阿基米德定律 【物理规律】一生必知的10大科学定律及理论

科学规律往往可以归结为数学表达式，比如伟大的E=mc2。这类公式是基于大量实验数据的具体表达，只有在一定的具体条件下才能成立。但是，这些规律或理论，普通人是很难理解的。这篇文章让我们可以像看“十万个为什么”一样，轻松地踏上基础科学的最佳捷径。

10个内容将采取通俗易懂、符合发展规律的倒述形式。从BIGBANG阶段开始，我们会了解行星，描述引力，然后开始生命的进化，最后进入量子物理，遇到世界上最晕的东西。

10.敲砖头和石头的理论:大爆炸理论

标准解释:进化，也就是生物学上的进化，是指一个种群在世代之间遗传性状的变化。自然选择又称自然选择，是指生物的遗传特征在生存竞争中具有一定的优势或劣势，从而导致生存能力和繁殖能力的差异，使这些特征得以保留或消除。

既然我们已经建立了一些关于宇宙为什么从无到有以及物理在我们日常生活中是如何工作的基本概念体系，我们就可以开始关注我们自己的形式，也就是我们如何成为今天的样子。

我们知道，基因会被复制到下一代，但是基因突变会改变这种情况，这种改变后的新情况可能会随着物种的迁徙而在种群中传播。

根据今天大多数科学家的说法，地球上所有的生物曾经都有一个共同的祖先。后来随着时间的发展，他们中的一些人开始进化成具有鲜明特征的特定物种。随着时间的推移，所有有机生物的生物多样性逐渐增加和扩大。

从最基本的意义上说，基因突变等突变机制一直都发生在生物进化过程中。每个阶段的这些细节变化都会通过几代人的传承得以保留。相应地，生物种群发展出了不同的特征，而这些特征往往能更好地帮助生物繁殖和生存。例如，棕色皮肤的青蛙显然比其他颜色的青蛙更适合伪装在泥泞的沼泽中生活。这叫物竞天择。

当然，进化论和自然选择理论也可以适用于更广泛的生物。然而，达尔文在19世纪提出的“地球上生命的丰富多样性来源于进化中的自然选择”无疑仍然是最基本的、最具开创性的。

2.理解宇宙的方式已经永远改变了:广义相对论

标准解释:引力在这里被描述为时间空的几何属性(曲率)，而这个时间空曲率与物质在时间空和辐射中的能量和动量张量直接相关，接触方式是爱因斯坦引力场方程(一个二阶非线性偏微分方程组)。

对于任何一个从未研究过或研究过广义相对论的人来说，广义相对论的标准解释看起来和它没有一样。因为它在解释词条的时候至少用了四组看不懂的词。

它涉及的内涵和外延非常广泛，似乎不能用非纸质的形式来描述。在这里，我们来看看被称为现代引力理论研究的最高水平的广义相对论在说什么。质量作为比牛顿万有引力更一般的理论，仍然是决定引力的重要属性，但它不再是引力的唯一来源。

在爱因斯坦的情况下，引力不再是牛顿描述的力。甚至可以说，引力没有最初的概念。因为爱因斯坦把它看作是一个时间空绕物体的弯曲，所以前面说的“物体在重力作用下的运动”被归结为物体在弯曲中沿一条短直线的自由运动空。

如果我们把“弯曲时间空”的概念说得更清楚一些，我们就可以想象航天飞机上的宇航员绕地球飞行。对他们来说，他们是在直线飞行，但实际上，航天飞机周围的时间空已经被地球引力弯曲，这使得航天飞机再次向前飞行。

美国相对论研究首席专家约翰·惠勒认为，所谓小时空这个几何属性可以概括为:小时空告诉物质如何运动，物质告诉如何弯曲。因此，它可以显示大天体影响下宇宙星光的弯曲模式，为研究黑洞奠定理论基础。

1.上帝掷骰子吗？海森堡测不准原理

标准解释:德国物理学家海森堡在1927年提出，指出了量子力学中的不确定性，即在一个量子力学系统中，不能同时确定一个粒子的位置及其动量(质量乘以粒子的速度)。

“测量！在经典理论中，这不是一个需要考虑的问题。”《量子物理学史》说。

那是因为在经典物理中，你，我，或者任何一个观察者，对这个等待测量的客观物体都没有影响，或者说他们的影响可以忽略不计。那时候就算我们看不懂真相，也不妨碍原理留在那里，等着我们仔细研究。

但是现在我们要踏入量子世界的魔池，我们作为观察者会给实验现象带来一定的扰动，所以如果我们测量一个电子的动量，得到的值只是相对于你作为观察者而言的。微观世界，要讲“概率”，所谓上帝掷骰子。

华纳海森堡有了突破性的发现，人们无法同时获得粒子两个变量的准确信息，即使是精密仪器。具体来说，你可能准确地知道一个电子的位置，但你不能同时知道它的动量，反之亦然。类似的不确定性也存在于能量和时间、角动量和角度等许多物理量之间。

也许你不明白这件事的陌生感。如前所述，既然量子世界中的量是相对的，那么只要它存在，就应该被测量。既然反正无法衡量，那就不存在了。所以，当你不确定测量这个物理量的手段时，谈论它是没有意义的。电子的动量只有在你测量的时候才有意义。

这更像是一个哲学话题。海森堡测不准原理与其说是在实验中发现的，不如说是海森堡和他的老师玻尔讨论的。当玻尔发现电子同时具有粒子和波的双重性质(量子物理的支柱，波粒二象性)时，我们在测量电子的位置时，就把它们当作粒子，波长是不确定的；当我们要测量动量时，我们把它看成一个波，知道波长的大小却失去了位置。

就算你现在很迷茫，也还是没什么大不了的。玻尔的名言是:“如果有人不被量子论迷惑，那么他一定不懂量子论。”类似的费克曼也说过。所以我们没什么好沮丧的。爱因斯坦的情况和我们一样。

ID:浣秋五里