物理定律的本性讀后感2000字

物理定律的本性費(fèi)曼是科學(xué)怪才諾貝爾物理獎(jiǎng)得主充滿熱情的著名教育家費(fèi)曼是科學(xué)怪才諾貝爾物理獎(jiǎng)得主充滿熱情的著名教育家同時(shí)也是藝術(shù)家。我看過(guò)英文原版的《ye!》，這是一本書(shū)是費(fèi)曼在康奈爾大學(xué)的一系列講座的整理稿他用引人入勝的方式將普通人望而卻步的自然科學(xué)知識(shí)講得趣味盎然他對(duì)于物理定律本性的認(rèn)識(shí)更是讓人印象深刻。全書(shū)240多頁(yè)，共七章，主要包括引力定律、數(shù)學(xué)同物理的關(guān)系、守恒定律對(duì)稱(chēng)性過(guò)去和未來(lái)的區(qū)分概率和不確定性以及物理定律新的發(fā)現(xiàn)內(nèi)容。引力實(shí)在是一個(gè)非常奇怪的東西當(dāng)初牛頓上帝般地拋出了萬(wàn)有引力直到物理學(xué)的今天，去年（2016年）引力波的發(fā)現(xiàn)的確認(rèn)，引力似乎總是充滿著神奇的力量平方反比定律使的兩個(gè)天體之間的引力急劇的減小然而即使到了宇通過(guò)引力傳遞信息最終使人類(lèi)免遭毀滅從而走上了救贖之路的物理學(xué)未來(lái)為21學(xué)革命的烏云。谷的觀測(cè)開(kāi)普勒三大定律的發(fā)現(xiàn)這些基本的天文學(xué)歷史而關(guān)鍵是什么使地球及其他幾大行星圍繞這太陽(yáng)運(yùn)行呢？天使推動(dòng)說(shuō)顯然不能糊弄聰明的科學(xué)家此時(shí)伽利略發(fā)現(xiàn)了偉大的慣性定律—萬(wàn)有引力牛頓萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)和觀測(cè)符合的相當(dāng)好后來(lái)人們又根據(jù)引力的計(jì)算發(fā)現(xiàn)了海王星。而引力定律又能夠很好地解釋恒星系統(tǒng)，星系團(tuán)的形成引力定律的應(yīng)用不是太多而引力卻蘊(yùn)含這巨大的能量這種能量人類(lèi)的利用非常少，通過(guò)引力彈弓使飛船加速或減速。讓人們感到非常困惑不解的是，電力和引力一樣，也遵循這平方反比定律然而電力的強(qiáng)度卻比引力強(qiáng)到驚人的程度兩者直接的差異有多大呢？下面這張圖給出了形象的說(shuō)明。理定律無(wú)論如何都是要用數(shù)學(xué)來(lái)表達(dá)的。例如引力定律的表達(dá)可以不止一種方式但是沒(méi)有除了數(shù)學(xué)形式之外能夠更好的解釋引力定律模型的費(fèi)曼告訴人們一個(gè)事實(shí)：要感受、領(lǐng)略、說(shuō)明自然之美，缺乏數(shù)學(xué)的人是難以深刻理解的因而即使僅僅只是為了更好地認(rèn)識(shí)自己能夠欣賞美的事物我們也應(yīng)該學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。數(shù)學(xué)是一種語(yǔ)言同時(shí)也是一種推理尤其是用數(shù)學(xué)預(yù)言對(duì)物理定律的推理，通過(guò)數(shù)學(xué)就可能把一條陳述同另一條陳述聯(lián)系起來(lái)之后在第二章里費(fèi)曼用牛徑會(huì)在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相同的面積。人類(lèi)數(shù)學(xué)有兩個(gè)基本起源即巴比倫傳統(tǒng)和古希臘傳統(tǒng)就純數(shù)學(xué)而已古希臘系統(tǒng)歐幾里得那樣的從一個(gè)公理出發(fā)推導(dǎo)出整個(gè)數(shù)學(xué)世界無(wú)疑是完善的但是對(duì)于物理學(xué)這樣和現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系緊密的學(xué)科來(lái)說(shuō)巴比倫的數(shù)學(xué)傳統(tǒng)能夠和物理學(xué)符合的更好即便是巴比倫的數(shù)學(xué)傳統(tǒng)知道了所有的定理和它們之間的聯(lián)系，也不能完全地認(rèn)識(shí)到這些定理有共同的地方。然而物理學(xué)和數(shù)學(xué)的不同又是如此的有趣而奇怪物理定律的等價(jià)表達(dá)在學(xué)上是沒(méi)有任何不同的而在物理學(xué)上卻有著截然不同的認(rèn)識(shí)費(fèi)曼用引力定律來(lái)加以說(shuō)明下面的三種陳述對(duì)我來(lái)說(shuō)是全新的認(rèn)識(shí)至少把這三個(gè)放在一起來(lái)比較和討論。