量子力學(xué)和廣義相對論精選(九篇)
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第1篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
理論物理作為大學(xué)物理系本科的必修課，在大學(xué)生用一年到兩年的時間學(xué)完普通物理之后開始學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的所謂四大力學(xué)，即理論力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)，應(yīng)該在第三年和第四年學(xué)完。這四門課的分量都很重，用到的數(shù)學(xué)知識很多超過基礎(chǔ)的高等數(shù)學(xué)的范圍。因此，合適的教材對于師生都很重要。著名教材為數(shù)不少，最著名的像蘭道和他的助手撰寫的大部頭巨著，堪稱經(jīng)典；但其難度通常超過一般大學(xué)生的接受水平，因而一些導(dǎo)論性的教程更受歡迎。而隨著現(xiàn)論物理學(xué)不斷向著更高水平、更深層次和更為廣泛的領(lǐng)域的發(fā)展，教材的內(nèi)容也不斷地更新。本書正是在這種思想指導(dǎo)下編寫而成的。
作者從事大學(xué)理論物理學(xué)位課程教學(xué)30多年，積累了豐富的經(jīng)驗，對傳統(tǒng)的理論物理的講授模式形成了自己一些獨(dú)特的看法。他嘗試以5個模塊形式，把他認(rèn)為應(yīng)該掌握的理論物理內(nèi)容以一種統(tǒng)一的和自成體系的形式納入到單獨(dú)的一卷教程之中。這5個模塊涵蓋了20世紀(jì)理論物理學(xué)的所有重要分支，包括非相對論量子力學(xué)，熱與統(tǒng)計物理、多體理論，經(jīng)典場論（包括狹義相對論和電磁學(xué)）以及相對論量子力學(xué)和夸克與輕子的相互作用的規(guī)范理論。
本書把這5個模塊分成20章。第一模塊為非相對論量子力學(xué)，含第1-4章： 1. 量子力學(xué)的基本概念；2.表象理論；3. 近似方法；4.散射理論。第二模塊為熱與統(tǒng)計物理，含第5-12章：5. 熱力學(xué)基礎(chǔ)；6. 量子態(tài)和溫度；7. 微觀狀態(tài)的概率和熵； 8.單原子理想氣體； 9. 經(jīng)典熱力學(xué)的應(yīng)用； 10. 熱力學(xué)勢及導(dǎo)數(shù)； 11.物質(zhì)轉(zhuǎn)換和相圖； 12. FermiDirac和BoseEinstein統(tǒng)計。第三模塊為多體理論，含第13-16章：13. 多粒子系統(tǒng)量子力學(xué)和低溫?zé)崃W(xué)； 14. 二次量子化； 15. 相互作用電子氣； 16. 超導(dǎo)。第四模塊為經(jīng)典場論和廣義相對論.含第17-18章：17. 場的經(jīng)典理論；18. 廣義相對論。第五模塊為相對論量子力學(xué)和規(guī)范理論，含第19-20章：19. 相對論量子力學(xué)；20. 夸克和輕子相互作用的規(guī)范理論。
本書的一個突出特點(diǎn)是完整地給出了所有重要結(jié)果的詳細(xì)數(shù)學(xué)證明，使一個完成了高中數(shù)學(xué)課程和大學(xué)第一年物理學(xué)學(xué)位課程的學(xué)生能夠理解和欣賞理論物理很多重要結(jié)果的導(dǎo)出過程。只要是完成了較高一點(diǎn)水平的數(shù)學(xué)課程，讀者都會發(fā)現(xiàn)，書中的每一部分都是他們所需要的。
本書描寫的理論概念和方法通常包含在一年級研究生的課程中。本書附錄中列出了一份推薦閱讀的書目清單，以便讀者參考。
第2篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
2012年11月2日，一道強(qiáng)烈的無線電波從波多黎各的加勒比島上空劃過。沒有人可以直接用肉眼看見這個壯觀的“焰火”，但是它被這里的阿雷西博天文臺305米寬的射電望遠(yuǎn)鏡捕捉到了。
射電天文學(xué)家一直在等待著這種信號：一個快速射電爆發(fā)。這種只持續(xù)千分之幾秒的極為明亮的射電脈沖，是宇宙中極為罕見的現(xiàn)象，迄今為止，世界上所有的天文臺監(jiān)視到這樣的事件總共也只有11次。
這些奇怪的脈沖究竟是什么仍是一個謎。一些人認(rèn)為它們來自致密星體或是黑洞在與恒星“跳舞”時產(chǎn)生的。一些人甚至提出一個大膽的想法，聲稱它們可能是外星人發(fā)過來的信號。
最近又有人提出了新的解釋，認(rèn)為這種信號是黑洞以一種全新的方式產(chǎn)生的。如果真的是這樣的話，那么這將會改變我們對宇宙的理解，還能把兩種水火不容的物理理論結(jié)合起來。它甚至是我們能解釋一切的開始。
黑洞內(nèi)的奇點(diǎn)
沒有什么比我們在試圖理解黑洞時更有困惑感了。黑洞是一種時空區(qū)域，它們的引力如此強(qiáng)烈，以至于沒有什么可以從黑洞中逃離出來。不管是什么，一個光子或是一位英勇無畏的宇航員，掉進(jìn)黑洞就再也出不來。
這個結(jié)論是廣義相對論告訴我們的。根據(jù)廣義相對論，所有物質(zhì)最終會擠在黑洞的中心，在那里會形成一個奇點(diǎn)：一個密度無限大的點(diǎn)。而這種無限大的性質(zhì)使得目前所有的物理定律失效，因此，沒人會知道奇點(diǎn)那里發(fā)生了什么。
當(dāng)前的物理學(xué)中，描述引力的理論是廣義相對論，描述極為微小的空間下的理論是量子力學(xué)。為了搞清楚黑洞的奇點(diǎn)究竟是怎么一回事，我們需要知道在極為微小的空間中引力是如何發(fā)生作用的。也就是說，我們需要一個把廣義相對論與量子力學(xué)結(jié)合起來的理論，即找到一種量子引力理論。但可惜的是，把這兩個理論結(jié)合起來的難度很高，我們不知道這樣的理論究竟該是什么樣子的。
物理學(xué)家急需一個指引，使得他們找到通往量子引力理論的正確道路。而現(xiàn)在，一些科學(xué)家覺得這個快速射電爆發(fā)可能就是大家所等待的一個指引。
黑洞變白洞
新的想法來自于美國巴德學(xué)院的哈爾?哈格德和法國艾克斯-馬賽大學(xué)卡爾羅?羅威利一起做的研究。哈格德是圈量子引力論（一種量子引力候選理論）的奠基人之一，圈量子引力論認(rèn)為時空是由無數(shù)個細(xì)小的纖維圈構(gòu)成的一種“織品”。從遠(yuǎn)處看，這個“織品”好像是連續(xù)光滑的，但從近距離看，這個“織品”是由微小的不可分割的纖維圈構(gòu)成的。這種纖維圈就是時空本身的量子――時空最小的結(jié)構(gòu)。
他們把圈量子引力論應(yīng)用到黑洞那里，得到了一個驚人的結(jié)論：黑洞中心物質(zhì)密度達(dá)到一定值時就變得不可壓縮。也就是說，黑洞內(nèi)部并不存在奇點(diǎn)。相反，繼續(xù)擠壓會使得時空的纖維圈產(chǎn)生一個向外的壓力，發(fā)生“量子反彈”――一場會破壞整個黑洞的爆炸。
這并不是物理學(xué)家們第一次提出把黑洞變沒的把戲。例如，霍金就曾經(jīng)提出一種基于熱力學(xué)定律的機(jī)制，這會使得一個黑洞發(fā)生蒸發(fā)，直至最終消失，盡管這要花費(fèi)極為漫長的時間。不過，哈格德和羅威利提出的這個新理論是很不尋常的，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)是，黑洞發(fā)生量子反彈后，就變成了一個白洞。白洞與黑洞正好相反，是一個只出不進(jìn)的時空區(qū)域，它“吐出”的粒子永遠(yuǎn)無法再被它吸收。
