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牛顿力学

牛顿力学

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，力等矢量间的关系，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（如行星和星系）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（如经典电磁学和热力学）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（熵无定义）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, 有时意味着减速或变慢; 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力的向量联系起来。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，净作用力),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和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δW_total 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: 拉格朗日力学和哈密尔顿力学. 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' 以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的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 = ut 当x = 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

力学

力学是物理学的一个分支，主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。

发展历史

人们在日常生活和劳动中使用杠杆、打水器具，逐渐认识了物体受力及平衡的情况。古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了静力学即平衡理论的基础。伽利略的自由落体运动规律，及牛顿的物体运动三定律奠定了动力学的基础。力学从此开始成为一门科学。此后弹性力学和流体力学基本方程的建立，使得力学逐渐脱离物理学而成为独立学科。到20世纪初,在流体力学和固体力学中,实际应用同数学理论的互相结合，使力学蓬勃发展起来，创立了许多新的理论，同时也解决了工程技术中大量的关键性问题。

分支学科

- 经典力学（基础力学）
- 静力学
- 运动学
- 动力学
- 分析力学
- 连续介质力学
- 固体力学
- 弹性力学
- 塑性力学
- 流体力学
- 流体静力学
- 流体动力学
- 应用力学
- 结构力学
- 材料力学
- 工程力学
- 生物力学
- 地质力学
- 土力学
- 工业空气动力学

不属于力学的“力学”

热力学-统计力学-相对论力学-电动力学-量子力学

参看

- 振动
- 波
- 混沌
- 冲力说

參考來源

- [http://zh.wikibooks.org/wiki/%E5%9F%BA%E7%A1%80%E5%8A%9B%E5%AD%A6 維基教科書：基礎力學] category:自然科学 category:技术科学 ja:力学 ko:역학

牛顿运动定律

- 牛顿第一定律
- 牛顿第二定律
- 牛顿第三定律参看：
- 伊萨克·牛顿
- 物理学定律列表 Category:物理定律 Category:经典力学 ja:ニュートン力学 ko:뉴턴의 운동법칙

力學

力学是物理学的一个分支，主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。

发展历史

分支学科

不属于力学的“力学”

热力学-统计力学-相对论力学-电动力学-量子力学

参看

- 振动
- 波
- 混沌
- 冲力说

參考來源

- [http://zh.wikibooks.org/wiki/%E5%9F%BA%E7%A1%80%E5%8A%9B%E5%AD%A6 維基教科書：基礎力學] category:自然科学 category:技术科学 ja:力学 ko:역학

物理

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与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、天文和地质等。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、热力学和电磁学。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。

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

运动学

运动学是力学的一部分。通过位移、速度、加速度等物理量，描述和研究物体位置随时间变化的关系。不涉及力和质量等因素。 Category:经典力学

牛顿

#艾萨克·牛顿是一位英国的著名科学家。 #牛顿也是一种衡量受力大小的国际单位。

空间

ja:空間 ko:공간 simple:Space

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·爱因斯坦的相对论。在相对论中，时间与空间一起组成四维时空，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和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）熵只能增大，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是秒。它现在以铯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，从确定日的长短，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。天体发出的光到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。时间旅行在科幻小说中是一个热题 Category:物理量 Category:时间 ja:時間 ko:시간 simple:Time

位移

位移表示物体运动的物理量。它的大小等于始点到终点的距离，方向由起点指向终点。位移是矢量。 category:物理量 Category:经典力学 ms:Sesaran

加速度

在物理学中，加速度（通常写做a），定义为速度隨時間的变化率，是矢量。用公式表示为： :

\mathbf =

其中a是加速度矢量，, v是速度矢量，t是时间。在国际单位制中，加速度的单位是m/s²（米/秒²）

参见

牛顿第二定律 Category:物理量 Category:经典力学 ja:加速度 ko:가속도 simple:Acceleration th:ความเร่ง

矢量

矢量又称向量，最廣義指線性空間中的元素。它的名称起源於物理學既有大小又有方向的物理量，通常繪畫成箭號，因以為名。例如位移、速度、加速度、力、力矩、動量、衝量等，都是矢量。 Category:数学物理 ja:ベクトル (数学) ko:벡터

