近代物理
「栖岸计划」狭义相对论
狭义相对论:
1905年,爱因斯坦在瑞士某公寓思考一个问题,一个运动的物体,和一个静止的物体,他们的时间会一样吗?
这个问题似乎很难解决,似乎连测量的方法都没有,可是爱因斯坦却坚定的说:用光!
假设光速不变(相对论核心) 一个男的在车站内静止不动,一个女的坐着车移动。
光到车顶的时间: $\color{black}{t}$ =$\frac{h}{c}$ 其中h是车高 从c是光速
如果女的车上有一束光射向车顶,在男的参考系看来,光其实走了一条直角三角形的斜线。
也就是说在光速不变的情况下,光走的路程增大了,那么根据小学二年级学过的 $\color{black}{v}$ = $\frac{s}{t}$,可以看出
$\Huge{时间膨胀了}$
那怎么得出时间膨胀了多少呢,现在就来推导吧!
以男的参考系看,车平移路程(女的走过的路程)为: $\color{black}{vt}$
斜边部分为:$\color{black}{ct}$
车厢高度为:$\color{black}{h}$
参考图:
根据我们小学二年级的购股定理得出一个方程:
$\color{black}{h^2}$ + $\color{black}{(vt)^2}$ = $\color{black}{(ct)^2}$
移项得:
$\color{black}{(ct)^2}$ - $\color{black}{(vt)^2}$ = $\color{black}{h^2}$
因式分解(嗯应该可以说是因式分解吧)得:
$\color{black}{t^{2}(c^{2}-v^{2})}$ = $\color{black}{h^2}$
依旧移项得:
$\color{black}{t^2}$ = $\frac{h^{2}}{c^{2}-v^{2}}$
两边开方:
$\color{black}{t}$ = $\frac{h}{sqrt{c^{2}-v^{2}}}$
根据开始的 $\color{black}{t_0}$ =$\frac{h}{c}$ 得(注意由于参考系不同,时间膨胀,$\color{black}{t}$ ≠ $\color{black}{t_0}$:
$\color{black}{t}$ = $\frac{t_0c}{sqrt{c^{2}-v^{2}}}$
再化简:
$\color{black}{t}$ = $\frac{t_0c}{\sqrt{\frac{c^{2}-v^{2}}{c^2}}c}$
化简得到公式:
$\color{black}{t}$ = $\frac{t_0}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}$
好,先更新这么多吧
近代物理速通版
如题,这是近代物理的讲解,由于帖主能力有限,仅仅可以讲到狭义相对论。
为了不麻烦,使用一个帖子的$latex$形式讲完。
有问题欢迎提出,我会及时回的。
$\huge{零.目录}$
1.黑体辐射问题
2.原子物理和一点点基础的量子物理
3.狭义相对论
(看不懂公式的可以当作历史帖来看,毕竟近代物理有很有趣的历史)
$\huge{Part 1:黑体辐射问题}$
这里先不说物理学界的两朵乌云。黑体在英文中的翻译就是$black body$,符合其字面意思。但黑体本身的含义则是只能吸收别的物体的辐射,而不反射的物体。那么对于研究黑体辐射,先来说说planck量子化。首先对于黑体,有相对著名的几个公式,其中瑞利金斯公式在低频段接近准确值,维恩公式在高频段接近准确值。planck是用插值法将两个公式合成了planck公式,也就是我们所熟知的
$E=hv$,h指的是planck常数,v指的是频率。
维恩位移定律:$\lambda_{\max} = \frac{b}{T}$, b = 0.002897
瑞利金斯公式:$u(\nu, T) = \frac{8\pi\nu^2}{c^3} k_B T$
那么planck提出了量子化公式之后,爱因斯坦进一步解释了光量子。
斯忒璠玻尔兹曼定律
$J = \sigma T^4$
该公式为在一个理想黑体上的$\frac{P功率}{A面积}$,其中$\sigma = 5.670374419 \times 10^{-8} \, \text{W} \cdot \text{m}^{-2} \cdot \text{K}^{-4}$
对于一个非黑体物体,玻尔兹曼定律还可表示为
$J = \varepsilon \sigma T^4$
ε取决于该物体表面材质性质。
(黑体辐射篇完)
$\huge{Part2.1.原子物理}$
原子的发现啊,可以追溯到很久以前,最初人们对于原子的定义起源于古代,人们想象每一个物体,从个体开始拆分,不断拆分,一直拆到不可拆为止,此时这个单位就是原子。这个猜想在现代科学显然是错误的,因为原子并不是最小的单位,任然可以细分。那么在后来,人们对于原子物理的认知又更近了一步,其中著名的有汤姆孙模型,卢瑟福模型与玻尔模型。
汤姆孙使用了电磁在一个空间内的运动速度测出了一些数据,并提出了第一个原子模型,即面包葡萄干模型。
然而,卢瑟福用$\alpha$粒子轰击金箔的实验,得到了卢瑟福模型。即电子绕原子核做圆周运动。
然而卢瑟福忽略了一个问题,电子的初始加速度不为0,在圆周运动过程中,电子会不断坍缩,最后失去原模型的样子,那么卢瑟福原子模型也不成立。
近代微观粒子发现发展史(编年体)
Hier findest du gebräuchliche physikalische Symbole, die dir weiterhelfen(物理学基础符号)『⚜️理神⚜️』
Physikalische Symbole mit besonderer Bedeutung können oft viele Probleme und textliche Missverständnisse vermeiden. Hier sind 100 grundlegende physikalische Symbole. Merke sie dir, und du wirst großen Nutzen daraus ziehen.