廣義相對論認(rèn)為，白洞在理論上是可以存在的，但黑洞卻不可能演變成一個白洞。哈格德和羅威利認(rèn)為，黑洞演變成一個白洞，應(yīng)該是一種稱為隧道效應(yīng)的量子現(xiàn)象的結(jié)果，因此廣義相對論無法推導(dǎo)出來。隧道效應(yīng)可以允許粒子跨越不可能的障礙從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。在核聚變中，就有隧道效應(yīng)發(fā)生，例如在我們的太陽中，隧道效應(yīng)可以使得質(zhì)子克服一個不可逾越的能量勢壘來參與聚變。
在量子引力中，隧道效應(yīng)也能發(fā)揮作用。哈格德和羅威利的想法是，所有的物質(zhì)不管怎么坍縮，都無法形成一個奇點(diǎn)，在整個物質(zhì)接近一個單獨(dú)時空纖維圈時，整個黑洞通過量子隧道效應(yīng)變?yōu)榘锥吹母怕试絹碓酱螅钡健班?！”黑洞突然變?yōu)榱艘粋€白洞。
黑洞爆炸的信號
黑洞能變?yōu)榘锥?，這個想法可能有點(diǎn)過于戲劇性。要想說服懷疑者最好的辦法就是真的能檢測到黑洞的這種爆炸。2014年，羅威利與幾個同事一起搞清楚了黑洞發(fā)生這種爆炸時會產(chǎn)生什么信號。
他們發(fā)現(xiàn)，黑洞爆炸產(chǎn)生的信號波長正好等于它的直徑。這樣的話，大黑洞產(chǎn)生長的波長，小黑洞產(chǎn)生短的波長。宇宙早期可能因物質(zhì)漲落形成很小的黑洞，這些黑洞甚至小到肉眼無法辨別的尺寸。這種黑洞被稱為太初黑洞，而太初黑洞爆炸產(chǎn)生的信號波長最短可以只有幾毫米。換句話說，這種信號正好處在紅外線和無線電波之間。
這個發(fā)現(xiàn)使得羅威利等人聯(lián)想到阿雷西博天文臺檢測到的神秘信號。他們認(rèn)為，這些罕見的快速射電爆發(fā)可能就是太初黑洞爆炸產(chǎn)生的信號。他們在2014年向世界公布了他們的研究結(jié)果。他們預(yù)測出的黑洞爆炸信號是與觀測到的快速射電爆發(fā)最吻合的一個。
更進(jìn)一步的預(yù)測
另外，他們的理論還做出了一個預(yù)測，可以在未來對其進(jìn)行檢驗。這個預(yù)測與黑洞的量子反彈花多長時間有關(guān)。
羅威利等人的理論表明，黑洞的質(zhì)量越大，黑洞就需要經(jīng)歷更長的時間才能發(fā)生量子反彈。也就是說質(zhì)量越大，黑洞壽命越長。反之，質(zhì)量越小，黑洞壽命越短。
太初黑洞通常很小，是孤立在太空中的天體，它們的大小在誕生后就固定了下來。如果他們的理論是正確的，那么更小的黑洞會更早地發(fā)生爆炸，而且產(chǎn)生的快速射電爆發(fā)的波長會更短。
如果我們在地球上觀測到遙遠(yuǎn)的太初黑洞的爆炸信號，那么這意味著這個黑洞很早就爆炸了，壽命比較短。壽命短，就意味著質(zhì)量小，產(chǎn)生的信號波長會更短。換句話說，更遠(yuǎn)的太初黑洞爆炸信號的波長應(yīng)該比附近的更短。如果快速射電爆發(fā)也符合這種規(guī)律，那么這將極大地支持羅威利等人的理論。
目前，所有檢測到的快速射電爆發(fā)都是來自比較近的位置，所以波長是否隨著距離發(fā)生變化還不能被檢測出來。另外，目前總共只檢測到了11次快速射電爆發(fā)，這在統(tǒng)計學(xué)上幾乎沒有什么分析價值。所以，現(xiàn)在還需等待。隨著時間的推移，研究人員希望能發(fā)現(xiàn)更多快速射電爆發(fā)，并建立一個適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫。
宇宙大反彈？
廣義相對論預(yù)測的另一個出現(xiàn)奇點(diǎn)的地方，就是宇宙大爆炸的那一時刻。但是，如果時空的纖維圈會阻止黑洞內(nèi)部形成奇點(diǎn)，那么我們的宇宙是怎么來的？也許，并不是源自一場大爆炸，而是一場大反彈。
第3篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
結(jié)果有些出入意料，希格斯老爺爺遺憾落選，獎項授予美國的大衛(wèi)·維蘭德（David J.Wineland）和法國的塞爾日·阿羅什（Serge Haroche）。這兩名實(shí)驗物理學(xué)家在過去20多年的研究中開創(chuàng)了測量與操縱單個量子系統(tǒng)的實(shí)驗方法。阿羅什的實(shí)驗方法是用原子測量單個光子，而維蘭德的實(shí)驗是用激光控制單個離子。他們都反復(fù)進(jìn)行了一系列實(shí)驗，并發(fā)表了大量論文。
科學(xué)背景
高中物理講過，原子中間是一個極小的原子核，是電子，不過原子層次的物理現(xiàn)象沒法用牛頓的經(jīng)典力學(xué)解釋，為了說清楚原子的事兒，物理學(xué)家們創(chuàng)立了量子理論。這個理論認(rèn)為物質(zhì)粒子也具有波的性質(zhì)；粒子也不像皮球那樣缺乏個性地沿著確定的路徑運(yùn)動，而是可以同時處于多種狀態(tài)，循著無窮多的任意路徑達(dá)到最終狀態(tài)。物理過程必須考慮所有可能路徑的總匯。
量子理論雖然如天書，卻是微觀世界真實(shí)的客觀規(guī)律。它不但用于原子能級、光譜、半導(dǎo)體、超導(dǎo)等現(xiàn)象，也被用于化學(xué)、生物等領(lǐng)域，還用來計算分子結(jié)構(gòu)以及解釋生物化學(xué)過程。沒有量子理論，孰不會有晶體管、集成電路、激光，也就不會有計算機(jī)與計算機(jī)通訊?？梢哉f，量子的宏觀應(yīng)用已經(jīng)使人類從電氣時代進(jìn)入了微電子時代。
暈死人的量子世界
維蘭德來自于美國加州，中學(xué)時并不是最優(yōu)秀學(xué)生，在高中最后一年才對物理產(chǎn)生了興趣。大學(xué)原本讀的數(shù)學(xué)專業(yè)，后來才改學(xué)物理，拿到物理博士學(xué)位后在美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所當(dāng)研究員。他在那里干了37年，主要研究用離子束縛（iontrap）探索量子世界。
維蘭德與阿羅什的研究是直接操控并測試單個粒子的量子系統(tǒng)。對于維蘭德的實(shí)驗，他的方法是用電場把單個離子（如汞離子）限制在一個勢阱（可以把它想象成一個無形牢籠）內(nèi)，就像用磁場把磁懸浮列車懸在空中一樣。這個離子在勢阱里只能來回運(yùn)動，無法逃逸出去。
被束縛在勢阱里的離子整體只能來回振動（你可以理解為折返跑），而離子內(nèi)部的電子也有不同的能級。這個振動的能量是量子化的，也就是一級一個臺階，只能在不同的能級之間跳躍。離子內(nèi)部的能量也是量子化的，也是一級一個臺階。
維蘭德的秘訣是調(diào)節(jié)激光的頻率，迫使離子內(nèi)部能級跳上一個臺階的同時讓它的振動能級跳下一階，這樣離子就會從內(nèi)部高能級回落到低能級，不斷重復(fù)下去達(dá)到降低振動能級的效果，使離子處于運(yùn)動能量最低的狀態(tài)。離子從高能級向低能級躍遷的時候釋放的能量轉(zhuǎn)換為一個光子，而光子的頻率正比于它的能量。在固體與氣體中，原子能級躍遷時的發(fā)光受到其他原子以及自身運(yùn)動的影響，導(dǎo)致頻率的擾動。而單個孤立的離子則不受這些因素的干擾，因而可以實(shí)現(xiàn)很高的頻率精度。在另一個實(shí)驗中，通過不同的激光對離子照射，使它同時處于兩個量子狀態(tài)——這就是量子力學(xué)里“薛定諤的貓”，而且進(jìn)行了相應(yīng)的測量。在更為復(fù)雜的實(shí)驗中，三個離子形成量子纏繞狀態(tài)，構(gòu)成三個可以用于量子計算的量子位元（qubit）……過去對量子力學(xué)的檢驗大多是基于統(tǒng)計結(jié)果，而通過對單個離子的精準(zhǔn)控制，維蘭德等人的各種實(shí)驗與測量直接從微觀層次驗證了量子力學(xué)。
