第一課

牛頓對力的描述的主要貢獻(xiàn)

1， 提出力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因

從前的科學(xué)家認(rèn)為力的作用是讓物體運(yùn)動(dòng)，其實(shí)維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并不需要力荤西。牛頓第一定律認(rèn)為：任何一個(gè)物體在不受任何外力或受到的力平衡時(shí)袋倔，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止刊侯。

2， 讓人們有機(jī)會(huì)認(rèn)識(shí)到引力的微弱性

用一塊小小的磁鐵放在別針上方幾厘米處锉走，便能使得別針克服地球引力吸附到磁鐵上滨彻， 一塊小小磁鐵的磁力便能克服整個(gè)地球?qū)e針的引力，后者的微弱程度可想而知挪蹭。

自由落體實(shí)驗(yàn)

1亭饵、辟謠

我們中學(xué)教科書上說，伽利略曾在比薩斜塔上同時(shí)扔下兩個(gè)球梁厉，一個(gè)空心一個(gè)實(shí)心辜羊，重量一輕一重，結(jié)果同時(shí)落地词顾，說明物體的下落速度和質(zhì)量無關(guān)只冻。這個(gè)說法是錯(cuò)的。

霍金的《時(shí)間簡史》中道出的事實(shí)是计技，伽利略確實(shí)得出了這個(gè)科學(xué)結(jié)論喜德，但他當(dāng)年是通過在不同角度的斜坡上滾球，經(jīng)過幾百次測量得到的垮媒。

2舍悯、月球上的自由落體實(shí)驗(yàn)

最著名的自由落體實(shí)驗(yàn)是1971年7月份阿波羅15號上的太空人David Scott做的航棱。當(dāng)時(shí)他在月球上，右手拿著一只采集巖石樣本用的鐵錘萌衬，左手拿著一只羽毛饮醇，然后同時(shí)撒手，鐵錘和羽毛同時(shí)落地秕豫。

質(zhì)量更大的鐵錘雖然受到了更強(qiáng)的引力朴艰，但也因?yàn)樽陨碣|(zhì)量大，改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的難度很大混移，加速下落起來更費(fèi)勁祠墅，所以會(huì)和羽毛同時(shí)落地。

平方反比律暗示著守恒

類似于引力或者庫倫力的相互作用歌径，其強(qiáng)度隨著距離的平方減弱毁嗦；假設(shè)空間有一個(gè)布滿小點(diǎn)的氣球，隨著氣球膨脹回铛，其表面單位面積的小點(diǎn)濃度也是隨著尺寸平方下降的狗准，然而，氣球表面總的小點(diǎn)數(shù)不變茵肃。

物理學(xué)家是最激進(jìn)的保守主義者

1腔长， 保守

美國物理學(xué)家惠勒說，大部分物理學(xué)家都會(huì)盡量使用現(xiàn)有的理論做研究验残，直到新的發(fā)現(xiàn)用現(xiàn)有理論實(shí)在不能解釋了捞附，才會(huì)使用新理論。這是一種“奧卡姆剃刀”精神——如非必須胚膊，勿增實(shí)體故俐。

2想鹰， 激進(jìn)

物理學(xué)家們不甘于待在從前理論可以精美描述的范圍內(nèi)紊婉，他們總是試圖用最極端的方式突破，比如把理論帶到各種極限的情況去驗(yàn)證辑舷。當(dāng)產(chǎn)生嚴(yán)重問題時(shí)喻犁，物理學(xué)家們就試出了從前理論適用的邊界。

人類文明的“10億”米臺(tái)階

加州理工學(xué)院數(shù)學(xué)系教授何缓、東京大學(xué)理論物理研究所主任大栗博司說：回顧過往肢础，物理學(xué)的發(fā)展是以“10億”米的臺(tái)階一步一步往上或向下探索世界的。

1碌廓，往“上”探索

人類文明邁上第一個(gè)10億米臺(tái)階传轰，是公元前200多年的古希臘。牛頓出現(xiàn)后谷婆，牛頓定律能描述1-10億米范疇內(nèi)的物理現(xiàn)象慨蛙。

人類文明邁上10億米的10億倍——典型的星系的尺寸辽聊，這超出了牛頓定律的極限狀況，必須用愛因斯坦的相對論解釋期贫。上這個(gè)臺(tái)階人類用了300年時(shí)間跟匆。

人類文明現(xiàn)邁上第三個(gè)10億米臺(tái)階——10億米的10億倍的10億倍，只用了70年時(shí)間通砍。

2玛臂，往“下”探索。

第一個(gè)10億米臺(tái)階封孙，納米迹冤。人類發(fā)現(xiàn)，納米體量的世界中敛瓷，牛頓力學(xué)失效了叁巨，必須用量子力學(xué)來解釋。

現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)在往10億×10億分之一的尺度上測試量子力學(xué)是不是還能描述更微觀的世界呐籽，使用的工具就是粒子加速器锋勺。

3， 測量儀器的精度會(huì)導(dǎo)致從前已有的成熟理論被證偽或推翻

探測引力波的LIGO就可以檢測到氫原子直徑千分之一的尺度的長度變化狡蝶，這是目前人類在測量上能做到最精確的設(shè)備庶橱，沒有之一。

4贪惹，為什么我們中學(xué)不系統(tǒng)學(xué)習(xí)以上這些內(nèi)容苏章？

學(xué)會(huì)使用那些數(shù)學(xué)工具至少需要2-3年時(shí)間，對中學(xué)學(xué)習(xí)來說過于沉重奏瞬，所以教育部門決定只教授適用于人類身高乘以10億米枫绅、除以10億米這個(gè)范圍內(nèi)的物理知識(shí)，讓我們可以擁有足夠的安全感來理解世界硼端。

5并淋，新的物理定律不會(huì)以什么面貌產(chǎn)生？

新的物理發(fā)現(xiàn)永遠(yuǎn)不會(huì)是“真空中光速10萬公里/秒”這類樣子珍昨，而是出現(xiàn)在目前測量極限精度之外的規(guī)律县耽。