這一期的問(wèn)題回答的可能都比較長(cháng)
適當的時(shí)候
可能會(huì )加一個(gè)表情包
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作為緩解大家閱讀壓力的秘密武器
彈力到底是四種基本力中的什么力？
Piggy
彈力不是四大基本力，彈力是四大基本力中的電磁力的宏觀(guān)表現。本質(zhì)是材料分子在外力做功下偏離電磁場(chǎng)基態(tài)，電磁場(chǎng)被激發(fā)而儲存的額外能量就是彈性勢能。
請問(wèn)利用萬(wàn)有引力如何測量地球的質(zhì)量？
黑土不黑
根據牛頓萬(wàn)有引力定律，兩個(gè)物體之間的引力與它們的質(zhì)量成正比，和距離的平方成反比。即：
式子中G為比例系數，也稱(chēng)為萬(wàn)有引力常數。一般情況下，地球表面的物體在自由落體時(shí)會(huì )不斷加速。
根據牛頓第二定律，這個(gè)加速度g滿(mǎn)足：mg=F，其中F是物體受到地球的引力（在不考慮空氣浮力，地球自轉等其他因素的情況下）。假設地球是密度均勻球體以及不考慮物體形狀的情況下，地球對物體的引力可以等效成將地球所有質(zhì)量壓縮到球心處對物體的引力。因此引力
其中m是物體質(zhì)量，M是地球質(zhì)量，R是地球半徑。結合mg=F可得GM=gR^2。引力常數根據卡文迪許扭秤實(shí)驗可以測出，重力加速度g也可以通過(guò)自有落體運動(dòng)進(jìn)行測量。
測量地球半徑的方法很多，這里介紹一種雖然粗略單比較簡(jiǎn)單的方法。在春分或者秋分時(shí)節，你正躺在赤道上某海灘欣賞美麗的日落，當夕陽(yáng)正好沒(méi)入地平線(xiàn)，如果你立刻起身，則夕陽(yáng)又會(huì )跳出海平面。
假如你測量出夕陽(yáng)再次沒(méi)入海平面的時(shí)間，那么你可以根據自己的身高以及地球自轉角速度計算出地球半徑。測出地球半徑、重力加速度以及萬(wàn)有引力常數可以計算出地球質(zhì)量。
根據熱力學(xué)第二定律，世界將逐步更加混亂，那為什么會(huì )產(chǎn)生細胞，生物和人類(lèi)，讓世界更加有序？
swany
“世界”一詞有兩種理解方式，一種是站在全宇宙的角度，一種是站在地球的角度，即我們生活的世界。
熱力學(xué)第二定律表明，孤立系統的熵值是不斷增加的。如果站在第一種角度，這個(gè)問(wèn)題即是著(zhù)名的“熱寂”理論。如果站在第二種角度，這個(gè)問(wèn)題就變得復雜了起來(lái)，因為地球不是一個(gè)孤立系統，它每時(shí)每刻在與外界進(jìn)行物質(zhì)能量交換。對于非孤立系統，熱力學(xué)第二定律不能簡(jiǎn)單適用，因此我們不能直接得出“世界將逐步更加混亂”的結論。
事實(shí)是，生命的出現對于我們生活的狹義的世界來(lái)說(shuō)確實(shí)是更有“秩序”的，然而對于廣義的世界即整個(gè)宇宙來(lái)說(shuō)，它仍然會(huì )使“世界更加混亂”。生物體為了維持生命，即維持一種遠離熱力學(xué)平衡態(tài)的“秩序”，必須不斷向體內注入“高秩序”的低熵食物，并排出“低秩序”的高熵產(chǎn)物，才能平衡體內不斷發(fā)生的不可逆的熵增過(guò)程，表現出“活力”。也就是說(shuō)，生命創(chuàng )造出來(lái)的局部“秩序”是以不斷犧牲生命系統之外的“秩序”為代價(jià)的。對于宏觀(guān)的生態(tài)系統來(lái)說(shuō)，最初的“食物”主要來(lái)自于太陽(yáng)的電磁輻射（以可見(jiàn)光為主），綠色植物通過(guò)光合作用可以對它們加以利用。而最終的“產(chǎn)物”包括兩部分。
