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时间

时间

一切宏觀物质狀態的變化过程都具有持续性和不可逆性,此性質是它们共同的属性,而此連續事件的度量稱為时间。

中國人的時間觀

时间是一种客观存在。时间的概念是人类认识、归纳、描述自然的结果。在中國,其本意原指四季更替或太阳在黄道上的位置轮回,《说文解字》曰:时,四时也;《管子·山权数》说:时者,所以记岁也。随着认识的不断深入,时间的概念涵盖了一切有形与无形的运动,《孟子·篇叙》注:“谓时曰支干五行相孤虚之属也。”可见时是用来描述一切运动过程的统一属性的,这就是时的内涵。由于中國古代人们研究的问题基本都是宏观的、粗犷的、慢节奏的,所以只重视了“时”的问题。后来因为研究快速的、瞬时性的对象需要,补充进了“间”的概念。于是,时间便涵盖了运动过程的连续状态和瞬时状态,其内涵得到了最后的丰富和完善,“时间”一词也就最后定型了。 孟子

物理


- 目前最廣泛被接受關於时间的物理理论是阿尔伯特·爱因斯坦相对论。在相对论中,时间与空间一起组成四时空,构成宇宙的基本结构。时间與空間都不是绝对的,觀察者在不同的相对速度或不同时空结构的测量点,所测量到时间的流逝是不同的。 狹義相對論預測一个具有相对運動的時鐘之时间流逝比另一个靜止的時鐘之时间流逝慢。另外,廣義相對論預測质量產生的重力场將造成扭曲的时空结构,並且在大质量(例如:黑洞)附近的時鐘之时间流逝比在距离大质量较远的地方的時鐘之时间流逝要慢。现有的仪器已經证实了這些相对论關於时间所做精確的预測,並且其成果已經應用於全球定位系統
- 就今天的物理理论来说时间是连续的,不间断的,也没有量子特性。但一些至今还没有被证实的,试图将相对论与量子力学结合起来的理论,如量子重力理论弦论M膜论,预言时间是间断的,有量子特性的。一些理论猜测普朗克时间可能是时间的最小单位。
- 根據史提芬·霍金(Stephen W. Hawking)所解出廣義相對論中的愛因斯坦方程式,顯示宇宙的时间是有一個起始點,由大霹靂(或稱大爆炸)開始的,在此之前的時間是毫無意義的。而物質與時空必須一起並存,沒有物質存在,時間也無意義。
- 从人类的开始人们就知道时间是不可逆的,人出生,成长,衰老,死亡,没有反过来的。玻璃瓶掉到地上摔破,没有破瓶子从地上跳起来合整的。从经典力学的角度上来看,时间的不可逆性是无法解释的。两个粒子弹性相撞的过程顺过来反过去没有实质上的区别。时间的不可逆性只有在统计力学热力学的观点下才可被理论地解释。热力学第二定律说在一个封闭的系统中(我们可以将宇宙看成是最大的可能的封闭系统)只能增大,不能减小。宇宙中的熵增大后不能减小,因此时间是不可逆的。

时间的单位

时间的基本国际单位。它现在以133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。

天文学

最早研究时间的科学不是物理学,而是天文学。天文学的一个最重要的任务就是测量时间,从确定的长短,四季的变化,到制定历法。在中国和在西方一样,制定历法的需要是推动天文学理论发展的重要因素之一。 今天的天文学已与历法或时间测量毫无关联了,但天文学观测对时间概念的发展依然非常重要。天体发出的地球上被观测到需要一定的时间。离地球越远的天体发出的光需要的时间也越长,因此对宇宙越远的地方的观测也是对宇宙越古老的时间的观测。现在最被公认的宇宙学理论(宇宙大爆炸理论)认为时间与空间和宇宙内的质能一样是在140亿年前产生的。目前的天文学观测估计宇宙的扩展是没有尽头的,因此时间也应该是没有尽头的。

哲学

什么是时间?时间是物理的,还是心理的?对时间的感受是绝对的,还是相对的?时间真的是不可逆的吗?时间有开始和结束吗?这些问题似乎都是物理或天文的问题,但哲学作为世界观的理论无法避免对世界上最基本的一个现象——时间,做类似的考虑。 因此对时间的考虑也始终是哲学的问题。

文学

在文学中,时间的流逝和不可逆性是一个古今中外一再提到的内容。 光阴似箭,日月如梭,这句成语既体现了古人对时间的最直接的领会:日与夜,光与阴,的交汇,也体现了古人对时间不可逆性的认识以及对此的感慨。 时间旅行科幻小说中是一个热题 Category:物理量 Category:时间 ja:時間 ko:시간 simple:Time

物质

物质指:
- 佔有時間空间质量的东西。例如:電子質子中子金屬化合物空氣生物等等,以固體液體氣體相態呈現。
- 我们可以看到、嗅到、嚐到或接触到的东西;
- 与思想相对而言。
  - 按照辩证唯物主义理论,物质指独立于意识以外的,但可以被意识所反映、摹写的客观存在。

参看


- 反物質
- 唯物論
- 能量
- 时间
- 哲学
- 物理学
- 相態
- 粒子物理学 category:自然科学 ja:物質 ko:물질 ms:Jirim simple:Matter

