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分享 美国硅谷预测10年后的世界
稻草 2017-3-19 07:15
现在因为人工智能(AI)的发展,配合更高速度的集成电路,科技正在加快其发展速度。据悉,在很短的5-10年后,医疗健保、自驾汽车、教育、服务业都将面临被淘汰的危机。 1. Uber 是一家软体公司,它没有拥有汽车,却能够让你「随叫随到」有汽车坐,现在,它已是全球最大的Taxi公司了。 2. Airbnb 也是一家软体公司,它没有拥有任何旅馆,但它的软体让你能够住进世界各地愿出租的房间,现在,它已是全球最大的旅馆业了。 3. 2016年5月,Google的电脑打败全球最厉害的南韩围棋高手,因为它开发出有人工智能(AI)的电脑,使用能够「自己学习」的软体,所以它的AI能够加速度的进步,达到比专家原先预期的、提前10年的成就。 4. 在美国,使用IBM 的Watson电脑软体,你能够在几秒内,就有90%的准确性的法律顾问,比较起只有70%准确性的人为律师,既便捷又便宜。 所以,你如果还有家人亲友在读大学的法律系,建议他们停学省钱,因为市场已大幅的缩减了,未来的世界,只需要现在10%的专业律师就够了。 5. Watson 也已经能够帮病人检验癌症,而且比医生正确4 倍。 6. 脸书也有一套AI的软体可以比人类更准确的鉴察(辨识)人脸,而且无所不在。 7. 到了2030年,AI的电脑会比世界上任何的专家学者还要聪明。 8. 2017年起,会自动驾驶的汽车就可以在公众场所使用。约在2020年,整个汽车工业就会遭遇到全面性的改变,你再不需要拥用汽车。你可以用手机叫自动驾驶的车,来带你到你想去的目的地。 9. 未来的世界,你再也不必拥有车,或花时间加油、停车、排队去考驾照、交保险费,尤其是城市,将会很安静,走路很安全,因为90%的汽车都不见了,以前的停车场,将会变成公园。 10. 现在,平均每10万公里就有一次车祸,造成每年全球有约120万人的死亡。 以后有AI电脑控制的自动驾驶汽车,平均每1000万公里才有一次车祸,约减少一百万人死亡。因为保险费和需要保险的人极少,保险公司会面临更多的倒闭风潮。 11. 大部份的传统汽车公司会面临倒闭。 Tesla、 Apple、及Google 的革命性软体,将会用在每一部汽车上。据悉,Volkswagen和Audi 的工程师非常担心Tesla革命性的电池和人工智能软体技术。 12. 房地产公司会遭遇极大的变化。因为你可以在车程中工作,距离将不是选住房屋的主要条件之一。市民会选择住在较远、但是较空旷且环境优美的乡村。 13. 电动汽车很安静,会在2020变成主流。所以城市会很变成安静,而且空气干净。 14. 太阳能在过去30年也有快速的进展。去年,全球太阳能的增产超过石油的增产。 预计,到2025年时,太阳能的价格(低廉)会使煤矿业大量的破产。因为电费非常的便宜,净化水及海水淡化的费用大减,人类将能解决人口增加的需水问题。 15. 健保:今年医疗设备商会供应如同「星球大战」电影中的Tricorder,让你的手机做眼睛的扫瞄,呼吸气体及血液的化学检验:用54个「生物指标」,就可检验出你是否有任何疾病的征兆。因为费用低,几年后,全球人类都可以有世界级的疾病预防服务。 16. 立体列印(3D Printing):预计10 年内,3D列印设备会由近20000美元减到400美元,而速度增加100倍快。所有的「个人化」设计鞋子,将开始用这种设备生产,其他如大型的机场,其零件也能使用这种设备供应,至于人类太空船,也会使用这种设备。 17. 今年底,你的手机就会有3D扫瞄的功能,你可以测量你的脚送去做「个人化」鞋子。据悉,在中国,他们已经用这种设备制造了一栋6层楼办公室,预计到2027年时, 10% 的产品会用3D的列印设备制造。 18. 产业机会: a. 工作:20年内,70-80% 的工作会消失,即使有很多新的工作机会,但是不足以弥补被智能机械所取代的原有工作。 b. 农业:将有 $100 机械人耕作,不必吃饭、不用住宅、及支付薪水,只要便宜的电池即可。在开发国家的农夫,将变成机械人的经理。温室建筑物可以有少量的水。到2018年,肉可以从实验室生产,不必养猪、鸡或牛。30%用在畜牧的土地,会变成其他用途的土地。很多初创公司会供给高蛋白质的昆虫当成食品。 c. 到2020年时,你的手机会从你的表情看出,与你说话的人是不是说「假话」?是否骗人的?政治人物(如总统候选人)若说假话,马上会被当场揭发。 d. 数位时代的钱,将是Bitcoin ,是在智能电脑中的「数据」。 e. 教育:最便宜的智能手机在非州是$10美元一只。 f. 到2020年时,全球70%的人类会有自己的手机,所以能够上网接受世界级的教育,但大部份的老师会被智能电脑取代。所有的「小学生」都要会写Code,你如果不会,你就是像住在Amazon森林中的原住民,无法在社会上做什么。你的国家,你的孩子准备好了吗?
