物理学的十大预言

 新闻资讯     |      2021-03-22

物理学的十大预言

理论背后的大家。上排:牛顿,泊松,麦克斯韦,爱因斯坦,梅耶夫人,施温格;下排:霍伊尔,杨振宁和李政道,约瑟夫森,鲁宾,福特

 

理论物理学家盯着黑板,做计较和预测。尝试物理学家搭建树备,视察和阐明数据。他们相互依赖:尝试学家试图证明理论是正确的 (或错误的),可能理论学家想要表明尝试调查。英国理论物理学家爱丁顿 (Arthur Eddington) 说过,“尝试学家惊奇地发明,我们不会接管任何未司理论证实的证据。”

 

然而常见的是,在伟大的理念需要澄清的时候,每小我私家都有些迷失。每隔一段时间,某小我私家的缔培育可以或许划破暗中和混沌,获得清晰透彻的成就,当即推进他们的规模,有时甚至能缔造新的规模。

 

开普勒的三个定律

 

牛顿(1687年)

 

英国物理学家和数学家牛顿是通过数学计较举办预言的早期支持者,他在1665 年缔造了微积分 (莱布尼茨也大抵同时地独立缔造了),从而有大概预测物体在空间和时间中的举动。

 

牛顿接管了伽利略关于力和加快度的想法、开普勒关于行星举动的三个定律,并从胡克 (Robert Hooke) 哪里获得了关于行星的切向速度与它受到的径向力有关的想法,指向太阳的引力听从平方反比定律。牛顿将所有这些观念统一起来,并插手本身的想法,进而提出了他本身的三个举动定律和万有引力定律。

 

这四个定律为物理世界的研究带来了秩序,提供了为它建模的数学东西。出格是,牛顿可以或许从纯粹的数学推导出开普勒的三个定律——这三个定律表白,行星的举动轨道不是圆而是椭圆——并将它们用于检讨他的各类假设。数学第一次可以或许直接的计较和预测天体的举动、潮汐、岁差等等,最后明晰地表白,地上的现象和天上的现象都是由沟通的物理纪律支配。

 

阿拉戈亮斑

 

泊松(1818年)

 

法国数学家和物理学家泊松 (Siméon-Denis Poisson) 做过一个预言,他相信这个预言是错误的。可是,他对预言的预言是错的,反而意外地辅佐证明白光是一种波。

 

1818年,一些科学家 (包罗泊松) 发起法国科学院的年度论文比赛接头光的性质,期望这些文章支持牛顿的微粒理论 (光是由“微小的粒子”构成的)。然而,法国工程师和物理学家菲涅耳提交了一份陈诉,基于惠更斯假设的想法 (光是一种波,波前的每个点都是次级的波源)。菲涅耳提出,所有这些小波彼此过问干与。

物理学的十大预言

泊松的难过。点光源发出的光,在圆形物体周围产生衍射,阿拉戈亮斑位于衍射图案的中心。这个小亮点表白,光的行为像波

 

泊松仔细研究了菲涅耳的理论。他认识到,菲涅耳的衍射积分意味着,用点光源照亮圆盘或球体,在圆盘后头的轴上会呈现一个亮点。泊松认为这是谬妄的,因为微粒理论清楚地预言说,哪里是完全的暗中。

 

听说,泊松很自信,在菲涅耳举办论文宣讲的时候,他站出来举办质疑。率领比赛委员会的数学家和物理学家阿拉戈 (Francois Arago) 迅速地在尝试室里做了这个尝试,用的是火焰、滤光片和 2 mm 的金属圆片 (用蜡粘在玻璃片上)。令人惊奇的是,也让泊松难过的是,阿拉戈调查到了预言的亮斑。菲涅耳赢得了角逐,宝运莱国际,从此,这个亮斑被称为阿拉戈亮斑、泊松亮斑可能菲涅耳亮斑。

 

光速

 

麦克斯韦(1865年)

 

1860年,在英国伦敦的国王学院,苏格兰物理学家麦克斯韦开始在电学和磁学规模取得深刻的成就,将法拉第的尝试思想转化为数学形式。

 

在1865年的论文《电磁场的动力学理论》里,麦克斯韦导出了一组20个偏微分方程组 (直到1884年,亥维塞德 (Oliver Heaviside) 才给出了我们熟悉的矢量微积分的暗示方法),加上6个颠簸方程组 (电场E和磁场B各有3个空间分量) 。麦克斯韦得出结论,他“险些无法制止这样的推论,即光是由同一介质的横向颠簸构成的,而这种颠簸是电和磁现象的原因”——他预言了光是电磁波。

 

麦克斯韦获得,这种波的 (相) 速度 v 是