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	【心灵淡汤】一个骗了我们很久的半截故事	日志随笔	七月群山 2016-3-11	18 5504	不知 2016-6-2 10:51

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分享杰出的理论与实验物理学家——瑞利勋爵（Lord Rayleigh）: gordon 2017-4-14 18:44; 1904年诺贝尔物理学奖授予英国皇家研究所的瑞利勋爵（Lord Rayleigh， 1842～1919），以表彰他在研究一些气体的密度中发现了惰性气体氩这一重要成就。瑞利原名约翰·威廉·斯特拉特（John William Strutt），尊称瑞利男爵三世（Third Baron Rayleigh），1842年11月12日出生于英国埃塞克斯郡莫尔登（Malden）的朗弗德林园。他的父亲是第二世男爵约翰·詹姆斯·斯特拉特，母亲叫克拉腊·伊丽莎白·拉图哲，是理查德·维卡斯海军上校的小女儿。出身名望贵族的瑞利以严谨、广博、精深著称，并善于用简单的设备作实验而能获得十分精确的数据。气体密度测量本来是实验室中的一件常规工作，但是瑞利不放过常人不当回事的实验差异，终于作出了惊人的重大发现。这就是1892年瑞利从密度的测量中发现了第一个惰性气体——氩。自从门捷列夫周期表提出以后，科学家对寻找新的元素以填补周期表上的空缺，表现出了很大的积极性。但是，人们没有想到，竟然在周期表上遗漏了整整一族性质特殊的惰性气体。 1882年，瑞利为了证实普劳特假说，曾经测过氢和氧的密度。经过十年长期的测定，他宣布氢和氧的原子量之比实际上不是1：16，而是1：15.882。他还测定了氮的密度，他发现从液态空气中分馏出来的氮，跟从亚硝酸铵中分离出来的氮，密度有微小的但却是不可忽略的偏差。从液态空气中分馏出来的氮，密度为1.2572 g/cm3，而用化学方法从亚硝酸铵直接得到的氮，密度却为 1.2505 g/cm3。两者数值相差千分之几，在小数点后第三位不相同。他认为，这一差异远远超出了实验误差范围，一定有尚未查清的因素在起作用。为此他先后提出过几种假说来解释造成这种不一致的原因。其中有一种是认为在大气中的氮还含有一种同素异形体，就像氧和臭氧那样，这种同素异形体混杂在大气氮之中，而从化学方法所得应该就是纯净的氮。两者密度之差说明这种未知的成分具有更大的密度。于是，瑞利仿照臭氧的化学符号O3，称之为N3。可是论文发表后没有引起人们的普遍注意，只有化学家拉姆赛（W.Ramsay）表示有兴趣和他合作进一步研究这一问题。拉姆赛重复了瑞利的实验，宣布证实了瑞利的结果，肯定有N3的存在。两位科学家在经过严密的研究后，于1894年确定所谓的N3并不是氮的同素异形体，而是一种特殊的，从未观察到的不活泼的单原子气体，其原子量为39.95，在大气中约含0.93％。他们取名为氩，其希腊文的原意是“不活泼”的意思。第一个惰性气体就这样被发现了。这种普遍存在的大气成分，存在于人类身边，多少科学家在分析空气时，都错过了发现的机会。瑞利之所以抓住了这个机会，应该说是他严谨的科学态度、认真的周密研究的结果，假如他把千分之几的偏差简单地归于实验误差，就会轻易地失之交臂。瑞利和拉姆赛发现氩的过程，历经了10年之久的平凡琐碎的化学实验工作，他们不惜付出巨大劳动，亲自动手，一丝不苟，才终于取得有历史意义的重大成果。在发现氩之后，拉姆赛在瑞利的协助下又发现了氦，氪和氖。据说，拉姆赛在研究其它惰性气体时，曾将百余升的液态空气慢慢蒸发，逐步检查，才得以对空气的组成作出明确的判定。科学界对瑞利和拉姆赛的功绩作了充分的肯定，因此瑞利和拉姆赛在1904年分别被授予诺贝尔物理学奖和化学奖。瑞利勋爵的最初研究工作主要是光学和振动系统的数学研究，后来的研究几乎涉及物理学的各个方面，如声学、波的理论、彩色视觉、电动力学、电磁学、光的散射、液体的流动、流体动力学、气体的密度、粘滞性、毛细作用、弹性和照相术。他的坚持不懈和精密的实验导致建立了电阻标准、电流标准和电动势标准，后来的工作集中在电学和磁学问题。在1877年—1878年期间，他的《声学理论》分为两卷出版。为了解释“天空为什么呈现蓝色”这个长期令人不解的问题，他导出了分子散射公式，这个公式被称为瑞利散射定律。在实验方面，他进行了光栅分辨率和衍射的研究，第一个对光学仪器的分辨率给出明确的定义；这项工作导致后来关于光谱仪的光学性质等一系列基础性的研究，对光谱学的发展起了重要作用。绝对黑体辐射和频率的关系是19世纪后半叶受到物理学界普遍关注的问题。瑞利在1900年从统计物理学的角度提出一个关于热辐射的公式，即后来所谓的瑞利 -金斯公式，内容是说在长波区域，辐射的能量密度应正比于绝对温度。这一结果与实验符合得很好，为量子论的出现准备了条件。瑞利密切注意量子论和相对论的出现和发展。他对声光相互作用、机械运动模式、非线性振动等项目的研究，对整个物理学的发展都具有深远影响。 1871年，瑞利在经过反复研究，反复计算的基础上，提出了著名的瑞利散射公式，当光线入射到不均匀的介质中，如乳状液、胶体溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。瑞利研究表明，即使均匀介质，由于介质中分子质点不停的热运动，破坏了分子间固定的位置关系，从而也产生一种分子散射，这就是瑞利散射。瑞利经过计算认为，分子散射光的强度与入射光的频率（或波长）有关，即四次幂的瑞利定律。正午时，太阳直射地球表面，太阳光在穿过大气层时，各种波长的光都要受到空气的散射，其中波长较长的波散射较小，大部分传播到地面上。