一、力学(Mechanics)
1. F - 力(Force,单位:牛顿N)
2. m - 质量(Mass,单位:千克kg)
3. a - 加速度(Acceleration,单位:m/s²)
4. v - 速度(Velocity,单位:m/s)
5. p - 动量(Momentum,p = mv)
6. g - 重力加速度(9.8 m/s²)
7. μ - 摩擦系数(Coefficient of friction)
8. τ - 扭矩(Torque)
9. I - 转动惯量(Moment of inertia)
10. ω - 角速度(Angular velocity,单位:rad/s)
11. θ - 角度(Angle)
12. ρ - 密度(Density,单位:kg/m³)
13. η - 粘度(Viscosity)
14. σ - 应力(Stress)
15. ε - 应变(Strain)
二、电磁学(Electromagnetism)
16. Q - 电荷量(Electric charge,单位:库仑C)
17. E - 电场强度(Electric field,单位:V/m)
18. B - 磁感应强度(Magnetic field,单位:特斯拉T)
19. Φ - 磁通量(Magnetic flux)
20. I - 电流(Current,单位:安培A)
21. R - 电阻(Resistance,单位:欧姆Ω)
22. C - 电容(Capacitance,单位:法拉F)
23. L - 电感(Inductance,单位:亨利H)
24. ε₀ - 真空介电常数(8.85×10⁻¹² F/m)
25. μ₀ - 真空磁导率(4π×10⁻⁷ H/m)
26. σ - 电导率(Electrical conductivity)
27. λ - 线电荷密度(Linear charge density)
28. J - 电流密度(Current density)
29. H - 磁场强度(Magnetic field strength)
30. P - 电极化强度(Polarization)
三、热力学与统计物理(Thermodynamics)
31. T - 温度(Temperature,单位:开尔文K)
32. Q - 热量(Heat,单位:焦耳J)
33. S - 熵(Entropy,单位:J/K)
34. U - 内能(Internal energy)
35. H - 焓(Enthalpy)
36. G - 吉布斯自由能(Gibbs free energy)
37. k - 玻尔兹曼常数(1.38×10⁻²³ J/K)
38. R - 理想气体常数(8.314 J/(mol·K))
39. c - 比热容(Specific heat capacity)
40. α - 热膨胀系数(Thermal expansion coefficient)
41. β - 压缩系数(Compressibility)
42. μ - 化学势(Chemical potential)
四、波动与光学(Waves & Optics)
43. f - 频率(Frequency,单位:赫兹Hz)
44. λ - 波长(Wavelength)
45. c - 光速(3×10⁸ m/s)
46. n - 折射率(Refractive index)
47. A - 振幅(Amplitude)
48. I - 光强(Intensity)
49. θ - 入射角(Angle of incidence)
50. φ - 相位角(Phase angle)
51. ν - 频率(Frequency,同f)
52. k - 波数(Wave number)
53. E - 光场振幅(Electric field amplitude)
五、原子与量子物理(Quantum Physics)
54. h - 普朗克常数(6.63×10⁻³⁴ J·s)
55. ħ - 约化普朗克常数(h/2π)
56. ψ - 波函数(Wave function)
57. Ψ - 量子态矢量(State vector)
58. E - 能量(Energy)
59. p - 动量(Momentum)
60. x - 位置(Position)
61. n - 主量子数(Principal quantum number)
62. l - 轨道角动量量子数(Azimuthal quantum number)
63. m - 磁量子数(Magnetic quantum number)
64. σ - 泡利矩阵(Pauli matrices)
65. φ - 相位因子(Phase factor)
六、相对论(Relativity)