个人分类: 科技转贴|4812 次阅读|0 个评论
分享 水中球的负引力与质量重整
岳东晓 2016-10-26 06:17
前几天我看到一个新闻提到三星公司的量子点显示器(Quantum Dot Display),准备写篇 Quantum Dot 的介绍,其中有个概念叫着 “电子空穴”(electron hole) ,想举个经典力学的例子作为比较,于是联想到水中的气泡的运动。结果发现这个水中空穴的问题还挺有意思。因此,我专门写篇博文。 考虑这个问题,一个体积为V的质量为m的空心球从深水处释放开始上浮,F=ma, 请计算球的初始加速度。水的密度为 d,重力加速度为 g。 很多人可能回答:根据阿基米德两千多年前的发现,空心球受到的浮力是排开水的重量,Fb = d V g。 取向上为正方向,空球上的力为 F = Fb - mg = - (m- dV) g 。加速度 a = (d V g - mg)m = (dV/m -1) g 。这看起来没错。我们总结说,空心球的加速度等于空心球排开水的质量除以空心球的质量减去1,再乘以重力加速度。 对比一般物体的重力公式,我们发现空心球的有效引力质量为 m - dV 。对于轻球,这个值是负的。负引力质量出现了。 但这个结果显然有问题。空球可以做得很轻,排开水的质量与球质量的比可以很大。我们可以想象一个极端情况,球相当大,主要质量来自里面的空气,球壳可以忽略。水的密度(1000 kg/m^3)是空气密度(1.225 kg/m^3) 的816 倍。 上面的结果竟然说空心球的加速度达到 815 g 。不可能。但是问题在哪? 有人可能说,水的阻力呢? 水的阻力与球速度有关,速度为零,阻力为零,而球的初始速度为0 。查看我们上面的全部论证似乎无懈可击。我们只能质疑阿基米德或者其适用条件了。 浮力是全部压力的总和,球下部压强大,这个差别求和之后就得到了浮力公式。但是阿基米德原理考虑的是水处于静止平衡的状态的情况,我们的情况里,球向上加速运动必然会推动水的加速运动,水不再处于静平衡,球附近水的压强跟静止情况不同,阿基米德不能简单套用了。怎么办? 一个办法是运用流体力学,要解微分方程。难道没有更简单的方法得出一个基本正确的结果?我这里给出一个思路,这个思路在粒子物理以及凝聚态物理中都会用到。在粒子物理中,当年狄拉克提出一个电子海的概念,他想象真空填满了无限深的负能量的电子,叫着电子海。有人曾问狄拉克,如果真空有无穷多的电子,我们怎么没有被电击倒。对此,狄拉克只能说,处于这个电子海里就像鱼在水中不觉得水的存在一样。当然,现在看来,狄拉克这个电子海的概念在今天看来已经过时了,但其启发性是不可忽略的。当这个负能量的电子海里的一个电子获得能量成为正能量的电子,那么电子海就会出现一个空穴。计算发现这个空穴的质量跟电子一样,电荷是正的,称为正电子。后来,正电子被发现了。今天,正电子甚至被用于医疗成像,PET 扫描的P就是 positron --正电子。类似的空穴等于粒子的概念在凝聚态物理的能带理论中也有。 我们不妨按照类似的思路计算一下水下空心球的有效惯性质量。为此,我们考虑这个水+球系统,计算当球的速度是 v 时,系统的机械动能 E_k。球本身的动能很简单,我们需要思考的是水的动能。如下图,设球本来在位置A,以速度 v 运动到位置 B。 最简单的物理图像是,这相当于原来在B处的水在同一时间内运动到了 A。如果是这样,那么水的动能 E_kw 将是 E_{kw} = \frac{1}{2} \rho_w V v^2 但这并不是实现这个结果动能最少的情况。