管子

管子可以指:
- 对管仲的尊称;
- 一本法家学派阐述战争书籍管子
- 一种吹奏的乐器:管子

孟子

民为贵,社稷次之,君为轻
――孟子
孟子(约前385年—约前304年),名轲,其字不详,有说字子车,有说字子舆,均不可信。中国古代著名思想家战国时期儒家代表人物。山东邹城人。著有《孟子》一书。孟子师承子思,继承并发扬了孔子的思想,成为仅次于孔子的一代儒家宗师,有“亚圣”之称,与孔子并称为“孔孟”。 孟子曾仿效孔子,带领门徒游说各国。但是不被当时各国所接受,退隐与弟子一起著述。有《孟子》七篇传世,篇目为:《梁惠王》上、下;《公孫--》上、下;《滕文公》上、下;《离娄》;《万章》上、下;)《告子》上、下;《尽心》上、下。其学说出发点为性善论,提出“仁政”、“王道”,主张德治。南宋朱熹将《孟子》与《论语》、《大学 (书)》、《中庸》合在一起称“四书”。从此直到清末,“四书”一直是科举必考内容。 孟子远祖是鲁国贵族孟孙氏,后家道衰微,从鲁国迁居邹国。据说,孟子三岁丧父,孟母艰辛地将他抚养成人,孟母管束甚严,其“迁地教子”、“三断机杼”等故事,成为千古美谈,是后世母教之典范。

身后荣辱

孟子是儒家最主要的代表人物之一,但孟子的地位在宋代以前并不是很高的。自中唐的韩愈著《原道》,把孟子列为先秦儒家中唯一继承孔子“道统”的人物开始,出现了一个孟子的“升格运动”,孟子其人其书的地位逐渐上升。宋神宗熙宁四年(1071年),《孟子》一书首次被列入科举考试科目之中。元丰六年(1083年),孟子首次被官方追封为“邹国公”,翌年被批准配享孔庙。以后《孟子》一书升格为儒家经典,南宋朱熹又把《孟子》与《论语》、《大学》、《中庸》合为“四书”,其实际地位更在“五经”之上。元朝至顺元年(1330),孟子被加封为“亚圣公”,以后就称为“亚圣”,地位仅次于孔子

历代追封追谥

孟子世系

历代亚圣公:
- 四十五代孙 孟宁
- 五十四代孙 孟思谅,字友道
- 五十五代孙 孟克仁,字信夫
- 五十六代孙 孟希文,字士焕
- 五十七代孙 孟元,字长伯,弘治二年袭。
- 五十八代孙 孟公肇,孟元弟孟亨之子,字先文、孟公棨,孟元之子,字橐文
- 五十九代孙 孟彦璞,字朝玺,隆庆元年袭
- 六十代孙 孟承光,万历二十九年袭
- 六十一代孙 孟弘誉,天启三年袭
- 六十二代孙 孟闻玉,崇祯二年袭
- 六十三代孙 孟贞仁
- 六十四代孙 孟
- 六十五代孙 孟衍泰
- 六十六代孙 孟
- 六十七代孙 孟
- 六十八代孙 孟
- 六十九代孙 孟
- 七十代孙 孟
- 七十一代孙 孟
- 七十二代孙 孟
- 七十三代孙 孟庆棠
- 七十四代孙 孟繁骥 生于1908年。他1943年世袭接任“亚圣奉祀官”。1949年去了台湾
- 七十五代孙 孟祥协

外部链接


- [http://www.chinakyl.com/rbbook/gb/13/13/lunyuml.htm 《孟子》全文] Category:中文古典典籍 category:中国哲学家 category:儒家聖人 Category:中国思想家 category:春秋战国人物 Category:前385年出生 Category:前304年逝世 ja:孟子 ms:Mencius

相对论

E=mc^2
相对论是关于时空引力的基本理论,主要由爱因斯坦创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理相对性原理等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学,不适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。相对论解决了高速运动问题;量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性”,“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。

狭义相对论

主條目:狭义相对论 狭义相对论,是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间,时间是独立于空间的单独一维(因而也是绝对的)。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立,而是一个统一的四维时空整体,并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中,整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的,这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空光速常数作为基本假设,结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换

广义相对论

主條目:廣義相對論 广义相对论是爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”,即引力惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10^的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理,爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关,只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲,在弯曲的时空中,物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动),如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动,实际是绕着太阳转,造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上,如果以直线运动,实际是绕着地球表面的大圆走。

对相对论的批评

主条目:倒相对论 相对论的提出,同样受到很多的指责,有很多人认为它是错误的,并大大阻碍了社会的发展。然而这种观点并不被主流科学界所接受。

参见


- 狭义相对论
- 廣義相對論
- 倒相对论 category:相对论 ja:相対性理論

空间

ja:空間 ko:공간 simple:Space

时空

近代物理学认为,时间空间不是独立的、绝对的,而是相互关联的、可变的,任何一方的变化都包含着对方的变化。因此把时间和空间统称为时空,在概念上更加科学而完整。 Category:相对论 category:時間 ja:時空 ko:시공간

质量

质量通常也是衡量产品工作的优劣程度的标准。此時的「質量」在台灣及香港通常會被稱為--。 ---- 质量是指物体中所包含的物质的量。以牛顿第二定律所表现出的质量称为惯性质量,以万有引力定律所表现出的质量称为引力质量。这两种质量实际上在可测精度内相等,但目前尚无理论把两者统一起来。 根据狭义相对论,对于运动状态不发生变化的物体而言,质量是一个常量,不因高度纬度等外界情况而改变。同时,对于低速宏观物体而言,速度的少量改变对质量几乎不发生影响,但对于高速(接近光速)宏观物体而言,速度的少量改变对质量则有较大影响。 在日常生活中,我们普遍认为“有质量”的物体,即宏观物体,实际上是静止质量非零的物体。但要指出的是,这里的“静止”是指物体的相对静止,而不包括物体内部的情况。在微观世界,有很多静止质量为零的存在,如光子,即只有运动时才有质量,换句话说,这个世界上不存在静止的光子(实际上,低于光速也是不可能的),而其质量就等于宏观上测定的能量。 质量的国际标准基准单位千克。其他国际单位毫克微克等。 在中国旧时用的是作为重量单位而不是质量单位。西方的盎司克拉等也一样。 质量和重量不同,重量是物体受引力作用后所受重力的度量,在不同地区、星球会发生变化。 Category:物理量 Category:经典力学 ja:質量 ko:질량 ms:Jisim simple:Mass th:มวล

