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MiracleGD 物理世界奇遇记 的书评 发表时间:2013-03-09 04:03:01

还是懒得分页的备份用摘录

【P14】
“你把火腿炒鸡蛋端上你在伦敦的餐桌,正好与开普敦矿井中那些炸药的爆炸同时。”——当你说这句话的时候,你一定认为,你知道你的意思是什么。但是,我马上就要指出,你并不知道你自己在说什么,并且严格他说,这句话是没有任何确切含意的。事实上,你有什么方法可以检验这两个事件到底是不是同时发生在两个不同的地方呢?你会说,只要在发生这两件事时,那两个地方的时钟指着同一个时刻就行了。但是,这时马上产生了一个问题:你怎样把这两个离得很远的时钟弄到一块,让它们同时指着同一个时刻呢?

【P18】
在某个参考系中的同一时间但在不同地点发生的两个事件,在另一个参考系看来,将变成被一定时间间隔分隔开的两个事件。

也可以
换一种说法,说成是,在某个参考系中的同一地点,但在不同时间发生的两个事件,在另一个参考系看来,将变成被一定空间间隔分隔开的两个事件。

……这两种说法是完全对称的,只要把“时间”和“空间”这两个词对换一下,就可以把其中的一种说法变成另一种说法。

【P21】
那个外出的兄弟要想回家,就必须经历加速的过程——先是把速度减慢到零,然后朝着相反的方向重新受到加速。同他那留在家里的兄弟不一样,他一直处在非匀速运动的状态中。只有留在家里的那一个才始终保持匀速运动的条件,因此,他会认为他的兄弟现在并不显得更年轻一些是毫无道理的。

【P38】
如果曲率是负的,我们就应该期望三维空间会朝着所有方向无穷尽地向外扩展,就像二维的鞍形曲面那样。从另一方面说,如果曲率是正的,那就意味着三维空间是有限的,并且是封闭的。

“这个意思就是说,如果你乘坐宇宙飞船从地球的北极竖直地朝上飞去,并且一直沿着直线保持同样的方向不变,那么,最后你就会从相反的方向回到地球,在地球的南极着陆。”

【P64】
我应该说,你父亲给我展示了一个全新的世界。遗憾的是,似乎大多数人都满足于平平淡淡的生活,连想也不想去了解这个世界是多么不寻常。

【P76】
马丁·赖尔发现,他越深入地探索空间的深处,换句话说,他越深入地回顾时间的过去,在给定的体积内存在的星系数量就越多。如果宇宙确实随着时间而逐渐变得稀松的话,那么,这正好是我们应该预料到的结果——宇宙在过去要比现在更密实一些。

【P87】量子台球;弥散;概率波

【P89】
事实上,这恰好是量子论的一个最有意思的后果。任何一件东西,只要它的能量大到在穿过围墙以后还能继续跑开,你就不可能把它囚禁在封闭的围墙里。这个物体早晚总是要直接从围墙‘漏出’跑掉的。

【P91】
电子是依靠它所带的负电荷与原子核中质子的正电荷之间的静电引力,才保持在原子里的。电子没有足够的能量摆脱这种吸引,所以它就无法跑开。如果你想看到粒子漏出的情况,那么,我建议你去观察重原子核。从某种意义上说,重原子核的表现就像是由一些α粒子组成的。

【P124】偏离均匀分布
你可以把我们不会因为所有空气全部处在桌子下面而窒息致死看做是一个真理;也正因为这样,你酒杯中的液体才不会自动开始沸腾。但是,如果你所考虑的区域小得多,它所包含的分子(骰子)的数目就少得多,这时,偏离统计分布的可能性就大得多了。例如,就在这个房间里,空气分子通常就会自发地在某些地点上聚集得比较多一些,从而产生暂时的不均匀性,这就叫做密度的统计涨落。当阳光通过地球的大气时,这种不均匀性会使光谱中的蓝光发生散射,从而使天空呈现我们所熟悉的蓝色。如果没有这种密度涨落存在,天空就会永远完全是黑的,那时,即使在大白天,星星也会变得清晰可见了。同样,当液体的温度升高到接近沸点时,它们会稍稍呈乳白色,这也可以用分子运动的不规则性所产生的类似密度涨落来解释。不过,这种涨落是极不可能大规模发生的、大尺度的涨落,我们可能几十亿年也看不到一次。

【P125】麦克斯韦的妖精
麦克斯韦把他这个妖精设想成一个动作非常敏捷的小伙子,他能够按照你的命令去改变每一个分子的运动方向。

【P136】泡利不相容原则
电子组合的方式永远是两个‘自旋’相反的电子结成一对,如果一个房间已经有一对电子居住着,就绝不容许别人闯进去。

【P157】
根据量子论那个最基本的测不准原理,每一个核子(质子和中子)的位置实际上都“弥散”到整个原子核区域。

【P158】
核力是短程力,只在相邻的核子之间起作用,而静电力却是长程力。这就意味着,处在原子核外围的质子只受到紧邻的核子的吸引,而却受到原子核内所有其他质子的排斥。当原子核内的质子增多时,斥力会变得越来越强,而引力并不随之增大。因此,当质子超过一定的数量时,原子核就不再是稳定的,它倾向于把它的某些组成部分驱逐出去。这就是许多处在周期表末尾的元素,即所谓“放射性元素”所发生的情形。

