科學(xué)家的趣事1省名師優(yōu)質(zhì)課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

科學(xué)那些事

By:王良云

唐海吉

西南交通大學(xué)

第1頁1

趣味試驗(yàn)

234物理學(xué)三大“封印”物理學(xué)家們長槍短炮各種無責(zé)任八卦第2頁分組比賽步驟（結(jié)合趣味試驗(yàn)）

比賽規(guī)則：將全班同學(xué)分為4-5人一組參加比賽，每組一個(gè)指導(dǎo)地信同學(xué)。第3頁試驗(yàn)1：杯下抽紙步驟：

盛有清水紙杯下墊一張卡紙，要求每組討論后派一個(gè)代表上前（單獨(dú)一張桌子，旁邊備抹布）抽出卡紙，同時(shí)盡可能不將杯中水灑出或移動(dòng)杯子，最好一組得到棒棒糖，最差一組接收吹蠟燭處罰。原理：慣性定理第4頁試驗(yàn)2:椒鹽分離每組發(fā)一勺鹽和一勺胡椒，在桌面混合，最短時(shí)間分離鹽椒者贏。原理：胡椒粉比鹽輕，所以摩擦產(chǎn)生靜電能夠吸引較輕胡椒粉第5頁物理學(xué)三大“封印”之——

第一封印伽利略封印自然科學(xué)誕生主要?dú)w功于伽利略，他在這方面功勞大約無人能及?！返俜颉せ艚鹳だ浴べだ?GalileoGalilei,1564年2月25日-1642[1]）世界著名科學(xué)家，他既是物理學(xué)家、天文學(xué)家、哲學(xué)家又是創(chuàng)造家，他創(chuàng)造了溫度計(jì)和天文望遠(yuǎn)鏡。是近代試驗(yàn)物理學(xué)開拓者，被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。第6頁

