科學(xué)無(wú)國界
我們是知識的搬運工
今天我們將送出三本由圖靈新知提供的優(yōu)質(zhì)科普書(shū)籍《物理奇遇記》。
湯普金斯先生是一家大的城市銀行里的一個(gè)小職員。他對現代物理學(xué)感興趣，但像很多人一樣，物理理論的長(cháng)篇大論讓他昏昏欲睡。而在夢(mèng)境中，他進(jìn)入了許多不同尋常的物理世界：有個(gè)世界的光速變得很小很小，有個(gè)宇宙的膨脹和收縮周期只有短短兩小時(shí)，還有個(gè)世界的普朗克常數變得很大很大，而在原子世界中，他則化身為一個(gè)電子……
就這樣，通過(guò)湯姆金斯先生在這些夢(mèng)中物理世界的種種奇遇，喬治·伽莫夫在這部科普經(jīng)典中向我們生動(dòng)講解了相對論、宇宙學(xué)、量子理論以及粒子物理的諸多基本概念，讓我們得以更清晰地理解我們所實(shí)際生活的物理世界。
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【互動(dòng)問(wèn)答示例】
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作者：Nola Taylor Redd
翻譯：螳吉呵呵
審校：山寺小沙彌
1905年，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦斷定慣性系之間的物理定律應當完全相同以及真空中的光速和觀(guān)測者的速度無(wú)關(guān)。這些是狹義相對論的基礎，狹義相對論提出了物理學(xué)的新框架同時(shí)提出了關(guān)于時(shí)間和空間的新概念。
阿爾伯特·愛(ài)因斯坦 來(lái)源：wikipedia
之后愛(ài)因斯坦花費了十年時(shí)間嘗試把狹義相對論推廣到加速系，最終他發(fā)表了廣義相對論。廣義相對論提出，大質(zhì)量的物體會(huì )引起時(shí)空的畸變，它自身也會(huì )感受到引力。
引力的拖拽
兩個(gè)物體會(huì )感受到對方給自己的吸引，這就是我們知道的引力。艾薩克·牛頓建立了運動(dòng)三定律并量化了兩個(gè)物體之間引力的大小。兩個(gè)物體之間的引力大小取決于兩者各自的質(zhì)量以及他們之間的距離。當地心將你向它拖拽，你也在拉拽地球。但是引力對質(zhì)量較大的物體拖拽不明顯，你自身較小的質(zhì)量使你覺(jué)得自身被牢牢固定在地面。不過(guò)牛頓假設引力是一種可以作用一段距離的物體所固有的力。
阿爾伯特·愛(ài)因斯在狹義相對論中斷定物理定律在所有慣性系中都是一樣的；無(wú)論觀(guān)測者以什么速度運行，他測到的真空中光速都是一樣的。事實(shí)上，他發(fā)現時(shí)間和空間可以相互交織在一起形成連續的時(shí)空。某一觀(guān)察者眼中同時(shí)發(fā)生的事情在其他觀(guān)察者眼中可能發(fā)生在不同時(shí)刻。
質(zhì)量使時(shí)空發(fā)生彎曲 來(lái)源：wikipedia
當愛(ài)因斯坦得到了廣義性對論的公式時(shí)，他意識到質(zhì)量巨大的物體可以令時(shí)空發(fā)生彎曲?？梢韵胂笤诒拇驳闹行姆胖靡粋€(gè)巨大的物體。這個(gè)物體會(huì )把布面往下壓使得它的表面出現凹陷。在蹦床邊緣滾動(dòng)的球體就會(huì )向著(zhù)中心的物體螺旋運動(dòng)，就像引力在太空中吸引著(zhù)行星周?chē)氖瘔K。
實(shí)驗證據