而波长较短的蓝、绿光，受到空气散射较强，天空中的蓝色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色。正是由于波长较短的光易被散射掉，而波长较长的红光不易被散射，它的穿透能力也比波长短的蓝、绿光强，因此用红光作指示灯，可以让司机在大雾迷漫的天气里容易看清指示灯，防止交通事故的发生他对声光相互作用、机械运动模式、非线性振动等项目的研究，对整个物理学的发展都具有深远影响。瑞利在晚年依然积极致力于研究工作。1905年以后发表的论文就有90篇，并且一直在修订出版《声学原理》，这部著作至今不仅为研究机械振动的声学工作者当做经典巨著，而且也是对其他物理学者很有助益的参考文献。瑞利把诺贝尔奖金捐赠给卡文迪什实验室和剑桥大学图书馆。晚年还以很大兴趣研究教育问题。瑞利一生发表了许多学术论文，他文笔清雅畅达，所写文章大多有严格的数学证明，定量十分准确。后来，他把自己的论文整理为一部五卷本的论文集。论文集的开头，他写下了这样的言词：伟大精深啊，上帝造物之奇妙！研究探索吧，求得世界的奥秘，乐在其中矣！瑞利逝世后，他的实验室曾供科学界参观，凡是来访问的科学家，对瑞利所用仪器的简单莫不惊异。瑞利实验室中的一切重要设备虽外形粗糙，但都制造得十分精密。瑞利就是用这些仪器做了极为出色的定量分析。后人经常记起这位伟大科学家的名言：一切科学上的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度。人们把瑞利作为经典物理学领域中最后一个伟大的多面手，是很适当的。1919年6月30日，瑞利逝世于英国埃塞克斯郡的威瑟姆。; 6488 次阅读|0 个评论

分享霍布斯《人是运动》，一砖一瓦奠基的书: gordon 2017-4-6 02:38; 霍布斯是政治学中的物理学家，他把人缩成身体，身体缩成运动。大量物质和运动，人类被浓缩到那些可运动的部分，就像一个机器。想你可以随便想，但你要行动，就不得不考虑现实。在“什么是生命？”部分，他说， “除了四肢的运动，生命为何物？” 在法国也有一本书，《人是机器》 ************************************************************** 科学的第一种功用就是钻研科学，这已经是一种真正的、坚实的好处。有研究的兴味的人是幸福的！能够通过研究使自己的精神摆脱妄念并使自己摆脱虚荣心的人更加幸福。您还在幼年的时候，智慧的双手就已经把您引向令人向往的目的了，可是有多少迂腐的学究，辛辛苦苦了四五十年，被偏见的重荷压得弯腰驼背，比被时间压得还要厉害。看起来什么都学过了，却单单没有学会思想。 ************************************************************** 这是因为受到精神控制，批评僵化的机械论僵化的机械论当然不对，但也不是你能搞定的生物学需要精密科学的支撑，需要数理化好。 ************************************************************** 批评机械论，恰恰把 “进步之路” 给堵死了。 ************************************************************** 政治干预学术，为了反对苏联，把学术搞的 “一塌胡涂”; 188 次阅读|0 个评论

分享亥姆霍兹（一）: gordon 2017-1-12 04:52; 德国物理学家、生理学家。 1821 年 10 月 31 日生于柏林的波茨坦。中学毕业后由于经济上的原因未能进大学，以毕业后需在军队服役 8 年的条件取得公费进了在柏林的王家医学科学院。学习期间，还在柏林大学听了许多化学和生理学课程。 1842 年获得医学博士学位后 , 被任命为驻波茨坦驻军军医 , 这期间他开始研究生理学特别是感觉生理学。 1847 年他在新成立的德国物理学会发表了著名的 “ 关于力的守恒 ” 讲演，在科学界赢得很大的声望，从而第二年被特许从军队退役，担任柯尼斯堡大学的生理学副教授。　　亥姆霍兹在这次著名的讲演中，详细地从当时已有的科学成果第一次以数学方式提出今天大家理解的能量守恒定律。主要的论点是： ① 一切科学都可以归结到力学； ② 证明了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉格朗日的方法以力所传递的能量或它所作的功来量度力； ③ 所有这种能量是守恒的。　　他发展了 J.R. 迈尔、 J.P. 焦耳等人的工作 , 讨论了当时已知的力学的、热学的、电学的、化学的各种科学成果，严谨地论证了各种运动中能量的守恒定律。这次讲演的内容后来写成专著《力之守恒》。　　在柯尼斯堡工作期间，亥姆霍兹测量了神经刺激的传播速度，发表了生理力学和生理光学方面的研究成果，并在德国各大学讲学。他还在 1851 年发明至今仍为眼科检查使用的检眼镜，并且提出了这种仪器的数学理论。 1853 年他第一次访问英国，同 W. 汤姆孙（即开尔文）成为挚友。　　亥姆霍兹在 1855 年转到波恩大学任解剖学和生理学教授，就在这时出版了《生理学手册》的第一卷，并开始致力于流体力学的涡流研究。 1857 年起他担任海德堡大学的生理学教授。他利用共鸣器 ( 称亥姆霍兹共鸣器 ) 来分离并加强声音的谐音。他指出同一频率和同一音强的声音由于倍频的不同而具有不同音色。 1863 年出版了他的巨著《音调的生理基础》。他还在当时的解剖学基础上研究人耳的听觉。　　 1868 年亥姆霍兹认为生理学已经扩大到不是一个人所能掌握的范围了；并且认为在德国，生理学已很有成就，而物理学却停滞不前；于是他转向物理学，于 1871 年任柏林大学物理学教授。　在柏林，他开始研究电磁作用理论，由于他的一系列讲演， J.C. 