物理學(xué)三大“封印”之——第一封印伽利略封印不過，伽利略最大貢獻(xiàn)并不是以他名字命名四顆土星衛(wèi)星，而是他開辟了一個(gè)完全不一樣，全新而且前所未有物理世紀(jì)。第一次，人類從唯心主觀思索（亞里士多德）與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所歸納出物理規(guī)律（阿基米德）中解脫出來，開始依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際現(xiàn)象開始嚴(yán)謹(jǐn)定量思索，伽利略死后45年，物理學(xué)第一本不朽著作《自然科學(xué)哲學(xué)原理》出版，鑄就了人類物理學(xué)上一座前無古人豐碑。人類對世界認(rèn)識最大障礙，即人類本身主觀束縛，為物理學(xué)第一封印，為紀(jì)念這個(gè)勇于向人類本身挑戰(zhàn)人，此封印命名為伽利略封印。第7頁伽利略之后，人類對物理規(guī)律認(rèn)識從主觀臆測邁向以試驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)定量描述，物理學(xué)從此真正地躋身自然科學(xué)之列。換句話說，我們物理學(xué)從看奧特曼打小怪獸小學(xué)生變成了左手試管右手顯微鏡中學(xué)生。然而，上百年過去，人們發(fā)覺，物理學(xué)似乎止步不前，兩片烏云遮住了光明，簡直像是詛咒——第8頁物理學(xué)三大“封印”之——第二封印愛因斯坦-普朗克封印20世紀(jì)物理學(xué)兩片烏云:邁克爾遜-莫雷試驗(yàn)——光速不隨運(yùn)動(dòng)參考系而變黑體輻射“紫外災(zāi)難”——試驗(yàn)與理論相悖第9頁物理學(xué)三大“封印”之——第二封印愛因斯坦-普朗克封印馬克斯·普朗克(1858年4月23日-1947年10月3日)，德國物理學(xué)家，量子力學(xué)創(chuàng)始人，二十世紀(jì)最主要物理學(xué)家之一，能量子概念創(chuàng)始人。愛因斯坦，美籍德國猶太裔，理論物理學(xué)家，相對論創(chuàng)建者，當(dāng)代物理學(xué)奠基人。第10頁物理學(xué)三大“封印”之——第二封印愛因斯坦-普朗克封印物理大廈已經(jīng)落成，所剩只是一些修飾工作。——W·湯姆生19世紀(jì)末，物理學(xué)界普遍認(rèn)為，以經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典電磁場理論和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)為三大支柱經(jīng)典物理已臻于“完美”。然而，誰都不知道，平板、連續(xù)、簡練經(jīng)典體系像一片專心險(xiǎn)惡葉子，擋住了原子、亞原子空間美。量子力學(xué)與相對論打破了全部些人迷夢，隨之而來第四次科技革命徹底改變了我們生活：從固定電話到智能機(jī)，從萊布尼茨二進(jìn)制計(jì)算器到現(xiàn)在上網(wǎng)本……對經(jīng)典理論盲目愚蠢而又瘋狂崇敬，是物理學(xué)第二大封印，為了紀(jì)念聯(lián)手打破它兩個(gè)人，此封印命名為普朗克-愛因斯坦封印。第11頁能量可分、空間不平坦、光速不變、粒子在不存在同時(shí)也是存在，這些現(xiàn)在看來也不怎么好了解概念，在當(dāng)初掀起了怎樣滔天駭浪也能夠想象。物理學(xué)告別了他游標(biāo)卡尺跟庫倫擺秤，丟下了青澀與純真，步入了它大學(xué)，然后他突然發(fā)覺，不是他上了大學(xué)，而是大學(xué)上了他——第12頁物理學(xué)三大“封印”之——第三封印標(biāo)準(zhǔn)模型封印作為各學(xué)科基礎(chǔ)物理學(xué)進(jìn)展今年來舉步為艱，處于停滯狀態(tài)。在過去35年中，科學(xué)家即使花費(fèi)了數(shù)以百億美元資金，不過仍沒找到希格斯玻色子蹤跡。至今仍不能回答為何物質(zhì)會(huì)有質(zhì)量問題，更不能回答什么是組成物質(zhì)終極基元問題。物理學(xué)家們數(shù)十年來創(chuàng)建所謂「標(biāo)準(zhǔn)模型」（standardmodel）理論，其中有太多“基本”粒子、有太多力、以及太多感受力“荷”、有太多參數(shù)、又不包含引力相互作用，連物理學(xué)家自己都認(rèn)為「標(biāo)準(zhǔn)模型」丑陋、平庸、不自然而不滿意。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)模型本身存在著許多重大缺點(diǎn)，所以，物理學(xué)家們認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)模型不是一個(gè)基本理論，而是某一個(gè)更基本理論低能近似。由此看來，離最終揭開物質(zhì)終極奧秘還有一段漫長路要走。最可能結(jié)果是，理論物理學(xué)家們忙了數(shù)十年「標(biāo)準(zhǔn)模型」面臨被推翻命運(yùn)！