介绍一些科技知识。

介绍一些科技知识。
09-01-03  乖巧小老虎 发布
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    falconstone

    绝对零度
    绝对零度表示那样一种温度,在此温度下,构成物质的所有分子和原子均停止运动。所谓运动,系指所有空间、机械、分子以及振动等运动.还包括某些形式的电子运动,然而它并不包括量子力学概念中的“零点运动”。除非瓦解运动粒子的集聚系统,否则就不能停止这种运动。从这一定义的性质来看,绝对零度是不可能在任何实验中达到的,但已达到绝对零度以上百万分之一度内的低温。所有这些在物质内部发生的分子和原子运动统称为“热运动”,这些运动是肉眼看不见的,但是我们会看到,它们决定了物质的大部分与温度有关的性质。 正如一条直线仅由两点连成的一样,一种温标是由两个固定的且可重复的温度来定义的。最初,在一标准大气压(760毫米水银柱,或760托)时,摄氏温标是定冰之熔点为0℃和水之沸点为100℃,绝对温标是定绝对零度为oK和冰之熔点为273K,这样,就等于有三个固定点而导致温度的不一致,因为科学家希望这两种温标的度数大小朝等,所以,每当进行关于这三点的相互关系的准确实验时,总是将其中一点的数值改变达百分之一度。 现在,除了绝对零度外,仅有一固定点获得国际承认,那就是水的“三相点”。1948年确定为273.16K,即绝对零度以上273.16度。当蒸气压等于一大气压时,水的正常冰点略低,为273.15K(=o℃=320°F),水的正常沸点为373.15K(=100℃=212°F)。这些以摄氏温标表示的固定点和其他一些次要的测温参考点(即所谓的国际实用温标)的实际值,以及在实验室中为准确地获得这些值的度量方法,均由国际权度委员会定期公布。

    1848年,英国科学家威廉·汽姆逊·开尔文勋爵(1824~1907)建立了一种新的温度标度,称为绝对温标,它的量度单位称为开尔文(K)。这种标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同。它的零度即可能的最低温度,相当于摄氏零下273度(精确数为-273.15℃),称为绝对零度。因此,要算出绝对温度只需在摄氏温度上再加273即可。那时,人们认为温度永远不会接近于0K,但今天,科学家却已经非常接近这一极限了。

    物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动。当我们感到一个物体比较热的时候,就意味着它的原子在快速动动:当我们感到一个物体比较冷的时候,则意味着其内部的原子运动速度较慢。我们的身体是通过热或冷来感觉这种运动的,而物理学家则是绝对温标或称开尔文温标来测量温度的。

    按照这种温标测量温度,绝对温度零度(0K)相当于摄氏零下273.15度(-273.15℃)被称为“绝对零度”,是自然界中可能的最低温度。在绝对零度下,原子的运动完全停止了,并且从理论上讲,气体的体积应当是零。由此,人们就会明白为什么温度不可能降到这个标度之下,为什么事实上甚至也不可能达到这个标度,而只能接近它。

    自然界最冷的地方不是冬季的南极,而是在星际空间的深处,那里的温度是绝对温度3度(3K),即只比绝对零度高3度。

    这个“热度”因为实际上我们谈到的温度总是在绝对零度之上)是作为宇宙起源的大爆炸留存至今的热度,事实上,这是证明大爆炸理论最显著有效的证据之一。

    在实验室中人们可以做得更好,能进一步地接近于绝对零度,从上个世纪开始,人们就已经制成了能达到3K的制冷系统,并且在10多年前,在实验室里达到的最低温度已是绝对零度之上1/4度了,后来在1995年,科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位物理学家爱里克·科内尔和卡尔威曼成功地使一些铷原子达到了令人难以置信的温度,即达到了绝对零度之上的十亿分之二十度(2×10-8K)。他们利用激光束和“磁陷阱”系统使原子的运动变慢,我们由此可以看到,热度实际上就是物质的原子运动。非常低的温度是可以达不到的,而且还要以寻求“阻止”每一单个原子运动,就像打台球一样,要使一个球停住就要用另一个球去打它。这了弄明白这个道理,只要想一想下面这个事实就够了。在常温下,气体的原子以每小时1600公里的速度运动着,而在3K的温度下则是以每小时1米的速度运动着,而在20nK(2×10-8K)的情况下,原子运动的速度就慢得难以测量了。在20nK下还可以发现物质呈现的新状态,这在70年前就被爱因斯坦和印度物理学家玻色(1894~1974)预见了。