哈密顿

威廉·盧雲·哈密顿爵士(William Rowan Hamilton，1805年 8月4日-1865年 9月2日)，愛爾蘭數學家、物理學家及天文學家。哈密顿最大的成就在於發現了四元數，並將之廣泛應用於物理學各方面。哈密顿对光学、动力学和代数的发展提供了重要的贡献。他的成果后来成为量子力学中的主干。他的妻子是一個神父的女兒Helen Maria Bayley。

語言和文學

哈密頓还精通十二種語言。除了歐洲語言之外，他還懂得波斯語、馬來語、阿拉伯語、梵文和中文等。主因是他在十三歲前都受其叔父語言學家詹姆斯·哈密顿照顧。哈密頓很喜歡文學，在大學期間，他不但修讀數學，還有修讀古典文學。 Category:爱尔兰数学家 H H ja:ウィリアム・ローワン・ハミルトン

广义相对论

广义相对论(General Relativity)是爱因斯坦于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与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的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或曲面几何，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：狭义相对论的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

量子引力

量子引力是量子化的广义相对论的假设性理论。目前的物理学未解决的问题之一。尝试的理论有：超弦、圈量子引力、扭量理论、新变量方法。 Category:量子场论

速度

速度是描述物体运动快慢的物理量，定義為位移隨時間的變化率。定义式为: v(速度)=d(位移)/t(时间) :

\mathbf = \frac \,

速度在国际单位制的最基本单位是米每秒，国际符号是m/s，中文符号是米/秒。因为国际单位制定义1米是光在真空中1/299,792,458秒移动的距离，所以光在真空中的速度是299,792,458米/秒。速度和速率的不同处是，速度是矢量，有方向性，所以可有负值，但速率没有方向性，所以没有负值。 Category:物理量 Category:经典力学 ko:속도 ja:速度 simple:Velocity

量子力學

量子力学理论和相对论理论是现代物理学的两大基本支柱，经典力学奠定了现代物理学的基础，但对于高速运动的物体和微观条件下的物体，牛顿定律不再适用，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。量子力学认为在亚原子条件下，粒子的运动速度和位置不可能同时得到精确的测量，微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的，量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节，只能给出相对機率，为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论，并直至去世时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。量子力学是一个物理学的理论框架，是对经典物理学在微观领域的一次革命。它有很多基本特征，如不确定性、量子涨落、波粒二象性等，在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。量子力学和--的結合產生了一門新的學科——--。

量子力学理论体系

量子力学基本假设

波函数假设

在量子力学中，体系的状态用坐标和时间的函数 ψ 来描述。这个函数叫做状态函数或者叫波函数，它包涵和关于体系的可确定的全部知识。

量子力学算子假设

对于每一个物理量都有一个对应的量子力学算子。对应于物理量 F 的量子力学算子可以这样得到：写出物理量 F 作为笛卡儿坐标和对应动量的函数的经典表达式，然后做如下代换: :

q = q

(q为笛卡儿坐标，包括 xyz。) :

P_q = \frac \frac

本征函数集完备性假设

代表任意物理量的线性厄米算子的本征函数集构成一个完备集。

测量平均值假设

一个态为的体系的物理量 A 的测量平均值是

\langle A\rangle = \int = \langle\psi|\hat|\psi\rangle

, 其中 $\hat$ 是物理量 A 对应的量子力学算子。

电子自旋假设

电子具有自旋角动量，他的三个分量对应於量子力学的三个线性厄米算符

\hat_x

、

\hat_y

和

\hat_z

,他们遵循角动量的对易关系： :

[\hat_x, \hat_y] = i\hbar \hat_z

[\hat_y, \hat_z] = i\hbar \hat_x

[\hat_z, \hat_x] = i\hbar \hat_y

复杂体系态函数和能量本征值的近似算法

重要主题

- 波粒二象性和不确定关系
- 波函数和薛定谔方程
- 量子態和態向量
- 算符和本徵態、本徵值
- 量子力学中的微扰
- 量子散射
- 全同粒子
- 角动量理论
- 密度矩阵和量子统计
- 量子測量
- 量子纏結
- 量子脫散
- 二次量子化
- 量子多体问题
- 相对论性量子力学
- 量子场论
- 路径积分
- 决定论
- 因果律
- 自由意志

外部链接

- [http://www.blog.edu.cn/more.asp?name=muer&id=29900 大话量子力学史]
- [http://www.quantumchemistry.net/index.asp 量子化学网] Category:量子力学 ja:量子力学 ko:양자역학

