那些不明覺(jué)厲的物理理論離我們有多近？

夢(mèng)晨 2024-01-22 14:02:59 來(lái)源：量子位

允中 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

100多年前，愛(ài)因斯坦提出了他最漂亮的廣義相對(duì)論，描述物質(zhì)和能量如何彎曲時(shí)空，時(shí)空彎曲又如何影響宇宙中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng).

100年后，愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程決定了今天GPS的精準(zhǔn)度能達(dá)到米量級(jí)。

Keep跑步軟件、咕咚跑步軟件實(shí)時(shí)記錄跑步軌跡，我們每天導(dǎo)航都在使用的GPS定位系統(tǒng)，很多人都無(wú)法將它們與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論做關(guān)聯(lián)。

高坐神殿的物理科學(xué)，離我們的生活實(shí)際上那么近。而揭開這層面紗的，是一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)的物理課。

2023年的最后兩小時(shí)，搜狐張朝陽(yáng)身著西裝手持煙斗致敬愛(ài)因斯坦，直播推導(dǎo)廣義相對(duì)論。

滿滿5大塊公式黑板，在新年鐘聲敲響前完成推導(dǎo)，用硬核方式探索時(shí)間奧秘。張朝陽(yáng)從廣義相對(duì)論與時(shí)間的原理出發(fā)向大眾科普了日常生活道理，他以愛(ài)因斯坦、史瓦西等科學(xué)家的經(jīng)歷出發(fā)，探討解決問(wèn)題的思維邏輯。“如何緩解時(shí)間流逝產(chǎn)生的焦慮”，“一招治愈拖延癥”等與時(shí)間有關(guān)的生活妙招也成為網(wǎng)絡(luò)熱議話題。

“物理網(wǎng)紅”和廣義相對(duì)論的硬核魅力

張朝陽(yáng)致敬愛(ài)因斯坦的“模仿秀”，只進(jìn)行了20分鐘。講到興奮處，道具煙斗不知不覺(jué)就放下了。轉(zhuǎn)而拿起了粉筆，與最得心應(yīng)手的搭檔在黑板上共同攻克晦澀的物理問(wèn)題。

4小時(shí)課程完全脫稿，他從廣義相對(duì)論基石“等效原理”出發(fā)，解釋了加速度和引力在局部區(qū)域內(nèi)的不可區(qū)分性，幫助網(wǎng)友理解引力如何被視為時(shí)空彎曲的結(jié)果。在這基礎(chǔ)上，最終順理成章推出愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程。

大量的知識(shí)干貨在極短時(shí)間內(nèi)涌入，沒(méi)有任何水分，很多網(wǎng)友直呼燒腦。張朝陽(yáng)表示：“聽不懂也沒(méi)關(guān)系，每個(gè)人都能感受一下相對(duì)論是怎么回事?！?/p>

推導(dǎo)完成后離新年還剩十幾分鐘，他又補(bǔ)充了愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程的史瓦西解，以及如何從中計(jì)算出黑洞這個(gè)進(jìn)階知識(shí)點(diǎn)。整場(chǎng)直播緊張又硬核，演講以“時(shí)間”為題，但實(shí)際上更像是一輛通往過(guò)去連接未來(lái)的“時(shí)空列車”。

2021年11月5日，張朝陽(yáng)“破天荒的第一堂物理課”開播，從經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)公式推導(dǎo)開始，物理課便成為了與網(wǎng)友相伴的固定課程，目前已經(jīng)開展了近200期課程直播。在物理課直播間的白板上，物理先驅(qū)們一個(gè)個(gè)偉大而迷人的公式被張朝陽(yáng)虔誠(chéng)地反復(fù)演算，這種大道至簡(jiǎn)的魅力不僅感染著他的心中熱情，也令無(wú)數(shù)看客網(wǎng)友折服于物理的神奇。

（張朝陽(yáng)在物理課中演算過(guò)的部分物理公式）

《張朝陽(yáng)的物理課》還會(huì)與時(shí)事熱點(diǎn)緊密結(jié)合。超級(jí)月亮、七星連珠等罕見天象現(xiàn)身時(shí)，張朝陽(yáng)向網(wǎng)友科普天象背后的宇宙運(yùn)行規(guī)律；去年電影《奧本海默》上映期間，張朝陽(yáng)復(fù)刻了奧本海默的寬檐禮帽+復(fù)古西裝形象，以獨(dú)特有趣的形式科普 “玻恩-奧本海默近似理論”。

1月17日，搭載天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船在海南文昌成功發(fā)射，張朝陽(yáng)以“物理網(wǎng)紅”身份現(xiàn)場(chǎng)觀禮火箭發(fā)射全程，還實(shí)地探訪了文昌航天發(fā)射場(chǎng)，在涉及齊奧爾科夫斯基公式、軌道方程、霍曼轉(zhuǎn)移、雙橢圓轉(zhuǎn)移的物理知識(shí)中研算推導(dǎo)解密火箭飛天的科學(xué)奧秘。

