經成為一個大眾偶像！甚至今年騰訊還邀請他來參加微大會，當然他是遠程通過音頻和視頻參加的。霍金即便參加，他也得事先用機器編輯好他要講的話，然后用機器（發出）一種金屬般的聲音，好像這個聲音數十年都没有變，但並不是他本人的聲音。 霍金出生在1942年。42年產生了很多對后來有影響的物理學家，霍金是其中之一。他出生在牛津，研究生在劍橋大學畢業。按照百度百科的介紹，說他是現代最偉大的物理學家之一，二十世紀享有國際盛譽的偉人之一，這句話其實有點過譽了。 1973年，他研究了黑洞附近的量子效應，發現黑洞會像天體一樣發生輻射，像太陽...

我們在前兩期中，講到物理學界的四大神獸，還有兩大神獸没有講，也就是玄武和白虎。玄武當然就是烏龜，白虎是什麼？當然就是薛定諤的貓。 我們先講芝諾的烏龜，也就是物理學界的玄武。芝諾的神獸烏龜，其實在古希臘的時候有相當大的影響，並且被亞里士多德在他的名著《物理學》中記下來了。他這個烏龜到底談了什麼呢？其實在芝諾活著的時候，他一共提出了40個各不相同的悖論，到今天只留下來四個，可以說這四個都是關於烏龜的悖論，四個其他的悖論，我們今天不提。這四個關於烏龜的悖論，其實都是類似的，只不過是一種不同的表達。 我們先交代一下背景，芝諾生於約公元前490年，約相當於孔子的時代，比孔子略微晚一點。在古希臘的時候，他在其中的意大利半島南部的埃利亞，一直活到了約公元420年。他同時是哲學家和數學家，因為他關於運動的不可分、飛矢不動或者烏龜的概念，到了今天還是有相當大的影響。 由於量子力學的發現，芝諾悖論得到了更加完善的解決，甚至說運動是不可以無限切割的。芝諾這個人，他的老師是非常非常有名的，比他有名得多，叫巴門尼德。巴門尼德可以說是，在蘇格拉底柏拉圖和亞里士多德之前最著名的哲學家之一。你要說舉出兩個哲...

我們上一次談的是拉普拉斯，拉普拉斯妖是四大神獸之一。今天呢我們講，麥克斯韋的座下也有一只神獸，這是四大神獸之二，還有呢就是芝諾的烏龜，以及薛定諤的貓。我們上次提過，麥克斯韋妖是跟熱學有關的，只要這個世界上有熱，那麼麥克斯韋妖呢就是一個問題。當然這個問題的話，我們知道呢其實並不存在，也就是說麥克斯韋妖並不存在。 那麼在講麥克斯韋妖之前，我們先講講麥克斯韋這個人，既然談到麥克斯韋這個人，我們還要把大部分時間花在他的最大的成就上面，也就是說，他發現了或者是說完整地建立了一套電磁理論（電和磁的理論），尤其他預言了電磁波，我們知道包括了可見光、紅外線、微波、無線電波、紫外線、X射線和伽馬射線，都是電磁波。它是電和磁的現象，也就是說通過電荷在運動。輻射的電磁波，現在是我們日常生活里面必不可少的東西了。 在談這個電磁波和麥克斯韋妖之前，我們先了解一下麥克斯韋這個人。麥克斯韋全名呢，叫詹姆斯·克拉克·麥克斯韋，是一個英國人，可以說是英國產生的第二個大物理學家，第一個就是牛頓了。在排位上面，他在英國也僅僅次於牛頓。說英國人呢，牛頓是英格蘭人，而麥克斯韋是蘇格蘭人。他既是物理學家，...

為什麼“人可以到四維里面去”是錯誤的？ 為什麼木星軌道不斷地收縮，而同時土星的軌道不斷地膨脹？ 物理學有哪四大神獸？ 什麼是拉普拉斯妖？ 拉普拉斯是法國數學家和天文學家，而且是天體力學的主要奠基人。他還研究天體演化，是概率論的創始人之一，還是很多應用數學分支的先驅。 他1749年出生於法國一個叫卡爾瓦多斯的地方，跟拿破侖很熟，拉格朗日也是這樣。曾經擔任巴黎軍事學院的數學教授，后來又轉任了巴黎綜合工科學校的總教授，最后又轉入到巴黎最有名的大學——巴黎高等師範學校。 他還從政，擔任過法國經度局局長和拿破侖政府六個禮拜的內政部長。1817年，在剛剛當選法蘭西學院院士一年之后，就任該院院長。 他出身並不高貴，父親是一個農場場主。18歲去了巴黎決定研究數學，還帶著一封推薦信去找當時的法國著名學者達朗貝爾，但后者並無意願見他。后來拉普拉斯給達朗貝爾寄去一篇關於力學方面的論文，質量很高。如此，達朗貝爾還把拉普拉斯推薦到軍事學校教書。 拉普拉斯和拿破侖的關系：拉普拉斯曾經當過拿破侖的老師，就有點類似亞里士多德當亞歷山大的老師。但拿破侖並不是特别賞識拉普拉斯，拿破...

聽前思考 道爾頓的原子論是什麼？ 釋義1：古希臘的原子論 我們通常會說，古希臘的哲學家留給后人的，真正富有科學啟發性的，而且是不會被改變的遺產，應當就是原子論了。當然古希臘的留基伯和德謨克里特的原子論，跟今天還是不一樣，比如說他們強調原子是不可分割的，而且是不可改變的。 釋義2：道爾頓的原子論 道爾頓的原子學說的主要有三個特征。第一個特征是，化學元素是由不可分割的微粒組成的，也就是原子；每一種化學元素都對應於同樣的原子，這個化學元素里不管原子有多少，每個原子都長得一模一樣，這是他這個最重要的觀點，而且他認為在一切化學反應中的原子是不能再分割的最小單位，這也很重要。當然到了核反應的話，當然原則就可以分割了，但是在化學反應里面，原則是一個基本的單位。 第二個特點就是同種元素的原子性質和質量都相同，而且原子質量是元素的基本特征之一，不同的元素，原子的質量和性質也不同。 第三點是不同的元素，進行化學反應的時候，原子以簡單的整數來進行反應。 釋義3：道爾頓與色盲症 有一個的傳奇色彩的一個說法，就是說道爾頓發現了色盲症，是因為他自己患...