阿羅什與維蘭德殊途同歸。他的實(shí)驗是通過兩面鏡子來回反射把光子關(guān)進(jìn)一個空腔，通過測量這些光子對高能級原子的影響得出光子的量子信息。
應(yīng)用與展望
第4篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
想象一個裝滿圖書的房間，然后再想象所有的圖書都突然消失在空氣之中。那么，它們所含有的信息都消失了，對吧？但是，這個房間是不尋常的。房間里包含的所有信息都編碼在墻上、地板上以及天花板上。盡管這些圖書都消失了，但是你仍然可以通過觀察房間這些表面上的編碼信息，來了解這些圖書的所有細(xì)節(jié)。想知道房間里還發(fā)生了什么？去問墻紙。誰是兇手？去請教地毯。你感覺這個房間很怪異吧。
但如果你仔細(xì)想想，事情會更加怪異。如果所有的圖書都消失了，而它們所包含的信息卻沒有消失，那么這些圖書是否真的存在過？或者，它們不過是來自墻、地板和天花板上的信息的投影？這聽起來與全息圖類似。全息圖可以產(chǎn)生三維立體視角，但是所有的信息都編碼在一個二維的平面上――信息都是同一種，但是以不同的形式體現(xiàn)出來的。
令人驚奇的是，有越來越多的證據(jù)表明我們的宇宙可能就像上面那個想象中的房間。也就是說，我們看見的一切，可能只是編碼在遙遠(yuǎn)邊界上信息的一個全息投影。
來自黑洞的啟示
就像宇宙中許多其它謎團(tuán)一樣，這里的故事也是從黑洞開始的。
當(dāng)一個大質(zhì)量恒星死亡之后，就會形成一個黑洞。在恒星生命的最后階段，恒星內(nèi)致密的鐵核發(fā)生坍縮，在空間中“撕裂”出一個洞，而附近的物質(zhì)不可避免地陷落其中。20世紀(jì)70年代，英國物理學(xué)家霍金發(fā)現(xiàn)黑洞會輻射并損失質(zhì)量，最終會蒸發(fā)得一干二凈。廣義相對論認(rèn)為黑洞的所有性質(zhì)――包括輻射出來的粒子――都與掉進(jìn)它內(nèi)部的物質(zhì)無關(guān)，所以說輻射不攜帶任何與它內(nèi)部物質(zhì)有關(guān)的信息。當(dāng)黑洞蒸發(fā)殆盡之后，黑洞里的任何信息也就永遠(yuǎn)消失了。這個發(fā)現(xiàn)被稱之為“黑洞信息悖論”。但許多物理學(xué)家都無法接受這個結(jié)果，原因在于它違背了量子力學(xué)的基本原理相違背――量子力學(xué)認(rèn)為信息是不可摧毀的。
想象你把一本書的某一頁撕下來并燒掉，但這頁紙上的信息并不會被摧毀掉。盡管在實(shí)際中很難做到，但是從理論上來說，你可以把所有的灰燼收集起來，就可重新找回寫在這頁紙上的信息。這是因為對于物理學(xué)家來說，原來的信息是不可能從宇宙中消失的，這里始終存在著一種能把系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)恢復(fù)為以前狀態(tài)的辦法。而霍金得到的關(guān)于黑洞的初步結(jié)論，是掉進(jìn)黑洞里的信息會被摧毀――輻射不攜帶任何有價值的信息，所以沒有辦法恢復(fù)到以前的狀態(tài)。
之后，物理學(xué)家們找到了一種挽救信息的方法。就像那個房間一樣，他們發(fā)現(xiàn)有關(guān)黑洞內(nèi)所有物體的信息副本，已編碼到了黑洞二維的事件視界上。事件視界就是黑洞的表面，有去無回的邊界。物理學(xué)家們把這種觀點(diǎn)稱之為全息原理。然而，這個觀點(diǎn)仍有些問題，物理學(xué)家們?nèi)栽谂Φ馗闱宄總€細(xì)節(jié)。
現(xiàn)實(shí)只是幻覺？
如果黑洞內(nèi)每一個三維物體的信息都可以編碼到黑洞的二維事件視界上，那么這種原理是否能應(yīng)用到整個宇宙？也許，我們所體驗到的三維存在，不過是來自二維表面上信息的投影，就像那些圖書不過是房間的墻、地板和天花板上信息的投影一樣。
許多物理學(xué)家認(rèn)為，這個大膽的觀點(diǎn)可能會指引出一個成功的量子引力論。
量子引力論就是能把廣義相對論和量子力學(xué)結(jié)合起來的理論，它即可描述大尺度下的時空，也可描述小尺度下的時空――可描述整個宇宙內(nèi)的一切。但問題是，廣義相對論和量子力學(xué)很難結(jié)合在一起。經(jīng)過幾十年來，物理學(xué)家們找到了一種量子引力論的候選――弦理論。弦理論認(rèn)為基本粒子事實(shí)上都是很小的振動著的弦。就像以不同種方式撥動琴弦會產(chǎn)生不同的聲音，這些弦以不同的形式振動會變成維不同的粒子。問題是這個理論要想成立，我們的宇宙空間維度不能只是三維，而是要有更多的維度。為了解決這個問題，通常認(rèn)為這些額外的維度蜷縮在很小很小的空間里。
但是在1997年，阿根廷物理學(xué)家胡安?馬爾達(dá)西那做出了一個突破。他借助于全息原理，認(rèn)為弦理論的復(fù)雜世界可能是更為簡單的現(xiàn)實(shí)的投影，如果弦理論是全息圖，那么我們應(yīng)該去尋找低維度上等價的科學(xué)理論――尋找墻壁而不是圖書。然后，與其為了得到量子引力而引入看不見的額外維，我們還不如去接受我們體驗到的一個維度不過是一個幻覺。
因此，胡安?馬爾達(dá)西那大膽指出，我們生活在一個巨大的全息圖里，我們所看到的周圍的一切只是二維表面的一個投影，他甚至用方程式證明了這個全息圖的存在。2013年，日本的物理學(xué)家通過計算再次證明了這個全息圖的存在。
用實(shí)驗來驗證
但是，驚人的理論需要有強(qiáng)有力的證據(jù)。
現(xiàn)在，美國費(fèi)米實(shí)驗室正進(jìn)行了一個名為“Holometer”的實(shí)驗，以此來對全息原理的一個預(yù)測進(jìn)行檢測。這個預(yù)測是，如果宇宙可以只用量子理論來解釋，那么所有你通常接觸到的物理規(guī)律不僅可以適用于粒子，也可以適用于空間本身。根據(jù)量子理論中的不確定性原理，你永遠(yuǎn)無法確定一個粒子準(zhǔn)確的位置，你只能知道某個地方它出現(xiàn)的概率。而全息原理認(rèn)為，這些物理規(guī)律都可應(yīng)用到空間本身，那么在最小的尺度下，空間本身會變得模糊不清。這如同你不斷放大電腦屏幕上的圖片時，最終會看到一個個像素，在這個尺度下，圖片已經(jīng)變得模糊不清了。
Holometer實(shí)驗就是來檢測這個預(yù)測的。Holometer設(shè)備包括一對彼此緊靠的干涉儀。每個干涉儀射出的一束1千瓦的激光，穿過分光鏡分為兩束，然后射向兩個互成直角的40米的探臂。兩束激光會被反射回來，經(jīng)過分光鏡后再合二為一。如果兩束激光空間本身能以完全相同的時間往返于探臂，那么重組后的激光與原來的是一樣的。如果一束激光延誤了一些時間，那么兩束激光就無法完美地合并在一起。
第5篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
物理學(xué)專業(yè)可分為“縱向深入”和“橫向擴(kuò)張”兩方向?！翱v向深入”是向更微觀和更高速領(lǐng)域的深入探索，獲得描述新的領(lǐng)域最核心的物理模型。“橫向擴(kuò)張”是在“縱向深入”中得到的每一個區(qū)域的核心物理模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用該模型來探索和解決該領(lǐng)域每一個更具體和更復(fù)雜的問題，伸向更精細(xì)的世界。
縱向世界
下圖是目前物理學(xué)的四個“基本理論”所統(tǒng)治的區(qū)域，它是一個普遍的力學(xué)系統(tǒng)，用一個數(shù)學(xué)模型來描述物質(zhì)、時間和空間，以及他們之間的關(guān)系。這四個“基本理論”是人類幾百年來“縱向深入”所得到的四個核心物理模型。
一、經(jīng)典力學(xué)（Classical Mechanics）