即使是這個(gè)“丑陋”「標(biāo)準(zhǔn)模型」，也還有最要命一環(huán)沒有處理，那就是賦予物質(zhì)以質(zhì)量希格斯粒子還未找到。這就是說，物質(zhì)粒子現(xiàn)在還在物理學(xué)家理論模型中四處浮蕩，不能落地生根，安置下來。于是，希格斯粒子繼續(xù)成為粒子物理學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家們新一輪競相追尋“圣杯”，成為世界各國頂尖科學(xué)家競爭焦點(diǎn)。發(fā)達(dá)國家紛紛投入巨款，建造新一代昂貴巨型加速器，以期有所斬獲。第13頁物理學(xué)三大“封印”之——第三封印標(biāo)準(zhǔn)模型封印誰能說物理不是他人剩下殘羹冷炙，不是個(gè)厚顏無恥婊子？——某科幻電影臺詞作為三大封印里唯一沒有被打破封印，也是當(dāng)今世界最大困局之一，標(biāo)準(zhǔn)模型丑陋與臃腫讓人心生厭惡。不過，弦論也好，大一統(tǒng)理論也好，沒有一個(gè)已知理論能很好地解釋這一切坑爹不合理之處?？赡苷龖?yīng)了那句歌詞：誰歟操鑰發(fā)其藏？第14頁物理學(xué)家們長槍短炮伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡是指物鏡是會(huì)聚透鏡而目鏡是發(fā)散透鏡望遠(yuǎn)鏡（原理圖在右手）。伽老爺子先用左邊這個(gè)東西觀察到了月球高地和環(huán)形山投下陰影，接著又發(fā)覺了太陽黑子，還發(fā)覺了木星4個(gè)最大衛(wèi)星。第15頁物理學(xué)家們長槍短跑牛頓各種鏡子1666年，牛頓大神因?yàn)槌抢雉[瘟疫，從大學(xué)回鄉(xiāng)下靜養(yǎng)。然后，某神用三棱鏡（左下就是啦）沖太陽照了照，然后得出結(jié)論：白光是由不一樣顏色（即不一樣波長）光混合而成，不一樣波長光有不一樣折射率。在可見光中，紅光波長最長，折射率最小；紫光波長最短，折射率最大。大神這一主要發(fā)覺成為光譜分析基礎(chǔ)，揭示了光色秘密。這也是彩虹形成原理啦~而且最主要是，當(dāng)年牛頓當(dāng)年才23歲，研一學(xué)生??！牛頓還曾把一個(gè)磨得很精、曲率半徑較大凸透鏡凸面，壓在一個(gè)十分光潔平面玻璃上（左中），在白光照射下可看到，中心接觸點(diǎn)是一個(gè)暗點(diǎn)，周圍則是明暗相間同心圓圈。后人把這一現(xiàn)象稱為“牛頓環(huán)”（左上）。他創(chuàng)建了光“微粒說”，從一個(gè)側(cè)面反應(yīng)了光運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，但牛頓對光“波動(dòng)說”并不持反對態(tài)度。（誰說牛頓對波動(dòng)說嗤之以鼻啊，亂說話！）第16頁物理學(xué)家們長槍短炮卡文迪許扭秤卡文迪許用一個(gè)質(zhì)量大鐵球和一個(gè)質(zhì)量小鐵球分別放在扭秤兩端。扭秤中間用一根韌性很好鋼絲系在支架上，鋼絲上有個(gè)小鏡子。用一道平行光照射鏡子，光點(diǎn)反射到一個(gè)很遠(yuǎn)地方，標(biāo)識下此時(shí)光點(diǎn)所在位置。（左圖，有圖有真相！）用兩個(gè)質(zhì)量一樣鐵球同時(shí)分別吸引扭秤上兩個(gè)鐵球。因?yàn)槿f有引力作用。扭秤微微偏轉(zhuǎn)。但光源所反射遠(yuǎn)點(diǎn)卻移動(dòng)了較大距離。他用此計(jì)算出了萬有引力公式中常數(shù)G。此試驗(yàn)巧妙之處于于將微弱力作用進(jìn)行了放大。尤其是光反射利用引力常量G=6.67*10^-11沒有萬有引力就沒有背景里漂亮土星環(huán)了！感激卡童鞋求出了萬有引力常數(shù)！第17頁物理學(xué)家們長槍短炮馬德堡半球：大氣壓VS30匹馬馬德堡半球是兩個(gè)銅質(zhì)空心半球（右邊就是當(dāng)年用過真品哦），直徑約50厘米（20英寸），半球中間有一層浸滿了油皮革，用以讓兩個(gè)半球能完全密合。其中一個(gè)半球上帶有連接管，用以連接真空泵，有閥門可將其關(guān)閉。當(dāng)兩個(gè)半球間空氣被抽出后，兩個(gè)半球便會(huì)受周圍大氣擠壓而緊合在一起。當(dāng)年馬德堡市市長安排了兩隊(duì)各15匹馬，以相反方向試圖將該球體拉開，結(jié)果沒能將它們拉開，兩半球最終還是借由解除真空狀態(tài)才得以分離。所以說，物理也是挺好玩兒噠~O(∩_∩)O第18頁物理學(xué)家們長槍短炮庫倫扭秤庫侖扭秤是由一根懸掛在細(xì)長線上輕棒和在輕棒兩端附著兩只平衡球組成。（圖在左邊）當(dāng)球上沒有力作用時(shí)，棒取一定平衡位置。假如兩球中有一個(gè)帶電，同時(shí)把另一個(gè)帶同種電荷小球放在它附近，則會(huì)有電力作用在這個(gè)球上，球能夠移動(dòng)，使棒繞著懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到懸線扭力與電作用力到達(dá)平衡時(shí)為止。因?yàn)閼揖€很細(xì)，很小力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置，轉(zhuǎn)動(dòng)角度與力大小成正比。