B处的水可以流向中间的C处,而 C 处的水同时流向 A。这样,水的流速减半。水的总动能是 E_{kw} = 2 \times \frac{1}{2} \rho_w V (v/2)^2 = \frac{1}{2} v^2 系统的总动能 E_k 是球的动能加上水的动能, E_k = \frac{1}{2} m v^2 + \frac{1}{2} v^2 = \frac{1}{2} \left \hspace{1mm} v^2 对比动能公式,我们发现在这个水流假设下,水中球的有效机械质量为: m_i = m+ \frac{1}{2} \rho_w V 也就是说,水中球的有效惯性质量等于 球排开的水的质量的一半加上球本身的质量。当然,这个有效质量与水流的模式有关,但可以看出,这个等效质量也取决于球所在介质的属性。这可以叫质量重整化。 设空心球纵坐标为y, 如果我们写下 水+空心球整个系统的重力势能 U, U= U_0 - V\rho_w g y + mg y = U_0 + (m - V\rho_w)g y 可见,水中球的引力质量为 m_g = m - \rho_w V 也就是说,水中球的等效引力质量等于球的引力质量减去所排开水的引力质量。这个等效引力质量可以是负的。这与半导体中空穴的电荷与电子电荷相反类似。 水中球的加速度是: a = \frac{m_g } {m_i} g = \frac{m-\rho_w V}{m+ \frac{1}{2}\rho_w V} g 。 这么一个简单的问题,居然可以引发各种深刻的物理概念。大家可以进一步思考,补充。
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分享 论物理直觉与进化
热度 3 岳东晓 2015-7-2 02:55
人类从有文字记载以来到牛顿力学的发现有数千年历史,在这数千年的文明史中有无数的人从高处落下,掉下悬崖的、掉下屋顶的、从树上掉下的、掉入地洞的,很多人掉下后安然无恙,很多人下坠时间可能超过1秒钟,但似乎没有任何记载称,有人说我感到了身体轻了或者失重;在这数千年中,有无数人在进行奔跑,所谓奔跑有一个双脚离地腾空的阶段,也没有人记载说,我奔跑时感到了失重。 大猩猩不能说话,如果大猩猩能够语言表达,它们应该会承认,从一个树上跳到另外一颗树上的过程中,没有什么失重感。 学了初中物理之后,我们知道,无论是人往下掉, 还是往上跳 ,当人的重心悬在空中,没有支撑,人向下加速度 a 约等于 g (由于空气阻力a 略小于g),人等同于自由落体运动,处于失重状态。身体给脚的压力原来是人体质量m乘以 g ,这时这个压力减小到 m * (g-a)。然而几千年的人类实践完全没有察觉到这个压力的变化。从生理学的角度,这可能涉及到细胞的压力反应延迟。 这种缺乏失重感直到牛顿的出现才有所改观。随着科学知识的普及,连幼儿园的小朋友都开始知道在 jump house 里 或者蹦床上腾空时,寻找那种失重的感觉。 由此可见,人类的进化不仅是一种基因上、生理上的变化,更是包括知识的增加。这种知识又影响了我们对世界的感知。古人看到闪电雷鸣,以为是神灵发怒。现在的两岁小孩会知道那是电磁作用,眼睛似乎能看到空气被电流击穿。 物理直觉并不是动物感官直觉。 要理解牛顿力学并不是那么容易。很多初中物理没有真正学懂的,以后学物理也是继续死记硬背,而不会增加其理解层次。