盡管實(shí)驗裝置不能直接看到或者測量到時(shí)空，但是時(shí)空彎曲所預言的許多現象已經(jīng)被觀(guān)察到。
引力透鏡：在質(zhì)量巨大的物體周?chē)?，光線(xiàn)會(huì )發(fā)生彎曲。對于它后面的物體來(lái)說(shuō)，這個(gè)物體就像是巨大的透鏡一樣。天文學(xué)家一般利用這種辦法研究超大物體背后的恒星和星系。
愛(ài)因斯坦十字 來(lái)源：wikipedia
愛(ài)因斯坦十字是位于飛馬星座的類(lèi)星體，它是引力透鏡的典型例子。這個(gè)類(lèi)星體距離地球大概80億光年，它位于一個(gè)星系后方大約4億光年處。在這個(gè)星系周?chē)蓄?lèi)星體的四個(gè)像，因為星系強大的引力場(chǎng)使類(lèi)星體發(fā)出的光線(xiàn)在傳播過(guò)程中發(fā)生彎曲。
引力透鏡使得科學(xué)家可以看到一些非?？岬默F象：超新星爆發(fā)之后，因為光線(xiàn)穿過(guò)引力透鏡的時(shí)候沿著(zhù)不同的路徑，每一條不同的路徑會(huì )花費不同的時(shí)間，因此在經(jīng)過(guò)星系的引力場(chǎng)放大之后，科學(xué)家可以觀(guān)測到四次超新星爆發(fā)。
水星運行軌道的改變：由于太陽(yáng)巨大的質(zhì)量引起的時(shí)空曲率，水星的軌道隨著(zhù)時(shí)間在逐步改變。在幾十億年之后，它甚至有可能和地球相撞。
旋轉物體引起參考系拖拽：巨大物體，如地球的旋轉會(huì )使它周?chē)臅r(shí)空發(fā)生彎曲和扭曲。2004年，NASA發(fā)射Gravity Probe B。這顆精確較準過(guò)的衛星發(fā)現其內部的陀螺儀隨著(zhù)時(shí)間的改變會(huì )發(fā)生微小的偏移，這和愛(ài)因斯坦的理論并不矛盾。
“想象地球好像是浸在蜂蜜里，”Francis Everitt說(shuō)?！爱斝行窃谛D時(shí)，他旁邊的蜂蜜開(kāi)始打旋，在時(shí)空中也是這樣的情況。GP-B證實(shí)了愛(ài)因斯坦理論的兩個(gè)重要預言，對天文物理的研究具有深遠的影響”
引力紅移：電磁波在引力場(chǎng)中發(fā)生紅移?？紤]汽笛發(fā)出的聲波，當汽笛朝著(zhù)觀(guān)察者運動(dòng)時(shí)，聲波被壓縮，但是當汽笛朝著(zhù)遠離觀(guān)察者的方向行駛，聲波表現出紅移，這就是多普勒效應，同樣的現象也會(huì )發(fā)生在光波身上。美國的Robert Pound 和 Glen Rebka測量了哈佛大學(xué)杰弗遜物理實(shí)驗室的塔頂和塔底的兩個(gè)輻射源的相對紅移，確切地驗證了引力紅移的存在。通過(guò)這個(gè)試驗，他們精確測定了光從塔頂傳輸到塔底過(guò)程中能量的微小變化。
引力波：宇宙中猛烈爆發(fā)的事件例如兩個(gè)黑洞的碰撞，被認為可以產(chǎn)生時(shí)空的漣漪，也就是引力波。2016年，LIGO聲稱(chēng)發(fā)現了引力波存在的證據。
2014年，科學(xué)家聲稱(chēng)他們利用美國的BICEP2望遠鏡探測到了宇宙大爆炸時(shí)期遺留下的引力波。然而，更進(jìn)一步的研究表明他們的數據受到觀(guān)測方向上的塵埃的影響。
“尋找早期宇宙的奇特記錄既困難又令人興奮?！盝an Tauberr說(shuō)。
LIGO裝置圖 來(lái)源：wikipedia
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