圖中左下區(qū)域是“宏觀低速”區(qū)域，稱為經(jīng)典力學(xué)（Classical Mechanics）領(lǐng)域，即最早的牛頓力學(xué)及其后續(xù)發(fā)展的拉格朗日力學(xué)，哈密頓力學(xué)等。在中學(xué)物理課程中主要涉及的部分是牛頓力學(xué)。這里基本的數(shù)學(xué)模型是：空間是最簡單的歐幾里得幾何的三維空間，時間是另外一個和空間維完全無關(guān)的維度。物質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)，或者是有限體積的質(zhì)點(diǎn)集合（剛體，流體），或者是遍布全空間無限體積的質(zhì)點(diǎn)集合（場，如電磁場）。質(zhì)點(diǎn)在空間中的運(yùn)動符合伽利略變換。
這個領(lǐng)域孕育了第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命。它的“縱向深入”突破點(diǎn)是麥克斯韋的電動力學(xué)，并由此導(dǎo)致量子力學(xué)和相對論力學(xué)領(lǐng)域的出現(xiàn)。
二、相對論力學(xué)（Relativistic Mechanics）
圖中的右下區(qū)域是縱向深入到“宏觀高速”的區(qū)域，即愛因斯坦的相對論力學(xué)（Relativistic Mechanics）領(lǐng)域。
這里基本的數(shù)學(xué)模型是：狹義相對論（Special Relativity）時空是閔可夫斯基四維時空，即一維時間和三維空間由光速不變原理緊密聯(lián)系，組成一個平直的四維時空背景。廣義相對論（General Relativity）的時空是黎曼時空，即一個彎曲的四維時空。相對論力學(xué)里物質(zhì)依然是經(jīng)典力學(xué)里的質(zhì)點(diǎn)、體或場，但是它會直接影響時空背景。質(zhì)點(diǎn)在四維時空中的運(yùn)動符合洛侖茲變換。
這個模型揭示了時間和空間不再是經(jīng)典力學(xué)中和物質(zhì)運(yùn)動獨(dú)立無關(guān)的背景，而是與物質(zhì)的質(zhì)量、能量和運(yùn)動緊密聯(lián)系。
三、量子力學(xué)（Quantum Mechanics）
圖中左上區(qū)域是縱向深入到“微觀低速”的區(qū)域，即量子力學(xué)（Quantum Mechanics）的地盤。它的建立以普朗克、愛因斯坦、波爾、德布羅意等物理學(xué)家的工作為先導(dǎo)，以海森堡、薛定諤、狄拉克、泡利等物理學(xué)家的工作為主體。
這里基本的數(shù)學(xué)模型是：時空還是經(jīng)典力學(xué)中歐幾里得的三維空間加上獨(dú)立的一維時間，物質(zhì)運(yùn)動還是符合伽利略變換，但物質(zhì)本身卻不再是質(zhì)點(diǎn)或者質(zhì)點(diǎn)的集合，而是分布在全空間的波函數(shù)。一切物理量的取值都要靠它與波函數(shù)在全空間的積分才能得到。
這個模型揭示了真實(shí)的微觀物質(zhì)不是只具備粒子性的質(zhì)點(diǎn)，而是同時具有波動性，即分布在全空間的波。
這個領(lǐng)域是現(xiàn)代物理學(xué)最大的領(lǐng)域，它孕育了20世紀(jì)后半葉的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命，使人類全面步入信息時代。
四、量子場論（Quantum Field Theory）
圖中右上區(qū)域便縱向深入到“微觀高速”區(qū)域，即量子場論（Quantum Field Theory）領(lǐng)域。它是量子力學(xué)和狹義相對論的結(jié)合。從量子力學(xué)的幾位創(chuàng)始人到標(biāo)準(zhǔn)模型的建立者，諸多20世紀(jì)物理學(xué)家們的工作完成了這個建立過程，其中包括楊振寧教授和李政道教授的貢獻(xiàn)。
這里基本的數(shù)學(xué)模型是：物質(zhì)的基本粒子是分布在完全的閔可夫斯基四維時空的波動場的激發(fā)態(tài)，場的基態(tài)是能量不為零的真空態(tài)。一個基本粒子的出現(xiàn)和消失（產(chǎn)生和湮滅）是它的場在該模式上的躍遷。場用量子化的拉格朗日密度來描述。
這個模型揭示了真實(shí)的物質(zhì)不僅是量子力學(xué)中分布在全空間的波，還和狹義相對論中的時空背景緊密相連。
從各個區(qū)域所建立起來的基本數(shù)學(xué)模型來看，量子場論區(qū)域是目前描述自然界最精確的模型，量子力學(xué)區(qū)域是描述自然界的低速近似，相對論力學(xué)區(qū)域是描述自然界的宏觀近似，經(jīng)典力學(xué)是描述自然界的宏觀低速近似（顯然關(guān)系已經(jīng)不大了）。
在這我們只能用“近似”兩個字，因為人類在了解和認(rèn)識自然界的過程中是一個不斷深入的漸進(jìn)的認(rèn)識過程，一個不斷積累的認(rèn)識過程，這個過程將永遠(yuǎn)不斷地有新的發(fā)現(xiàn)，就像我們觀賞大自然的美景一樣，沒有終極，越看越美麗，越看越新奇。
橫向世界
一、經(jīng)典力學(xué)（Classical Mechanics）
經(jīng)典力學(xué)模型應(yīng)用到具體的物質(zhì)運(yùn)動形式上就可建立剛體力學(xué)、流體力學(xué)、聲學(xué)，以及經(jīng)典的光學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)、磁學(xué)等學(xué)科?，F(xiàn)在的物理學(xué)家已經(jīng)很少涉及這個領(lǐng)域，因為在這個領(lǐng)域里基本的模型早已建立完畢并經(jīng)受住了時間的考驗，物理學(xué)家也早已把這個地盤交到工程師的手上了，研究的主流變成是對這些規(guī)律的應(yīng)用，這個領(lǐng)域與人類日常生活關(guān)系最近。
對于有志于從事機(jī)械、建筑、汽車、航天、熱能動力等專業(yè)的學(xué)子來說，牛頓力學(xué)和熱力學(xué)等是必須要掌握的物理基礎(chǔ)，這些物理基礎(chǔ)引發(fā)了人類第一次工業(yè)革命。對于有志于從事電力、通訊、電子工程等專業(yè)的學(xué)子來說，經(jīng)典電磁學(xué)和電動力學(xué)是必須要掌握的物理基礎(chǔ)，這些基礎(chǔ)引發(fā)了人類第二次工業(yè)革命。
學(xué)好這些基礎(chǔ)，能讓你輕快地進(jìn)入到這些實(shí)用的領(lǐng)域中發(fā)展。
二、相對論力學(xué)（Relativistic Mechanics）
相對論力學(xué)模型應(yīng)用到具體的物質(zhì)運(yùn)動形式上就可建立天體物理學(xué)、宇宙學(xué)等學(xué)科方向，研究宇宙大尺度物理現(xiàn)象，如引力等，從業(yè)人數(shù)在物理學(xué)界占較小的部分。
對于有志于研究天文學(xué)和恒星、地外行星、黑洞等各種天體以及宇宙奧秘的學(xué)子來說，這個領(lǐng)域便是其歸宿。這個領(lǐng)域的實(shí)驗主要以望遠(yuǎn)鏡觀測為主。相對論力學(xué)領(lǐng)域是人類認(rèn)識宇宙和了解宇宙的最前沿，它是人類了解太空的一扇窗口，但是離人類日常生活較遠(yuǎn)。工作單位一般是各個天文臺、大型的地面觀測站和太空觀測站等科研部門。
三、量子力學(xué)（Quantum Mechanics）