这种人看到下面图中的问题就往往回到了原始的状态,无法用物理直觉超越动物感觉。 上台阶时当人体处于下图姿势时,台阶上的一脚受力是多少呢? 完全停留在动物感觉的人会说,此时一脚着地,支撑力N为人体重量 W。 但是, 【 这个时候你不能再套用双脚着地的情况,而必须计算人重心的向下加速度,既然有向下的加速度,人就会怎么样?会感到有失重。 F = W - N = ma 推出 N = W - ma. 】 以上的 F = W - N = ma , 推出 N = W - ma = m (g -a ) 不过的牛顿第二定律的最简单应用。这里面唯一需要确定的因素是 人体重心加速度 a 的大小。 如果 a 是零,当然不存在失重,a 越接近 g,失重越多。但有点物理直觉就应该知道,因为人体重心悬空离脚着地点较远,这个向下加速度应该相当大。 具体计算表明 ,a 约等于 0.75 g . 因此, N = mg - m a = 0.25 W。 从上面的例子可以看出,科学的发展也将使人类的进化发生分化现象。一种人无法将知识与感官结合,而停留在原始状态;而另一种,则能够用知识提高感官的能力,而成为一种不断高等化的人类。
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分享 短科普:牛二入门
热度 2 岳东晓 2015-5-3 16:10
这篇 数学式子太多,很多人看了数学公式就头疼。我简单点科普。 静力平衡是说一个物体受到的合力为零(同时力矩也为零)。 牛顿第二定律说 合力 等于质量乘以加速度。 如果质量或者加速度为零,或者两者乘积跟其他作用力相比可以忽略呢? 这时我们可以令合力为零进行计算。 即使 ma 不可忽略,我们也可以把质量乘以加速度放到左边减去。很多问题因此可以大大简化。
个人分类: 科普|4572 次阅读|0 个评论
分享 揭开力的神秘面纱破解力的本质
热度 3 稻草 2014-11-8 09:48
力在物理学里多少有点神秘,它的本质是什么?特作如下简要论述:即力 的本质界定。 力的本质。 让我们来看公式f=ma。从定性上说,a实际上是指速度v的变化,而速度v的变化实际上是动能的变化。我们知道,力又可以写成f=dE/ds。其实,这一公式才揭示了力的本质:力实际上是用空间量衡量能量变化的物理量。这是统一论对空间维上的力的本质界定。为什么要将力 由“产生加速度的原因”改为从能量的变化来界定呢?因为能量是个存在量,像质量一样;而加速度只是个性状量。用加速度定义力,力也就是个性状量;而用存在量定义力,力才是个本质量。这个道理就像为什么要将运动的量界定为能量而不是动量一样。也就是说,现代科学中能量概念已经挣脱机械论的束缚,而力的范畴却仍未脱离机械论的窠臼。统一论使力的概念得以澄清。 力概念的拓展。 f=dE/ds揭示了存在体在空间维上的力的本质。但正如爱因斯坦所指出的,时空是不可分割的物理载体。统一论认为,存在体的运动不光体现在空间维上,还体现在时间维上。那么,存在体在时间维上的力是如何体现的呢?从时空量子化的物理实践中,我们看到,由于质量与能量可以相互转换,故时间和空间也可以相互转化。这就是说,存在一种“时空当量”,可以将时间量转换为空间量。而存在体的运动引起的时间位移则可用dt表示,这样,存在体在时间维上的力就可描述为f=dE/dt。其中dt由相对论的钟慢效应公式来决定。 更详细论述点击看: 破解科学统一的密码
个人分类: 科学革命|3737 次阅读|0 个评论
分享 苹果为什么落地?