量子场论

量子场论是量子力学和经典场论相结合的物理理论，已被广泛的应用于粒子物理学和凝聚态物理学中。量子场论为描述多粒子系统，尤其是包含粒子产生和湮灭过程的系统，提供了有效的描述框架。非相对论性的量子场论主要被应用于凝聚态物理学，比如描述超导性的BCS理论。而相对论性的量子场论则是粒子物理学不可或缺的组成部分。自然界目前人类所知的有四种基本相互作用：强作用，电磁相互作用，弱作用，引力。除去引力，另三种相互作用都找到了合适满足特定对称性的量子场论来描述。强作用有量子色动力学（QCD，Quantum Chromodynamics)；电磁相互作用有量子电动力学（QED,Quantum Electrodynamics)，理论框架建立于1920到1950年间，主要的贡献者为保罗·狄拉克，弗拉迪米尔·福克，沃尔夫冈·泡利，朝永振一郎，施温格，理查德·费曼和迪森等；弱作用有费米点作用理论。后来弱作用和电磁相互作用实现了形式上的统一，通过希格斯机制（Higgs Mechanism）产生质量，建立了弱电统一的量子规范理论，即GWS（Glashow, Weinberg, Salam）模型。量子场论成为现代理论物理学的主流方法和工具。

为什么我们需要量子场论

量子场论发轫于对量子跃迁所发出的光谱强度的计算。 1925年马克思·玻恩和帕斯卡·约当首先考虑了这个问题。1926年, 马克思·玻恩，沃纳·海森堡和帕斯卡·约当通过使用正则量子化的方法，获得了忽略极化和源项的自由电磁场的量子理论。1927年，保罗·狄拉克给出了这个问题的第一个自恰的解决方案。对当时人们唯一知道的经典场－电磁场－的量子化不可避免地导致了量子场论的出现，因为理论必须处理粒子数改变的情况，例如体系从只包含一个原子的初态变为包含一个原子和一个光子的终态。显然，对电磁场的量子化需要符合狭义相对论的要求。1928年约当和泡利证明，场算符的对易关系是洛仑兹不变的。1933年，尼尔斯·玻尔和Leon Rosenfeld将这些对易关系与测量类空间隔下的场的限制联系起来。狄拉克方程和空穴理论的发展促使人们将相对论中的因果性关系应用到量子场论中，并在Vladimir Fock工作的基础上由Wendell Furry和罗伯特·奥本海默完成了这一工作。将量子力学和狭义相对论结合起来是促使量子场论发展的第二个动机。这条线索对于粒子物理及标准模型的发展很是关键。 1927年约当将对场的正则量子化方法推广到量子力学中的波函数，并称之为二次量子化。1928年约当和Eugene Wigner发现Pauli不相容原理要求对电子场的量子化需要采用反对易的产生和湮灭算符。一致而且方便地处理多粒子系统的统计，是促使量子场论发展的第三个动机。这条线索进一步发展为量子多体理论，并对凝聚态物理和核物理产生了重要的影响。

量子化一个经典场

正则量子化

玻色子场

费米子场

路径积分量子化

玻色子场

费米子场

重整化

规范理论

反常

超对称

凝聚态物理学中的量子场论

量子场论的历史

参见

Category:粒子物理学 Category:凝聚态物理学 Category:量子场论 ja:場の量子論 ko:양자 마당 이론

棒球

歷史

一般認為棒球是源自於板球運動，目前被發現最早的正式規則是亞歷山大·卡特來特(Alexander Cartwright)在1845年所出版的版本，這份文件所記載的規則，已經符合大部份現代人對棒球的印象。

規則簡介

亞歷山大·卡特來特棒球是一種體育運動，運動員分為攻、守兩方，利用球棒和手套進行比賽，在一個扇形的棒球場裡進行。場中有四個壘包，比賽中，每方輪流作為進攻方或防守方。進攻方每次由一名打擊手上場打擊，打擊手的任務是將球擊出之後，從本壘起跑，經過一壘、二壘和三壘，最终回到本壘，來贏取分數。如果三次好球没有打中，或者擊出的球被防守方在空中接到，或者在守壘者拿到球之後才跑至該壘，打擊手便被判出局。進攻方有三人出局之後，雙方交換進攻和防守。防守方的目的是阻止對方赢取分數，防守時由九名球員上場，投手負責投球，捕手負責接球、防守本壘和指揮全場，一壘手防守一壘，二壘手防守二壘，三壘手防守三壘，游擊手則於二、三壘間機動防守；這些守備人員稱為內野手；而外野手則分為左外野手、中外野手和右外野手。註：守備位置除投手和捕手外，並無明確規定守備位置。但經過長時間演化，所有球隊均採類似的守備位置來分配其他七名守備球員。因此守備位置的定義即採一般認知的方式，但遇到特殊情況時，仍會有變形的守備位置出現，每次攻守守備方站的位置也會略有不同。正式棒球比賽每場一共有九局，每一局分上、下兩個半局。最终按雙方獲得分數的多寡來裁定勝負。但成人棒球以下的比賽，有時並不打完九局。依大會規定為準。