1似時(shí)間特性的線性因果律。即使相關(guān)性和因果性完全不同。在這里m和r的關(guān)系直接而強(qiáng)烈緊密：一個(gè)時(shí)刻的變化由另一個(gè)時(shí)刻的變化而決定。2向。這種方式是定域的。情況的變化僅僅取決與鄰近的變化。3最小路徑方式。這個(gè)是費(fèi)曼最知名的路徑積分求和的方式。最后費(fèi)曼引用金斯的話總結(jié)和概況了數(shù)學(xué)和物理學(xué)之間的關(guān)系物理學(xué)能夠直接接觸到世界之美自然之美然而想要欣賞這種美需要對(duì)數(shù)學(xué)有足夠解的經(jīng)驗(yàn)。種是一個(gè)電荷從一處移動(dòng)到另一處有痕跡可循另一種是一個(gè)電荷在一個(gè)地方之處在于既不會(huì)產(chǎn)生也不會(huì)消失，只是轉(zhuǎn)移。這種轉(zhuǎn)移沒(méi)有目的，也沒(méi)有方向守恒定律的應(yīng)用和例子很多比如化學(xué)反應(yīng)杠桿運(yùn)動(dòng)中子蛻變?yōu)橐活w子電子和一顆反中微子數(shù)量的多少可以是變化的然而能量卻是守恒和固的。六大守恒定律：①能量守恒，不依賴時(shí)間；②線動(dòng)量守恒，描述軌跡運(yùn)動(dòng)；③角動(dòng)量守恒，不依賴空間；④電荷守恒；⑤重子守恒；義第一卷》第4章能量守恒）稱(chēng)的事物很多很多包括我們?nèi)说纳眢w都是對(duì)稱(chēng)的對(duì)稱(chēng)性的數(shù)學(xué)定義是一件東西進(jìn)行操作之后和之前是沒(méi)有什么不用的這樣以來(lái)物理定律里的對(duì)稱(chēng)就是等效性也就是物理定律的不同表達(dá)不會(huì)引起任何差別一個(gè)很好的例子就是頓第一定律。靜止的狀態(tài)和勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)是等效的，是不能做出區(qū)分的火柴建筑的模型，用放大了的原木建造是不能行得通的。在物理世界中，對(duì)稱(chēng)性很重要。但是有些常見(jiàn)的內(nèi)容卻不是對(duì)稱(chēng)的。例如尺度的變動(dòng)就是不對(duì)稱(chēng)的將一個(gè)模型按照等比例放大或縮小倍數(shù)那么放大或縮小的模型和原始的模型則可能出現(xiàn)巨大的不同。對(duì)稱(chēng)性對(duì)于人們思維僵局的突破是很有貢獻(xiàn)的我們不必固守一種方式使些種種的路徑就沒(méi)有什么不同，區(qū)別就在于哪種好用，哪種適合就使用哪種。過(guò)去和未來(lái)在人們?nèi)粘Ｉ钪兴坪跏菦芪挤置鞯娜欢^(guò)去和未來(lái)真的那清楚嗎？一只杯子打碎了你等待著它回到你手中的時(shí)刻似乎是不可能的中如果原子的運(yùn)動(dòng)是不可逆的那么我們?nèi)匀豢梢韵裎覀兊男睦砀惺苣敲磪^(qū)分出過(guò)去和未來(lái)然而我們沒(méi)有這樣的定律迄今為止的物理原理并不能告訴們這種過(guò)去和未來(lái)的劃分有什么區(qū)別。在書(shū)中費(fèi)曼例舉了分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的情況兩種顏色的分子在一定的時(shí)間后必然會(huì)趨于平衡這種過(guò)程是熱力學(xué)第二定數(shù)的原子分子的毫無(wú)目的毫無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)最終演化出了地球上最初的生命態(tài)。以上內(nèi)容構(gòu)成了第五章“過(guò)去與未來(lái)的區(qū)分”。該書(shū)的第六章“概率和不確定性——對(duì)自然界的量子力學(xué)的觀點(diǎn)”，費(fèi)曼首先對(duì)光學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，雙縫干涉實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。分別用子彈、水波電子來(lái)比較這三者實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系和區(qū)別子彈是一個(gè)一個(gè)地到達(dá)測(cè)量的概率沒(méi)有干涉現(xiàn)象產(chǎn)生，顯示出數(shù)學(xué)上的加和特征。