弦论

弦理論是一門理論物理學上的學說。理論裡的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段“能量弦線”,大至星際銀河,小至電子質子夸克一類的基本粒子都是由這佔有二度空間的“能量線”所組成。中文的翻譯上,一般是譯作“弦”或“絃”。 較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由只佔ㄧ度空間的“點”狀粒子所組成,也是目前廣為接受的物理模型,也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題,但是此理論所根據的“粒子模型”卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來,“弦理論”的基礎是“波動模型”,因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述“弦”狀物體,還包含了點狀、薄膜狀物體,更高維度的空間,甚至平行宇宙。值得注意的是,弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的準確預測,關於這一點,以下內文會說明。

發展歷史

弦理論的雛形是在1968年由Gabriele Veneziano發現。他原本是要找能描述原子核內的強作用力的數學公式,然後在一本老舊的數學書裡找到了有200年之久的尤拉公式(Euler's Function),這公式能夠成功的描述他所要求解的強作用力。然而進一步將這公式理解為一小段類似橡皮筋那樣可扭曲抖動的有彈性的“線段”卻是在不久後由李奧納特·蘇士侃所發現,這在日後則發展出“弦理論”。 雖然弦理論最開始是要解出強作用力的作用模式,但是後來的研究則發現了所有的最基本粒子,包含正反夸克,正反電子,正反中微子等等,以及四種基本作用力“粒子”(強、弱作用力粒子,電磁力粒子,以及重力粒子),都是由一小段的不停抖動的能量弦線所構成,而各種粒子彼此之間的差異只是這弦線抖動的方式和形狀的不同而已。

弦理論

弦理論與超弦理論

另外,“弦理論”這一用詞所指的原本包含了26度空間的玻色弦理論,和加入了超對稱性超弦理論。在近日的物理界,“弦理論” 一般是專指“超弦理論”,而為了方便區分,較早的“玻色弦理論”則以全名稱呼。1990年代愛德華·維頓提出了一個具有11 度空間的M理論,他和其他學者找到強力的證據,證明了當時許多不同版本的超弦理論其實是M理論的不同極限設定條件下的結果。這些發現帶動了第二次超弦理論革新

弦理論與大一統理論

弦理論會吸引這麼多注意,大部分的原因是因為它很有可能會成為大一統理論。弦理論也可能是量子重力的解決方案之一。除了重力之外,它很自然的成功描述了各式作用力,包含了電磁力和其他自然界存在的各種作用力。超弦理論還包含了組成物質的基本粒子之一的費米子。至於弦理論能不能成功的解釋基於目前物理界已知的所有作用力和物質所組成的宇宙,這還是未知數。

额外维

D-brane

物理或是哲學

在未獲實驗證實之前,弦理論是屬於哲學的範疇,不能完全算是物理學。無法獲得實驗證明的原因之一是目前尚沒有人對弦理論有足夠的了解而做出正確的預測,另一個則是目前的高速粒子加速器還不夠強大。 科學家們使用目前的和正在籌備中的新一代的高速粒子加速器試圖尋找超弦理論裡主要的超對稱性學說所預測的超粒子。但是就算是超粒子真的找到了,這仍不能算是可以證實弦理論的強力證據,因為那也只是找到一個本來就存在於這個宇宙的粒子而已,不過這至少表示研究方向是正確的。

相關主題


- 超弦理論
- M理論

參考出處


- Greene, Brian. The Elegant Universe(中文譯本《優雅的宇宙》). W.W. Norton and Co. New York,NY. c1999. ISBN 0-375-70811-1

外部連結


- [http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/program.html The Elegant Universe Online] (含3小時的影片) Category:量子场论 Category:弦理论 ko:끈 이론 simple:String theory

廣義相對論

广义相对论(General Relativity)是爱因斯坦1915年建立的几何化引力理论,是对万有引力定律的改造,及對狹義相對論的引申和擴展。将广义相对论应用于宇宙本身,导致了现代宇宙学的诞生。

背景

基本假设


- 等效原理:引力和惯性力是完全等效的。
- 广义相对性原理:物理定律的形式在一切参考系都是不变的。

主要内容

爱因斯坦提出“等效原理”,即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量惯性质量的等价性上。根据等效原理,爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身固有性质无关,只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲,在弯曲的时空中,物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动),如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动,实际是绕着太阳转,造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上,如果以直线运动,实际是绕着地球表面的大圆走。 引力是时空局域几何性质的表现。虽然广义相对论是爱因斯坦创立的,但是它的数学基础的源头可以追溯到欧氏几何公理和数个世纪以来为证明欧几里德第五公设(即平行线永远保持等距)所做的努力,这方面的努力在罗巴切夫斯基Bolyai高斯的工作中到达了顶点:他们指出欧氏第五公设是不能用前四条公设证明的。非欧几何的一般数学理论是由高斯的学生黎曼发展出来的。所以也称为黎曼几何曲面几何,在爱因斯坦发展出广义相对论之前,人们都认为非欧几何是无法应用到真实世界中来的。 在广义相对论中,引力的作用被“几何化”——即是说:狭义相对论闵氏空间背景加上万有引力的物理图景在广义相对论中变成了黎曼空间背景下不受力(假设没有电磁等相互作用)的自由运动的物理图景,其动力学方程与自身质量无关而成为测地线方程:
\frac + \Gamma _^\mu \frac \frac = 0
而万有引力定律也代之以爱因斯坦场方程
G_ = R_ - \frac g_ R = - \kappa T_

实验验证


- 水星近日点反常进动
- 光线偏折
- 雷达回波延迟
- 引力红移

参见


- 相对论
- 狭义相对论 category:相对论 ja:一般相対性理論 ko:일반 상대성 이론 simple:General relativity th:ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