庫侖讓這個(gè)可移動(dòng)球和固定球帶上不一樣量電荷，并改變它們之間距離經(jīng)過了巧妙安排，仔細(xì)試驗(yàn)，重復(fù)測量，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，找出誤差產(chǎn)生原因，進(jìn)行修正，庫侖終于測定了帶等量同種電荷小球之間斥力。然后，庫侖定律誕生了：真空中，點(diǎn)電荷q1對q2作用力為F=k*(q1*q2)/r^2閃電，說白了也就是各種電荷排斥吸引搞出來破事兒~第19頁物理學(xué)家們長槍短炮湯姆孫陰極管湯姆生設(shè)計(jì)了新陰極射線管(上面就是圖)，在電場作用下由陰極C發(fā)出陰極射線，經(jīng)過A和A’聚焦，從另一對電極D和E間電場中穿過．右側(cè)管壁上貼有供側(cè)量偏轉(zhuǎn)用標(biāo)尺．陰極射線在電場中發(fā)生了穩(wěn)定電偏轉(zhuǎn)，從偏轉(zhuǎn)方向也明確表明陰極射線是帶負(fù)電粒子．他還在管外加上了一個(gè)與電場和射線速度都垂直磁場(此磁場由管外線圈產(chǎn)生)，當(dāng)電場力eE與磁場洛侖茲力evB相等時(shí)，能夠使射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)而打到管壁中央。經(jīng)過推算可知，陰極射線粒子荷質(zhì)比e／m≈1011C／kg．以前用大肚子電視說白了就是一大號陰極管啊！第20頁物理學(xué)家們長槍短炮各種顯微鏡電子顯微鏡（右邊那個(gè)）拍到：綠色是黃瓜花粉，惡心人是(⊙o⊙)…蛆頭部。掃描隧道顯微鏡（左下角那一堆儀器）拍到：紅紅綠綠藍(lán)藍(lán)是人血細(xì)胞，原子那個(gè)，就不用說了==第21頁物理學(xué)家們長槍短炮帶病工作哈勃從它于1946年原始構(gòu)想開始，直到發(fā)射為止，建造空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃不停被延遲和受到預(yù)算問題困擾。在它發(fā)射之后，馬上發(fā)覺主鏡有球面像差，嚴(yán)重降低了望遠(yuǎn)鏡觀察能力。幸好在1993年維修任務(wù)之后，望遠(yuǎn)鏡恢復(fù)了計(jì)劃中品質(zhì)，而且成為天文學(xué)研究和推展公共關(guān)系最主要工具。第22頁各種無責(zé)任八卦泡利天才相對論先驅(qū)，即使馬赫先生并不給小愛這個(gè)面子，聲稱他對于相對論相信程度，像他對分子論相信程度一樣。而眾所周知，馬赫先生極端反對分子論，而這種反對是使那個(gè)統(tǒng)計(jì)物理天才波爾茲曼最終絕望而自殺原因之一。在小泡21歲時(shí)候，他為德國《數(shù)學(xué)科學(xué)百科全書》寫了一篇長達(dá)237頁關(guān)于狹義和廣義相對論詞條，該文，到今天依然是該領(lǐng)域經(jīng)典文件之一，愛因斯坦曾經(jīng)評價(jià)說，“任何該領(lǐng)域教授都不會(huì)相信，該文出自一個(gè)僅21歲青年（人比人氣死人啊T–T才21歲，大三啊?。┲郑髡咴谖闹酗@示出來對這個(gè)領(lǐng)域了解力，熟練數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力，對物理深刻洞察力，使問題明晰能力，系統(tǒng)表述，對語言把握，對該問題完整處理，和對其評價(jià)，是任何一個(gè)人都會(huì)感到羨慕。”泡利是上個(gè)世紀(jì)少有天才之一，小泡同學(xué)出生于維也納一個(gè)研究膠體化學(xué)教授家中，他教父是著名馬赫先生。馬赫先生被愛因斯坦稱為第23頁各種無責(zé)任八卦孤軍奮戰(zhàn)狄拉克有一個(gè)流傳很廣關(guān)于狄拉克笑話：一次狄拉克在某大學(xué)演講，一個(gè)學(xué)生起來說：“狄拉克教授，我不明白你那個(gè)公式是怎樣推導(dǎo)出來。”狄拉克看著他久久地不說話，主持人不得不提醒他，他還是沒回答下列問題。“回答什么問題？”狄拉克奇怪地說，“他剛才說是一個(gè)陳說句，不是一個(gè)疑問句?！?932年，狄拉克被劍橋大學(xué)授予盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位（這把椅子很有名，牛頓、霍金都坐過），但他為躲避他人祝賀竟然躲進(jìn)了動(dòng)物園！狄拉克孤軍作戰(zhàn)兩次郁悶：狄拉克了解海森堡關(guān)于矩陣力學(xué)構(gòu)想后，計(jì)算出了一個(gè)結(jié)果，他將結(jié)果寄給海森堡，收到回復(fù)是他結(jié)果已經(jīng)在德國由波恩和約爾看成出了。很快狄拉克又出眾地證實(shí)了矩陣力學(xué)和氫分子試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，他又一次郁悶了--泡利比他快了五天。以后，狄拉克出臺了名垂青史狄拉克方程式，這下終于沒人使他郁悶啦~\(≧▽≦)/~克逝世后，墓碑上就刻著這個(gè)優(yōu)美方程。