    事实上,在这样的非常温度下,物质呈现的既液体状态,也不是固体状态,更不是气体状态,而是聚集成唯一的“超原子”,它表现为一个单一的实体。





    万有引力
    universal gravitation

    任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力。自然界中最普遍的力。简称引力,有时也称重力。在粒子物理学中则称引力相互作用和强力、弱力 、电磁力合称4种基本相互作用。引力是其中最弱的一种,两个质子间的万有引力只有它们间的电磁力的1/1035 ,质子受地球的引力也只有它在一个不强的电场1000伏/米的电磁力的1/1010。因此研究粒子间的作用或粒子 在电子显微镜和加速器中运动时,都不考虑万有引力的作用 。一般物体之间的引力也是很小的,例如两个直径为 1米的铁球 ,紧靠在一起时 , 引力也只有2.83×10-4牛顿,相当于0.03克的一小滴水的重量 。但地球的质量很大,这两个铁球分别受到4×104牛顿的地球引力 。所以研究物体在地球引力场中的运动时,通常都不考虑周围其他物体的引力。天体如太阳和地球的质量都很大,乘积就更大,巨大的引力就能使庞然大物绕太阳转动。引力就成了支配天体运动的唯一的一种力。恒星的形成,在高温状态下不弥散反而逐渐收缩,最后坍缩为白矮星、中子星和黑洞 , 也都是由于引力的作用,因此引力也是促使天体演化的重要因素。

    万有引力的发现过程

    在谈论万有引力发现的事件时,对於当时天文学及力学的发展情形也得有一些说明,才能了解当时代科学的背景,以及它是如何影响刺激牛顿发现万有引力。

    牛顿的万有引力之简单涵义

    牛顿并不是发现了重力,他是发现重力是「万有」的。每个物体都会吸引其他物体,而这股引力的大小只跟物体的质量与物体间的距离有关。牛顿的万有引力定律说明,每一个物体都吸引著其他每一个物体,而两个物体间的引力大小,正比於这它们的质量,会随著两物体中心连线距离的平方而递减。牛顿为了证明只有球形体可把「球的总质量集中到球的质心点」来代表整个球的万有引力作用的总效果而发展了微积分。然而不管距离地球多远,地球的重力永远不会变成零,即使你被带到宇宙的边缘,地球的重力还是会作用到你身上,虽然地球重力的作用可能会被你附近质量巨大的物体所掩盖,但它还是存在。不管是多小还是多远,每一个物体都会受到重力作用,而且遍布整个太空,正如我们所说的「万有」。

    量子力学的解释
    我们知道,由光子是物质的基本粒子来看,物质的构成本身没有意义,如果物质不能够与环境中的其它光子信息相互作用,它就不能将自己的能量、存在形式、表达给自然界,自己就是以纯暗物质的形式存在,尽管自己的寿命表现为无限长久,但是对环境、对自己没有意义,只有它不断与环境的其它光子信息相互作用光子能量,才能将自己的能量、质量表现出来,自己的光子信息才能变化,自己才能由生长到死亡,才能有自己存在的意义;这就是说任何物质,只要它存在,它就会不断地与环境中的其它光子信息相互作用,这样,物质的存在,各种作用力的存在,事实上,是通过自己周围的光子信息场完成的。

    如图所示,物质 A 存在,是物质 A 不断与环境作用光子信息能量,而表现自己的质量,当物质 B 存在的时候,由于 B 也要不断与环境的光子信息相互作用,这 B 就不同程度地影响了 A 周围的光子信息内容,从宏观的角度来看,是 B 挡住了来自 A 周围的光子信息,改变了 A 周围的光子信息场,从大的方面来看,是来自于左方的光子信息能量要多一些,来自于 A 的右方光子信息能量要少一些,宏观表现为 B 对 A 有一个作用力,这个作用力,是所有物质共有的,称为万有引力。

    也可以说成是,由于 B 的存在,导致了 A 周围的光子信息力场的形状发生了变化,这个力场的形状发生了变化,本来没有 B 的时候,物体 A 是一种平衡状态,有了 B 以后,光子信息的力场发生了变化,物体 A 的作用力,由于平衡变成了不平衡,人们自然会说,这是物体 B 存在的结果,是物体 B 对 A 的作用力。