麦克斯韦的电磁理论才真正引起欧洲大陆物理学家的注意，并且导致他的学生 H.R. 赫兹在电磁波的研究中取得巨大的成就。他还研究过化学过程中的热力学，在 1882 年发表论文《化学过程的热力学》；把化学反应中的 “ 束缚的 ” 和 “ 自由的 ” 能量区别开来，前者只能转化为热，而后者却可以转化为其他形式的能量。从 R. 克劳修斯的方程，亥姆霍兹推导出早于 J.W. 吉布斯提出的方程此方程后来被称为吉布斯－亥姆霍兹方程 , 其中 □ 是自由能，是总内能，是热力学温度，就是熵。在吉布斯的转述中，应当是焓。　　亥姆霍兹不仅对当时的医学、生理学和物理学有重大的贡献，而且还一直致力于哲学认识论。 L. 玻耳兹曼曾经说过： “ 亥姆霍兹在四个领域中 ── 哲学、数学、物理学和生物学 ── 获得同样巨大成就。 ” 他的 “ 关于力的守恒 ” 的讲演 , 就显示出他在这四个领域的成就 , 他把牛顿力学同拉格朗日力学统一起来，把当时生理学理论的 “ 有生命力的 ” 能量归结为物理学的能量，用数学形式表述了物理学和化学过程中能量转化的统一，而在这篇专论的开头，就提出他在认识论上的信念：世界是物质的，而物质必定守恒。　　他在哲学上是机械唯物论者，企图把一切运动归结为力学。这是当时文化、社会、历史的条件给予他的限制。亥姆霍兹和韦伯之间的争论也使亥姆霍兹和韦伯两人之间的友好关系逐渐恶化，以致于在 1881 年的第一届国际计量大会上，亥姆霍兹坚持采用 “ 安培 ” 而不用 “ 韦伯 ” 来表示电流的单位。由于麦克斯韦理论自身存在的困难，想了解其理论的人望而却步，而亥姆霍兹在超距作用的势理论的基础上，引进了极化介质概念，将麦克斯韦理论作为其在 k = 0 ,χ0 →∞ 的情况下的一个特例，使它易于被接受了。欧洲大陆物理学家正是通过亥姆霍兹的工作来认识和了解麦克斯韦理论的精髓的。正如赫兹所说： “ 曾热衷于麦克斯韦理论的许多人，即使不为罕见的数学困难所吓倒，也终究被迫放弃了使自己的思想与麦克斯韦思想一致的希望 . 虽然我对麦克斯韦的数学思想极为崇拜 , 但是我并不总是觉得我能非常准确地把握他的理论的物理意义。因此 , 对我来说 , 用麦克斯韦的书来直接指导我的实验是不可能的 , 指导我的只有亥姆霍兹的工作。; 146 次阅读|0 个评论

分享作为化学家的爱因斯坦 ——— 劝君要作 “倭斯袜” （转）: gordon 2017-1-2 14:46; 像冯诺依曼等等，早年都是学化学的。电解氨气，炸药的制造。是第一次世界大战时期，科学的特征最典型的就是长津湖的一系列化工企业（日氮、朝氮），“水俣病” 还有，当年做光谱的大拿，也是流体力学的大拿。你懂的 ************************************************************************* 人们一直觉得爱因斯坦是物理学的天才，似乎很少有人称他为化学家。他引入的许多思想，对当时不少“正统”的物理学家来讲是出乎意料的。通过Ball的文章，我们可以了解到，可能正是爱因斯坦的思想发展的物理化学源流，使得他有别于一般的物理学家。当然，爱因斯坦作为一个物理学家的不足之处，可能也正是来源于他的这个物理化学背景。物理学家们一般认为自己要优于化学家和生物学家，爱因斯坦恰恰证明，真正伟大的科学是综合的和交叉的，而不只是局限于某一个学科。阿尔伯特·爱因斯坦本质上是一个化学家吗？今天，他总是被当作理论物理学家的标准原型，但是，爱因斯坦的早期工作，很大程度上关注的是物质的分子本质，这些工作牢牢地根植于具体的、现实可感知的事物之中。不仅是物理学家，化学家也应该纪念这个铭记他最重要发现的“爱因斯坦年”。其实，当爱因斯坦在1905年发表他的狭义相对论时，让与他同时代的科学家们最为惊奇的，可能并不是该理论的革命性结论，而是惊讶于这一事实——这项现代物理学中令人惊异的工作，出自于一个正在进入物理化学（Physical Chemistry）领域，职业生涯颇有前途的年轻人。爱因斯坦的物理化学博士论文爱因斯坦在1905年7月提交给瑞士苏黎世大学的博士论文中，提出了一种计算阿伏加德罗常数和分子大小的新方法。同一个月，他发表了一篇论文，表明在显微镜下观测到的液体中的微小颗粒，其杂乱和毫无规则的运动――即所谓的布朗运动，是由溶剂分子的碰撞所导致的。在这个“奇迹年”所发表的文章中，爱因斯坦自己认为，真正具有革命性的只有一篇。这篇文章中他试图通过引入量子——即不连续的能包的概念，来解释金属如何与光相互作用。总而言之，这是任何一个物理化学家都会为之感到骄傲的工作。现在，从爱因斯坦的相对论出发，人们得到了重要而令人难以置信的，诸如黑洞和通过时空空洞进行时间旅行一类的概念；而从量子理论也得到了无限分岔的平行宇宙和泡沫状时空的概念，人们已经很难再了解到这些理论的由来，在表面上看来是多么的平凡。相对论的提出，是为了解决将詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的电磁理论运用到运动物体问题上遇到的困难，爱因斯坦在1905年的这篇文章的开头，提到的不过是磁体和线圈。但是，（即使是有点言不由衷地）提议爱因斯坦是个化学家的主要理由，比以上依据有着更为深刻的缘由。在爱因斯坦做出他的原创性贡献的时代，物理和化学还没有严格的界限划分。当时，这些分界只是在物理学家和化学家努力为他们对放射性和核科学这些新的研究领域提出要求时，才被争相提及。当时，科学家们还在对约翰·道尔顿提出的原子和分子是否存在，抑或仅仅是一种为了教学和说明的方便而发明的概念进行激烈争论，而像元素周期表这个化学家们所使用的中心原理，还在等待后来出现的量子理论的解释。交叉学科研究爱因斯坦本人并不关心这些学科之间的界限。