66. c - 光速(恒定值)
67. γ - 洛伦兹因子(Lorentz factor)
68. β - v/c(相对速度比)
69. μ - 四维速度(Four-velocity)
70. η - 闵可夫斯基度规(Minkowski metric)
71. R - 里奇张量(Ricci tensor)
72. G - 爱因斯坦张量(Einstein tensor)
七、核物理与粒子物理(Nuclear Physics)
73. Z - 原子序数(Atomic number)
74. A - 质量数(Mass number)
75. α - 阿尔法粒子(氦核)
76. β - 贝塔粒子(电子/正电子)
77. γ - 伽马射线(高能光子)
78. ν - 中微子(Neutrino)
79. π - 介子(Pion)
80. μ - 缪子(Muon)
81. τ - 陶子(Tau particle)
82. Λ - Lambda粒子
83. Σ - Sigma粒子
84. Ω - Omega粒子
八、数学符号(Mathematical Notation)
85. ∂ - 偏微分符号
86. ∇ - 梯度/纳布拉算子
87. ∫ - 积分符号
88. ∞ - 无穷大
89. ≈ - 约等于
90. ∝ - 正比于
91. ∑ - 求和符号
92. ∮ - 环路积分
93. δ - 变分符号/狄拉克δ函数
94. Δ - 差值符号(如ΔT温度变化)
95. → - 矢量符号/趋向于
96. × - 矢量积符号
97. · - 标量积符号
98. ≡ - 恒等于
99. ≅ - 全等于
100. ⊗ - 张量积
Have you noted them down now? Try to apply them to your advanced physics studies. Did you notice the language I used? Yes, it's German. As you know, Einstein's homeland was Germany, and German is also a fascinating language. Next, we’ll explore 38 renowned German physicists. In the next section, I’ll introduce you to some basic German physics vocabulary.
Hast du sie jetzt notiert? Versuche, sie auf das Studium der höheren Physik anzuwenden. Ist dir aufgefallen, welche Sprache ich verwendet habe? Ja, es ist Deutsch. Wie du weißt, war Einstein in Deutschland zu Hause, und Deutsch ist auch eine faszinierende Sprache. Als Nächstes werden wir 38 berühmte deutsche Physiker kennenlernen. Im nächsten Abschnitt werde ich dir einige grundlegende deutsche Physikvokabeln vorstellen.
1. 威廉·康拉德·伦琴
2. 海因里希·赫兹
3. 马克斯·普朗克
4. 维尔纳·海森堡
5. 马克斯·玻恩
6. 古斯塔夫·基尔霍夫
7. 赫尔曼·冯·亥姆霍兹
8. 乔治·西蒙·欧姆
9. 卡尔·弗里德里希·高斯
10. 阿诺德·索末菲
11. 马克斯·冯·劳厄
12. 奥托·斯特恩
13. 汉斯·盖革
14. 弗里德里希·洪德
15. 瓦尔特·能斯特
16. 威廉·维恩
17. 约瑟夫·冯·夫琅禾费
18. 罗伯特·本生
19. 威廉·韦伯
20. 弗朗茨·诺伊曼
21. 鲁道夫·克劳修斯
22. 帕斯夸尔·约尔丹
23. 阿尔伯特·爱因斯坦
24. 奥托·哈恩
25. 卡尔·冯·魏茨泽克
26. 汉斯·贝特
27. 克劳斯·冯·克利青
28. 特奥多尔·亨施
29. 约翰内斯·斯塔克
30. 瓦尔特·博特
31. 卡尔·施瓦西
32. 玛丽亚·格佩特-梅耶
33. 弗里德里希·帕邢
34. 奥古斯特·孔脱
35. 约翰·威廉·里特
36. 尤利乌斯·冯·迈尔
37. 斯特凡·黑尔
38. 格哈德·赫茨贝格(Gerhard Herzberg)
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