宇宙

「天地四方曰宇,往古來今曰宙」,中國文字裏宇宙表示全部時間和空間的綜合。在20世紀的前半個世紀裡,宇宙被用來表示我們所存在的一個時空連續統,包括其間的所有能量物質。以這個解釋來認識宇宙形成了宇宙論,一門發展自物理學天文學的交叉學科。在20世紀的下半葉,觀測宇宙學理論宇宙學的發展,使得對“宇宙”一詞的理解產生分裂。前者放棄觀測整個時空連續統,而後者則繼續試圖尋找最合理的整個時空連續統的模型。 已知宇宙或可觀察宇宙一詞可以用來表示我們所看得見或可觀察的部分宇宙。有些相信人類無法觀察到整個連續統的的宇宙,他們可能會使用我們的宇宙一詞來表示人類所能知道的那一部分宇宙,據估計只佔整個宇宙的5%。

人类对宇宙的认识

从古至今,人类就一直思考和探索宇宙的奥秘。中国古代认为宇宙“天圆地方”,后来又产生出盖天说。在中文里,宇宙的最初含义可以从战国时代的著作《尸子》中了解到:“四方上下曰宇,往古来今曰宙”,也就是说,宇表示空间;宙表示时间。其后东汉张衡又提出浑天说,肯定了大地是圆形的。 古埃及认为大地漂浮在水上;古希腊认为大地的下面有柱子支撑;古印度认为大地由大象驮在背上。 2世纪,古希腊天文学家托勒密提出地心说1543年,波兰天文学家哥白尼又提出日心说17世纪牛顿发现万有引力定律,奠定了经典宇宙学的基础。 20世纪,诞生了现代宇宙学

宇宙的形狀

一个在宇宙哲学中十分重要并被广泛讨论的问题就是宇宙的形状。 首先,我們還不知道到底宇宙是否是扁平的,也就是說到底歐幾里得幾何在大範圍內是否適用。目前,大多数宇宙論学者认为可见的宇宙是﹝几乎﹞扁平的,with local wrinkles where massive objects distort spacetime, just as a lake is (nearly) flat. This opinion was strengthened by the latest data from WMAP, looking at "acoustic oscillations" in the cosmic background radiation temperature variations. 其次, whether or not the Universe is multiply connected, is unknown. The Universe has no spatial boundary according to the standard Big bang model, but nevertheless may be spatially finite. This can be understood using a two-dimensional analogy: a sphere has no edge, but nonetheless has a finite area (4πR2). It is a two-dimensional surface with constant curvature in a third dimension. A three-dimensional equivalent is the unbounded "spherical space" discovered by Bernhard Riemann, which has a finite volume (2π2R3). In it, all three dimensions are constantly curved in a fourth. (Other possibilities include a similar "elliptical space", and a "cylindrical space", where, in conflict with ordinary geometry, the two ends of the cylinder are joined together, but without bending the cylinder. These, also, are two-dimensional spaces with finite areas; innumerable others exist. However, the sphere has the unique and, perhaps, more aesthetically pleasing property that all points on it are geometrically similar.) If the universe is indeed unbounded yet spatially finite, as described, then traveling in a "straight" line, in any given direction, would theoretically cause one to eventually arrive back at the starting point after traveling a distance equal to the "circumference" of the universe (which is impossible to our current understanding of the Universe, as its size is much greater than the size of the observable universe). 从严格意义上说, we should call the stars and galaxies "views" of stars and galaxies, since it is possible that the Universe is multiply-connected and sufficiently small (and of an appropriate, perhaps complex, shape) that we can see once or several times around it in various, and perhaps all, directions. (Think of a house of mirrors.) If so, the actual number of physically distinct stars and galaxies would be smaller than currently accounted. Although this possibility has not been ruled out, the results of latest cosmic microwave background (CMB) research make this very unlikely.

宇宙的命運

若用天文望遠鏡把數百億光年以外數十個超新星爆炸所發出的光收集,再由它們的距離算出宇宙由誕生到現在的膨脹速度,將會發現宇宙的膨脹速度只有加快而没有減慢。 將來宇宙只會越來越大,但理論上質量和引力成正比,宇宙中有很多高質量的物質,所以引力應會和擴大的力互相抵銷。不少著名學者都相信,宇宙最終將因能量消耗而停止膨脹,並在萬有引力作用下不斷內爆,繼而摧毀其中的一切生命。 但是,美國太空總署利用2002年發射的「微波各向異向異性探測器」(Microwave Anisotropy Probe),發現太空分布着許多「熱點」,證明宇宙正在加速膨脹。 這些「熱點」的存在表現,唯一能夠令宇宙加速膨脹的「暗能」確實存在,而且使宇宙加速膨脹到萬有引力無法抗衡的地步,結果宇宙將會無限地擴大。 根據太空總署的推論,宇宙被「暗能」推動不斷加速,同時也加速了能量的消耗。當能量用盡之時,宇宙中將會布滿黑洞。黑洞經過數萬億年的能量累積,有一朝突然爆炸,最後存在的就只有暗能了。

多重宇宙

有许多推测多重宇宙存在在一个很高的级别上multiverse (also known as a megaverse,) 我们的宇宙是这些宇宙中的一个(lower case). 例如, 在我们的宇宙中被吸入黑洞的物质可能会在一个 "大碰撞" 后形成一个新的宇宙.无论如何, 目前所有的这些理论和思想都是和任何推测一样不可检测和关注的.

