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先来个开胃小图 你的眼睛会欺骗你，你的耳朵会欺骗你，你的经验会欺骗你，你的想象力同样会欺骗你，但是数学不会 没有那个物理规律是不反直觉的，比如牛顿第一定律就很反直觉，否则就不会坑了亚里士多德，还坑了一千多年。 我们现在觉得他不反直觉，是因为我们上学学过了。 现代物理学有很多反直觉的东西，相对论和量子物理让人有种岂有此理的感觉，而对于物理学家来说，并不存在什么”直觉“，闭上嘴，计算它！ 我们继续...... 流体力学有个非常有趣的科普实验，我也就小时候看过一次，是在中国历史博物馆的一次外国科普展和高中那些流体力学实验比起来，反直觉效果拔群 流程很简单：一个抽油烟机一样的装置，只不过并非吸气，而是向外喷气。将一个有一定质量的金属片，用手托住，水平地，从下往上贴向吹气口。 当距离靠近风口时，首先你会感到手受到的力量变大，但是当继续靠近风口时，压力骤降。这时候松手，你会看到，金属片贴在了风口出。 小时候不懂，当时就眼睛和嘴巴就“三个O”了 以为有什么机关，走近看，突然发现，风口不是被堵住，而是继续有风吹出 继续近距离观察，发现金属片居然和风口之间居然还有一小段距离。这个金属片是悬浮在空中的上面吹风，铁片有重量，两者应该都导致铁片落下，但是他就偏偏悬浮在空中。 这个现象无论你如何用朴素的常识去解释，都是相悖的。 印象太深刻了，上中学的时候，一直期待流体力学的实验，但最后见到的却是吹乒乓球……，当时之失望，直想掀桌而去。 呵呵，相信如果我们教育部门用的是这个实验来展示流体力学，会让更多的孩子爱上物理，当然，这里也理解国内教育资源的匮乏。 但是不妨多办些有趣的科技展，科学虽好，也需要推销的。 最后说到原理，其实很简单，就是伯努利方程，流速越快，压强越小。压力差，导致铁片被大气压顶向风口出。悬浮，是重力，空气推力和大气压之间的平衡。 但是真做出来这个装置，还是需要点小精细的，比如气流要稳定，不能太大也不能太小。 前面说了，相对论和量子物理中有大量的反直觉的物理现象，说到这两个理论，就不得不说“光”，人们对于光的兴趣，可以说是自古有之，古人千方百计想搞明白光是什么，于是出现了很多靠谱不靠谱的解释，亚里士多德说了（怎么总是他？ ），光是一些微小的粒子，由光源发出，这种观点后来被牛顿写在他的神书《光学》里，牛爷在这本书里用一系列的推理和实验支持了光的粒子说，而当时的另一位大牛-惠更斯却不认可，他说光如果是微粒，为啥对射的两束光怎么不会发生光粒的碰撞？于是他也写了本神书《光论》，并且完美解释并推导了光的反射折射定律。 此后的一百多年，光的粒子说和波动说，两方各有道理，但谁也无法拿出对方无可辩驳的实验来说服对方，波粒大战从此拉开帷幕，江湖从此血雨腥风，刀光剑影。直到有位年轻人的出现，暂时终结了这场持续百年的纷争，他就是托马斯.杨，他用一个家喻户晓的简单实验--光的双封干涉实验，来证明了光的波动性，从此，波动说一统江湖。 泊松亮斑 而波粒之争其实愿没有结束，之后的剧情发现不但反直觉还有这极反转的剧情，因为泊松亮斑的提出者泊松，是光的波动学的反对者，作为一个理性黑，他通过波动学的计算方式，得出在一个圆片的阴影中心应当出现一个亮点，他觉得这太JB扯淡了，并且认为这个计算结果足够证明光的波动说是荒谬的。 由于光的衍射，当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板或圆珠时，会在之后的光屏上出现的一个极小的亮斑。 