说几个枯燥的物理规律

一、泡利不相容原理
量子力学,有几个重要的概念,比如不确定性原理,薛定谔方程,还有下面这个泡利不相容原理!
我们知道原子之间大部分是真空,那为什么不能像挤海绵那样挤压物体,或者像在刨丝器上粉碎奶酪一样,将不同物质彼此挤入呢?物质为何会占据空间是物理学上的重大问题之一。如果实际情况不是这样,我们就会掉到地球的中心,或陷到地板里去,而建筑物也会被自身的重量压扁。
那麼,泡利不相容原理解释了物质为什么是坚硬和难以穿透的——为什么人不会陷入地板中,手进不到桌子当中去。该原理还对中子星和白矮星作出了解释。
沃尔夫冈· 泡利所提出的泡利不相容原理适用于电子、质子和中子,对物质具有深远的影响。

(大神:沃夫尔冈·泡利)
在量子力学里,泡利不相容原理(Pauli exclusion principle)表明,两个全同的费米子不能处于相同的量子态。
泡利不相容原理是原子物理学与分子物理学的基础理论,它促成了化学的变幻多端、奥妙无穷。
泡利不相容原理主导原子的电子排布问题,从而直接影响到日常物质的各种性质,从大尺度稳定性至原子的化学行为。
罗·埃伦费斯特于1931年指出,由于泡利不相容原理,在原子内部的束缚电子不会全部掉入最低能量的轨道,它们必须按照顺序占满能量越来越高的轨道。因此,原子会拥有一定的体积,物质也会那么大块。
1967年,弗里曼·戴森与安德鲁·雷纳德(Andrew Lenard)给出严格证明,他们计算吸引力(电子与核子)与排斥力(电子与电子、核子与核子)之间的平衡,推导出重要结果:假若泡利不相容原理不成立,则普通物质会坍缩,占有非常微小体积。
由于泡利不相容原理能够适用于所有费米子,狄拉克对于这个延伸给出命名“不相容原理”,指的是在量子系统里,多个全同费米子不能处于同样量子态。
海森堡应用泡利不相容原理来说明金属的铁磁性与其他性质。
还有很多宏观的物理化学性质,归根到底,都可追溯到泡利不相容原理。


楼主 孔甲  发布于 2015-02-15 22:15:00 +0800 CST  
下面两个与天体有关

楼主 孔甲  发布于 2015-02-15 22:47:00 +0800 CST  
二、斯特藩-玻尔兹曼定律与辐射压
斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law),又称斯特藩定律,是热力学中的一个著名定律,其内容为: 一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量(称为物体的辐射度或能量通量密度)j*与黑体本身的热力学温度T(又称绝对温度)的四次方成正比,即:
j=εσ×(T的4次方)。绝对温度T的标准单位是开尔文,ε为黑体的辐射系数;若为绝对黑体,则ε=1.(一般将恒星它当成黑体)
比例系数σ称为斯特藩-玻尔兹曼常数或斯特藩常量。
辐射压(Radiation pressure)(亦称光压)是电磁辐射对所有暴露在其下的物体表面所施加的压力。如果被吸收,压力是流量密度除以光速;如果完全被反射,辐射压将会加倍。例如,太阳辐射的能量在地球的流量密度是1370 W/m2,所以吸收状态下的辐射压是 4.6 µPa(作为比较,大气压是101kPa)。
该定律与辐射压的最经常应用之一:与恒星的命运有关!
在恒星内部的温度非常高,恒星模型预测太阳在核心的温度约1,500万K,超巨星核心的温度更高达10亿K。辐射压与温度的四次方成正比,因此在这样的高温下温度是很重要的因素。在太阳,辐射压力与气体压力比较仍是微不足道的;但在大质量的恒星,辐射压是所有压力中最主要的成分。超新星爆发就是它死亡之前辐射压与重力势能失衡所致。
太阳帆是被提出作为太空船推进的一种方法,将使用太阳辐射压力做为动力的来源,民间的太空船宇宙1号已经在尝试使用这种形式的动力。