量子力學(xué)模型應(yīng)用到具體的物質(zhì)運(yùn)動形式上就可建立原子物理學(xué)、分子物理學(xué)、量子光學(xué)、量子電子學(xué)，以及凝聚態(tài)物理學(xué)等學(xué)科。物理學(xué)家中在這個領(lǐng)域的人數(shù)最多，僅凝聚態(tài)物理專業(yè)的人數(shù)就要占所有物理學(xué)家的三分之一以上，是物理學(xué)最大的分支。保守估計以量子力學(xué)為基礎(chǔ)理論的這個區(qū)域中的物理學(xué)家人數(shù)應(yīng)該超過所有物理學(xué)家總?cè)藬?shù)的一半。近十年的諾貝爾物理學(xué)獎有6次頒給了這個領(lǐng)域的科學(xué)家。
這個領(lǐng)域的特點(diǎn)是基礎(chǔ)理論模型完善，計算方便。實(shí)驗規(guī)模小，可在實(shí)驗室桌面上進(jìn)行。理論和實(shí)驗課題數(shù)量多且分散，而且作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)領(lǐng)域，和化學(xué)與生物學(xué)等其他學(xué)科聯(lián)系緊密，因此它橫向擴(kuò)張的速度最快，成果也遠(yuǎn)多于物理學(xué)其他三個區(qū)域。
這個領(lǐng)域孕育了20世紀(jì)的現(xiàn)代科技革命，如半導(dǎo)體元件的發(fā)明、激光器的誕生、磁存儲介質(zhì)、液晶，以及最熱門的納米材料、超導(dǎo)體等都是拜他它所賜。因此這個領(lǐng)域不但適合想從事物理研究的學(xué)子加入，而且也適合想從事微電子學(xué)、納米材料、量子信息技術(shù)等新興專業(yè)的學(xué)子們學(xué)習(xí)。
四、量子場論（Quantum Field Theory）
量子場論模型應(yīng)用到具體的物質(zhì)運(yùn)動形式上建立了量子電動力學(xué)（QED），電弱統(tǒng)一理論，量子色動力學(xué)（QCD）等理論，作為粒子物理（高能物理）的基礎(chǔ)理論，同時研究基本粒子的束縛態(tài)如重子、介子和原子核結(jié)構(gòu)等。這個領(lǐng)域是向物質(zhì)奧秘探索的最前沿，基本理論內(nèi)容最深奧、計算難度大，但是橫向擴(kuò)張的工作很多。實(shí)驗需要在大型的粒子加速器上進(jìn)行，規(guī)模龐大，課題集中，成果多是十年磨一劍，因此進(jìn)展緩慢。
對于有志于探索物理最前沿的學(xué)子來說，這個領(lǐng)域最適合,但更需要具備耐得住寂寞和世俗誘惑的能力。這個領(lǐng)域風(fēng)光無限，魅力無限。
結(jié)語
第6篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
課余時間，我饒有興趣的簡讀了一本暢銷全世界的科學(xué)著作——《時間簡史》，其作者是當(dāng)代著名的宇宙學(xué)家、理論物理學(xué)家——斯蒂芬·威廉·霍金。這本科學(xué)著作可以說得上是將愛因斯坦的《廣義相對論》和量子力學(xué)結(jié)合得最完美的一本書，除這點(diǎn)之外，此書還詳細(xì)地闡述了黑洞效應(yīng)和大爆炸及宇宙奇點(diǎn)問題。
倘若這本書以數(shù)學(xué)公式、證明過程和科學(xué)術(shù)語為主，那么我認(rèn)為它不可能這么暢銷全世界。這本書正是以它通俗的語言文字、幽默的插圖、強(qiáng)有力的論證過程和獨(dú)特的思維方式將讀者帶入廣漠無垠的宇宙，去體會黑洞邊緣的神秘，去感受大爆炸的壯闊，發(fā)人思考，引人入勝。
《時間簡史》的重點(diǎn)就是概述黑洞和宇宙奇點(diǎn)大爆炸理論，它從愛因斯坦的相對論開始一步一步的探討，補(bǔ)充了廣義相對論中的一些不足。作者認(rèn)為宇宙是從一個密度、時空曲率無限大的奇點(diǎn)通過大爆炸而開始的，在大爆炸中，物質(zhì)的溫度非常高。在隨后過去的一秒鐘中，宇宙的溫度急劇下降，下降到大約100億攝氏度，于此同時也在不斷地膨脹，就使得正電子和反電子（帶正電荷的電子）互相碰撞以此湮滅，并釋放出大量光粒子，來維護(hù)宇宙的平衡。到了后來，得以有強(qiáng)力的作用從而使物質(zhì)不斷聚攏，聚攏，這就形成了古老的星球和星際物質(zhì)。我們的地球，也是通過這樣的物質(zhì)聚攏才形成的。
而書中的另一偉大成就是對黑洞的研究，黑洞最開始是愛因斯坦在《相對論》一書中作出的一個預(yù)測，他假設(shè)如果存在一空間的曲率非常大，物體的逃逸速度非常快，快到連光也不能逃離這樣的空間。那么這樣的空間可以稱之為“黑洞”。但他認(rèn)為既然連光也不能逃離黑洞，那么我們也無法觀測到它，它名副其實(shí)是一個非常黑的洞。但霍金結(jié)合了愛因斯坦的相對論和量子理論后提出：黑洞其實(shí)不“黑”，它可以放射出正反粒子，而且它還有這很高的溫度。正因為它放射出的正反粒子互相湮滅了，所以我們很難觀測到它。黑洞以極高的速度放射能量，當(dāng)能量耗盡時則會向宇宙大爆炸那樣從一個奇點(diǎn)發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸，并在宇宙中消亡。
從這本書中我不僅獨(dú)到的是宇宙物理知識，我還讀到了一種敢于同命運(yùn)抗?fàn)?，頑強(qiáng)不屈和樂觀向上的人生態(tài)度。眾所周知，霍金出這本書時已是全身癱瘓，可以活動的僅是3只手指。在這樣的條件下他憑著那充滿智慧與知識的大腦，毅然對宇宙發(fā)出思索，對真理發(fā)出挑戰(zhàn)。最后他成功了，出版了這傲然屹立于科學(xué)文獻(xiàn)之林的偉大著作?；艚饘τ谡胬韴?zhí)著追求的態(tài)度是一種至高的精神，也是我們每個人都要仰視的不滅光輝。
這個暑假，讀完了《時間簡史》，我才知道自己在這個物理學(xué)大師面前是有多么的渺小，斯蒂芬霍金。大師帶給我們的，是物理學(xué)的精華，根據(jù)他的文字，我有一些自己的想法。
首先是書里面提到的思想，這種思想對于現(xiàn)代物理學(xué)的進(jìn)步有重大的意義，既將經(jīng)典廣義相對論與量子理論的結(jié)合。現(xiàn)代物理學(xué)近百年的發(fā)展史來看，許多人都在做類似的嘗試，包括愛因斯坦他自己也在做與量子理論相和諧的相對論的延伸理論，不過他知難而退了，最后他把目光又放在了宇宙常數(shù)上，這是這個天才的失敗之處。不少人為了量子理論和相對論的和諧，做了許多邊緣學(xué)科，但我個人認(rèn)為，都不如霍金大師做的那么徹底——量子引力論，量子是物質(zhì)粒子的非連續(xù)運(yùn)動，而所有的量子困惑都起源于這種非連續(xù)運(yùn)動。量子理論與引力的結(jié)合，即量子引力理論，目前還處于研究階段。這種理論的歷史說來話長，著名的廣義相對論家彭羅斯在昌德拉塞卡解出Dirac方程后，和霍金一道證明了黑洞的面積定理，隨后霍金做出了黑洞熱輻射定理，既從黑洞面積的非減性能讓人自然而然的想起叫做熵的物理量，黑洞處也具有熵的`特性。
從數(shù)學(xué)角度來看，不管量子引力論是不是大統(tǒng)一理論，但它有它的意義，對物理學(xué)有很好的影響。
霍金對于時間箭頭的描述十分有趣，讓我不禁想起曾經(jīng)尋根究底的哲學(xué)與科學(xué)理論齊頭并進(jìn)的時代，但是現(xiàn)在科學(xué)對于哲學(xué)家來說，太具有數(shù)學(xué)化了，使得維特根斯坦都說：哲學(xué)只剩下了分析語言了。
由于暑假里韓教師讓我們再看一本數(shù)學(xué)故事書，所以上個星期天，我就硬拉著爸爸到上海書城給我買書。我想：一向都十分熱愛數(shù)學(xué)，并且又很喜歡看書的爸爸，必須能為我挑出一本適宜我看的書。果然，爸爸立刻為我挑出了一本他中意的書——《時間簡史》。