裁判

在比賽中會指定一至數名裁判執法，以確認其比賽公平性。若僅有一名，該裁判有完全的主控權；若是有數名裁判，則要指定一位為主審（即站在補手後方）。通常對於裁判的判決不得有異議，若打擊者對於揮棒的判決有異議，主審可請示壘審來協助判決。

數據

打者

- 打擊率(Batting Average)，安打數/打數，打擊率代表一位打者能擊出安打的機率，是棒球最原始簡單的數據之一
- 上壘率(On-Base Percentage)，(安打+四壞保送+觸身球)/(打數+四壞保送+觸身球+高飛犧牲打)，上壘率代表一個球員能夠上壘而不是出局的能力，是現代棒球最重要的數據之一。
- 長打率(Slugging Percentage)，壘打數/打數，意義是打者每個打席所能推進的壘包數，數字越高越好。
- OPS(On-Base percentage Plus Slugging percentage)，把上壘率跟長打率加在一起，成為一個評估球員攻擊能力，簡單而準確的數據，一般對先發球員的要求OPS要有0.8以上。

投手

- 防禦率(ERA)，(自責分/局數)
- 9，每九局讓對手拿到的投手自責分，越低越好
- 三振率(K/9)，每九局三振多少打者，代表投手的三振能力，越高越好
- 保送率(BB/9)，每九局保送多少打者，代表投手控球的能力，越低越好
- 飛球出局:滾地球出局，當打者因飛球出局數愈多，此投手稱為fly ball pitcher. 反之，稱為ground ball pitcher

防守

- RF(Range Factor)
- ZR(Zone Rating)

現況

1992年，棒球成為奧運會正式比賽項目。到西元2004年為止，國際棒總(International Baseball Federation)目前共有112個會員國。現有美國、日本、南韓、墨西哥、荷蘭、多明尼加、委內瑞拉、波多黎各、台灣等地擁有自己的職業棒球聯盟。台灣擁有職業棒球，2005年是中華職棒第十六個年頭。目前台灣的職業棒球隊共有六支球隊。美國職棒大聯盟(Major League Baseball)是目前世界上最高水準的棒球賽事。 2005年 7月8日，國際奧會正式宣布棒球將不會列入2012年倫敦奧運會的比賽項目中，理由是參與的國家太少。而2016年後棒球能否再被列入奧運會則為未定之天。為因應奧委會的動作，美國職棒大聯盟發起舉辦世界棒球經典賽，目前仍在籌備中，預計2006年3月開賽。為了推廣棒球國際化，第一屆亞洲職棒大賽在2005年11月開打了，有日本、韓國、台灣、中國四隊與賽。最後由日本代表千葉羅德海洋拿下第一屆冠軍。這是亞洲棒球錦標賽之外，另一項亞洲重大的國際賽事。

星系

河外星系，简称为星系，是位于银河系之外、由几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成的天体系统。目前已发现大约10亿个河外星系。银河系也只是一个普通的星系。

分类

目前的星系分类法是哈勃在1926年提出的，分为：
- 椭圆星系：呈正圆或椭圆形，中心亮，边缘暗
- 漩涡星系：呈漩涡结构，有旋臂
- 不规则星系：

特征

星系大小差异很大。椭圆星系直径在3300光年到49万光年之间；漩涡星系直径在1.6万光年到16万光年之间；不规则星系直径大约在6500光年到2.9万光年之间。星系的质量一般在太阳质量的100万到10000亿倍之间。星系内部的恒星在运动，而星系本身也在自转，整个星系也在空间运动。星系具有红移现象，说明这些星系在空间视线方向上正在离我们越来越远。这也是大爆炸理论的一个有力证据。星系在大尺度的分布上是接近均匀的；但是小尺度上来看则很不均匀。例如大麦哲伦星系和小麦哲伦星系组成双重星系，它们又和银河系组成三重星系。 category:天体 Category:恒星系 ja:銀河 ko:은하 ms:Galaksi simple:Galaxy th:กาแล็กซี