楼主 孔甲  发布于 2015-02-15 22:49:00 +0800 CST  


楼主 孔甲  发布于 2015-02-15 22:52:00 +0800 CST  
三、维恩位移定律
维恩位移定律说明了一个物体越热,其辐射谱的波长越短(或者说其辐射谱的频率越高)。譬如在宇宙中,不同恒星随表面温度的不同会显示出不同的颜色,温度较高的显蓝色,次之显白色,濒临燃尽而膨胀的红巨星表面温度只有2000-3000K,因而显红色。太阳的表面温度是5778K,根据维恩位移定律计算得的峰值辐射波长为502nm,这近似处于可见光光谱范围的中点,为绿色光。但实际我们看到的太阳是黄色的,这和各个波长成分的光所做出的贡献有关。
与太阳表面相比,通电的白炽灯的温度要低数千度,所以白炽灯的辐射光谱偏橙。至于处于“红热”状态的电炉丝等物体,温度要更低,所以更加显红色。温度再下降,辐射波长便超出了可见光范围,进入红外区,譬如人体释放的辐射就主要是红外线,军事上使用的红外线夜视仪就是通过探测这种红外线来进行“夜视”的。
(整个太阳光光谱完整覆盖(且超出)了可见光光谱范围,使得太阳光(在没有大气的情况下)呈白色。至于人们在地上所看见的红日、蓝天等现象,都是由于大气层气体分子对短波长光线作瑞利散射(Rayleigh scattering)的结果。)

楼主 孔甲  发布于 2015-02-15 22:53:00 +0800 CST  
很多人都讨论相对论,因为它推导来的东西很多都感觉违反一般肉眼所见的现象,因此能吸引到众人去致力研究它,乃至推翻它。而量子力学,感觉十分之“玄”,光是“不确定性原理”就足矣将了想质疑它的人一军,“事件就是不确定的,包含了一切可能,你如何质疑我”;最最重要的,量子力学还难以用简单术语来描述来普及,接触到的人想质疑一般都是基于能力有限,简直不知它所云,都不知如何说它质疑它,乃至完全不懂它说的究竟是啥(相比较,相对论光是超光速,黑洞,质能互换,时间等与现实息息相关的足矣辗压量子力学的概念N条街)。所以,贴吧里,简直没什麼人说量子力学,因为不懂有没吸引力。

楼主 孔甲  发布于 2015-02-15 23:05:00 +0800 CST  
四、热力学第二定律
(该定律最为人津津乐道的一点是,它提出来不可逆性,这关乎宇宙的命运,时间能否可逆等问题。)
热力学第二定律(英文:second law of thermodynamics)是热力学的四条基本定律之一,表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向——最大熵状态——演化。
这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。定律本身可作为过程不可逆性及时间流向的判据。而路德维希·玻尔兹曼对于熵的微观解释——系统微观粒子无序程度的量度,更使这概念被引用到物理学之外诸多领域,如信息论及生态学等。
较为近期的黑首保劳-肯南表述(Hatsopoulos-Keenan statement):
“对于一个有给定能量,物质组成,参数的系统,存在这样一个稳定的平衡态:其他状态总可以通过可逆过程达到之。
由于热力学自身局限性(它仅适用于粒子很多的宏观系统,它把物质视作“连续体”,不考虑物质的微观结构。),因而在热力学自身范畴内,定律只能作为经验定律而不能得到解释。如果要对定律进行解释,需要借助统计力学的方法。引用熵的统计力学解释(玻尔兹曼关系)结合热力学定律,可以对较为典型的不可逆热力学过程进行分析,从而得出对热力学第二定律的解释:
“孤立系统的自发过程总是从热力学概率小的宏观状态向热力学概率大的宏观状态转变”。

楼主 孔甲  发布于 2015-02-15 23:57:00 +0800 CST  
其实很多人都有这样的想法“我平时读书对着这些东西已经够烦的了,上来贴吧依然是这些东西,受不了啦,我要看宇宙我要看超光速,我要书上没有的,我要胡思乱想”

楼主 孔甲  发布于 2015-02-16 08:59:00 +0800 CST  

楼主:孔甲

字数:1997

发表时间:2015-02-16 06:15:00 +0800 CST

更新时间:2020-11-24 18:38:57 +0800 CST

评论数:27条评论

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