張朝陽(yáng)觀禮火箭發(fā)射的相關(guān)話題也相繼登上抖音、頭條、知乎熱榜。

兩年多的時(shí)間里，張朝陽(yáng)用上千張餐巾紙的演算引導(dǎo)大家探索物理奧秘，從流體力學(xué)到量子力學(xué)，小到湯圓大到恒星末日，觀微洞真，俯仰天地。兼具硬核科普與生活物理的豐富課堂，深受網(wǎng)友喜愛(ài)與認(rèn)可，直播間等候上課的學(xué)生越來(lái)越多。作為知識(shí)直播IP樣本，物理課也帶動(dòng)了科學(xué)學(xué)習(xí)熱潮。

基礎(chǔ)科學(xué)的殿堂觸手可及

“物理網(wǎng)紅”“硬核科普”是貫穿《張朝陽(yáng)的物理課》的關(guān)鍵詞。他一直強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)科學(xué)的重要性，“學(xué)習(xí)物理不僅是滿足好奇心，工程和日常生活當(dāng)中有很多方面都有應(yīng)用?！睆埑?yáng)曾在直播課中解析物理原理在醫(yī)療設(shè)備、汽車、電器等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，比如汽車方向盤轉(zhuǎn)彎、核磁共振成像、紫外光殺菌等。

比如湯圓的餡是非牛頓流體、人體血管中血液的流動(dòng)與伯努利方程有關(guān)、溫室效應(yīng)的形成可以用物理公式推演得出、同溫度下鐵棍為什么比木棍溫度更低、恒星末日可以用錢德拉塞卡演算…… 正如每日都會(huì)使用的GPS定位，每夜抬頭都能看見的星空，近在咫尺之處都充滿了真理與科學(xué)。

對(duì)于普通人而言，基礎(chǔ)科學(xué)離我們很遠(yuǎn)嗎？其實(shí)不然。生活中萬(wàn)物皆有理。

隔墻有耳、破鏡不能重圓、真金不怕火煉、但聞其聲不見其人、如坐針氈、紙包住火、冰凍三尺非一日之寒、四兩撥千斤……不僅這些朗朗上口的古詩(shī)詞、耳熟能詳?shù)某烧Z(yǔ)中暗藏宇宙，被風(fēng)扇、菜刀、燈泡、鏡子、汽車、彩虹、開水、雷達(dá)、電、水等環(huán)繞的日常生活也處處關(guān)乎物理知識(shí)。

為什么一靠近火車會(huì)有一種被吸進(jìn)去的感覺(jué)？為何飛機(jī)的機(jī)翼、船舶靠碼頭、地鐵、火車站臺(tái)上的那條安全線如此醒目？這是流體力學(xué)給予的警示。

如果動(dòng)作到位，繡花針也可以借助水的表面張力漂浮在水面上。也可以運(yùn)用凹面鏡對(duì)光的聚合作用，把一個(gè)裝滿干玉米粒的錫紙盒放置在太陽(yáng)底下，兩個(gè)小時(shí)后你就會(huì)收獲炸得到處是的“太陽(yáng)爆米花”。

怎樣不打破雞蛋去區(qū)分是生還是熟？在物理的世界里，可以把熟雞蛋看成一個(gè)剛體，在雞蛋狀剛體旋轉(zhuǎn)時(shí)，把雞蛋橫著放使其旋轉(zhuǎn)，它就會(huì)自己翻個(gè)身，變成豎著轉(zhuǎn)的狀態(tài)，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的生活實(shí)驗(yàn)與物理學(xué)中的“科里奧利力“有關(guān)。

“舉重冠軍”昆蟲為什么能舉起比自己重幾十倍的物體？但若把昆蟲放大，其體重的增長(zhǎng)會(huì)快于其承受重量的能力。也就是說(shuō)放大到人類大小的昆蟲非但舉不起大重量，甚至有可能被自己的體重壓垮，這里可以用物理學(xué)中的“標(biāo)度律”進(jìn)行分析與解釋。

有人利用熵增定律來(lái)對(duì)待房間的衛(wèi)生問(wèn)題，有人用x射線衍射分析送給女友的施華洛世奇到底是不是是玻璃，還有老教授運(yùn)用牛頓第二定律自證無(wú)責(zé)，為一場(chǎng)意外的交通事故劃上完美句號(hào)。

基礎(chǔ)科學(xué)的學(xué)習(xí)和研究并非科學(xué)家和高精尖人才的專利，而是全人類皆需懷揣的求知欲。

正如張朝陽(yáng)所說(shuō)，“在象牙塔里很多演算不只是滿足人們對(duì)于未知世界好奇心，而是距離創(chuàng)造美好生活、解決人類實(shí)際生活中存在的問(wèn)題如此之近?！?/p>

去了解生活背后蘊(yùn)藏的道理，去探索宇宙運(yùn)行的規(guī)律，不僅可以賦能科技創(chuàng)新，還能更好去理解我們存在的世界，發(fā)現(xiàn)精彩探索奇妙，應(yīng)對(duì)生活的不確定性。

— 完 —

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