这正如比他早100年的法拉第和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦一样。而爱因斯坦正是将这二人在时间上和知性上联系起来的人。爱因斯坦后来对基本力的统一理论的追求，只不过是他早期通过牛顿的物质动力学理论模型，对液体和分子间力的工作的简单延续。牛顿推测认为，在原子之间的微观尺度上作用的力和在恒星与行星之间在宇观尺度上相互作用的力，具有相同的本质。爱因斯坦在1901年和1902年发表的两篇早期论文中，正是继承了牛顿的这一思想，探寻引力和分子间力的共同起源。1901年，在爱因斯坦21岁时，他写道：“能够认识到在我们的直接感官上完全不同的事物的复杂现象之间的内在统一性，真是一种极爽的感觉。” 因此，我们应该毫不奇怪地发现，当爱因斯坦在很早年就对麦克斯韦的电磁理论着迷的时候，他的第一个学术成就同样延续了麦克斯韦对物质科学的另一重大贡献——气体的运动理论。 1879年，荷兰的约翰·迪德里克·范·德·瓦尔斯将麦克斯韦的这一理论扩展用于处理液体，而爱因斯坦在1901年发表在Annalen der Physik的论文，追寻了这一激发了范·德·瓦尔斯兴趣的同一主题，即在毛细现象中分子间作用力的作用。爱因斯坦希望将这一工作扩展成为递交给苏黎世大学的博士论文，但最终毫无结果，因此他在1901年4月接受了伯尔尼瑞士专利局的工作。非常具有说明意义的事情是，爱因斯坦的父亲当时出于对儿子前程的担忧，选择向著名的物理化学家威廉·奥斯特瓦尔德求助。这正是引向1905年爱因斯坦关于分子大小的博士论文的知识线索。在此之前，已有好几种确定分子尺寸的方法，其中最为可靠的方法即是基于气体运动理论。例如，1865年吉普赛化学家约瑟夫·洛克斯密特提出一种比较不同液体和气体的密度的方法，得出结论认为“空气分子”的直径约为1纳米。据此，洛克斯密特可以计算出阿伏加德罗常数，即1摩尔物质的分子数目。这一常数在德语系国家因而一直被称为洛克斯密特常数。不同的是，爱因斯坦发明了一种仅仅依靠液体性质就可以准确计算分子大小的方法。范·德·瓦尔斯已经确定，分子尺寸大小对于了解液体性质非常重要，正是因为考虑了分子的大小，他才将气体运动理论用于处理液态物质。微粒的运动爱因斯坦的博士论文研究了微粒的运动。这与他对分子扩散研究的兴趣密切相关。德国化学家瓦尔特·能斯特开创了分子扩散的研究，他也在同一年发表了关于布朗运动的论文。斯托克斯定律将流体中粒子的运动速度与流体的粘度联系起来。基于斯托克斯定律，爱因斯坦推导出了溶质分子在溶剂中的扩散系数方程。爱因斯坦的方程中，同时包含了阿伏加德罗常数和溶质粒子的半径，他通过流体力学理论计算出溶质溶解于流体中其粘度的变化，从而求解该方程。使用糖的水溶液的实验数据，爱因斯坦计算出糖分子的半径为1纳米，并且得出阿伏加德罗常数为每摩尔2.1x1023个分子。直到 1909年法国物理学家吉恩·佩兰更为准确地测量了阿伏加德罗常数，表明爱因斯坦的数值太小，才迫使爱因斯坦重新检查了他的计算。爱因斯坦检查不出任何错误，就让他的学生路德维希·霍普夫仔细检查。这使得霍普夫成为极少数有幸能够在爱因斯坦的数学中发现错误的人之一。霍普夫将一个错误的方程修正后，爱因斯坦的方法得到了6.56x1023，这不仅与佩兰的数字相符，而且也与今天的6.02x1023非常接近。证明原子的存在爱因斯坦对于测量分子尺寸的兴趣具有更深入的科学目标。他意识到一些显赫的科学家，包括威廉·奥斯特瓦尔德和恩斯特·马赫，都怀疑原子和分子的真实存在。今天我们很容易轻易认为这些反原子论者毫无道理，但是在19世纪与20世纪之交，没有任何一个直接的证据证明物质原子理论的正确性。大多数物理学家和化学家认为原子理论理所当然地正确。但是马赫指出，只有糟糕的科学才假定无法感知的实体存在。爱因斯坦确信原子的存在，但他希望得到某种形式的证实。他说，我们需要证据，它“能够保证一定大小的原子的存在”。他认识到这种证据可能从布朗运动现象中得到；或者，从悬浮在液体中的微观粒子的随机运动中得到。该随机运动被暗示与1828年植物学家罗伯特·布朗观测到的粒子运动有关。当布朗观测到花粉颗粒在水中不规律地跳来跳去，他一开始认为这是有机体中存在的“生命活力”的显现，当时许多人都认为有机体中存在某种活力。但他很快发现“死”花粉微粒也具有同样行为，于是他的观测在19世纪引发了五花八门的理论，甚至涉及到对流和电学的理论。但是这些理论都不尽如人意。随机分子运动爱因斯坦解决此问题的方法，借助于通过气体运动理论所建立起来的热是随机分子运动的结果这一概念。人们在此之前假设，虽然分子的随机运动具有很高的速率，但是由于悬浮的灰尘或花粉粒子比单个分子质量大很多，因此分子对这些大的粒子的碰撞影响可以忽略不计，就象陨星撞击地球一样。但是爱因斯坦表明，从不同方向撞击微米大小的粒子的分子数目，在统计上的不平衡性的确可以使得该粒子运动，并且由于分子热运动所导致的杂乱运动，的确可以显著到在显微镜下可观测的程度。这一运动的随机性使得粒子在液体中做扩散运动：如果在一段时间内跟随其运动，它将到达与开始时不同的地方。爱因斯坦可以计算这一平均位移随时间变化的函数，进而预测出一个1毫米大小的微粒在水中可以1分钟运动约6毫米。这一定量的预测极为关键：它提供了验证爱因斯坦理论正确与否的方法。如果该理论被定量地证实，那么人们就很难再否认物质的分子图像的正确性。这一图像是整个运动理论的基础。换句话说，分子必然是真实存在的。爱因斯坦在结束1905年的文章时希望“（实验）研究者将很快成功地解决这里所提出的问题”。很多人进行了实验尝试，但是这一实验非常困难，主要是由于很难在实验中确保液体具有恒定和均匀的温度。直到1908年还没有人能够得到爱因斯坦理论成立的定量证据，而他自己也开始绝望，认为已经不可能准确地研究布朗运动。