第24頁各種無責(zé)任八卦多情種子薛定諤聽說過薛定諤人都知道他是個(gè)天才，他在情人懷抱中用一支筆導(dǎo)出了量子力學(xué)上威名赫赫波動(dòng)力學(xué)方程――薛定諤方程，搞笑是當(dāng)初連他自己也搞不清這個(gè)橫空出世方程物理意義！他提出著名“薛定諤貓”悖論至今懸而未決。他是個(gè)物理學(xué)家，出版了一本《生命是什么》百來頁小冊子，卻有6個(gè)諾獎(jiǎng)得主宣稱是從這本書中找到靈感！

薛定諤是位多情種子，一生情人無數(shù)，私生子數(shù)目搞不清，但老婆只有一個(gè)――名叫安妮。他有點(diǎn)象金庸大師筆下段正淳，標(biāo)準(zhǔn)泛愛主義者，差不多見一個(gè)愛一個(gè)，一生陷于戀情漩渦與糾葛中。不計(jì)青少年時(shí)期情竇初開和數(shù)次情感遭遇，即使婚后，他依然是激情充溢，外遇不停，其對象現(xiàn)有助手妻子，也有他曾輔導(dǎo)過數(shù)學(xué)女中學(xué)生，現(xiàn)有聞名遐邇演員和藝術(shù)家，也有年輕政府職員，而這種浪漫風(fēng)流一直連續(xù)到年逾花甲。薛天才這種情況要是拿到中國，預(yù)計(jì)是號子里長久呆著或因流氓罪吃了花生米。第25頁各種無責(zé)任八卦沒多少人看得懂施溫格施溫格做物理方式是常人難以望其項(xiàng)背，完美數(shù)學(xué)技巧，清楚邏輯，看他論文即使是一個(gè)享受，但同時(shí)也是一個(gè)打擊，因?yàn)槟阒雷约簶O難寫出一樣完美流暢文章.他論文經(jīng)典代表是40-50年代關(guān)于QED一系列論文,基本上奠定了當(dāng)代拉格朗日場論基礎(chǔ).奧本海默有一次評論說，他人做匯報(bào)是為了教他人怎樣計(jì)算一個(gè)東西，施溫格則是在證實(shí)除了他自己之外沒人會(huì)做。他創(chuàng)造了一大批令人生畏理論來建立他自己場論，造成他在Pocono做馬拉松式QED長篇匯報(bào)時(shí)候，極難有些人跟上，費(fèi)曼和文策去了。費(fèi)曼聽匯報(bào)時(shí)候是幾乎從來不記筆記，不過那一次他知道這將是物理史上重大事件