這本《時間簡史》是由著名的史蒂芬·霍金所寫的。書名叫做《時間簡史》，那么書中所寫的.一切自然是和時間有關(guān)的了。為了講明時間，作者從宇宙開始寫起，而后說到空間，而后又說到黑洞，而后再說到蟲洞，最終才得到了結(jié)論。書中的語言都充滿了知識性與專業(yè)性，讓我感到懵懵懂懂的。雖然如此，但我似乎也了解到了時間。如果讓我結(jié)合書中的話來談?wù)剷r間，那我會說：時間確實(shí)能夠是一種物質(zhì)，因為萬物皆是物質(zhì)，如果時間不是物質(zhì)，它也就失去了存在的意義，但很明顯，它對于我們無比重要，我們也無法離開時間。用書中的一句深奧經(jīng)典的話來概括時間：時間也許是不朽的，至少在我們這些生命短暫的物質(zhì)看來，那確實(shí)是不朽的，它在特定的時間和空間內(nèi)產(chǎn)生一個點(diǎn)，就這樣無數(shù)個點(diǎn)連接在一齊，變成線，變成面，就無限制地編織下去，直到宇宙的結(jié)束，如果那宇宙沒有結(jié)束，也就繼續(xù)不朽地編織下去，做那宇宙創(chuàng)造者的壽衣。
我覺得這本書不太適合我看，畢竟我還沒有學(xué)過物理，對書中所說的一切都還不理解，但我明白，這是一本對我們?nèi)祟悂碇v相當(dāng)重要的書。我想：等我長大一點(diǎn)了之后，再讀一遍這本書，到時候必須能掌握書中所說的知識。
其實(shí)初讀《時光簡史》只是正因它是霍金的著作，只是為了在閑暇之余與兄弟姐妹之間有一點(diǎn)談資罷了，不得不說這樣的科學(xué)著作實(shí)在難懂，相比我的張愛玲，三毛，劉墉來說卻是枯燥了一些，但它仍深深的吸引了我。將我引向了充滿幻想的未來。
說它單調(diào)是正因它沒有平平仄仄的語調(diào)，沒有風(fēng)花雪月的場景，沒有催人淚寫的辭藻，但他，卻擁有極嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡奶剿骺茖W(xué)的態(tài)度，以一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目谖窍蛟蹅償⑹鲋邓{(lán)的宇宙，神秘的黑洞。父親不止一次的提醒我說我再也看不懂這么深奧的著作，開始我還不以為然，漸漸的我發(fā)現(xiàn)我只能讀懂其中一點(diǎn)，而絕大部分仍是懵懵懂懂。
斯蒂芬·威廉·霍金，一個極平凡的人，他正因在21歲時不幸患上了會使肌肉萎縮的盧伽雷氏癥，因此被禁錮在輪椅上，只有三根手指能夠活動。1985年，因患肺炎做了穿氣管手術(shù)，徹底被剝奪了說話的功能，演講和問答只能透過語音合成器來完成。但他的智慧彌補(bǔ)了先天的不足，輪椅上的他還是可愛的，值得我敬佩的。30歲，他考查黑洞附近的量子效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黑洞會像黑體一樣發(fā)出輻射，其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比，這樣黑洞就會正因輻射而慢慢變小，而溫度卻越變越高，最后以爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的好處，它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)統(tǒng)一在一齊。
霍金的魅力不僅僅在于他是一個充滿傳奇色彩的物理天才，也正因他是一個令人折服的生活強(qiáng)者。他不斷求索的科學(xué)精神和勇敢頑強(qiáng)的人格力量深深地吸引了每一個知道他的人?；加屑∪馕s性側(cè)索硬化癥的他，幾乎全身癱瘓，不能發(fā)音。但他仍出版了《時刻簡史》，成為全球最暢銷的科普著作之一。對于這本書我實(shí)在做不出自我的評價，正因，可能在之后的幾年，我才能讀懂這本書，但是我能感受到這字里行間的一份堅持，一份嚴(yán)謹(jǐn)，甚至一份心酸。
其實(shí)更多的我將這本書當(dāng)作科幻小說來看，書里就是一個未知的世界，《時刻簡史》中，霍金念念不忘的就是大統(tǒng)一理論，這是愛因斯坦未盡的夢想。霍金在本書中坦言，不能用單獨(dú)的美妙的公式描述和預(yù)測宇宙的每一件事情，正因量子理論的測不準(zhǔn)原理決定了宇宙是不確定性和確定性統(tǒng)一的。在本書中，霍金透過地圖模型來說明宇宙的多樣性可能需要一組理論來進(jìn)行描述。
第7篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
《時間簡史》是英國物理學(xué)家斯蒂芬·霍金創(chuàng)作的科學(xué)著作，首次出版于1988年。那么接下來給大家分享一些關(guān)于高二時間簡史讀后感2020，希望對大家有所幫助。
高二時間簡史讀后感1宇宙是無限的，所以存在著許多的奧秘?！稌r間簡史》這本書便向我們闡述了宇宙的奧秘。作者在書中探討了許多深奧并令人生畏的主題。其實(shí)，要想讀懂這本書，還真不是一件容易的事呢!
讀了這本書不僅讓我明白了宇宙是怎樣的，還讓我明白了空間，時間，以及相對論等。在愛因斯坦以前，幾乎所有人都認(rèn)為時間和空間是絕對的。愛因斯坦所創(chuàng)立的相對論則告訴人們沒有絕對的事物，一切都是相對的。他曾用最短且最通俗易懂的話解釋過什么是相對論“如果你和你的朋友一起玩，不知不覺，你會發(fā)現(xiàn)時間過得很快，可你一個人在那里無聊，發(fā)呆，你會覺得時間過得非常慢”。就是這樣簡短的話勾起了我對科學(xué)的興趣。
讀了這本書后，我的腦子里便有許多疑問。宇宙有沒有大爆炸?宇宙是否曾經(jīng)是一個無限小的點(diǎn)?到底廣義相對論準(zhǔn)不準(zhǔn)確?人類最遠(yuǎn)能達(dá)到宇宙的什么地方?黑洞到底是什么樣的?難道光速真的是速度的極限以致黑洞是人們無法逾越的鴻溝?所有的問題都只能打上一個問號。但就是這些問號，深深地吸引著我，讓我沉陷在想象的世界?；蛟S隨著科技的發(fā)展，將會有更多的伽利略站出來，讓這些都成為已知的答案，一切都要交給時間。
這本書的作者更是讓我敬佩的人，就是被稱為“宇宙之王”的霍金，可是命運(yùn)對霍金卻是那么殘酷。1963年，21歲的霍金在劍橋大學(xué)讀研究生的時候，不幸患上了會導(dǎo)致肌肉萎縮的盧伽雷氏癥，不久就完全癱瘓了，被長期禁錮在輪椅上。1985年，霍金因患肺炎做了穿氣管手術(shù)，被剝奪了說話的功能。他在輪椅上坐了40年，全身只有3根手指能正?；顒樱瓦@樣，他身殘志不殘，撰寫了《時間簡史》，讓更多的人愛上了科學(xué)!為社會做出了巨大的貢獻(xiàn)。
一個人只要肯努力，就沒有不成功的事情。一定要相信自己啊，加油。
高二時間簡史讀后感2其實(shí)關(guān)注和閱讀《時間簡史》這本書，是一種從眾心理的推動。該書自出版始，一直都在中文圖書的暢銷榜上。特別是去年霍金去世，人們又一次熱議了《時間簡史》。前些時候，首張黑洞照片公布于世，轟動一時，仿佛當(dāng)下追逐科宙的科學(xué)奧秘是一種潮流。在這股潮流之下，自己也跟著在京東上拍下了這本《時間簡史》，不然OUT了。但實(shí)際上，誰真正關(guān)心時間或其簡史呢?可是人們總要致以關(guān)心，否則顯得太落伍了。于是我們能夠在各大書店的排行榜上看到《時間簡史》總是排在暢銷書的前幾名，還是一些大眾必讀書單里的?？?。如果《時間簡史》的閱讀率確實(shí)如此之高，那么量子力學(xué)或者廣義相對論豈不是應(yīng)該成為大眾街談巷議的基礎(chǔ)議題了嗎?然而事實(shí)上，好像是在閱讀《時間簡史》，卻甚少進(jìn)入到其中的真正議題，包括筆者本人，比較懵懂。