让他高兴的是，佩兰接受了这一挑战，并在这一年确认理论预测的正确性。因为这一工作，佩兰被授予1926年的诺贝尔奖物理学奖。众所周知，爱因斯坦一生都对量子理论的某些基本特性，特别是量子理论中似乎将机会和不确定性赋予物质的行为的方式，感到不安。在某种程度上他有点类似普朗克，一方面将物质的量子描述当作一个方便的工具以了解物质的某些具体特性，比如光电效应和固体的热容，而另一方面又猜测，在此之下可能存在着更为基本的确定性的理论。量子化学的核心问题光与能量的量子本质对于化学具有中心价值。它能说明物质与光如何相互作用，比如，为什么草是绿的，以及为什么天空是蓝色的。它也为所有的光谱方法提供了基础，使我们能够破译分子的结构。尼尔斯·玻尔，阿诺德·索末菲和沃尔夫冈·泡利表明，原子的量子模型如何解释周期表的结构和元素的性质；而佛里茨·伦敦，林纳斯·鲍林和其他一些人发展了原子间化学键的量子图像，以解释分子的形状和性质。今天，无法想像化学能够离开量子理论。量子理论已经被用来解释和预测包括金属的催化行为，以及有机合成的立体行为的所有内容。爱因斯坦的工作的这一侧面，对于化学的影响超出了其它所有的科学领域。吹毛求疵的人也许会说，就算爱因斯坦是以化学的旗号开创了自己的工作，我们今天几乎并不因此而铭记他。化学家的量子理论也许是被他的光电效应的工作所引发，但是难道量子理论不也应该更多地归功于他之后的玻尔、薛定谔和海森堡的苦心发展，而不仅仅是爱因斯坦的光量子化吗？而且，他最了不起的相对论，不是成了天体物理学家，而不是化学家的语言吗？不过，这事儿并不那么肯定。相对论在化学中也非常重要。狭义相对论说明，当物体以接近光速运动时，其质量会增加（同时，从一个相对静止的观测者的角度来看，它也会变得更短和活得更长）。在重原子中，内层轨道上的电子与高度带电的原子核之间的静电相互吸引使得电子的速度变得很快，从而出现相对论效应：铀原子最内层的电子平均速度大约高达光速的三分之二。轨道电子这些相对论性电子的质量变得更重，从而使它们的轨道更靠近原子核。这进一步增加了内层电子屏蔽原子核对外层电子的拉力，因此外层电子的轨道会膨胀，能量会降低。这样，相对论效应重新调节了原子的电子能级。这一现象并不如你想像的那样奇异和罕见。如果不是由于相对论效应，金子就会看起来象银子一样；金子的微红色是因为它能吸收蓝光，这是由于金原子的电子能带产生了相对论性的位移。较之于任何程度的宇宙引力透镜或原子钟变慢现象，这无可争辩地是对爱因斯坦理论更为意义深远的展示。数千年来，金子就具有崇高的文化地位和文化象征性，因为从远古以来，这种金属就被与太阳联系在一起。同样地，相对论效应使得水银具有低的熔点，这不仅使之具有巨大的技术上的重要性，而且还赋予这种金属在文化上与水和月亮的某种神秘联系。近年来，由于通过粒子束碰撞合成新的超重元素，原子中的相对论性效应显得更加重要。新元素的合成者们开始研究极端的相对论性效应对这些原子的电子结构的改变，是否已经开始破坏元素周期表中有顺序的性质变化。就是在现代化学的这一前沿，也不可能忽略爱因斯坦的遗产。黑体辐射和量子黑体辐射是来自能够吸收所有光的热物体的电磁辐射。黑体辐射具有相当宽的波长，但最大强度的波长取决于黑体的温度：温度约高，波长越短。普鲁士物理学家威廉·维恩在1893年揭示出了这一现象。所以，灯泡中的金属丝或者一个电热器在被逐步加热的过程中先是发出暗红色，然后是黄色，最后是白色或淡蓝色。在它发出可见光之前，你就可以感觉到红外辐射产生的热量。在19和20世纪之交，这一常见现象却没有任何人能予以解释。在试图进行解释的人当中，有爱因斯坦1901年到1902年间，在苏黎世大学的博士导师海因里希·弗里德里克·韦伯。另一个人是马克斯·普朗克。他开始通过麦克斯韦和路德维系希·玻尔兹曼在气体动力学理论中发展出来的统计力学方法，来推导维恩关于温度和波长的关系。普朗克用一系列带电振子来代表黑体中的原子，并计算所辐射出的电磁能量。他最初的计算似乎符合维恩定律；但随后实验学家发现，维恩定律在高温时已不再成立。普朗克发现他的理论预测能够符合实验观测，只要他将他的理论进行修正。这一修正需要假设，每个振子具有不连续的与振子频率成正比的能量E。他提出E=hv的关系，h现在被称为普朗克常数。对普朗克来讲，这一假设不过是使得他的理论符合实验结果的一个数学游戏。但当爱因斯坦在1904年开始研究普朗克的黑体辐射工作时，他将此解释得更为实在。他说，光具有由普朗克公式所给出的一块一块的能量。他将这些能块称作量子。他声称，光是量子化的。爱因斯坦知道这一建议是具有争议性的，甚至是令人不能容忍的。但是他争辩说，他的假说可以解释由菲力普·伦纳德在1902年观测到的光电效应。伦纳德发现光照到金属上会发出电子。如果光是量子化的，那么它会在单个量子能量超过从金属移出电子所需要的能量时，从金属敲出电子，而这与光的强度无关。这公然地挑战了直觉：人们会自然地期望更强的光会给金属注入更多的能量，从而无论什么波长都会使金属喷射出电子。按照爱因斯坦的假设，喷出的电子能量将不依赖于光的强度，而依赖于光的波长，波长决定了量子包的大小。这正是伦纳德的实验所发现的。由于对光电效应的解释，爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔奖物理学奖。超重元素中的相对论性效应从第104号元素Rf（rutherfordium）开始，比锕系元素更高的新元素最早在1960年代被人工合成出来。这些元素都不稳定，最长的衰变半衰期最长只有几秒钟（Rf251半衰期为78秒）。不过快速分析技术可以容许人们研究这些人造元素的化学性质。理论预测，这些元素的最外层电子亚层由6d电子轨道组成。这意味着，这些超锕系元素应该具有与元素周期表中上一排过渡族金属元素类似的化学性质：Rf应该像铪，105号元素（dubnium）像钽，依次类推。