另見


- 广义宇宙 Category:宇宙学 ja:宇宙 ko:우주 ms:Alam Semesta simple:Universe

经典力学

经典力学,又称古典力学或牛顿力學,是力学的一种,以三条牛顿运动定律作为基础,在宏观世界和低速状态下研究物体运动的有效方法。经典力学是作用于物体上的力學的一个物理模型。经典力学分为静力学(描述静止物体), 运动学 (描述物体运动),和动力学(描述物体受力作用下的运动)。虽然是英国科学家牛顿最早用数学描述把这些定律固定下来,但实际早在几百年前,另一位伟大的科学家伽利略就从实验中发现了这些定律。经典力学的这三条定律是现代物理学的基础,分别如下: # 第一定律:如果物体处于静止状态或作匀速直线运动,只要没有外力作用,物体将保持静止状态或匀速直线运动状态。这也叫惯性定律; # 第二定律:物体的加速度与所受的合外力成正比,与物体的质量成反比。加速度的方向与合力的方向相同。即a=\frac; # 第三定律:两个物体的相互作用力总是大小相等,方向相反,同时出现或消失且作用于同一直线上。 经典力学的特点,是打破了绝对空间的概念,即在不同空间发生的事件是相对不同的,如运动车厢内静止的物体,相对在车厢外的人来说是运动的。但仍然认为时间是绝对不变的。 由伽利略和牛顿等人发展起来的力学表述方式着重分析位移速度加速度矢量间的关系,又称为矢量力学,(有时牛顿力学这个词汇也用来单指矢量力学)。它是工程和生活中最常用的,但并不是唯一的表述方式。拉格朗日(Lagrange)、哈密顿(Hamilton)、雅可比等发展了经典力学的新的表述形式,成为所谓分析力学(Analytic mechanics)。分析力学所建立的框架成为现代物理的基础,如量子场论广义相对论量子引力等。微分几何的发展为它注入了新的生命力,成为现代经典力学的主要研究手段。 经典力学在日常经验范围内给出了精确的结果。现在,在接近光速的高速度或強大重力場的系统中,它被相对论力学取代;在小距离尺度系统中则被量子力學取代;在同时具有上述两种特性的系统中被相对论量子场论取代。但是,经典力学仍然非常有用。因为: # 它比上述理论简单且易于应用。 # 它在很多场合近似正确。经典力学可用于描述人体尺寸物体的运动(例如陀螺(top)和棒球),很多天体(如行星星系)的运动,以及一些微尺度物体(如有机分子)。 雖然經典力學和其他“经典”理论(如经典电磁学热力学)大致相容,在十九世纪末,还是有些只有现代物理才能解释的不一致性被发现。特别的,经电非相对论电动力学预言光速相对于以太是常数,这一预测和经典力学无法调和,并导致了狭义相对论的发展。当和经典热力学结合起来时,经典力学导出吉布斯佯谬无定义)和紫外灾难黑体发射无穷能量)。为解决这些问题的努力导致了量子力學的發展。

理论的表述

经典力学有不同的理论表述方式:
- 牛顿力学(矢量力学)的表述方式。
- 拉格朗日力学的表述方式。
- 哈密顿力学的表述方式。 下面按照矢量力学的表述方式介绍經典力學的基本概念。为简单起见,使用质点的概念,它是可以忽略大小的物体。质点运动可用一些参数描述:位置, 質量,和作用在其上的力。 在现实中,經典力學可以描述的物体总是具有非零的尺寸。真正的点粒子,例如電子, 用量子力學才能真正描述。非零尺寸的物体比虚构的点粒子有更复杂的行为,因为它们的内部结构可以改变 - 例如,棒球在移动的时候可以旋转。但是,点粒子的结果可以用于研究这种物体,因为可以把它们当成有大量点粒子组成的复合物体。这种复合物体和点粒子行为相似,如果他们小到和所研究的问题的距离尺度相比很小的话,因为这表示使用点粒子在这个问题内没有矛盾。

位置及其导数

质点的位置是相对于空间的任意固定点定义的,固定点有时称为原点,O。它定义为从O指向粒子的向量r。通常,质点不是静止的,所以r是t(从任意的初始时刻开始的时间)的函数。在爱因斯坦之前的相对性理论中(伽利略相对性原理),时间被当作在所有参照系中是绝对的。

速度

速度, 或者说位置的变化率,定义为位置对于时间的导数,也就是 : \mathbf = . 在经典力学中,速度是直接可加可减的。例如,如果一辆车以向东60 km/h的速度超过一辆以50km/h向东的车,从被超的车上的人的角度来讲,它的速度是 向东60−50 = 10 km/h. 从快一点的车上的人的角度来看,慢一点的车以10 km/h向西开。如果车是向北开呢?速度作为向量还是直接可加;但必须用向量分析的办法来处理。 数学上,如果前面讨论的第一个物体的速度用向量v = vd表示,第二个物体的速度用向量u = ue表示,其中v是第一个物体的速率, u是第二个物体的速率,而d 和 e分别是两辆车运动方向上的单位向量,则第一个物体的速度从第二个物体来看,为 :v' = v - u 类似的: :u' = u - v 当两个物体在同一个方向运动,这个方程简化为 :v' = ( v - u ) d 或者,如果忽略方向,可以只用速率表达这个差 :v = v - u

加速度

加速度, 或是说速度的变化量, 是速度对于时间的 导数 或表示成 : \mathbf = . 加速度矢量可以改变大小、改变方向、或同时改变两者。 如果 v 的大小减小, 有时意味着 减速变慢; 但通常速度上的任何改变, 包括减速,只是简单的称之为加速度。

参照系

下面的结果是关于同一个事件在两个参照系
S和S'的表述,其中S'以u为相对速度相对于S运动.
- v' = v - u (从S'来看,质点的速度比从
S来看慢u)
- a' = a (质点的加速度和参照系无关)
- F' = F (因为 F =
ma) (质点上的力和参照系无关; 见牛顿运动定律)
- 光速不是常数。
- 麦克斯韦方程组的形式不是独立于参照系的。