热度 10 稻草 2014-5-31 12:16
苹果为什么落地 大凡人们都以为牛顿已经解决了“苹果为什么落地”的问题。其实错了,不仅牛顿没有完全解决这个问题,人类也许永远也不可能完全解决这个问题。但是,任何物理学基础理论又都要对“苹果为什么落地”作出自己的回答,经典力学如此,相对论如此,统一论也是如此。 一、牛顿的苹果 牛顿当初是怎样从苹果落地得到启示而建立经典物理学理论的呢?这件事说来并不简单。在这里必须提到两个人物,一个是开普勒,一个是伽利略。开普勒发现了行星运动三定律,从而制定了天体的运动规则。伽利略发现了加速度,并将“力”界定为产生加速度的原因,从而制定了地上的运动规则。牛顿发现了什么呢?他发现苹果落地与行星之间的运动是同样的道理,都是万有引力的作用,而所谓的万有引力,其实是物体的一种质量效应。这样就有了经典物理学。但是,物体之间为什么会产生万有引力呢?牛顿不知道。牛顿时代的物理学家们讨论的是:两个相距甚远的物体之间的力是靠什么来传递的?以太论由此而产生:以太就是为传递力而设置的。我们知道,以太论已随着相对论的问世而被物理学家们所抛弃。 在相对论中,引力被当成一种场。引力场理论解决了苹果落地的问题吗?也没有完全解决。因为力和场都是一种数学模型,而并不是一种实实在在的存在。说物体之间的相互运动是由于引力的作用,或者说是由于场的作用,都没有揭示问题的本质。那么相对论的进步究竟表现在哪里呢?说到相对论,又要提到两个人,一个是麦克斯韦,他建立了电磁场方程;一个是亥姆霍茨,他发现了能量守恒定律。而爱因斯坦也就是在此基础上,建立了一个包括两个方面统一的理论,一是质量与能量的统一,二是像电磁场一样建立一种引力场。虽然这两种统一都不彻底,但爱因斯坦仍然如愿地将科学再次向前推进了一步。 二、伽利略悖论 亚里士多德认为,力是产生运动的原因,所以重的物体的自由落体速度比轻的物体快。伽利略发现了亚里士多德理论的一个悖论,即假设将一个轻的物体与一个重的物体绑在一起,那么它的自由落体速度比其中重的那个物体快还是慢呢?由于两个物体绑到一块后比其中重的物体更重,按理应该下落得更快,但两个物体绑在一起,重的物体被轻的物体拖累,又应该变慢,这样就出现了两难局面。伽利略由此发现了加速度并提出了力是产生加速度的原因的观点。在经典理论中,这种对力的界定是完全够用的。但是从逻辑上说,却有一点点纰漏。因为按照伽利略的发现,我们只能得出“产生加速度的原因是力”这样的结论,而不应该倒过来说“力是产生加速度的原因”,因为力除了能使物体产生加速度,还有其他作用。我们知道,加速度的概念是对于机械运动而言的,但物理学讨论的运动远不止机械运动。 “力”的范畴应该如何发展呢?这要从物理学的两个本质范畴——物质和运动说起。在经典力学建立之前,我们对物质和运动的量都没有科学的认识。在万有引力理论出现之后,我们才弄清楚质量与重量的区别。但是对运动的量的科学认识却不是经典力学的逻辑结论。在牛顿理论中,衡量运动的量是动量。这得益于笛卡尔的运动量(即动量)守恒思想。但笛卡尔提出动量守恒思想后不久,莱布尼兹就对其提出了挑战。他引入的是“活力”(Visviva)概念。“活力”指的是物体的质量与它的速度的平方之积(相当于动能,其值为动能的两倍),是一个标量;而动量是一个矢量。莱布尼兹认为,“活力”才是“力”的真正量度。可惜的是,莱布尼兹的“力”的观念未能得到应有的重视。这与当时数学家达朗贝尔的调解有关,达朗贝尔指出,“笛—莱”之争的实质只是个术语问题,因为“动量”是力对时间的积分,而“活力”是力对空间线度的积分。这种调解在当时的物理学视野里是正确的,因为对于机械运动而言,动量与能量具有充分的一致性。与此相应的哲学观点就认为,物质就是存在,运动是存在的属性。 