但是，强相对论性效应可能削弱这些周期性质。对化学元素“dubnium”（第105号元素）似乎正是这样：其氟化复合物更类似于铌而不是钽的氟化物，而它的其它化学性质又更接近于镤。这就是说，它根本不像第5族元素，而其行为更像是锕系元素的延伸。也有一些迹象表明Rf元素也受到相对论性效应的影响：四氯化Rf的挥发性比对应的铪化合物高，周期表的趋势预测与此恰恰相反。奇怪的是，seaborgium（第106号元素）似乎不受相对论性效应的影响，其行为恰如第6族金属钼和钨。同样地，hassium（第108号元素）和锇一样形成挥发性的四氧化物。这些研究将分析技术推到极限，包括只对少数几个短暂寿命的原子进行测量。作者：菲利普·鲍尔（《自然》杂志前顾问编辑）译者：王鸿飞（美国西北太平洋国家实验室研究员） ************************************************************** 一个八卦，这个研究当年可能还是罗斯查尔德资助的。（他在法国，不问丫要钱，问谁要钱） Edmond James de Rothschild 大资本家，fuck you ！！！把罗斯查尔德的家产夺过来，“我来取真经” 。（真假美猴王）早先，我的祖上就收拾过罗斯查尔德，没收过他的家产。现在他还敢来 “扎刺” ************************************************************** Henri Poincaré学院这个地方更驴，这是洛克菲勒基金会和罗斯查尔德共同资助的; 293 次阅读|0 个评论

分享安纳波利斯海军学院的傅立叶分析机器: gordon 2016-11-29 03:33; 迈克尔逊（1852年12月19日–1931年5月9日）是美国的一个物理学家他的著名的测量工作光的速度尤其是对的迈克尔逊–莫尔利实验。1907他收到诺贝尔物理学奖。他成为第一个获得诺贝尔奖的美国科学家。以前说过，“ 开尔文勋爵 ” 搞过这东西 YouTube 有一组视频，介绍一个可以做傅立叶分析的一百年前的机器：Albert Michelson的Harmonic Analyzer。 *********************************************************************** 1921年，燕京大学（当时协和大学已与北平汇文等教会大学合并为燕京大学）物理系主任聘谢玉铭到燕京大学，担任物理实验等课程的教学工作。1923年，他得到洛克斐勒基金会的奖学金资助，赴美留学，进入哥伦比亚大学研究生院攻读物理学。一年后即获硕士学位。为向名师求教，旋即转学到芝加哥大学继续攻读物理学。那时，美国研究物理的教授并获得诺贝尔奖的A．A．迈克尔逊（MichelSon）和R．A．密立根（Millikan）都在芝加哥大学物理系任教。谢玉铭到芝加哥大学后，在迈克尔逊的指导下从事光干涉的研究，1926年获博士学位。学成后遵约回燕京大学，起初担任副教授，后任教授。1929年至1932年任物理系主任。1932年赴美后辞去系主任之职。1934年回校任教授。谢玉铭主讲过普通物理学、光学、气体动力论、近代物理学等许多课程，主持过高级物理实验，还指导本科生和研究生的毕业论文。 *********************************************************************** 谢玉铭出身于贫苦家庭，自幼养成爱动手的好习惯。他先后两次在国外得到名师益友的指导和与之切磋，受到严格的训练，深切体会实验工作在理工学科中的重要性。回国后，他不论在哪所大学任教，一直非常重视培养学生的实验能力。在燕京大学和抗日战争时期的厦门大学，他讲授普通物理学时，几乎每堂课都有生动且富有启发性的演示实验。这些实验是他不惜用很多时间和精力准备的。演示所用的仪器设备，许多是他亲自设计、制作出来的。这些实验很受学生欢迎。抗战期间在湖南大学时，他设计了一个实验，演示力学中两只猴子爬绳的问题，吸引了几乎全校的学生都来观看。他对学生的实验操作和实验报告，尤其对于数据处理、结果讨论都有严格的要求。他规定助教指导实验前，必须自己动手做完实验全过程；对学生的实验报告要认真审阅，不合格者应退回重做。谢玉铭非常重视训练学生动手设计、制造实验仪器。他在燕京大学时，为物理系建立了一个金工和木工室，聘请能工巧匠，指导高年级学生和研究生使用机床等加工设备，为论文中所需实验作准备。物理系许多仪器设备就是在他指导下制造出来的。 1935年左右，燕京大学物理系自制一台较大型的光谱仪，当时北平研究院物理研究所的研究人员给予很高的评价。“九一八”事变后，谢玉铭在物理系倡导普及无线电发报技术并组织通讯组，向全校师生公布战况。抗日战争时期，在山城长汀的厦门大学，经费来源极为困难，但教学中进行物理实验，仍然做到一人或最多二人一组，所用的一部分仪器也是在他带领下自行设计并制造的。这种自力更生、艰苦奋斗的办学精神，确实令人感佩不已。 *********************************************************************** 燕大是一所教会学校，学校的着眼点在于一种带有宗教意味的社会责任，培养有社会影响力，能为大众服务并由此引导大众的知识阶层燕大校训：“因真理得自由而服务”（ Freedom Through Truth for Service ）。燕大物理系的定位首先是培养物理教师，其次才是物理学研究人才。事实上， 1934 年前，燕大物理系毕业生无一例外都做了教师。