1Q小时候有个猜想。假如地球上的所有人、动物,同时朝着同一个方向(如东方)行走,地球自转的速度会不会被加快或减慢。
西西里
A回答这个问题之前最好先对人类的总质量和地球的总质量有个感性认识。假设人类的平均质量是50kg,那么大约每20人才有一吨,全世界加起来也不到四亿吨。四亿吨是什么概念呢,还没有一立方公里的海水的一半重。而地球的总质量是59.77万亿亿吨。所以哪怕这些人都在赤道上一起往东走,对地球的自转速度影响也是微乎其微的。(况且赤道自转速度465m/s,远大于人的移动速度。)
2Q为什么氢氧化钙在水中的溶解度随温度升高而降低,大多数物质增大,为什么?
Dr.Wells
A这个问题分两步说,我们先说为什么大多数物质溶于水会放热。物质溶于水时有两个过程,先是物质内部的化学键或分子间力被拉开,这一步要吸收热量。然后是被拉开的物质离子或分子与水或水离子重新结合,这一步要放出热量。大多数溶于水的物质,第二步与水结合时释放的能量要大于第一步拆散该物质原有结构吸收的能量。所以最终结果是系统总的化学能变低,因此溶化过程可以自发发生。系统放热,温度升高。
但有一小部分像氢氧化钙这样的物质,它们与水结合释放的能量要小于拆散原有结构吸收的能量。但它们的溶化过程居然也能自发发生,即使温度会降低。这是为什么呢?
原因是氢氧化钙溶液的状态比固态的氢氧化钙加上纯水的状态要杂乱得多,换句话说,氢氧化钙溶液的熵高得多。因此虽然氢氧化钙溶于水这个过程总的化学能是升高的,但由于熵增了,所以总的自由能还是减少的,使得这个过程也能自发发生,这是一个熵驱动的自发过程。
3Q请问广义相对论跟量子力学的根本矛盾是什么,为什么要统一呢?我认为根本没必要统一啊,一个描述宏观世界,一个描述微观世界,以普朗克恒量为界限互不干扰
困扰的快乐
A相对论和量子力学并不是一个描述宏观世界一个描述微观世界。准确的说应该是一个描述宏观高速世界,一个描述微观低速世界。而牛顿力学最弱,只能描述宏观低速世界。那么问题很自然就来了,什么理论能够描述微观高速世界呢?比如原子核内的物理?
答案就是狭义相对论加上量子力学形成的量子场论。但量子场论还无法解释引力,无法与广义相对论统一,那么我们又要问了,什么理论能够解释微观的引力世界呢?比如黑洞,比如宇宙大爆炸?答案就是量子引力理论,而这个东西现在还没有建立起来。
4Q什么是宇宙学红移?引力红移?多普勒红移?
图灵一世
A多普勒红移是指,如果一个发光源一边发着光一边以一定速度远离你,那么你看到该发光源发出的光的频率就会变小(程度取决于速度多接近光速),这叫红移。
引力红移是指,一个光源从一个有很大引力的天体往外发射光线,这个光线的频率会变小,变小的幅度取决于引力的强弱。光线的频率变小意味着光线的能量变小,能量变小的原因可以认为是一部分能量拿去克服引力了。(这个说法并不严格,因为在强引力场下引力势能的定义并不是一件很简单的事。)
宇宙学红移是指,由于宇宙在膨胀,所以离我们越远的天体就以越快的速度远离我们,导致我们看到的它们发出的光的频率变小了。
5Q分析力学相较于牛顿体系的优势何在?
咦邋兒
A不需要画图,把颇具技巧性的受力分析换成了程式化的通过拉氏量哈密顿量求运动方程的过程。
能够更清晰的看到守恒律与对称性的关系,也就是诺特定理。
而且在这个体系下事实上已经不需要借助人为定义的“力”这个概念了。只需要能量,动量,角动量等可以有守恒律的量。
极易推广为相对论形式,量子形式,统计形式。
与辛几何等严格深刻的数学关系密切。
(暂时想到的几个,欢迎补充)
6Q电阻到底是怎么产生的?它的本质是什么?
ʕ•ﻌ•ʔ
A原子晶格散射了正在做定向运动的迅游电子,使得巡游电子被电场加速得到的动能部分变成了原子晶格的振动能,也就是原子晶格的能量。
7Q我目前在自学狭义相对论,对E=MC2的理解不是很透彻。请问对一个封闭系统来说,这个里面的E包括势能么?如果包括,那假设空间中有两个带不同电荷的粒子,在互相吸引加速的过程中,势能减少,动能增加。在速度加快的过程中,整个系统的质量也会增加,按照E=MC2,整个系统的能量在增加。这不就违反了能量守恒?请问我这个想法错在哪里?
自学者
A没有违背能量守恒。在相对论中,动能的定义是总能量减去静止能量。所以增加的质量也算动能的。而且还有一个更有趣的结论。假设这两个粒子最后撞在一起形成了一个整体。那么这个整体的总动量为零,因此是静止的。但这个整体的静止质量却大于两个粒子的静质量之和,而且多出来的部分质量乘上光速平方,刚好等于势能差。因此进一步说明能量是严格守恒的。