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  • 1 # 裸猿的故事

    物理學有多個領域,物理學家彼此的知識並不是完全重疊的。所以,泛泛的說物理學家知道,普通人不知道,意義不大。但有一件事,是所有物理學家都知道,但多數普通人不知道,卻又非常重要的事,那就是我們這個宇宙隱藏著的一個終極奧秘之一:

    最小作用量原理。 它不難理解,但卻隱藏著深奧。

    最小作用量原理,宇宙的終極奧秘之一。

    最小作用量原理的牛逼之處在於,它貫穿在經典物理和相對論物理和量子物理學中,它橫行於宏觀世界和微觀世界裡,它是物理學家理解宇宙奧秘最重要的一條線索,但是卻不知道,為什麼宇宙要按照最小作用量原理運轉。

    圖示:丟擲去的球通常不會在空中拐來拐去,就算有空氣摩擦有旋轉,也是比較明確的弧線。如果在月球上拋,那就是標準的拋物線了。這就是最小作用量原理的典型體現。

    最小作用原理:費馬對了,牛頓錯了。

    圖示:光的反射路徑

    早在古希臘時代,先賢歐幾里得在研究光學的過程中,發現了一個現象,那就是當光線照射到鏡子上時,其反射角總是等於其入射角,他將此發現寫到專著《反射光學》(Catoptrica)一書中,但他不明白這是為什麼。後來,亞歷山大城的另一個牛人希羅證明,只有當反射角=入射角時,光線穿過的路徑長度才是最短的!這是歷史上對最小作用量原理的第一次接觸。

    圖示:希羅發明的汽轉球是史上第一部蒸汽機,早於工業革命兩千年。所謂汽轉球,是由一個空心球和一個密閉鍋組成,兩者以兩個空心管連線在一起,在密閉鍋中加水,並在鍋底加熱,使水沸騰,形成的水蒸氣後由空管進入到空球中,水蒸氣從球體的兩個噴口噴出,形成力矩,由此使得球體轉動。看起來只是一個玩具。過於超前的技術,難於得到應用,因為其它相應的技術匱乏,比如連桿軸承等等。但汽轉球的確是史上第一個利用蒸汽動力的玩具。

    自希羅之後年,著名數學家費馬,在1662年,就是提出著名費馬大定理猜想的那個費馬,將歐幾里得和希羅的發現,最終歸納為費馬定理,又稱為“最短時間原理”或更正確的表述“平穩時間原理”,雖然多數時候,光走過的路徑是需時最少的路徑,但有些時候則不然。但是,光走過的路徑,一定是光程取極值的路徑,這個極值可能是最大值、最小值,甚至是函式的拐點。

    按照費馬原理,光的行為必須滿足下列三條基本的要求。

    光線在真空中只能進行直線傳播。更正確的說法是按最短距離傳播。在愛因斯坦的扭曲時空中,光在區域性也依然是直線傳播的,只不過整體上看才變成了曲線。那時候的人預設宇宙的空間是平直的,想不到引力會扭曲時空。光線反射定律:當光線在任意介面上反射時, 出射角必須等於入射角。光線折射定律:折射光必然與反射光在法線同側,入射角和折射角之間滿足特定數學關係,該關係即是介質對光線特定的折射率。鑽石折射率高,因此打磨得好的鑽石就能看到火彩。

    圖示:鑽石的火彩正是鑽石高折射率對日光的色散導致的。並且透過精心打磨的角度,光線在鑽石內部來回反射之後,能將部分色散後的光正面反射到人眼中,產生動人的光學效果,就這效果值錢,否則鑽石也就是塊透明的石頭罷了。

    按費馬原理的推論,當傳輸光的介質的密度越小,則光速越快,真空中光速達到最大值。但是,同時代的物理學家牛頓則認為介質密度越大光速越快,但牛頓錯了。錯就錯在,牛頓作為經典物理學的奠基者,還沒有深刻領會到”最小作用量“原理。

    一百多年後,1788年,拉格朗日創立分析力學,正式將費馬原理推廣。運用最小作用原理,基於數學解析的方法,重構了經典的物理力學。自此之後,最小作用原理,成為物理學入門必備的知識,是所有物理學家都知道的事,並廣泛應用到每一個物理學領域之中。哪怕是後來新出現的如量子物理學中,也同樣能用上,這暗示我們最小作用原理,是我們這個宇宙最深刻的屬性之一。

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  • 2 # 青青子衿悠悠我心2017

    還是在學生時代,我偶然地機會看到了一種叫做 “魯珀特之淚” 的神奇物理現象,當時的網際網路並不發達,我花了相當長的時間泡在圖書館才弄清了它的來龍去脈。玻璃是我們生活中極其常見的物質,屬於非晶體材料,其主要成分為二氧化矽。在我們常人的印象中,玻璃製品極其脆弱易碎,實際上玻璃也有不為人知的“堅強”。

    我們可以在自己家中操作一個小實驗來見證玻璃的“堅強”。先準備一把金銀加工用的高溫噴槍、一根玻璃棒和一杯含有冰塊的水,開啟噴槍後對著玻璃棒吹燃,幾分鐘之後,玻璃棒會慢慢熔化,然後讓其垂直滴入冰水中,就會形成蝌蚪狀的類似眼淚一樣的玻璃固體。這種玻璃眼淚極其堅固,你可以用鐵錘對準它的頭部敲擊不碎,它的頭部還可以被重達8噸的卡車碾壓也不碎,然而,若是抓住其纖細的尾巴、稍微給它施加一點壓力,那麼整顆玻璃眼淚就會瞬間爆裂四濺、徹底粉碎。

    這就是著名的“魯珀特之淚”,據說它被17 世紀德國魯珀特親王無意間發現,遂得名。

    “魯珀特之淚”的原理叫做“裂紋擴充套件”,源於其內部不均衡的壓力,當熔化的玻璃滴入冰水中時,玻璃表面迅速冷卻形成外殼,而殼下的玻璃還仍然是液態。等到核部的玻璃也冷卻凝結體積變小時,液態的玻璃自然而然地拉著已經是固態的外殼收縮,導致靠近表面的玻璃受到很大的壓應力,同時核心位置也被拉扯向四周,受到拉應力。

    科學家用用交叉偏振光鏡可以看到“魯珀特之淚”內部壓力的分佈: 當“魯珀特之淚”外部遭到破壞時,這些殘餘應力迅速釋放出來,使得裂紋瞬間傳遍全體、支離破碎,據高速攝影技術觀測,其裂紋的傳遞速度可達秒速1450米-1900米。

    “魯珀特之淚”因為它的神奇而賦予的愛情寓意: 願你有魯伯特之淚般的心,萬物不摧,但也願有一人終知你心,稍縱即碎!

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  • 3 # 墨白孫

    普通人知道的物理學家也不壹定知道。人的知曉是接觸事物走入事物接近事物,經過自己的感覺知覺反映由片面到全面,由區域性到全部,由歷史到現在再到將來的過程綜合才能有知曉。本人壹生能接近接觸深入本人的所處的一部分。想想全體人民所處的有多大,壹人有壹人的所知範圍,多人有多人的所知範圍這是實際規律存在的,不要自高自大,要真要實。

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