电磁学

电磁学是物理学的一个分支。電學與磁學領域有著緊密關係，廣義的電磁學可以說是包含電學和磁學，但狹義來說是一門探討電性與磁性交互關係的學科。主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指電磁學與力學結合的部分。這個部分處理電磁場對帶電粒子的力學影響。

电磁场理论

电磁学的基本理论由19世纪的许多物理学家发展起来，麦克斯韦方程组通过一组方程统一了所有的这些工作，并且揭示出了光作为电磁波的本质. ...

电磁学与相对论

原子的磁场的产生是有原子的电子围绕质子和中子运动，产生相对电流，从而产生磁场。形成原子自生的磁场和极性。

对电磁学的扩展

电磁学应与光学结合起来

电磁学的发展

靜磁現象和靜電現象很早就受到人類注意。公元前6、7世紀發現了磁石吸鐵、磁石指南以及摩擦生電等現象。系統地對這些現象進行研究則始於16世紀。1600年英國醫生吉爾伯特(William Gilbert，1544～1603)發表了<論磁、磁飽和地球作為一個巨大的磁體>(Demagnete，magneticisque corporibus et de magnomagnete tellure)。他總結了前人對磁的研宛，周密地討論了地磁的性質，記載了大量實驗，使磁學從經驗轉變為科學。書中他也記載了電學方面的研究。

国际单位制电磁学单位

參考書目

# Field and Wave Electromagnetics, David K. Cheng, Addison Wesley, ISBN 0-201-52820-7
- ja:電磁気学 ko:전자기학

热力学

热力学是从18世纪末期发展起来的理论，主要是研究功與熱之間的能量轉換。在此功定義為力與位移的內積。而熱定義為在熱力系統邊界由於溫度差所造成的能量傳遞。兩者都不是存在於熱力系統內的性質，而是在熱力過程中所產生的。熱力學定律
- 第零定律:熱力學平衡
- 第一定律:能量不滅
- 第二定律:熵(失序)
- 第三定律:絕對零度在熱力學的發展上，其中第一與第二定律... 熱力學系統:進行熱力學分析的對象熱力學系統可分成三種, 孤立系統(isolated system) 封閉系統(closed system) 開放系統(open system) 孤立系統:系統和外界(系統以外)沒有能量與質量的交換. 封閉系統:系統和外界有能量交換,但沒有質量交換. 開放系統:系統和外界有能量和質量的交換.

子学科

传热学计算传热学

光速

真空中的光速是一个物理常数（符號是c），等于299,792,458米/秒。根据爱因斯坦的相对论，没有任何物体或信息运动的速度可以超过光速。光速的测量方法：最早光速的准确数值是通过观测木星对其卫星的掩食测量的。还有转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法 1983年，光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准，并且约定光速严格等于299,792,458米/秒，此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。后来，随着实验精度的不断提高，光速的数值有所改变，米被定义为1/299,792,458秒内光通过的路程。根據現代物理學，所有電磁波，包括可見光，在真空中的速度是常數，即是光速。强相互作用、电磁作用、弱相互作用傳播的速度都是光速，根据廣義相對論，万有引力傳播的速度也是光速，且已于2003年得以证实。根據電磁學的定律，發放電磁波的物件的速度不會影響電磁波的速度。結合相對性原則，觀察者的參考坐標和發放光波的物件的速度不會影響被測量的光速，但会影响波长而产生红移、蓝移。這是狹義相對論的基礎。相對論探討的是光速而不是光，就算光被稍微減慢，也不會影響狹義相對論。

光速的物理

接近光速情况下，迪卡儿座标系不再适用。同樣測量光線離開自己的速度，一個快速追光的人與一個靜止的人會測得相同的速度（光速）。這與日常生活中對速度的概念有異。兩車以50km/h的速度迎面飛馳，司機會感覺對方的車以50 + 50 = 100km/h行駛，即與自己靜止而對方以100km/h迎面駛來的情況無異。但當速度接近光速時，實驗證明簡單加法計算速度再不湊效。當兩飛船以90%光速的速度（對第三者來說）迎面飛行時，船上的人不會感覺對方的飛船以90% + 90% = 180%光速速度迎面飛來，而只是以稍低於99.5%的光速速度行駛。結果可從愛因斯坦計算速度的算式得出： :

u =

v和w是對第三者來說飛船的速度，u是感受的速度，c是光速。

参阅

- 麦克斯韦方程组
- 相对论 Category:常数 Category:光学 Category:电磁学 Category:相对论 als:Lichtgeschwindigkeit ja:光速度 ko:빛의 속도 ms:Kelajuan cahaya simple:Speed of light th:อัตราเร็วของแสง