一大部分是所有生物因呼吸作用而產(chǎn)生的熱輻射（以紅外線(xiàn)為主），比如人體的37度體溫輻射，另一小部分則是遠古動(dòng)植物尸體轉化成的各種化石燃料。整體上看，這是一個(gè)熵增的過(guò)程，因為根據黑體輻射理論，等量紅外熱輻射的熵遠大于等量可見(jiàn)光熱輻射的熵（雖然它們不是嚴格的黑體輻射但定性的結論不會(huì )改變），而化石燃料的熵則介于這兩者之間，因此生命的出現并沒(méi)有違背熱力學(xué)第二定律。
請問(wèn)普朗克衛星如何得到宇宙的組分：暗能量68.3%，暗物質(zhì)26.8%，已知物質(zhì)4.9%這一結果的？有理論稱(chēng)暗能量未必存在，豈不是與探測結果矛盾？
Albert
暗物質(zhì)的提出最先是由于對星系旋轉曲線(xiàn)和速度彌散的觀(guān)測，人們發(fā)現星系中可見(jiàn)物質(zhì)（即有電磁輻射的物質(zhì)）的總質(zhì)量小于從旋轉曲線(xiàn)推測出的動(dòng)力學(xué)質(zhì)量，所以必須假定一類(lèi)有引力作用卻沒(méi)有其他基本作用的物質(zhì)，其與可見(jiàn)物質(zhì)（準確的說(shuō)是baryonic matter重子物質(zhì)）的比例并不完全是由普朗克衛星貢獻的，因為暗物質(zhì)可以從星系動(dòng)力學(xué)、引力透鏡、大尺度結構等很多方面去推測，而不一定由微波背景輻射決定，所以26.8%是標準宇宙學(xué)模型依據微波背景輻射給出的數值。
而暗能量是為解釋宇宙加速膨脹而提出的，粗糙的說(shuō)它的特性就是排斥的引力，宇宙膨脹最基本的事實(shí)就是哈勃常數以及微波背景輻射，綜合兩個(gè)模型，以弗里德曼方程為基礎，科學(xué)家提出了標準宇宙學(xué)模型，全稱(chēng)叫Lambda cold dark matter model，宇宙學(xué)參量Λ根據：1.微波背景輻射2.宇宙大尺度結構3.元素豐度（主要是氫氦鋰）4.哈勃常數計算得出，具體的公式在很多書(shū)或網(wǎng)頁(yè)中有在這個(gè)模型下，有三個(gè)參量Ωb，Ωc，ΩΛ，分別代指不同組分的比例，給出宇宙的組分為暗能量68.3%，暗物質(zhì)26.8%，已知物質(zhì)4.9%（根據參量不同還有很多其他的數值，不過(guò)差異不大）。
必須說(shuō)明的是，標準宇宙學(xué)模型只是一種接受程度較高的，和觀(guān)測驗證較好的模型，事實(shí)上這個(gè)模型已經(jīng)出現了一些矛盾。所以有很多其他的理論試圖去修正，推翻這個(gè)模型，解釋已知的現象。比如暗能量壓根不存在說(shuō)法，這個(gè)模型在德法頗有支持者，他們認為宇宙加速膨脹是不存在的，哈勃自20年代以來(lái)觀(guān)察到的現象并不是膨脹這一事實(shí)導致的，而是宇宙能量不守恒導致的，他們的一個(gè)理論預言是是基本粒子、原子的質(zhì)量會(huì )變化，導致其譜線(xiàn)的變化，以此來(lái)解釋紅移。
至于如果暗能量果真不存在，那么宇宙組分又會(huì )變成什么樣，這個(gè)問(wèn)題就見(jiàn)仁見(jiàn)智了，這取決于你認同的模型如何，而找到真實(shí)的結果正是全世界千千萬(wàn)萬(wàn)天文學(xué)家和物理學(xué)家為之奮斗的目標。
為什么自然界只有正負兩種電性？
富蘭克林的信徒
要回答這個(gè)問(wèn)題，我們首先要明白電荷是什么?！?/span>“電荷是規范變換的生成元”
