《奇妙的物理学》

现在提起“物理”二字，人们的第一反应往往会是：

类似“引力波”这样的深奥超前的物理发现，

或者学生时代物理课本上的枯燥无味的理论知识。

在很多人看来，物理一直离我们的生活十分遥远。而有一本书为物理和生活之间搭起了一座桥梁，那就是今天我们要讲的《奇妙的物理学》。

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这本书是俄罗斯最有影响的科普作品之一，它的作者是俄罗斯著名理论物理学家 安德烈·瓦尔拉莫夫 和科普作家 列夫·阿斯拉马卓夫。

在书中，作者以科学家的眼光，用精巧的构思和生动清晰的表达，讲述了我们周围的物理现象。

接下来，我们就用一幅画来展示一下书中内容

这幅画看似没有什么特殊之处，但其中也蕴含着丰富的物理学原理。

比如，我们对蓝天已经司空见惯了，但你可曾想过，天为什么是蓝色的？

其实这个问题自古以来就一直困扰了人们，

但直到1898年，英国物理学家瑞利才对此给出了科学的解释：

我们看到的白色的太阳光其实是由不同波长的七色光混合构成，

瑞利认为：天空之所以是蓝色就是因为当太阳直射大气层时，大气里面的分子散射了更多波长较短的蓝光，从而使得蓝光布满了整个天空。（瑞利散射）

而剩下的光，在我们看来也就成了蓝色的互补色—黄色。  这就是为什么我们会在蓝色的天上看到黄色的太阳。 

而在早晨和傍晚，太阳光水平入射大气层，需要穿过更厚的空气，更多的短波光由于瑞利散射而被消耗，余下的光的波长就更长了，所以我们在早晨和傍晚看到的太阳会是火红色。

相反，在没有空气的太空中，我们看到的就会是黑色的天空中一个明亮的大白球。

与天空不同，海的颜色则会受到天空颜色、自身深度和内含物质的影响。这使得不同地方的海洋，颜色可能大不相同。

但无论什么颜色的海，总是会卷起白色的浪花，就像蓝色的天上总是飘着白色的云一样。

 海浪中的气泡和云中的液滴的尺寸都比可见光的波长大得多，这使得太阳光在其中散射时不同波长的光的散射强度都差不多。

因此我们看到的海浪和云朵依旧是阳光的本色——白色。

既然提到了云，我们现在把注意力转向云的形状，画面中这种云叫做积云，在生活中十分常见，它的顶端一般是比较蓬松的，而下端比较平直。

是什么原因让云成了这样的形状呢？

为了解释这一现象，我们需要重现一下云形成的过程：

海水蒸发出来的水蒸气搭着空气对流的便车飞向高空，越往高处走，周围的温度就越低。

在海洋上，每上升100米，气温下降约一度。

当上升的水蒸气逐渐冷却到一特定温度时，便开始凝结出小液滴。

我们管这个水蒸气凝结的温度叫做水的露点温度，虽然露点温度在高度上对应大概上下几十米的范围，但是云可以在水平方向上绵延数百数千米。这也就是为什么我们看到的积云底部是平的。

当然，这幅画还包含着许多其他的物理原理。而且这本书中也还有许多其他的有趣的例子。

无论你是在户外，还是在周六晚的厨房，都能恍然发现：“物理不只存在于实验室和课本当中，我们就置身于奇妙的物理世界“。

而物理学的魔力不仅仅是它可以解释我们所观察到的现象，更重要的是它可以表现一些我们本看不到的事物。

让我们回到蓝天的问题：

爱因斯坦在瑞利的基础上，根据熵增原理对天蓝问题给出解释：阳光的散射本质上是受空气本身的密度涨落的影响。

 

由于空气分子一直在进行着无规则的热运动，所以在小的尺度范围内气体的密度可能这里大那里小，这使得空气的折射率在到处变化，最终把光线散射向四面八方。至此，我们才真正了解了天为什么是蓝的。

我们能看到蓝色的天，能看到白色的阳光透过三棱镜变成七色的光带，但很显然，我们无法用肉眼看见分子。

其实，我们的身体仅仅能够感知和处理这个世界很小的一部分信息：

一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400～760nm之间，

耳朵能够听到的声波的频率范围是20 ~ 20000赫兹……

这些信息仅仅占这个世界很小的一部分，但对于我们来说，这已经是我们这幅血肉之躯感知世界的极限。

所以，我们只能利用基于物理原理设计的工具来探寻世界的本质。

那么……了解世界的本质跟我们的生活有什么关系呢？

看起来好像没有，但毕竟我们就生活在这个世界之中，总不能一直困在真实世界的井底吧。