力;牛顿第二定律

牛顿第二定律把质点的质量和速度同一个称为的向量联系起来。如果
m是质点的质量而F所有作用在其上的力的向量和(就是,作用力),牛顿第二定律说 : \mathbf = . 量mv称为動量. 一般的, 質量 m 是时间的常数,牛顿定律可以简化为 : \mathbf = m \mathbf 这里a 是加速, 跟上面定义的一样。但m并不总是独立于t的。例如, 火箭的質量在推进剂喷出的时候减少。在这种情况下,上面的方程式不正确,必须使用牛顿第二定律的完整形式。 牛顿第二定律不足以独立表述粒子的运动。它需要知道F的值,这要通过考虑质点与之作用的特定物理实体来获得。例如,一个典型的摩擦力可以用质点的速度的函数来表示, 例如: : \mathbf_ = - \lambda \mathbf 其中λ 是一个正常数. 一旦每个作用在质点上的力的独立关系都给定了,它们可以代入到牛顿第二定律中来得到一个微分方程,称为运动方程。继续上面的例子,假設摩擦力是唯一作用在质点上的力.则运动方程为 : - \lambda \mathbf = m \mathbf = m . 这个可以积分,得到 : \mathbf = \mathbf_0 e^ 其中v0是初速度。这表示這粒子的速度随着时间指数式递减到0。这个表达式可以进一步积分来得到位置r作为的时间的函数 重要的力包括重力电磁学中的洛伦兹力。另外,牛顿第三定律有时可以用来简化作用在质点上的力:如果已知粒子 A 作用力 F 在另一粒子 B上,则B 作用一个相等的但相反的反作用力, -F, 到A上.

能量

若果力 F作用到粒子上产生位移 δr, 该力
做的功是一个标量 : \delta W = \mathbf \cdot \delta \mathbf . 若粒子的質量不變, 而δWtotal 是质点上所有的功,通过把每个力所作的功加起来得到,从牛顿第二定律有: : \delta W_ = \delta T \,, 这里T称为動能. 对于一个质点,它定义为 : T = . 对于很多粒子组成的复合物体, 合成体的動能是粒子的動能總和. 对于称为保守力的一类特殊的力,可以表达为一个标量函数的梯度,该函数称为势能记为V: : \mathbf = - \nabla V. 如果所有总用在粒子上的力是保守的,而V是通过把所有势能加起来得到的总势能, 这个结果称为能量守恒定律,表明总能量, E = T + V, 是时间的常数。这常常很有用,因为很多常见的力是保守的。

進一步的結果

牛頓的定律为复合物体提供了很多重要的结果。见角動量(angular momentum). 经典力学有两个重要的表述: 拉格朗日力学哈密尔顿力学. 它们都和牛顿力学等价,但是在解决问题是经常更有用。这些和其他的现代表述通常都绕过"力"的概念,而使用其他物理量,例如能量,来描述力学系统。

例子

考虑两个参照系,其中一个以
u的相对速度相对于另一个运动。 例如,一辆车以 10 km/h 的相度速率超过另一辆车, u 就是 10 km/h. 两个参照系S and S' , 其中S' u的相对速度相对于S运动; 一个事件在S中的时空坐标为(x,y,z,t) 而在S' 中为(x' ,y' ,z' ,t' )。 在伽利略-牛顿相对性中的一个事件的时空坐标的变换由一套定义了称为伽利略变换群变换的公式来决定。 : 设時間在所有参照系中绝对,在相差一个x方向上的相对速度u的两个坐标系(令x = utx = 0)中的时空坐标关系为: :x = x - ut :y = y :z = z :t = t

歷史

希腊人, 特别是亞里士多得,是第一个提出有抽象的原则支配着自然的。 伽利略是最早给出抽象定律的科學家之一,他可能真的做了从比萨斜塔扔下两个铅球的著名的實驗。(理论和实践表明他们同时落地)。虽然上面这个实验的真实性受到怀疑,但他确实做了斜面上滚球的定量实验;他关于加速运动的正确理论显然是由这些结果导出的。 艾萨克·牛顿爵士是第一个给出三大定律(惯性定律,上面提到过的关于加速度的第二定律,和作用与反作用的定律)的人,并证明这些定律同时支配着日常生活中的物体和天体。 牛頓也发展了微积分,那对经典力学的数学计算是必须的。 牛頓之后,这个领域变得更数学且更抽象。

參看

Category:经典力学 ja:古典力学 ko:고전 역학

统计力学

统计力学(又叫统计物理学)是研究大量粒子(原子分子)集合的宏观运动规律的科学。统计力学运用的是经典力学原理。由于粒子的量大,存在大量的自由度,虽然和经典力学应用同样的力学规律,但导致性质上完全不同的规律性。不服从纯粹力学的描述,而服从统计规律性,用量子力学方法进行计算,得出和用经典力学方法计算相似的结果。从这个角度来看,统计力学的正确名称应为统计物理学。 一个粒子运动存在3个自由度,即上下、左右、前后,按照牛顿力学方法,确定它的运动方向,就可以计算它的运动速度、轨迹等,但每个粒子有3个自由度,如果是大量的粒子,加在一起会有无法计算的自由度量,无法计算出它们全体总的运动效果,只能用统计方法计算,即概率论的方法计算。玻耳兹曼用统计方法和牛顿力学原理计算大量粒子运动情况,得出: :S = k (\ln \Omega) 20世纪初,量子力学出现,物理学家重新用量子力学计算方法研究热力学问题,得出和玻耳兹曼公式相似的结果,量子力学是研究微观世界的最有效的工具,电动力学非平衡物理动力学是属于量子力学范畴内的,不是应用经典力学的公式,不能算做统计物理学的内容。 Category:统计物理学 ja:統計力学 ko:통계역학

热力学第二定律

1824年法国工程师萨迪·卡诺(Sadi Carnot)提出了卡诺定理,德国人克劳修斯(Rudolph Clausius)和法国人开尔文(Lord Kelvin)在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理,意识到卡诺定理必须依据一个新的定理,即热力学第二定律。他们分别于1850年1851年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。这两种表述是等价的。

克劳修斯表述

不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

开尔文表述

不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响。 开尔文表述还可以表述成:第二类永动机不可能造成。