一下子把这整个粒子团抛出,要比把它分裂成质子和中子容易得多。

α衰变过程的一个最重要的特点是:α粒子要找到离开原子核的“门路”,往往需要极长的时间。

【P163】
重原子核具有这种不稳定性的事实,使人们想到应该怎样解释为什么自然界中只有92种元素的问题。事实上,任何一种比铀更重的元素都无法存在很久,它们会立即自发地分裂成许多小得多的碎片,而且不需要任何外来的刺激。

【P164】
现在也许大家会觉得奇怪:为什么聚变和裂变都能够释放出能量呢?要点在于,中子和质子的某几种组合要比其他组合束缚得更牢固一些;当从束缚得较松散的组合变成核子束缚得更有效的组合时,就有一些多余的能量可以释放出来。

【P165-166】
在质量比太阳更大的恒星上,由于其内部温度更高,便发生了许多更进一步的聚变反应,这些反应把氦转变成碳,把碳转变成氧,等等,直到变成铁元素为止。到了铁以后,从聚变反应就得不到什么可用的能量了(在中等质量的元素里,核子的束缚比较牢固)。因此,要想得到有用的能量,就只好指望相反的过程——像铀这类重原子核的裂变了。

【P180】
狄拉克所提出的解决办法可能是极其奇怪的。他认为,我们所熟悉的电子之所以没有跳入负能态,是因为所有的负能态全都已经被占满了——无穷多个负能态已经被无穷多个带负质量的电子占满了!如果事情确实如此,那么,为什么我们看不到它们呢?严格他说,这是因为这样的电子实在太多太多了。它们形成了一个完整的连续统。这些电子处在一个完全规则、完全均匀分布的“真空”里。

【P182】
我那个由带负质量的电子所形成的海洋是完全没有摩擦力的,所以它就没法观察到了。只有缺少一个电子的情况才能用物理仪器观察到,因为缺少一个负电荷就等于出现一个正电荷,这种情形就连库仑也能注意到的。

不过,在用普通的海洋来比喻我的电子海洋时,我们必须指出两者之间有一个重要的差别,才不致被这个比喻带到太远的地方去。问题在于,既然形成我的海洋的电子必须服从泡利原理,所以,当所有可能的量子能级都被占满的时候,就无法再往这个海洋里添加一个电子了。这样,一个多余的电子就不得不停留在我的海洋的表面之上,因而很容易用实验把它辨认出来。电子是汤姆孙最先发现的。不管是围绕原子核旋转的电子,还是通过真空管飞行的电子,都是这种多余的电子。

【P186】
事实上,由于由带负电的原子核和围绕它转动的正电子所构成的原子,应该具有与普通原子完全相同的光学性质,我们就没有办法靠任何光谱分析来解
决这个问题了。就我们目前所知道的情况而言,构成(比方说)大仙女座星云的物质,就非常可能是属于这种颠倒型的……

【P191】
静止粒子具有质量这个事实表明,物质本身就是一种能量形式:是一种‘被禁锢的能量’,或者说是‘冻结了的能量’。静止粒子的质量就是其被禁锢能量的质量。

【P219】
一个粒子要想能够独立,它就必须是白色的……

【P228】强作用力(胶子力)
你会达到这样一个时刻,就是你为了拉断那条把两个夸克连在一起的纽带所使用的能量,已经大到足以产生一个夸克-反夸克对。这时所发生的事情是:那条纽带突然断开了,并且产生了一对夸克和反夸克。在新产生的这对夸克和反夸克中,那个反夸克立即与被拉出的夸克凑在一起,并组成一个介子,而那个夸克却留在强子里取代了旧夸克的地位。这种情况与你拿着一根磁铁试图把它的南、北极分开时所出现的局面非常相似。在把磁铁分成两半时,新的南、北极产生了,留下的是两根磁铁,你完全没有达到取得单独的磁极这个目标。同样,断开夸克之间的纽带也不会产生单独的夸克。

【P233-234】
在宇宙的早期状态中(这里的“早期,是指大爆炸后大约10-32 秒内),温度为1027K,而能量为1015GeV。那时,强力、电磁力和弱力全都具有相同的强度。此后,由于宇宙发生膨胀,它便逐渐冷却下来。这时可用于进行碰撞的能量比较小,并且比较难以产生较重的粒子。这又意味着,各种不同的作用力开始获得它们的特殊性。我们把这种情形称为对称自发破缺。

让我来作个类比吧!当水冷却到冰点以下时,它就会发生相变,形成冰晶体。尽管在液体的条件下,所有方向都是等效的,但晶体却有非常确定的晶轴。这就是说,在结晶的过程中,它必须在空间选定某些方向作为晶轴的方向。不过,这些方向并没有任何特殊意义,因为它们的选择是非常任意的。在水中某个地方形成的第二块晶体几乎必然会采取某种别的取向。因此,虽然晶轴是晶体的一个非常明显的特点,但是它们的取向并没有任何根本性的意义。它们只不过是掩盖了这样一个事实,即在基本的水准上,所有的方向都是等效的,具有完美的旋转对称性。我们说,水的这种原有的对称性变得无规了,或者说它“自发破缺”了,现在对称性完全隐藏起来了。

【P239】
要想检验基本粒子在大统一能量中的表现,唯一的办法就是找到它们在大爆炸早期的行踪,因为在宇宙的整个历史中,只有在那个时候才存在(或者即将存在)那种大统一能量。

你回想一下,量子物理学是在最小的范围里才起到最大的作用,而宇宙在开始时就是很小的。所以在最最开始时,负主要责任的就是量子物理学。

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