聽前思考 為什麼1905年被稱為愛因斯坦奇跡年？ 釋義1：布朗運動 布朗運動，就是微小的粒子，在流體里面，比如液體或氣體里，永不停息地做無規則運動的現象。 釋義2：布朗運動的理論 在1905年，愛因斯坦發表了一篇重要的論文，解釋了如果假定液體是分子構成的，或者是原子構成的，那麼它們就撞擊了一個微小的顆粒，而且他還計算了這個顆粒如何運動。 1906年波蘭的一個物理學家叫斯莫羅霍夫斯基，也發表了非常類似於愛因斯坦的發現，所以他們共同的解釋了布朗運動的這個理論。 釋義3： 布朗運動的特性 永遠不停息。 顆粒越小，布朗運動越明顯。 溫度越高，布朗運動越明顯。 布朗運動肉眼看不見。 釋義4：布朗運動的應用 在醫學領域，測量遇到的不同化學物質、不同的微小顆粒。 用布朗運動研究儀器的靈敏度。 布朗運動，可以應用到金融領域，與股票價格聯系在一起，進而建立所謂的維納過程。

聽前思考 愛因斯坦為什麼是預言大牛？ 釋義1：外光電效應 外內光電效應就是，金屬板在特定的光輻射下，金屬會吸收光發出電子，金屬板上會產生電流。外光電效應有一個最重要的情況，就是如果光的頻率不夠，無論光怎麼強，整個光的能量怎麼多，電子都打不出來；而如果頻率足夠高，無論光多麼弱，都有可能把電子打出來，只不過電流要小一點。 釋義2：內光電效應 內光電效應是光電效應的一種，主要是說，由於光子的作用引發物質電化學性質的變化，比如說電阻率改變了，這個跟外光電效應是有區别的，就是電子没有被打出來，而是材料的電化學性質變化了。內光電效應有時候又分為光電導效應和光生伏特效應，這是兩個不同的效應。 釋義3： 光子 愛因斯坦提出光子這個概念，就是說光是由微粒組成的，而且這個微粒是光子，是光的最小單位，每一個光子都攜帶一定的能量。 釋義4：狹義相對論 愛因斯坦的相對論的也是他在1905年時候的發現的。當然最早發現的相對論，叫做狹義相對論，因為狹義相對論不涉及萬有引力，只涉及萬有引力之外的所有的物理學。在狹義相對論里面，一個最基本的假定是光速不變。光速不...

聽前思考 貝克漢姆的香蕉球有原理可循嗎？為什麼風扇上的塵土老是粘在上面？ 釋義1：伯努利強大的科學基因 在西方非常有名的科學家族，叫貝努利家族。貝努利家族的強大科學基因是罕見的。儘管在全世界也有其他幾個家族，但是跟貝努利家族相比，都是相形見絀。 這個貝努利家族，第一代是老尼古拉·貝努利。在老尼古拉之后又產生了四個著名的科學家，當然，其中大部分都是數學家。他有兩個兒子，都是數學家，然后孫子丹尼爾也是數學家，之后又產生了四個著名的科學家。而且他們的學生中出現一個非常有名的數學家，叫歐拉，當然后來又影響了更多的數學家。所以貝努利家族如果我們不能把它說成是數學史上最偉大的數學家，但是確實是數學史上最偉大的數學家族。 釋義2：懸鏈曲線 懸鏈曲線簡單來說，就是兩端懸吊的密度均勻的完全柔軟曲線，在重力作用下的自然狀態所構成的曲線。這個懸鏈曲線，就是老尼古拉·貝努利的長子雅各布第一個解出來的。 釋義3：貝努力定律 貝努力定律就是當流體流動的時候，相對於靜止的物體，它產生的壓力會變小，這就是貝努利定律的一...

聽前思考 1、為什麼人體承受著巨大的大氣壓強,卻没有被壓扁？ 2、為什麼馬德堡半球實驗拉開時需要很大力氣，而生活中吸盤拉開時不需要那麼大力氣？ 釋義1：為什麼我們人的身體感受不到大氣壓？ 原因其實很簡單，有兩個原因，第一，比如說我們手伸出去，我們的手心和手背受到壓力是一樣大的，是平衡的，所以我們當然不會感到我的手在空氣中受到某一種壓迫。第二，就是因為我們身體里面細胞里面也有壓強，所以我們身體里面每一個細胞它的外面壓強和里面的壓強是平衡的，所以我們細胞不至於被大氣壓壓碎。 釋義2：為什麼古代的科學老是反亞里斯多德？ 儘管我們曾經強調過亞里士多德對科學是有很多正面的貢獻的。但主要因為很多人的老觀念總是受到亞里士多德的影響，包括亞里士多德錯誤的觀念。比如亞里士多德說世間萬物之中，除了火和空氣之外均有各自的重量，也就是說亞里士多德不覺得火和空氣有重量。但其實從伽利略開始就對這種說法表示懷疑。因為物體的重量是由它的密度決定的，而且空氣確實有一個不等於0的密度，所以空氣是有重量的。 釋義3：托里拆利如何發明水銀氣壓計？ 首先，托里拆利是...