燕大理学院院长 S.D.Wilson （韦尔巽） 1939 年在的一篇题为“科学研究与国家进步”的文章中写道认为：三俩离群索居的科学家绝不可能在整个民族建立起科学精神；科学如果不渗透到一个国家的全体民众中，就不可能影响其国民生活；在当今中国，一个科学工作者如果不去影响大众便是失职；中国需要的是一边研究一边用科学方法训练大批学生的教师和领袖。 1935 年陈仁烈先生从燕大物理系硕士毕业，燕大和另一所大学均有意接收他为助教，但他选择去长沙雅礼中学任教，他认为“在当前情况下，作为一个科学工作者，在中学工作毕竟比在大学工作对祖国的贡献更大。 ” 曾经考察抗战前清华大学物理系毕业生和燕大物理系毕业生的出国留学状况，发现清华毕业生从毕业到出国平均间隔 1 年时间，而燕大毕业生则平均间隔 4 年时间；清华学生出国主要通过中美庚款、中英庚款等公开招考，而燕大学生出国主要通过国外基金会对教会学校教师的进修资助。清华物理系旨在造就一流的学术人才和学科带头人，学生也以投身学术为己任，视出国留学为不可或缺的途径；而燕大物理系更强调一种社会责任和服务精神，出国留学大多是他们所服务机构的一种有目的的安排，其目的也是为了他们更好地回国为学校服务。燕京大学学生的学位论文也非常有特色，很接地气：王明贞——“牛奶折射率的研究（ 1930 ，学士）、蔡方宪——用傅科摆确定燕京大学的纬度和重力加速度（ 1931 ，学士）、马振玉——市售各类灯泡的光度研究（ 1931 ，学士）、徐允贵——北平泉水与自流井水放射性物质含量的测定（ 1932 ，学士）、许宗岳——桐油的吸收光谱 (1936 ，硕士 ) 、高墀恩——通过旋转的流体测定重力加速度 g(1936 ，硕士 ) ，另外 “中国窗户纸的紫外线透光性”之类的课题，也是学生们惯常的研究对象。注：这就是王垠所期望的学校。 *********************************************************************** 至于清华，我早就说 “胡氏三兄弟” 是个 “大垃圾” 。它致力于提高，培养栋梁之才北平研究院物理研究所，主要做研究的; 380 次阅读|0 个评论

分享自然哲学的数学原理 —— 三种物理学家: 热度 3 gordon 2013-9-7 18:00; 注：由于《原理》的第一版印得很少，牛顿的朋友本特利（R.Bentley）劝说牛顿修订再版，并让科茨（Roger Cotes，数学家，1682-1716）担任编辑。《原理》的拉丁文第二版于1718年出版。与第一版相比，最大的变化是在第三卷的末尾加上了一篇“总释”，把原来的第三卷中的“假设”改为“研究哲学的规则”。在牛顿逝世的前一年，由彭伯顿（H.Pemberton）编辑的《原理》的拉丁文第三版出版。牛顿在世的时候，主要流传的就是第二版。罗杰·科茨为《原理》第二版所作序言我们在此向仁慈的读者呈献他们期待已久的牛顿哲学的新版本，它已得到很大的修订和增补。读者可从前面的目录中了解到这部名著的主要内容。作者在序言中已对修订或增补的部分作了说明。我们在此要补充的是一些与这一哲学的方法有关的问题。研究自然哲学的人大致可分为三类。其中，一些人给事物归结出若干种形式和若干种隐秘的特质，并据此认为种种个体现象是以某些未知的方式发生的。导源于亚里士多德和 “ 亚里士多德学派 ” 的一切经院学派的全部学说无不以这一原则为基础。他们坚信物体的若干效应就是由这些物体的特质引起的。但他们却不告诉我们物体的这些本性从何而来，因此他们等于什么也没说。且因为他们全都关心事物的名称而不是事物本身，他们应被认为是发明了哲学谈论，而并未传习哲学。所以，其他人希望通过抛弃这些无用的混杂的词汇，以辛勤的努力获得称誉。且因此他们以为所有的物质是同质的，在物体上被辨别出来的各种变形起源于构成它们的小部分的非常简单的和极容易理解的相互关系。如果他们不把小部分的原始的相互关系归之于自然所赋予的关系之外的关系，他们建立的从简单事物到更复杂的事物的进程是正确的。但当他们利用自由，随意想象人们所不知道的部分的形状和大小，以及不确定的位置和运动，且甚至虚构隐蔽的流体，它们能非常自由地流入物体的小孔，因为它们具有全能的细微性，且由隐蔽的运动所推动；当他们这样做时，便陷入梦想，忽视了事物的真正构造；当它甚至有最确定无疑的观察也难于发现时，由虚假的猜想寻求更是徒然。那些把假设作为他们推测的基础的人，即使他们之后按照力学的规律极精确地发展，也只是一出传奇，也许优雅而动人，然而不过是认真准备的传奇。现在剩下的是第三类，也就是那些坦率地承认实验哲学的人。的确可能存在从最简单的原理导出一切事物的原因，但他们不把尚未由现象确定的东西作为原理。在物理学中他们既不虚构，也不接受假设，除非是为了讨论问题的真理性。所以他们发展了双重的方法：分析的和综合的方法。从某些选择的现象用分析法导出自然界的力和更单纯的力的定律，然后由它们通过综合法给出其他现象的构造。这是最佳的哲学方法，是我们无与伦比的作者认潍应优先采用的方法。且独自认为这值得用他的劳作耕耘和点缀。所以对此他给出了最有名的一个例子，即是极幸运地从重力的理论导出了宇宙的系统的解释。其他一些人曾怀疑或想象重力属于物体的普遍特性，但他是第一个且惟一的一个人，他能从现象证明它且把他的出色的研究建立在最牢固的基础之上。 ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× 亚里士多德的物理学在亚里士多德的著作里，物理学（physics）这个字乃是关于希腊人所称为“phusis”（或者“physis”）的科学；这个字被人译为“自然”，但是并不恰好等于我们所赋给“自然”这个字的意义。我们仍旧在说“自然科学”与“自然史”，但是“自然”其本身，尽管它是一个很含糊的字，却很少正好意味着“phusis”的意义。“phusis”是与生长有关的；我们可以说一个橡子的“自然”（“性质”）就是要长成为一棵橡树，在这种情况下我们就是以亚里士多德的意义在使用这个字的。