但是,在物理学上,我们现在对于“存在”已经有这样一些认识:1、有一种以质量形式表现的存在,还有一种以能量形式表现的存在; 2、质量是物质的量,能量是运动的量;3、质量和能量可以相互转换,所以这两种量是平行的。这几点认识使我们清楚地看到一个与上述哲学范畴并不一致的物理范畴体系。这就是,物质和运动是并行的两种物理存在,其中物质是以质量形式表现的存在,运动是以能量形式表现的存在。这就是统一论的观点。当运动从物质属性的地位上升到与物质平行的存在的地位以后,物理学的许多观念便都要改变了。 三、对力的再认识 让我们来看公式f=ma。从定性上说,a实际上是指速度v的变化,而速度v的变化实际上是动能的变化。我们知道,力又可以写成f=dE/ds。其实,这一公式才揭示了力的本质:力实际上是用空间量衡量能量变化的物理量。这是统一论对空间维上的力的本质界定。为什么要将力由“产生加速度的原因”改为从能量的变化来界定呢?因为能量是个存在量,像质量一样;而加速度只是个性状量。这个道理就像为什么要将运动的量界定为能量而不是动量一样。 f=dE/ds揭示了存在体在空间维上的力的本质。但正如爱因斯坦所指出的,时空是不可分割的物理载体。统一论认为,存在体的运动不光体现在空间维上,还体现在时间维上。那么,存在体在时间维上的力是如何体现的呢?从时空量子化的物理实践中,我们看到,由于质量与能量可以相互转换,故时间和空间也可以相互转化。这就是说,存在一种“时空当量”,可以将时间量转换为空间量。而存在体的运动引起的时间位移则可用dt表示,这样,存在体在时间维上的力就可描述为f=dE/dt。其中dt由相对论的钟慢效应公式来决定。 统一论接着考察了“场”这一物理范畴,发现“场”的客观基础也是能量。宇宙中任何存在体都是由某些对应的能量体系支撑的,这些能量体系的结构就是所谓的场。由此可见,“力”和“场”都是描述“能”的物理范畴。“力”是描述能量变化的,“场”是描述能量体系结构的。 四、平方反比之谜 为什么万有引力遵循平方反比定律?牛顿说,根据开普勒三定律,行星之间的吸力遵循平方反比定律,而天上与地下的引力作用遵循同一规律。无独有偶,库仑定律表明,电荷之间的作用力也遵循平方反比定律。这仅仅是巧合吗?为什么对天体运动数据的记录,对地球上物体之间的作用和电荷之间作用的实验都支持平方反比定律?这是一个令人困扰的科学之谜。 这一科学之谜在统一论中被破解,而且相当简单: 既然“场”是能量体系的结构,建立“场”的理想模型就要从描述这种结构入手。统一论引入的是“场级”的概念。一个存在体的能量支撑体系(即场)的结构,可以用该场对周围其他场发生作用的能力来表征,这种能力就是所谓的“场级”。 考察一静止状态的存在体的联结场,其对周围其他场发生作用的能力即场级Er应当与该存在体的存在量(如质量、能量)Z成正比(存在量越大作用越大),与距离r成反比(距离越远作用越小),用数学式表示为:Er~Z/r。而两个存在体Z1和Z2的联结场之间相互作用力f的大小,用两者分别在对方位置的场级的积表征,即:f~Z1 Z2/ r^2 。这正是万有引力公式和库仑定律公式的形式,也是存在体之间相互作用的普适公式。这一公式使平方反比之谜大白于天下。 五、爱因斯坦情结 爱因斯坦的统一场情结是众所周知的史实。统一论建立的统一场理想模型也解开了这一情结。 前面讨论的是存在体静止时的场模型。考虑存在体Z运动时,则其联结场结构由于运动而被破坏,从而产生一附属场,附属场的结构又由于运动而被破坏,从而产生第二附属场……以至无穷。这样就会产生一无穷层次的场结构,这就是场的理想模型,即统一场。由于统一场是一无穷层次结构,所以统一场的理想模型是不可解的,但是我们可以只考虑联结场或第一附属场,从而求出其近似解。