《時間簡史》成為了一個時尚名詞的集中領(lǐng)域，能成為個人所涉獵的篇目，那就足夠了，這其實(shí)也是當(dāng)下一種“急功近利”浮躁社會心理的折射，無形之中的時尚黑洞。言歸正傳，《時間簡史》這本書中，霍金帶領(lǐng)讀者遨游外層空間奇異領(lǐng)域，對遙遠(yuǎn)星系、黑洞、夸克、“帶味”粒子和“自旋”粒子、反物質(zhì)、“時間箭頭”等進(jìn)行了深入淺出的介紹，并對宇宙是什么樣的、空間和時間以及相對論等古老問題做了闡述，使讀者初步了解狹義相對論以及時間、宇宙的起源等宇宙學(xué)的奧妙。書中講述，時間起始點(diǎn)是宇宙大爆炸起點(diǎn)。宇宙是不斷膨脹著的，它在最初應(yīng)該收縮為一點(diǎn)，這一時刻被稱為宇宙大爆炸時刻。宇宙在這一點(diǎn)的密度無窮大，這一點(diǎn)即為數(shù)學(xué)上所稱的奇點(diǎn)。時間終結(jié)是黑洞。恒星由于引力作用會不斷收縮，會形成一個“黑洞”。黑洞表面引力很強(qiáng)，時間會在此終止。沒有了解過時間的歷史，何以走向時間的未來呢?關(guān)于時間和空間的思考，過去與未來的認(rèn)知，《時間簡史》給出的更像是關(guān)于人類對超越自身思想束縛的突破史，畢竟如書中序言所說，對宇宙的認(rèn)識，從古至今人類究竟有多確定呢?當(dāng)我看完此書的最后一頁，合上書，打開窗戶遙望浩瀚的夜空——可以說的是，此書的每一個字我都懂，但其他就有點(diǎn)看懵了。路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。。。。。。(喻凱)
高二時間簡史讀后感3在喜馬拉雅聽了《人類簡史》和《未來簡史》，系統(tǒng)自動給推薦了霍金的《時間簡史》。試著聽了三章，出乎意料地發(fā)現(xiàn)該書寫得深入淺出，對原來覺得很玄妙的話題給出了非常簡明扼要的敘述，讓人腦洞大開。說完全能夠聽懂那是自欺欺人，但確實(shí)讓人長了不少見識，了解到現(xiàn)代物理學(xué)的一些經(jīng)典學(xué)說。后面一些難懂的章節(jié)只是跳著聽，特別是基本粒子夸克部分，如同聽天書，但終于還是囫圇吞棗聽完了。
想起來未來簡史作者的一個觀點(diǎn)，即未來的宗教一定是來源于科學(xué)，其實(shí)在在《時間簡史》這本書里很多關(guān)于宇宙起源時間的討論都可以說上升到了哲學(xué)的高度，探索的是我們的世界從哪里來到哪里去這樣基本的哲學(xué)命題，當(dāng)然這里沒有任何關(guān)于意識的討論，僅僅是從物理的宇宙宏觀到粒子微觀的討論，也涉及到了很多科學(xué)史的內(nèi)容。
本質(zhì)上這還是一本科普讀物，向人們介紹物理學(xué)前沿的一些理論，但并沒有任何數(shù)學(xué)推演(如果有，那就真成天書了)。而且書中內(nèi)容也大部分限于作者的研究領(lǐng)域，向美劇《生活大爆炸》里Sheldon研究的弦理論，書中就沒有提到(弦理論應(yīng)該是在時間簡史之后誕生的)。
說個書中的小細(xì)節(jié)：大爆炸理論的重要依據(jù)就是天文學(xué)家觀察到幾乎所有星球都在加速離開我們，那這是怎么觀測到的呢?其實(shí)就是基于很簡單的波源在運(yùn)動中頻率的變化(火車由遠(yuǎn)而近向你駛來時汽笛的聲音會變尖)，又叫多普勒效應(yīng)來判斷的。既然星球都在加速離開我們，那是不是說明地球是宇宙的中心了呢?作者給了一個很形象比喻：一個正在充氣膨脹的氣球，在氣球上每一個點(diǎn)上看，其他點(diǎn)都在遠(yuǎn)離自己。
霍金的后半生只能坐在輪椅上靠著機(jī)器合成的聲音向人們發(fā)表些他的見解和預(yù)言，比如警告人們不要以向外太空發(fā)射電波的方式試圖跟外星人聯(lián)絡(luò)(中國科幻作家獲獎作品《三體》就描述了類似宇宙叢林法則和這樣做的后果);還警告機(jī)器人的進(jìn)化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了生物進(jìn)化的節(jié)奏，可能會最終取代人類。。。。
而今，霍金走了，大概上帝怕他泄漏太多天機(jī)。
高二時間簡史讀后感4這個暑假，讀完了《時間簡史》，我才知道自己在這個物理學(xué)大師面前是有多么的渺小，斯蒂芬霍金。大師帶給我們的，是物理學(xué)的精華，根據(jù)他的文字，我有一些自己的想法。
首先是書里面提到的思想，這種思想對于現(xiàn)代物理學(xué)的進(jìn)步有重大的意義，既將經(jīng)典廣義相對論與量子理論的結(jié)合。現(xiàn)代物理學(xué)近百年的發(fā)展史來看，許多人都在做類似的嘗試，包括愛因斯坦他自己也在做與量子理論相和諧的相對論的延伸理論，不過他知難而退了，最后他把目光又放在了宇宙常數(shù)上，這是這個天才的失敗之處。不少人為了量子理論和相對論的和諧，做了許多邊緣學(xué)科，但我個人認(rèn)為，都不如霍金大師做的那么徹底——量子引力論，量子是物質(zhì)粒子的非連續(xù)運(yùn)動，而所有的量子困惑都起源于這種非連續(xù)運(yùn)動。量子理論與引力的結(jié)合，即量子引力理論，目前還處于研究階段。這種理論的歷史說來話長，著名的廣義相對論家彭羅斯在昌德拉塞卡解出Dirac方程后，和霍金一道證明了黑洞的面積定理，隨后霍金做出了黑洞熱輻射定理，既從黑洞面積的非減性能讓人自然而然的想起叫做熵的物理量，黑洞處也具有熵的特性。
從數(shù)學(xué)角度來看，不管量子引力論是不是大統(tǒng)一理論，但它有它的意義，對物理學(xué)有很好的影響。
霍金對于時間箭頭的描述十分有趣，讓我不禁想起曾經(jīng)尋根究底的哲學(xué)與科學(xué)理論齊頭并進(jìn)的時代，但是現(xiàn)在科學(xué)對于哲學(xué)家來說，太具有數(shù)學(xué)化了，使得維特根斯坦都說：哲學(xué)只剩下了分析語言了。
時間箭頭分為三種：
1、熱力學(xué)箭頭，根據(jù)熱力學(xué)第二定律熵總是隨著時間的推移而增加，反之時間隨著熵的增加而推移。
2、心理學(xué)時間箭頭，既我們認(rèn)為時間的推移方向。
3、宇宙學(xué)時間箭頭，宇宙隨著時間的推移而膨脹，反之時間隨著宇宙膨脹而推移。
由于用數(shù)學(xué)方法建立穩(wěn)態(tài)的宇宙模型是非常艱難的一件事，所以，我們規(guī)定，我們的世界中時間算是實(shí)時間，我們可以假設(shè)有一種虛時間，用虛數(shù)來計量時間，在虛時間的宇宙里沒有奇點(diǎn)，所以，在虛時間里，不會有任何科學(xué)定律被違反，但是在實(shí)時間里，注定會有一個奇點(diǎn)，科學(xué)定律注定會在此處被違反，但我們的疑惑是我們生活在的世界里，是否一定是實(shí)時間?我們目前的發(fā)現(xiàn)不足以證明我們的宇宙中存不存在奇點(diǎn)，這種將是個謎。
高二時間簡史讀后感5其實(shí)初讀《時光簡史》只是因為它是霍金的著作，只是為了在閑暇之余與朋友之間有一點(diǎn)談資罷了，不得不說這樣的科學(xué)著作實(shí)在難懂，相比我的張愛玲，三毛，劉墉來說卻是枯燥了一些，但它仍深深的吸引了我。將我引向了充滿幻想的未來。
說它單調(diào)是因為它沒有平平仄仄的語調(diào)，沒有風(fēng)花雪月的場景，沒有催人淚寫的辭藻，但他，卻擁有極嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡奶剿骺茖W(xué)的態(tài)度，以一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目谖窍蛭覀償⑹鲋邓{(lán)的宇宙，神秘的黑洞。爸爸不止一次的提醒我說我再也看不懂這么深奧的著作，開始我還不以為然，漸漸的我發(fā)現(xiàn)我只能讀懂其中一點(diǎn)，而絕大部分仍是懵懵懂懂。
斯蒂芬·威廉·霍金，一個極平凡的人，他因為在21歲時不幸患上了會使肌肉萎縮的盧伽雷氏癥，所以被禁錮在輪椅上，只有三根手指可以活動。1985年，因患肺炎做了穿氣管手術(shù)，徹底被剝奪了說話的功能，演講和問答只能通過語音合成器來完成。但他的智慧彌補(bǔ)了先天的不足，輪椅上的他還是可愛的，值得我敬佩的。30歲，他考查黑洞附近的量子效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黑洞會像黑體一樣發(fā)出輻射，其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比，這樣黑洞就會因為輻射而慢慢變小，而溫度卻越變越高，最后以爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義，它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)統(tǒng)一在一起。