怎么理解這句話(huà)呢，我們知道有電荷的兩個(gè)物體會(huì )受到電磁相互作用，那么顯然電荷是和電磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)到一起的~那么電荷是怎么來(lái)的呢？（我們現在假設不知道有電荷這個(gè)東西，而單純的從量子力學(xué)出發(fā)）我們知道在量子力學(xué)中，波函數是有一個(gè)相位自由度（也叫做規范自由度），ψ(x)e^(iα)，其中α可以是任意值。
我們知道薛定諤方程，
那么當我們改變波函數的相位（并且把這個(gè)相位α取成時(shí)間和空間α(x,t)的函數）的時(shí)候，我們發(fā)現薛定諤方程的形式改變了，這是因為
還記得我們說(shuō)過(guò)在量子力學(xué)中，不同相位的波函數對應相同的物理。“那怎么理解薛定諤方程在我們的局域（和時(shí)空相關(guān)的）的規范變換下，形式改變了呢？”
要想讓薛定諤方程的形式不變，我們就必須在我們的方程中引入一個(gè)其他的東西來(lái)消掉局域規范變換多出來(lái)的項。加的這個(gè)這個(gè)東西就是所謂的電磁場(chǎng)，因為我們知道電磁場(chǎng)也有一個(gè)規范自由度，恰好讓多出來(lái)兩項相消~~也就是說(shuō)，在薛定諤方程中，做如下替換，那么我們將得到，一個(gè)在規范變換下不變的薛定諤方程~~
這實(shí)際上就是把動(dòng)量變成在電磁場(chǎng)中的正則動(dòng)量。那么我們發(fā)現我們對于電荷的認識也隨著(zhù)這個(gè)認識而改變。為什么會(huì )出現電磁場(chǎng)呢？——》是因為我們給波函數做了一個(gè)局域的規范變換。
那我們知道只有帶電荷的東西才能跟電磁場(chǎng)相互作用。那電荷顯然跟我們的波函數的相位的變化有關(guān)系~這就是我們說(shuō)的——電荷是規范變換的生成元。
在來(lái)看一下你的問(wèn)題，為什么自然界只有兩種電性呢？
實(shí)際上就是因為電荷體現在波函數的相因子中，二者本身就只是一個(gè)數，當然只能要么取正，要么取負，它的大小只不過(guò)是關(guān)聯(lián)到電荷量的大小而已~~本質(zhì)上講，你問(wèn)題的答案是：電磁場(chǎng)是一個(gè)U(1)規范場(chǎng)~~當然咯~其他的相互作用，可能就不是U(1)規范場(chǎng)，比如是SU(2)規范場(chǎng)，那么它有三個(gè)生成元，顯然它就有三個(gè)“電荷”~~
（能看到這的，就賜你們一個(gè)表情包吧=。=）
如何回答別人提的問(wèn)題？(就像前幾期的同學(xué)一樣)
YORK
A
你說(shuō)的一定是我們可愛(ài)的THU物理系4字班的小伙伴吧？這是一個(gè)非常棒的問(wèn)題，因為，，因為小編可能會(huì )突然硬廣起來(lái)。
這個(gè)專(zhuān)欄已經(jīng)回答了300 的問(wèn)題，前期大部分都是由物理所的大朋友和小朋友聯(lián)手回答的（其中我們勤奮的sym編編確實(shí)付出了很多，也換來(lái)了各種表白），漸漸地這樣一個(gè)認真的物理問(wèn)答團隊也壯大了起來(lái)，而THU小伙伴加入也讓我們不是一個(gè)所在戰斗了，很欣慰！事實(shí)上我們的團隊就是這樣一個(gè)開(kāi)放的團隊，如果你愿意也加入我們這個(gè)團隊，那么機會(huì )來(lái)了，給小編發(fā)個(gè)勾搭郵件咯
mcheng@iphy.ac.cn
當然我們會(huì )對團隊志愿者進(jìn)行一定的評估考核，保證我們回答問(wèn)題的質(zhì)量（別緊張，不會(huì )一言不合讓你刷考研題噠 ：P ）
最后，誠摯的邀請各路英雄好漢加入勤奮換表白計劃
特別致謝sym，M. Cheng，THU物理系4字班 周佐平，劉陸川，董鑫熠同學(xué)熱心的回答！
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