根据场级的概念,附属场的场级与存在量Z成正比,与运动速度v在联结场或前一级附属场作用方向的分量vcosθ成正比,与距离r成反比。即:Er~Zvcosθ/r。若以一级附属场为例,则两个存在体Z1和Z2的一级附属场之间相互作用力f的大小,可用两者分别在对方位置的场级的积表征,即:f~Z1 cosθ1Z2cosθ2/ r^2 。而这正是磁场力公式的形式。我们知道运动的电场产生磁场,真可谓不谋而合。 事实上,在电磁场理论中,所谓电场强度E和磁场强度B就是起场级概念作用的范畴,其值分别为单位距离的电场场级和磁场场级:E=q / r^2 ~Er/r和B=qvcosθ/ r^2 ~Er/r。而将统一场理论运用于引力场时,用一级附属场近似就可解决“光线偏折”和“水星近日点进动”等问题,求出的结果与相对论一致,说明广义相对论相当于引力统一场的一级近似。这也从另一个侧面说明了统一场理想模型的正确性和实用性。 科学探索是无止境的。苹果为什么落地?要解决这个问题,只有不断将科学推向前进。
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分享 伽利略悖论
热度 11 稻草 2013-12-3 22:42
伽利略悖论 亚里士多德认为,力是产生运动的原因,所以重的物体的自由落体速度比轻的物体快。伽利略发现了亚里士多德理论的一个悖论,即假设将一个轻的物体与一个重的物体绑在一起,那么它的自由落体速度比其中重的那个物体快还是慢呢?由于两个物体绑到一块后比其中重的物体更重,按理应该下落得更快,但两个物体绑在一起,重的物体被轻的物体拖累,又应该变慢,这样就出现了两难局面。伽利略由此发现了加速度并提出了力是产生加速度的原因的观点。在经典理论中,这种对力的界定是完全够用的。但是从逻辑上说,却有一点点纰漏。因为按照伽利略的发现,我们只能得出“产生加速度的原因是力”这样的结论,而不应该倒过来说“力是产生加速度的原因”,因为力除了能使物体产生加速度,还有其他作用。我们知道,加速度的概念是对于机械运动而言的,但物理学讨论的运动远不止机械运动。 “力”的范畴应该如何发展呢?这要从物理学的两个本质范畴——物质和运动说起。在经典力学建立之前,我们对物质和运动的量都没有科学的认识。在万有引力理论出现之后,我们才弄清楚质量与重量的区别。但是对运动的量的科学认识却不是经典力学的逻辑结论。在牛顿理论中,衡量运动的量是动量。这得益于笛卡尔的运动量(即动量)守恒思想。但笛卡尔提出动量守恒思想后不久,莱布尼兹就对其提出了挑战。他引入的是“活力”(Visviva)概念。“活力”指的是物体的质量与它的速度的平方之积(相当于动能,其值为动能的两倍),是一个标量;而动量是一个矢量。莱布尼兹认为,“活力”才是“力”的真正量度。可惜的是,莱布尼兹的“力”的观念未能得到应有的重视。这与当时数学家达朗贝尔的调解有关,达朗贝尔指出,“笛—莱”之争的实质只是个术语问题,因为“动量”是力对时间的积分,而“活力”是力对空间线度的积分。这种调解在当时的物理学视野里是正确的,因为对于机械运动而言,动量与能量具有充分的一致性。与此相应的哲学观点就认为,物质就是存在,运动是存在的属性。 但是,在物理学上,我们现在对于“存在”已经有这样一些认识:1、有一种以质量形式表现的存在,还有一种以能量形式表现的存在; 2、质量是物质的量,能量是运动的量;3、质量和能量可以相互转换,所以这两种量是平行的。这几点认识使我们清楚地看到一个与上述哲学范畴并不一致的物理范畴体系。这就是,物质和运动是并行的两种物理存在,其中物质是以质量形式表现的存在,运动是以能量形式表现的存在。
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