结果菲涅尔和阿拉果通过实验，发现了这一亮斑！ 就这样，你辛辛苦苦做的用来驳斥对方的论据，反而支持了对方。 波粒之争我们暂且告一段落，来说说光的另一个反直觉的现象，光速不变。 说到这个话题，几乎是宇宙吧永恒的日常话题，每隔几天总会有人拿这个话题水一贴，实在是因为光的这个性质太TM反直觉了，简直就是岂有此理，它不仅为网友提供了大量的谈资，也是困扰一百多年前所有物理学家的主要难题之一。 之所以说它是反直觉的，或者我们换一种说法:有悖常理的，是因为它所违背的“常理”，在我们的思维定式中太根深蒂固了，它甚至违背了经典物理的根基-伽利略变换。什么是伽利略变换？很简单，伽利略告诉我们，物体的移动速度并不是恒定不变的，速度这取决于它所对应的参考对象，也就是参考系。比方说，汽车的速度是100km/h，这个速度是相对于静止物体的速度，另一辆与它同向的车是80km/h，那么它们之间的相对速度就是20km/h，如果是相向行驶，那它们的相对速度就是180km/h。这没有问题吧？简直天经地义，童叟无欺啊，然而这该死的光，却偏偏很任性，它可不打算遵守这看起来似乎是真理的规律，它很任性的告诉我们:光速对于任何观察者来说都是相同的（原话为:光在真空中的传播速度与参考系无关，恒定为C）。 什么意思呢？假如我们把一束光换成上面例子中的汽车，它的速度是C，那么另一辆车换成宇宙飞船，它的速度是v，那么这束光的速度我们在地球上测是C，在飞船上测还是C，而不是C-v或者C v，无论你跑着测，跳着测，躺着测，还是接近光速飞着去测量，它的速度都是C，即使你逆向光运动去测，它还是C。 光速不变另当时的物理学界有点不知所措，你承认它吧，它和经典物理体系矛盾。不承认呢，又和现实矛盾。所以当时很多科学家都试图在经典物理学框架内来解释光速不变，其中有个很牛逼的人，叫洛伦兹，他意识到伽利略变换可能是有问题的，所以他自己搞了个参考系变换，人们叫它洛伦兹变换。这个变换式以光速不变为前提，给出了新的空间速度的关系式。然而这个方程组里，似乎隐藏着什么东西，揭去遮盖它的层层面纱，人们越来越接近真相，而扯开它最后一层遮羞布的人，叫做阿尔伯特.爱因斯坦。 1905年的第一场雪，比以往时候来的更晚一些。 这一年，当时默默无闻的爱因斯坦连续发表了5篇论文，而彻底改变了传统物理学，奠定了物理学发展的基础。百年后的2005年（也是爱因斯坦逝世50周年），联合国将这一年定为国际物理年，以纪念这个物理学的“奇迹之年”。 在爱因斯坦的这5篇论文中，有一篇名为《论运动物体的电动力学》，被认为是狭义相对论的出生证，爱因斯坦在这篇论文中，以光速不变为基本假设，详细论证推理了匀速直线运动物体在空间的相对状态，它将空间与时间联系起来，认为它们是互不独立的整体，形成了新的四维时空观，也就是说，时间和空间，是一个整体。 而狭相作为一个革命性的理论，它的很多结论都非常的反直觉。 我们来看看狭相的一些结论，看看小爱用光速不变推导出了什么结论。 1 时间膨胀（速度越快，相对时间就越慢） 2 质量膨胀（速度越快，相对质量就越大） 3 尺缩（速度越快，相对运动方向的长度越短） 4 光速不可超越 5 智能方程 大家应该对狭相并不陌生，初学狭相的人，往往不能抛弃传统的时间空间概念，不能放弃传统物理学根深蒂固的“直觉”“常理”，其实当时的很多科学家也是这样，前面提到的洛伦兹老先生，他至死都不接受相对论，一心想要融合牛顿物理和新时空观的矛盾，最终带着遗憾离开。 |
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