以太

以太(ether)是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質，但後來被證實並不存在。 19世纪，科学家们逐步发现光是一种波，而生活中的波大多需要传播介质（如声波的传递需要借助于空气，水波的传播借助于水等）。受传统力学思想影响，于是他们便假想宇宙到处都存在着一种称之为以太的物质，而正是这种物质在光的传播中起到了介质的作用。根据麦克斯韦方程组，电磁波的传播需要一个“绝对”的参照系，只有在这个参照系中，光速才具有麦克斯韦方程组所预言的值

c=\frac

。其中

\varepsilon_0

是真空介电常数，

\mu_0

是真空磁导率。这个“绝对参照系”就是以太。而其他参照系中测量到的光速应该是这个“绝对”参照系中的光速与这个“绝对”参照系相对于观察者的速度的矢量和。按照当时的猜想，以太充满整个宇宙，电磁波可在其中传播。地球在围绕太阳公转，相对于以太具有一个速度v，因此如果在地球上测量光速，在不同的方向上测得的数值应该是不同的，最大为c+v，最小为c-v(此时存在假设以太相对太阳参考系是静止的。但即使以太相对太阳参考系不是静止的，在不同的方向上测得的数值也应该是不同的)。但是1881年-1884年，阿尔伯特·迈克尔逊（Albert Michelson）和爱德华·莫雷（Edward Morley）为测量地球和以太的相对速度，进行了著名的迈克尔逊—莫雷实验，测量了不同方向上的光速。然而实验结果显示，并不存在这个速度差异。这实际上证明了光速不变原理，即真空中光速在任何参照系下具有相同的数值，与参照系的相对速度无关，以太其实并不存在。后来又有许多实验支持了上面的结论。以太说曾经在一段历史时期内在人们脑中根深蒂固，深刻地左右着物理学家的思想。著名物理学家洛伦兹推导出了符合电磁学协变条件的洛伦兹变换公式，但无法抛弃以太的观点。爱因斯坦则大胆抛弃了以太学说，认为光速不变是基本的原理，并以此为出发点之一创立了狭义相对论。虽然后来的事实证明确实不存在以太，不过以太假说仍然在我们的生活中留下了痕迹，如以太网(Ethernet)等。

参阅

- 光速不变原理
- 迈克尔逊—莫雷实验 category:光学 category:电磁学 category:相对论 ja:エーテル (物理)

1673年

世纪：	16世纪 \| 17世纪 \| 18世纪
年代：	1650年代 1660年代 \| 1670年代 \| 1680年代 1690年代
年份：	1668年 1669年 1670年 1671年 1672年 \| 1673年 \| 1674年 1675年 1676年 1677年 1678年

传统纪年：	年号：台湾郑经永历二十七年；清圣祖康熙十二年；日本灵元天皇宽文十三年，延宝元年癸丑年（牛年）

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大事记

出生

逝世

- 莫里哀 Category:17世纪 ko:1673년

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牛顿力学

理论的表述

位置及其导数

速度

加速度

参照系

力;牛顿第二定律

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進一步的結果

例子

歷史

參看

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參考來源

牛顿运动定律

力學

发展历史

分支学科

不属于力学的“力学”

参看

參考來源

物理

物理学简史

基础理论

主要领域

相关领域

相关参考条目

外部链接

运动学

牛顿

空间

时间

中國人的時間觀

物理

时间的单位

天文学

哲学

文学

位移

加速度

参见

矢量

哈密顿

語言和文學

广义相对论

背景

基本假设

主要内容

实验验证

参见

量子引力

速度

量子力學

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量子力学基本假设

波函数假设

量子力学算子假设

本征函数集完备性假设

测量平均值假设

电子自旋假设

复杂体系态函数和能量本征值的近似算法

重要主题

外部链接

量子场论

为什么我们需要量子场论

量子化一个经典场

正则量子化

玻色子场

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费米子场

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