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1 # 火星一號
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2 # 看風景的蝸牛君
鐳射可以製冷,甚至可以冷凍原子。
說起鐳射,很多人都會想起鐳射武器那可怕的能量,它可以在遠距離穿透敵方護甲,燒燬目標衛星,甚至將對方攝像頭或其他感測器致盲。工業上鐳射的應用更為廣泛,例如使用二氧化碳鐳射器可以輕鬆切割鋼板。因此通常情況下鐳射給大家的印象就是高能量密度帶來高溫,使得目標物體急劇升溫,是目標物體熔化甚至氣化。
但其實鐳射不僅用於加熱升溫,也被利用與製冷當中,而且製冷效果驚人,可以達到零下兩百多攝氏度,非常接近開氏溫標中的絕對零度(物理學上的理論最低溫度)。這是人類目前科技能夠達到的最低溫度。
那麼鐳射為什麼能夠製冷呢?這就得從物體溫度的實質說起了。其實物體的溫度是微觀粒子振動強度的宏觀表現。當組成一個物體的微觀粒子振動非常劇烈,那麼物體的溫度就高;同理,若是微光粒子的振動非常微弱,那麼物體的溫度就很低。
因此鐳射製冷的原理就呼之欲出了:就如同我們盪鞦韆遊戲中,施加推力的方向若是與鞦韆運動方向一致,那麼鞦韆會越蕩越高;若是施加推力的方向與鞦韆運動方向相反,則鞦韆受到的力就變成了阻力,越蕩越趨於停止。使用鐳射造成一個“光子海洋”,使原子在其中振動時總是處於阻力中,那麼原子的振動就會越來越慢,最終趨於停止,非常接近絕對零度。
不過這種方案目前只能針對微區實現絕佳的製冷效果,對宏觀物體還沒有什麼有效的方式。
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3 # 懷疑探索者
相對論,是顛覆常識的科學規律和科學理論,是已經用很多證據證明的科學事實,而不是科學假說。相對論是違反一切哲學常識的,哲學根本解釋不了相對論,反而會給科學添亂。20世紀後半期最著名的科普作家之一的霍金,他特別做了強調:“哲學是不是靠譜,也需要科學實踐來驗證。”也就是說,哲學不靠譜。
大哲學家柏格森是20世紀最成功、最著名的哲學家。牛氣沖天、目空一切的柏格森,自以為哲學就是至高無上的智慧可以解釋一切,所以他透過自己的哲學推理,斷然的否認了愛因斯坦的相對論,粗暴的拒絕相對論的時空觀念,對愛因斯坦的理論公開予以鄙視和不屑。面對大哲學家的挑釁和不屑,愛因斯坦憤然而起,與柏格森開展了一場意義深遠的激烈的辯論。最後,愛因斯坦贏了,他的對相對論的預言被證明是成立的。之後,越來越多的證據出來了,相對論被證明是一種可靠的科學理論,而不再是科學預言。大哲學家柏格森黯然退場,所有的人都認為整個哲學界輸了這場筆墨公司,更是哲學在思想界的首次全面潰敗。之後,科學終於完全與哲學思辨分道揚鑣,哲學家發現,他們根本跟不上日益發展的科學知識,又沒有辦法提出新的哲學觀,所以給科學這個不再向自己問安的刺頭投去詫異的眼光。然而,不管哲學家們如何想,科學在透過真相的道路上奔跑的越來越快,把哲學拋棄到十萬八千里外。
新世界觀踏在舊世界觀的屍體上崛起,迸發出希望之光。相對論時空觀是全新的時空觀,動態的時空觀,與過去所有的時空觀都不一樣。相對論的成功再一次證明,如果想要了解我們宇宙的規律,只能是科學方法,而不是依靠什麼哲學思辨,甚至是比哲學思辨更下一個層次的神學宇宙觀,佛學宇宙觀。如果科學解釋不了,憑什麼神學、佛學就有資格解釋呢?在知識領域,依靠科學的方法才是唯一正確的途徑。
霍金在他的經典著作《大設計》裡面,多次提到了科學戰勝迷信妄想的偉大事蹟,正如他在一場演講中所說:
“宇宙起源的問題有點像這個古老的問題:先有雞呢,還是先有蛋。換句話說,即是何物創生宇宙,又是何物創生該物呢?也許宇宙,或者創生它的東西已經存在了無限久的時間,並不需要被創生。直到不久之前,科學家們還一直試圖迴避這樣的問題,覺得它們與其說是屬於科學,不如說是屬於形而上學或宗教的問題,然而,人們在過去幾年發現,科學定律甚至在宇宙的開端也是成立的。在那種情形下,宇宙可以是自足的,並由科學定律所完全確定。” -