    相对论的解释
    其实引力是不存在的。或者说引力只是这种现象的一种解释而已。它不同于其他力。
    “引力”其实是时空扭曲的表现,举一个二维的例子:一张绷直的橡皮筋网
    1.放上两个质量不一,体积相同的球,网扭曲了
    2.在1的基础上,让一个球在橡皮筋网上作匀速直线运动,直线与(同一个)球的位置距离越近,轨迹弯区越大
    3.在2的基础上,让一个球在橡皮筋网上作匀速直线运动接近两个质量不等的球,直线与两个球的距离相同,经过质量大的球,轨迹弯区大

    2跟3说明的现象与引力相似,而且也有质量越大、距离越小,引力越大

    物体由于惯性沿直线运动,但在扭曲的空间运动,表现出来就是受到引力影响
    事实上,引力扭曲的是四维时空。

    还有一个例子:光经过大质量天体时会扭曲,但引力不能作用于光,所以解释就是光沿直线传播,在扭曲的时空中运动,就会扭曲。但光还是沿直线传播




    反物质
    反物质(antimatter),一切反粒子及其集合的总称。反粒子是相对于“正”粒子而言的。按照量子场论,反粒子和它所对应的正粒子都是同一场的激发,它们之间以确定的方式相联系。粒子和与它对应的反粒子有某些物理量完全相同(如质量、自旋等),有些物理量大小相等但符号相反(如电荷、磁矩、奇异数等)。对于某些粒子来说,用于区分正反粒子的所有物理量为零,这些粒子的反粒子就是它们自身,这种粒子被称为真中性粒子。例如,正电子是电子的反粒子(正电子带正电,电子带负电),反质子是质子的反粒子(质子带正电,反质子带负电),光子则是一种真中性粒子。正粒子和与它对应的反粒子相碰可以转变成光子或介子,这个过程称为正反粒子对湮没,其反过程也存在。例如,正、负电子可以湮没成光子,光子在一定条件下也可变成正、负电子对。

    20世纪60年代以来,关于强子结构的夸克模型获得重要进展。按照夸克模型,强子由夸克和反夸克组成,例如重子由3个夸克组成,介子由正、反夸克组成。另一方面,现代宇宙学中有一种假说,运用反物质和正物质对称的观点研究宇宙的起源和结构,推测可能存在大量反粒子集中的反物质区域,认为反物质和由正粒子组成的物质体系相碰,也会发生湮没,并认为这种湮没及其反过程在宇宙的演化中起着重要作用。反物质的发现和有关物质的物理学说的发展,说明了物质形态的多样性和统一性。但自然科学中所说的反物质是关于物质形态和结构的概念,不是同哲学的物质范畴相对立的概念。

    反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时,双方就会相互湮灭抵消,发生巨大爆炸,并产生巨大能量。能量释放率要远高于氢弹爆炸。反物质概念是英国物理学家保罗•狄拉克最早提出的。他在上世纪30年代预言,每一种离子镀应该有一个与之相对的反粒子,例如反电子,其质量与电子完全相同,而携带的电荷正好相反。根据大爆炸理论,宇宙诞生之初,产生了等量的物质与反物质。可能由于某种原因,大部分反物质转化为了物质,或者难于被观测到,导致在我们看来这个世界主要有物质组成。前不久,一个由日本和美国科学家组成的研究小组,计划从今年开始在南极上空放飞气球,捕捉反物质天体释放出的反粒子,寻找反物质天体如反星系存在的证据。日美研究小组曾在加拿大用气球进行观测,该地区受地球磁场和大气影响很小,但为了不让气球飞跑,必须当天回收。而在南极上空,气球可持续飞行两周,观测数据能大幅度增加。目前,人们发现和制造的反物质粒子虽然不多,但正电子作为反物质的一种形式美已经有了许多实际用途,例如,正电子发射X射线层析照相术(PET),医生利用它对人体进行扫描,不仅能得出病人软组织的详细图像,而且能够观察人们体内的化学过程以及在进行认识活动时大脑各部分消耗“燃料”的速度。
    参考资料:百度百科

    09-01-03 | 添加评论 | 打赏

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