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科普“网红”让前沿物理变得有趣可感

2020-07-17 10:49dafa大发casino 人已围观

简介2020年6月23日上午9时43分,西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭喷着烈焰拔地而起。这是令每个中国人都兴奋的日子,因为它是北斗卫星导航系统(简称北斗)的第55颗卫星,也是组...

  2020年6月23日上午9时43分,西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭喷着烈焰拔地而起。这是令每个中国人都兴奋的日子,因为它是北斗卫星导航系统(简称北斗)的第55颗卫星,也是组网的最后一颗卫星。它的成功,标志着中国历经26年,全球卫星导航系统星座部署全面完成。我们可以骄傲地对着天际说:中国的北斗,世界的方向。

  这吸引着30万人为之共同奋斗了26年之久的“北斗星辰”,到底在科技与人类进步中扮演着什么样的角色?这一颗颗“巨星”背后,又蕴含着什么知识?

  事实上,卫星导航系统就是生活中所常用的GPS定位。大到国防军事,小到外卖、网约车,都离不开卫星导航。随着北斗在全球布局,中国人也正在用北京时间,给世界定位。这样一个极其重要的系统,其对应的知识,除了精准的科技制造,更多地是应用了20世纪的革命性知识——广义相对论。

  对于普通人来说,相对论似乎是遥不可及的物理知识,想要通过相对论来理解GPS的工作原理,似乎就更加不可能。很多人觉得物理学是艰深晦涩的,但他们不知道,物理学的深奥通常体现在数学计算的复杂上。物理学中最核心的思想,往往大道至简。

  接力出版社近期推出的科普类图书《六级物理》的作者严伯钧就试图用一种相对通俗、透彻的方式来向普通读者阐释物理学知识。

  全球定位系统的工作原理,就是通过至少4颗卫星,来确定4个坐标——经度、纬度、海拔、时间。

  这些卫星都在做一件事情,那就是向外广播自己的时钟时刻以及目前的坐标位置,这些信号在全球都是可以接收到的。接收到信息之后,手机就立刻与自身的时钟进行对比,算出这几个信号所携带的时间信息和自身时钟的时间差,再结合卫星的位置信息,根据光速不变原理(相对论的基石:不论手机和卫星是否移动,光速恒定不变),算出自己和每颗卫星之间的距离(时间差乘以光速)。

  然后,再以每个卫星的球心到手机的距离为半径,就可以在空间中画出一个球形,几个球形交叠,就能推算出自己的位置,这也就是全球定位系统的原理。

  而广义相对论在全球定位系统的作用,除了光速不变原理外,还有将在光速乘以时间差的计算中所默认的电磁波信号直线路径,修正为了曲线线。这个修正,让无论是外卖,还是军事作战,都有了更精准的定位。

  光速为何不可超越?如果超越,会看到什么?为什么宇宙是146亿岁?薛定谔的猫不死不活,那最后到底是死是活?海森堡VS爱因斯坦,结局谁是王者、谁是青铜?从万有引力到相对论、从夸克到宇宙大爆炸、从薛定谔方程到量子纠缠,从超导到人造太阳,《六级物理》是一本最全面展示前沿物理的启蒙书,直观展现了104个物理主题,几乎涉及物理发展史的所有经典理论:从经典力学,到相对论,再到量子力学、热力学、凝聚态物理等。严伯钧以“生活举例+漫画”的呈现方式,以人感知世界的六个维度为切入点,讲述了极快、极大、极重、极小、极热、极冷,从六个极限概念中呈现的物理大厦全貌,还原经典物理原理。

  该书作者严伯钧是“网红”知识博主,2018年底,他进入短视频平台,尝试用一句话解释黑洞,结果火了。他的解释方式和课堂上的物理不太一样,“黑洞就是一个引力大到光都没有办法从上面逃脱的天体。”他站在“小白读者”的角度讲述,让读者直观感受物理,目前录制科普类、艺术类多门课程,时长逾500小时,播放量超10亿。

  在美深造期间,我曾受邀担任一场中学生科学创新比赛的评委。在比赛中,我注意到一位美国中学生参赛者的课题,居然是与费曼的路径积分相关的,这让当时的我大吃一惊。

  因为路径积分可以说是物理学中非常专业、高级的一部分,即便是物理学专业本科生也未必会去学习。所以我当时的第一感觉是,这孩子直不知轻重,最后弄得一知半解,不够扎实,对于以后的物理学专业学习没有什么好处。物理学习的过程还是应该按部就班,一步一个脚印。

  但是后来听了这位中学生的演讲,可以说颠覆了我对物理学习这件事情的认知。他通篇没有进行任何数学计算,仅仅是从逻辑推理的角度,结合了生活中的一些经验,就把路径积分的核心思想解释得明明白白。这让我意识到,高深的物理学知识,经过拆解,其实甚至可以不用数学,就可以讲解得明明白白,因为大道,其实至简。

Tags: 土地证  日本女优 

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