4 # 地震博士
要說有哪些顛覆常識的科學規律,我覺得牛頓第一定律首當其衝。牛頓第一運動定律,簡稱牛頓第一定律。又稱慣性定律、惰性定律。常見的完整表述:任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態,直到外力迫使它改變運動狀態為止。理由如下:
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首先,在牛頓發現牛頓第一定律以前,人們都認為力是物體運動的原因,而實際上力是改變物體運動狀態的原因,這就是對人的常識的最大顛覆。甚至古希臘著名思想家亞里士多德也持同樣的觀點。他認為:“凡運動的事物必然都有推動者在推著它運動”。人類在生產實踐中,透過很多例項似乎也在驗證這一點。但是,其實我們知道大到宇宙天體,小到生物體內的細胞,只要沒有滅亡就都是在不停的運動,因而運動是一個必然的事情。
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其次,物體的運動不需要力來維持,也是顛覆人的常識的一個問題。這一點伽利略透過一個理想實驗,即以可靠實驗為基礎,經過抽象思維,推論得出結果的實驗。伽利略的理想實驗名稱叫做伽利略理想斜面實驗,該實驗認為:如果一切接觸面都是光滑的,一個鋼珠從斜面的某一高度A處靜止滾下,由於只受重力,沒有阻力產生能量損耗,那麼它必定到達另一斜面的同一高度C,如果把斜面放平緩一些,也會出現同樣的情況,如D、E的高度,如果斜面變成水平面,則鋼珠找不到同樣的高度而會一直保持一種運動狀態,永不停止運動下去。由此可以知道,日常生活中我們感覺,必須有力的作用才能維持運動,主要是日常生產生活實踐中,地面、斜面等都是不光滑的,物體在其上面運動要消耗能量,因此給予物體的外力其實是消耗在由於摩擦力等造成的機械能損耗。
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總之,牛頓第一定律對“力是物體運動的原因”以及“力是維持物體運動的原因”這些常識的顛覆。但是,要想理解這一定律,不僅需要生產生活經驗,同時也需要進行抽象思維指導下的理想實驗。
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要說顛覆常識的科學規律,首先讓我想到的是愛因斯坦在百年前創立的相對論,完全顛覆了人類對於時空和引力的基本認識。雖然相對論已經誕生很長一段時間了,但我們對於世界的認識往往還是基於經典物理學,因為經驗總是這樣告訴我們。但有時候經驗只是表層現象,不一定能夠反映本質規律。
從狹義相對論匯出的質速關係、質能關係以及時間膨脹效應等結論,都顛覆了我們的日常認知。其中最著名的當屬質能關係E=mc^2(E為能量,m為質量,c為真空中的光速),這個方程表明,每個物體之中都蘊含著巨大的能量,這正是核武器具有巨大破壞力的原因之一,也是太陽能夠源源不斷地釋放出大量光和熱的原因。
時間膨脹效應表明,不同參照系之間的時間流逝速率是不一樣的。例如,地球上的觀察者測量高速飛行的人造衛星所攜帶時鐘的時間,則會測得衛星上的時間要慢於地球上的時間。
此外,狹義相對論表明兩個方向一致的速度疊加不是u+v的形式,而是(u+v)/(1+uv/c^2)。當u和v遠小於c時,後者近似於前者,也就是我們所熟悉的形式。當u或v接近於c時,只能使用後者。當u=c時,無論v取何值,它們的合速度都是c,這意味著光速不管與什麼速度的合速度都是光速,與光源的運動速度無關。
廣義相對論表明,引力不是物體之間的吸引力,而是物體扭曲周圍時空的表現。時空被物體彎曲之後,它們就會有彼此靠近的趨勢,這個趨勢就是我們所認為的引力作用。
除了相對論之外,量子力學也是完全顛覆了我們的常識。例如,海森堡測不準原理,我們無法同時測得一個粒子的速度和位置,這在宏觀世界中是不可想象的。
總之,經驗可能只是表層現象,背後還蘊含著更深刻的科學定律。