参阅


- 热力学第一定律
- 卡诺定理
- Category:热力学 Category:物理定律 ko:열역학 제2법칙

国际标准基准单位

国际单位制基本单位是一系列由物理学家订定的基本标准单位国际单位制共有七个基本单位。 中华人民共和国(包括香港特別行政區澳門特別行政區)用的单位名称依据《中华人民共和国法定计量单位》。大括号“”内的字可在不致混淆的情况下省略。 臺灣用的單位名稱依據中華民國經濟部公告的《法定度量衡單位及其使用之倍數、分數之名稱、定義及代號》。 注:“量的常用符号”是在运算方程式、公式、等式所用,符号可因人或因情况而异。如长度可用 l, l, λ, 等。但单位符号却不能乱用。

参见


- 國際單位制
- 國際單位制詞頭
- 國際單位制導出單位

外部連接


- [http://zz-www.sd.cninfo.net/song/law/mainlaw/min/lawn/n30.htm 《中华人民共和国法定计量单位》](简体)
- [http://www.tdctrade.com/airlaws/national/8402270030903.htm 《中华人民共和国法定计量单位》](繁體)
- [http://www.bsmi.gov.tw/page/pagetype8_sub.jsp?no=121&pageno=170&type_no=6&groupid=5 《法定度量衡單位及其使用之倍數、分數之名稱、定義及代號》](繁體) Category:国际单位制 category:標準 simple:SI base unit

物理学

物理学,简称“物理”。“物理”一词的英文physics出自希腊文φυσικός,原意是指自然。古时欧洲人称呼物理学作自然哲学。从最广泛的意义上来说即是研究大自然现象及规律的学问。物理学家们研究存在于不同空间时间内的物质的状态,研究物质的结构和运动的一般规律。在现代,物理学已经成为自然科学中最基础的学科之一。物理学理论通常以数学的形式表达出来。经过大量严格的实验验证的物理学规律被称为物理学定律。然而如同其他很多自然科学理论一样,这些定律不能被证明,其正确性只能通过反复的实验来检验。 物理学与其他许多自然科学息息相关,如化学生物天文地质等。特别是化学。化学与某些物理学领域的关系深远,如量子力学热力学电磁学。 以下是物理学的主要附属领域以及主要学说:

物理学简史

基础理论

尽管物理学的研究范围十分广泛,相应的理论也很众多,但有一些理论被证明是最基本的,其正确性是被普遍接受的。这些理论被看作是物理学的中心学说和基础理论。他们也是成为一个物理学家所必备的知识。

主要领域

物理学的研究领域主要依据研究对象的尺度划分。

相关领域


- 应用学科:声学 - 电子学 - 材料物理学 - 高分子物理学
- 交叉学科:计算物理学 -数学物理 - 物理化学 - 生物物理学

相关参考条目


- 基本物理量和国际单位:国际标准基准单位 - 国际标准导出单位
- 物理学常量和定律:物理学常量 - 物理学定律列表
- 物理学史:物理学家列表 - 诺贝尔物理学奖

外部链接


- [http://interactions.org/quantumdiaries/index.html 量子日记]——聚合全世界9个国家8种语言的物理学家的研究动态 Category:物理学 Category:自然科学 als:Physik ja:物理学 ko:물리학 ms:Fizik simple:Physics th:ฟิสิกส์ zh-min-nan:Bu̍t-lí-ha̍k

天文学

天文学是自然科学的基础学科。它是以观察及解释天体的物质状况及事件为主的学科。主要研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化。在古代,天文学还与历法的制定有不可分割的关系。天文学与其他自然科学不同之处在于,天文学的实验方法是观测,通过观测来收集天体的各种信息。因而对观测方法和观测手段的研究,是天文学家努力研究的一个方向。物理学数学对天文学的影响非常大,他们是现代进行天文学研究不可或缺的理论辅助。 数学环绕月球时拍摄的,大陨石坑是位于接近月球背面的中心的代达罗斯陨石坑,它的直径有93千米(58英里)。]]

天文学的发展历史

参看天文学史天文学年表 天文学的历史已经有几千年了。古代的天文学家通过观测太阳月球和其他一些天体及天象,确定了时间方向历法。这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体,记录天象算起,天文学的历史至少已经有5、6千年了。天文学在人类早期的文明史中,占有非常重要的地位。埃及金字塔欧洲巨石阵都是很著名的史前天文遗址。 天文学的研究范畴和天文的概念从古至今不断发展。在古代,人们只能用肉眼观测天体。2世纪时,古希腊天文学家托勒密提出的地心说统治了西方对宇宙的认识长达1000多年。直到16世纪波兰天文学家哥白尼才提出了新的宇宙体系的理论——日心说。到了1610年意大利天文学家伽利略獨立製造折射望远镜,首次以望遠鏡看到了太阳黑子、月球表面和一些行星的表面和盈虧。在同时代,牛顿创立牛顿力学使天文学出现了一个新的分支学科天体力学。天体力学诞生使天文学从单纯描述天体的几何关系和运动状况进入到研究天体之间的相互作用和造成天体运动的原因的新阶段,在天文学的发展历史上,是一次巨大的飞跃。 19世纪中叶天体摄影分光技术的发明,使天文学家可以进一步深入地研究天体的物理性质、化学组成、运动状态和演化规律,从而更加深入到问题本质,从而也产生了一门新的分支学科天体物理学。这又是天文学的一次重大飞跃。 1950年代射电望远镜开始应用。到了1960年代,取得了称为“天文学四大发现”的成就:微波背景辐射脉冲星类星体星际有机分子。而与此同时,人类也突破了地球束缚,可到天空中观测天体。除可见光外,天体的紫外线红外线无线电波X射线γ射线等都能观测到了。这些使得空间天文学得到巨大发展,也对现代天文学成就产生很大影响。 空间天文学的例子:蚂蚁星云实际上是一个已经垂死的恒星,他正在喷出大量气体,图案非常对称。(由哈勃望远镜拍摄)]]

