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假如牛顿穿越到现在 他能看懂相对论和量子力学吗?

时间:2007-05-17

现在有些人觉得学习这些理论很简单,便开始质疑牛顿的伟大,殊不知牛顿的伟大不在于理论的高深,而在于他的开创性

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引言:著名物理学家牛顿,他曾经提出了很多先进的物理学理论。现在有些人觉得学习这些理论很简单,便开始质疑牛顿的伟大,殊不知牛顿的伟大不在于理论的高深,而在于他的开创性。想象一下,牛顿穿越到了现在,他能看得懂相对论和量子力学吗?

牛顿提出的物理学定理为人类探索宇宙做出了巨大的贡献。因为牛顿发现的物理理论,人们可以更加全面地认识地球上发生的一些现象,比如因为有了地心引力,人们才能够在地球直立行走,而不会像在太空中那样,人们只能悬浮在空中前行。在初高中时期,大家都已经学习了著名的牛顿三大定律,那牛顿三大定律指的是什么?

牛顿第一定律:任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态,直到受到其他作用力迫使它改变这种状态为止。牛顿第二定律:物体在受到合外力的作用会产生加速度,加速度的方向和合外力的方向相同,加速度的大小正比于合外力的大小,与物体的惯性质量成反比。牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。

有些人会觉得这三大定律原来这么简单,甚至觉得牛顿并没有传言中那么厉害。这种想法完全是片面的,因为他们并没有站在牛顿那个时代背景去思考牛顿的伟大。在牛顿发明很多物理学定律之前,物理学是一片空白的,牛顿就是在这种完全没有任何理论指引的情况下,发现了三大定律。牛顿的伟大不在于发现了多么高深莫测的理论,而在于他开创了一个崭新的理论天堂。

在物理课上,我们曾经都学过证明天体轨迹是圆锥曲线的知识点。这个看似简单易懂的证明过程,其实证明的理论依据却是很高深的。这个证明过程融合了力学定律、万有引力定律和微积分三理论。将这三个看似不相关的理论结合到一起,然后解决一个难题,这便是牛顿的厉害之处。

倘若牛顿能够穿越到现代,获取最高级别的博士学位对于他来说会是一件很简单的事情,甚至牛顿会成为一名著名的院士,并且可能还会获得诺贝尔物理学奖。那假想一下,牛顿考取博士学位的时候,需要重新认识哪些理论知识呢?

首先,牛顿得学习量子力学和相对论等理论知识。相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关。量子力学的基本原理包括量子态的概念,运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。

关于相对论,它的核心就是光速是会发生变化的,这个和牛顿之前坚持光速不变的观点相反,因此牛顿需要放弃他之前相信的以太学说。当牛顿学习了麦克斯韦提出的电磁理论和迈克耳逊莫雷实验,牛顿一定会被这些理论和实验所折服,然后他会重新接受相对的时空观念。

关于数学,牛顿会更容易上手。因为牛顿只需要使用洛伦兹变换而不是伽利略变换,就能够推出狭义相对论的公式。关于量子力学,牛顿之前发明的理论只适用于速度为光速0-10% 的情况,如果牛顿想要研究其他情况,则需要进一步学习量子力学。

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