水波可以有任意大小測(cè)量波的強(qiáng)度，表現(xiàn)出干涉現(xiàn)象電子或光子同子彈一樣也是一個(gè)一個(gè)地到達(dá)測(cè)量到達(dá)的概率，卻表現(xiàn)出子彈和水波的疊加特征這樣一種測(cè)量的奇特現(xiàn)象最后引出了海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理我們似乎永遠(yuǎn)也無(wú)法掌握物質(zhì)所有的秘密總有一部分內(nèi)容我們無(wú)論如何努力也無(wú)法抓到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)非常重要的特征是實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性如果一個(gè)人在實(shí)驗(yàn)上的成功一定要能夠被復(fù)現(xiàn)，缺少了這一條，就不能稱(chēng)為科學(xué)。然而，測(cè)不準(zhǔn)原理似乎帶來(lái)了實(shí)驗(yàn)的危機(jī)，設(shè)置好了環(huán)境，每一次的條件相同，卻并不能預(yù)測(cè)哪個(gè)小孔的后面會(huì)看到電子實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性似乎讓科學(xué)家們焦慮不安不過(guò)在量子力學(xué)的觀點(diǎn)中雖然確定的結(jié)果不能復(fù)現(xiàn)但是概率的模型卻能很好的解決對(duì)結(jié)果的處理。這樣一種量子力學(xué)觀點(diǎn)的自然界概率和不確定性讓人們打破先入為主的見(jiàn)——必須滿足我們對(duì)自然界推測(cè)的要求——才是科學(xué)真正存在所必需的。最后一章學(xué)家們尋找物理定律的過(guò)程的探索的回顧進(jìn)行了深入的思考首先費(fèi)曼告訴我們令人驚奇的是組成宇宙中所有的物體都是相同的都遵循同樣的物理定律，不管是生物和非生物恒星還是宇宙塵埃不同只是排列組合的方式不同之后費(fèi)曼又提出了引力定律、對(duì)稱(chēng)性原理、相對(duì)論、量子論等各自都是確定無(wú)誤的，然而把他們放在一起卻并不能融洽會(huì)陷入矛盾之中物理學(xué)家們也在試圖建立一種大一統(tǒng)的理論而這種理論霍金認(rèn)為唯一的可能備選理論就是超弦理論。尋找一條定律的過(guò)程包括：猜想——計(jì)算出理論結(jié)果——觀察或?qū)嶒?yàn)的驗(yàn)證在這一過(guò)程中驗(yàn)證的結(jié)果和猜想以及計(jì)算的結(jié)果符合的很好那么一條素養(yǎng)的人仍然被這些漂亮的猜測(cè)騙的心甘情愿并且義無(wú)反顧。在這個(gè)過(guò)程中理論物理學(xué)家們扮演就是猜想的角色費(fèi)曼回顧了猜測(cè)自然定律這門(mén)藝術(shù)首先在牛頓哪里的狀況是從不完全的知識(shí)中把那些與實(shí)驗(yàn)有密切關(guān)系的概念放到一起這是第一種方法但在今天已經(jīng)不能使用了第二個(gè)麥克斯韋的方式他把所有的電學(xué)定律放在一起考察它們發(fā)現(xiàn)它們?cè)跀?shù)學(xué)導(dǎo)的邏輯可以是錯(cuò)誤的然而答案確實(shí)正確的在數(shù)學(xué)上等效的結(jié)果并不能斷哪種方法更優(yōu)越第三種發(fā)現(xiàn)或猜想的模式完全不同這時(shí)候已經(jīng)積累了一些佯謬或者矛盾這個(gè)時(shí)候是從那些定律可能的對(duì)稱(chēng)性入手打破那些符合直接的時(shí)間空間概念量子力學(xué)是由兩種完全不同的一種方法發(fā)現(xiàn)出來(lái)的薛定諤程猜出了方程海森伯論證說(shuō)你必須只分析那些可測(cè)量的東西兩種不同的方法最終導(dǎo)致了相同的發(fā)現(xiàn)。最后，費(fèi)曼指出了猜測(cè)新定律的一個(gè)最現(xiàn)實(shí)，也是我們不希望預(yù)見(jiàn)的可能那就是我們似乎不太可能總是發(fā)現(xiàn)新的定律類(lèi)似牛頓時(shí)代以來(lái)的這樣集中的定律發(fā)現(xiàn)在一千年之內(nèi)似乎都不會(huì)不斷更新原因可能在于如果真有那么多的定律需要發(fā)現(xiàn)，我們也必定厭倦了，或者所有的定律總是和實(shí)驗(yàn)完美的符合