研究对象和领域

天文学的研究对象是各种天体地球也是一个天体,因此作为一个整体的地球也是天文学的研究对象之一。最初,古人观察太阳、月球和天空中的星星来确定时间方向历法,并记录天象。 随着天文学的发展,人类的探测范围到达了距地球约100亿光年的距离,根据尺度和规模,天文学的研究对象可以分为: ;行星层次 : 包括行星系中的行星、围绕行星旋转的卫星和大量的小天体,如小行星彗星流星体以及行星际物质等。太阳系是目前能够直接观测的唯一的行星系。但是宇宙中存在着无数像太阳系这样的行星系统。 ;恒星层次 : 现在人们已经观测到了亿万个恒星太阳只是无数恒星中很普通的一颗。 ;星系层次 : 人类所处的太阳系只是处于由无数恒星组成的银河系中的一隅。而银河系也只是一个普通的星系,除了银河系以外,还存在着许多的河外星系。星系又进一步组成了更大的天体系统,星系群星系团超星系团。 ;整个宇宙 : 一些天文学家提出了比超星系团还高一级的总星系。按照现在的理解,总星系就是目前人类所能观测到的宇宙的范围,半径超过了100亿光年。 在天文学研究中最热门、也是最难令人信服的课题之一就是关于宇宙起源与未来的研究。对于宇宙起源问题的理论层出不穷,其中最具代表性,影响最大,也是最多人支持的的就是1948年美国科学家伽莫夫等人提出的大爆炸理论。根据现在不断完善的这个理论,宇宙是在约137亿年前的一次猛烈的爆发中诞生的。然后宇宙不断地膨胀,温度不断地降低,产生各种基本粒子。随着宇宙温度进一步下降,物质由于引力作用开始塌缩,逐级成团。在宇宙年龄约10年时星系开始形成,并逐渐演化为今天的样子。 现代天文学研究的领域非常广泛,有许多非常热门的研究课题。例如:
- 中微子振荡问题
- 日震星震
- 超新星
- 脉冲星中子星奇异星
- X射线双星
- 类星体活动星系核
- 黑洞吸积盘
- γ射线暴
- 星系团
- 宇宙微波背景辐射
- 引力透镜
- 引力波的探测
- 暗物质暗能量

天文学分支

天文学的分支主要可以分为理论天文学观察天文学两种。天文学观察家常年观察天空,并将所得到的信息整理后,理论天文学家才可能发展出新理论,解释自然现象并对此进行预测。 天文学中习惯于按照研究方法和观测手段来分类: 按照研究方法,天文学可分为:
- 天体测量学
- 天体力学
- 天体物理学:主要研究物理学在天文学中的应用以及利用物理学来解释天文学观测的结果。 按照观测手段,天文学可分为:
- 光学天文学
- 射电天文学
- 红外天文学
- X射线天文学
- 伽马射线天文学
- 空间天文学 其他更细分的学科还有:天文学史-业余天文学-宇宙学-星系天文学-超星系天文学-远红外天文学-伽马射线天文学-高能天体天文学-无线电天文学-太阳系天文学-紫外天文学-X射线天文学-天体地质学-等离子天体物理学-相对论天体物理学-中微子天体物理学-大地天文学-行星物理学-宇宙磁流体力学-宇宙化学-宇宙气体动力学-月面学-月质学-运动学宇宙学-照相天体测量学-中微子天文学-方位天文学-航海天文学-航空天文学-河外天文学-恒星天文学-恒星物理学-后牛顿天体力学-基本天体测量学-考古天文学-空间天体测量学-历书天文学-球面天文学-射电天体测量学-射电天体物理学-实测天体物理学-实用天文学-太阳物理学-太阳系化学-星系动力学-星系天文学-天体生物学-天体演化学-天文地球动力学-天文动力学

天文学的研究方法与手段

天文学研究的对象有极大的尺度,极长的时间,极端的物理特性,因而地面试验室很难模拟。因此天文学的研究方法主要依靠观测。由于地球大气对紫外辐射、X射线和γ射线不透明,因此许多太空探测方法和手段相继出现,例如气球火箭人造卫星航天器等。 天文学的理论常常由于观测信息的不足,天文学家经常会提出许多假说来解释一些天文现象。然后再根据新的观测结果,对原来的理论进行修改或者用新的理论来代替。这也是天文学不同于其他许多自然科学的地方。

天文学与占星术

天文学应当和占星术分开。后者是一种试图通过天体运行状态来预测一个人命运的伪科学。尽管两者的起源相似,在古代常常混杂在一起。但当代的天文学与占星术却有着明显的不同:现代天文学是使用科学方法,以天体为研究对象的学科;而占星术则通过比附,联想等方法把天体位置和人事对应;概而言之,占星学着眼于预测人的命运。

参见


- 空间科学
- 天文学大事年表
- 中国人造卫星一览表
- 时间
- 宇宙速度
- 天文学著作
- 天文学家
- 地外文明
- 航空航天
- 望远镜
- 天文仪器
- 天文学术语
- 天文台
- 深空天体
- 业余天文学

相关链接


- [http://www.cosmoscape.com/ 星空天文网]
- [http://www.bao.ac.cn/ 中国天文]
- [http://www.astronomy.com.cn/ 牧夫天文论坛]
- [http://www.lamost.org/Amateur/ 中国天文网络与软件]
- [http://www.iau.org/ 国际天文学联合会(IAU)]
- [http://www.ency-astro.com/ 天文及天体物理学百科全书]
- [http://skylook.lamost.org/ 星友空间站]
- [http://www.nasa.gov/ 美国国家航空航天局]
- [http://skyandtelescope.com/ 《天空和望远镜》杂志]
- [http://www.astrofarm.net/modules/newbb/ 香港天文農莊]
-
category:自然科学 ja:天文学 ko:천문학 ms:Astronomi simple:Astronomy th:ดาราศาสตร์

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