亚里士多德说，一件事物的“自然”（“性质”）就是它的目的，它就是为了这个目的而存在的。因而这个字具有着一种目的论的涵义。有些事物是自然存在的，有些事物则是由于别的原因而存在的。动物、植物和单纯的物体（原素）是自然存在的；它们具有一种内在的运动原则。（被译作“运动”的这个字，有着比“移动”更为广泛的意义；除了移动而外，它还包括着性质的变化或大小的变化。）自然是运动或者静止的根源。如果事物具有这种的内在原则，它们便“具有自然（性质）”。“按照自然”这句成语，就适用于这些事物极其本质的属性。（正是由于这种观点，所以“不自然”就用以表示谴责。）自然存在于形式之中而不是存在于质料之中；凡是潜存的血肉就都还不曾获得它自己的自然（性质），唯有当一件事物达到充分发展的时候，它才更加是它自己。整个的这一观点似乎是由生物学所启发的：橡子就是一颗“潜存”的橡树。 ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× 从自然本身寻求对自然现象的解释据《欧洲思想史》一书中说，伽利略曾在天主教改革派修道僧所办的学院受到人文主义的教育熏陶，从1592年到1610年，伽利略在帕杜阿当教师，当时帕杜阿的思想氛围还是反对教会权势、反对托马斯主义的，讲解亚里士多德的著作时侧重其中科学的方面，而且早自14、15世纪便对物体运动的原理进行了研究。在帕杜阿，从14世纪起，经过十代人对自然的观察，终于为欧洲的科学观带来了根本的变化。过去那种纯逻辑推理，从中引申出虚构的因果关系、等级关系的论证方法开始让位于观察试验的方法。他一直生活在焦虑之中，深怕被那古老的世界和陈旧的思想吞噬了。在他内心，他长期与亚里士多德以及柏拉图在斗争。他著名的《对话录》以及有关信件，并不是虚构的谈话，而是忠实反映了他在内心与自己的长期对话。中世纪的人文主义者和神学家们把诗歌和真理看作神圣的一体，伽利略却把诗歌和真理明确地分开。自古以来，诗歌被看成和神学、哲学、科学一样，是宇宙自我表现的一种伟大形式，自哲罗姆和希腊教父起，一千年来的人文主义著述都援引古代诗人、哲学家和基督教神学家来论证宇宙的逻辑等级结构。伽利略宣告了一切人文主义的破产，伽利略通过自己的观测证明：对世界的古老的解释是出于肤浅的观测、欺骗性的比拟，感官的幻觉和综合时的误导。旧的世界观是靠一种外在的逻辑形式主义维系的，它的肤浅、武断性质表明人的头脑多么容易受感官印象、习惯、情绪和权势利益所左右。伽利略渴望从“诗歌和真理”的混合体中把自己解放出来，这便是新的自然科学。和伽利略同时代的开普勒便仍然生活在这种法术——人文主义宇宙观之中。他生怕被卷进法术的玄想中去，他所寻求的是从自然中找到解释。因此，他觉得吉尔伯特的磁理论很有说服力。吉尔伯特从自然本身寻求对自然现象的解释，正击中巴洛克时期自然哲学的要害，因为当时的自然哲学把物体之间的关系解释为一种共鸣（sympathy）的关系。与此同时，他又攻击用拟人的方法来解释自然现象。对伽利略来说，潮汐所受到的引力作用并不是思辨、想象和自然科学的混合物——开普勒的许多观念还未脱出这个窠臼。 ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× 演绎逻辑（传统逻辑）的局限逻辑是分析的，而非构成的，涉及到建构问题，用到逻辑就会出问题，最典型的就是形而上学。在古典传统中，逻辑是通过否定而成为构成性的。在初看似有许多统一可能的选择之处，逻辑必须仅取其一而否弃其余，而被选取的这一个则被宣布为已在现实世界中实现了的。于是世界仅由逻辑而无须诉诸具体经验就被构成了。分析中的否定没问题，建构中的否定就变成了先验，这是因为逻辑是思维规律，而不是事实本身。培根提出了下面一个逻辑建议： “应让人们暂时尽力摆脱自己的概念的束缚，让自己习惯于事物本身。” 逻辑可以指出未想到的一些选择的可能性，建构方面，逻辑仅能做到这一点。逻辑一方面使想象可以自由设想世界可能是什么，另一方面又拒绝对世界是什么作出立法的规定。这个由逻辑内部的革命所带来的变化已经把传统形而上学的野心勃勃的构造扫荡殆尽了这就像牛奶质检，检查蛋白质含量的方法是通过检查含氮量，逻辑是作为检验使的。合格的牛奶含氮量肯定达标，但含氮量达标的牛奶却不一定是合格牛奶，里面可能加了三聚氰胺。 ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× 摆脱“透过现象看本质”这样的错误思想是不容易的，但我们又不是生活在希腊的哲人时代，努力一下吧。牛顿还在《自然哲学的数学原理》的修订版中提出了他的名言“我不做假设。”（Hypotheses non fingo），这人真狂啊伽利略可以算作是反对公知的第一人了，呵呵 ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× 关于美历史上就有这种反例，在天文学领域，毕达哥拉斯教义大胆地宣称大地是球形的，宗师自己相信如此。毕达哥拉斯认为球形是立体物体中最美的；他教导说宇宙自身就是这完美的形状，渐渐地，大地是球形的这一说法赢得了广泛的赞同，尽管亚里士多德在公元前四世纪中期的作品中暗示道，那时不同的看法并没有消失。科学的早期就受神秘主义之苦，搞了很长时间，才从圆形轨道换到椭圆轨道的。杨振宁脑子秀逗了，当然，走江湖，这种东西免不了，理解一下。如果生活欺骗了你，那就大笑一场吧，谁让你笨呢，呵呵; 284 次阅读|1 个评论

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标签: 物理学家

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