不做空想发明家

蒸汽机的发明让人类摆脱了人力和畜力,电力的发明意味着新能源的诞生……当我们在探索大自然的游戏规则时,往往会有人创造性地提出前所未有的工艺或方法,来满足人们认识世界的客观需求,从而推动探索的进程。而这些发明创造也需要借助已有的科学发现进行实践验证,尤其是在过去基础科学并不成熟的时代,创造更加需求科学的支撑,画家达·芬奇与他的发明便是如此。

了解世界的规则

从那个传说中在伍尔索普砸到牛顿的落地苹果,到十一维时空中缠绵不休的细弦,曾经瑟缩在神威下虔诚而无力的信徒缓慢且坚定地举起不再因自然的瞬息万变而惊骇颤抖的双手,试图去触碰、去感受、去摘下,遥远地平线上的智慧果。

你的时间,我的时间,好像不一样

在日常生活中,时间观念无疑很重要。我们跟随奔流不息的时间起床、上学、上班、吃饭、休息,偶尔还会问一下身边的人:“现在几点了?”几乎所有人都默认这么一件事:时间对身处不同地方的每一个人来说,都在以相同的速度流逝。在北京的你看着时间过了一分钟,在美国的一个陌生人及在国际空间站中的宇航员也同样度过了不多不少的一分钟。这似乎是理所当然、完全不需要怀疑的常识。但在科学里,常识却往往不一定符合事实。

神秘的极光,最迷人的最危险

很多人即使没有亲眼见过极光,也或多或少听说过极光。作为一个经常在小说和影视里出现的元素,极光很早就出现在人类文明的记载中,由此还产生了各种关于极光的想象和神话。比如在2022年发表于学术期刊《空间研究进展》(Advances in Space Research)上的一篇论文中,就有科学家提出了中国的古籍《竹书纪年》中所记录的周昭王时期(公元前10世纪)某个夜晚在北部天空出现的“五色光”其实就是极光的观点。如果被证实为真,那么这就是人类历史上目前已知的对极光最早的记录。

电磁力是通过交换光子传递的话,能否在磁铁边上放置胶片使其感光呢?

电磁相互作用中交换的是虚光子（virtual photon），而不是通常意义上的光子。包括虚光子在内的虚粒子（virtual particle）出现在微扰的量子场论中，更多的是作为一种计算上的有效工具。狭义的虚粒子跟普通的实粒子的一个重要区别是虚粒子不能在实验上被真正地观察到。

爱因斯坦先生,您错了

1905年,爱因斯坦26岁。那一年,他发表了1篇博士论文,给德国最有声望的杂志《物理学纪事》提交了4篇论文,发表了至少21篇书评。这些论文包括现代物理学中3项伟大的成就:分子运动论、狭义相对论和光量子假说。这些成就彻底改变了物理学的面貌,改变了整个世界。这一年也被称为世界科学“奇迹年”。然而,即使是如此天才的爱因斯坦,也免不了有犯错误的时候。

声音有粒子性吗？

A:相信对物理学特别是量子力学感兴趣的读者都知道光有波粒二象性,也就是说,光既可以表现出波的特性,也可以表现出粒子的特性。更进一步地,著名物理学家德布罗意提出,很多我们印象中显然是粒子的东西,比如电子,也可以表现出波的性质。

渐行渐远的月亮

从仰望到触摸“明月几时有,把酒问青天”“海上生明月,天涯共此时”一提到月亮,我们可以轻松地联想到很多关于月亮的诗句。在科技尚不发达的中国古代,人们就已经对月亮这个几乎每天都会见面的神秘邻居产生了浓厚的兴趣和深深的向往,并为它构想出了各种各样或浪漫或凄美的神话故事,其中的主角之一嫦娥甚至成了月亮的代名词。

当一颗流星坠落地球

你见过流星吗虽然不是每个人都有幸亲眼见证流星的降临,但几乎每一个幸运儿都会好奇这些稍纵即逝的天外来物的来源。公元2世纪,著名天文学家、“地心说”的提出者托勒密就曾将流星解释为众神俯视大地时从天球的缝隙中滑落的星星。他还认为,流星出现的时候正是众神俯看人间的时候。

警报!垃圾已经跑向太空

“废弃的人造卫星、穿梭机抛下的燃料桶、空间站建造中产生的废弃物、漂浮在宇宙中的无数太空垃圾……太空残骸其实是非常危险的存在。2075年,这是宇宙垃圾成为社会问题的时代的故事。”动漫《星空清理者》每一集的开头如是介绍。没错,如今在人类头顶星空环绕的已不仅仅是夜空里的星星,更有数不清的曾被忽视的太空垃圾。

《流浪地球》里比科幻更“硬核”的物理学知识

国产科幻电影《流浪地球》的出现,被认为开启了中国科幻电影元年。影片根据著名科幻作家刘慈欣的同名小说改编而来。原著讲述的是人类在史无前例的大浩劫前夕挣扎求生的波澜壮阔的故事:地球上的天体物理学家发现并证实了一个可怕的事实——太阳内部的核反应加快了,如果地球还停留在原来的轨道的话,最终会被太阳所吞噬。

Q:正物质与反物质湮灭后,它们的其他能量如引力势能哪去了?

A:根据量子场论,当一个粒子和自身的反粒子相遇,就会有一定的概率湮灭并以光子等形式释放出能量。但在量子场论中我们一般是不考虑万有引力的,而是将时空背景默认为是曲率为零的平直的闵可夫斯基空间(Minkowski space)。虽然物理学家们暂时还没有一个完整的量子引力理论,但我们可以利用广义相对论来理解这些湮灭过程所释放的能量的引力效应。