霍金的魅力不僅在于他是一個充滿傳奇色彩的物理天才，也因為他是一個令人折服的生活強(qiáng)者。他不斷求索的科學(xué)精神和勇敢頑強(qiáng)的人格力量深深地吸引了每一個知道他的人?；加屑∪馕s性側(cè)索硬化癥的他，幾乎全身癱瘓，不能發(fā)音。但他仍出版了《時間簡史》，成為全球最暢銷的科普著作之一。對于這本書我實(shí)在做不出自己的評價，因為，可能在之后的幾年，我才能讀懂這本書，可是我能感受到這字里行間的一份堅持，一份嚴(yán)謹(jǐn)，甚至一份心酸。
其實(shí)更多的我將這本書當(dāng)作科幻小說來看，書里就是一個未知的世界，《時間簡史》中，霍金念念不忘的就是大統(tǒng)一理論，這是愛因斯坦未盡的夢想。霍金在本書中坦言，不能用單獨(dú)的美妙的公式描述和預(yù)測宇宙的每一件事情，因為量子理論的測不準(zhǔn)原理決定了宇宙是不確定性和確定性統(tǒng)一的。在本書中，霍金通過地圖模型來說明宇宙的多樣性可能需要一組理論來進(jìn)行描述。
第8篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
關(guān)鍵詞：校本化；高中歷史；科學(xué)史
科學(xué)史是溝通自然科學(xué)和人文學(xué)術(shù)的最好橋梁。通過科學(xué)史的訓(xùn)練和熏陶，不僅可以培養(yǎng)文理兼通的人才素質(zhì)，而且還可以優(yōu)化人才的知識結(jié)構(gòu)，這是其他學(xué)術(shù)無法替代的?？茖W(xué)史是人類文明發(fā)展的一個重要組成部分，如果不懂科學(xué)史，就不能真正理解社會發(fā)展的歷史。就科學(xué)高中的培養(yǎng)目標(biāo)而言，大部分畢業(yè)生將會從事理工科專業(yè)的學(xué)習(xí)和工作。而一個從事科學(xué)技術(shù)工作并且力求在科學(xué)技術(shù)上有所創(chuàng)新的人，如果對科學(xué)的發(fā)展缺乏整體上的了解，不能掌握科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律以及其他學(xué)科對本門學(xué)科的影響，就很難有所成就。因此，開設(shè)科學(xué)史這門課程尤為必要。這門課程重在還原人類認(rèn)識自然界的本質(zhì)和運(yùn)動規(guī)律的發(fā)展歷程，揭示科學(xué)發(fā)展的一般規(guī)律，特別是向?qū)W生提供著名科學(xué)家、發(fā)明家解決問題的思路和方法，進(jìn)而為科高學(xué)子在科學(xué)研究的道路上提供借鑒，讓他們站在巨人的肩膀上，走得更遠(yuǎn)。以下為科學(xué)史的具體學(xué)習(xí)要點(diǎn)：
一、科學(xué)史的意義與研究現(xiàn)狀
1.了解科學(xué)史的確立及其諸種功用，理解科學(xué)與正確之間的關(guān)系。2.掌握科學(xué)史研究中的內(nèi)史和外史，了解科學(xué)史在中國的發(fā)展現(xiàn)狀。
二、古希臘的科學(xué)與哲學(xué)
1.了解古希臘科學(xué)產(chǎn)生的背景。2.概述古希臘賢人對萬物本原的探究，認(rèn)識對萬物本原的探究意義。3.了解亞里士多德在自然哲學(xué)、邏輯學(xué)以及系統(tǒng)的經(jīng)驗考察等方面的貢獻(xiàn)。4.知道古希臘在數(shù)學(xué)、物理、天文學(xué)等方面的貢獻(xiàn)，理解其對古代世界的影響。
三、古代中國的自然觀與科學(xué)技術(shù)
1.知道天人感應(yīng)與天人相分及宇宙演化思想，理解中國古代的時空觀念。2.了解天文學(xué)上的曠世之爭――渾蓋之爭，認(rèn)識其對中國天文學(xué)發(fā)展的影響。3.概述中國古代傳統(tǒng)數(shù)學(xué)、計時技術(shù)和測向技術(shù)的發(fā)展演變。
四、阿拉伯的科學(xué)及科學(xué)在歐洲的復(fù)興
1.概述阿拉伯科學(xué)產(chǎn)生的歷史背景，了解其與古代希臘羅馬文化的淵源，認(rèn)識“翻譯”為阿拉伯科學(xué)的真正起點(diǎn)。2.了解阿拉伯在數(shù)學(xué)、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)、光學(xué)和化學(xué)方面的發(fā)展，理解阿拉伯科學(xué)的世界意義。3.了解基督教、亞里士多德思想以及農(nóng)業(yè)技術(shù)革命對中世紀(jì)歐洲科學(xué)發(fā)展的影響，認(rèn)識“1277大譴責(zé)”對人們打破亞里士多德思想對科學(xué)的束縛作用。4.理解文藝復(fù)興、宗教改革以及不同文明間技術(shù)的交往對歐洲近代科學(xué)革命的影響，準(zhǔn)確把握宗教與科學(xué)的關(guān)系。5.了解培根倡導(dǎo)的實(shí)驗、哈維的血液循環(huán)說以及數(shù)學(xué)的新進(jìn)展對科學(xué)在歐洲復(fù)興的作用。
五、近代科學(xué)革命――天文學(xué)、新物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)
1.理解哥白尼《天體運(yùn)行論》在近代天文學(xué)方面的革命性作用，了解伽利略望遠(yuǎn)鏡以及第谷的精密天文學(xué)對傳統(tǒng)天文學(xué)的沖擊，概述開普勒三大定律對哥白尼天文學(xué)的繼承與批判，理解近代天文學(xué)革命是近代科學(xué)革命的切入點(diǎn)。2.說明斯蒂文鏈、伽利略的實(shí)驗方法、笛卡爾的機(jī)械主義方法論、牛頓的萬有引力定律和物體運(yùn)動三定律等對近代物理學(xué)發(fā)展的意義，明確近代物理學(xué)是近代科學(xué)的核心領(lǐng)域。3.了解微積分的創(chuàng)立，列舉笛卡爾、費(fèi)馬、牛頓、萊布尼茨、歐拉、拉格朗日等人在微積分發(fā)展過程中的貢獻(xiàn)。4.概述古代煉金術(shù)對近代化學(xué)產(chǎn)生的影響，了解波義耳、拉瓦錫對近代化學(xué)誕生的貢獻(xiàn)。
六、生物學(xué)的重大突破――從進(jìn)化論到遺傳學(xué)
1.了解達(dá)爾文進(jìn)化論提出的背景以及達(dá)爾文的生平，認(rèn)識其個人經(jīng)歷對其提出自然選擇的進(jìn)化論的影響。2.認(rèn)識孟德爾定律，理解孟德爾被稱為現(xiàn)代遺傳學(xué)的奠基人的原因，了解遺傳基本因子――DNA的發(fā)現(xiàn)對遺傳學(xué)發(fā)展的意義。
七、物理學(xué)的新突破
1.了解電磁學(xué)理論的建立和通信技術(shù)的發(fā)展，認(rèn)識其對第二次工業(yè)革命的作用。2.簡述能量守恒定律和熱力學(xué)定律的建立過程，理解熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律之間的關(guān)系，并說明熱力學(xué)的基本定律對化學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科發(fā)展的影響。3.了解狹義相對論的兩條基本原理，概述廣義相對論的三大驗證，說明對廣義相對論正確性的認(rèn)識。4.了解愛因斯坦對量子論方面的貢獻(xiàn)，理解相對論和量子力學(xué)之間的關(guān)系，認(rèn)識量子力學(xué)的測不準(zhǔn)原理。
八、數(shù)學(xué)的新時代
第9篇：量子力學(xué)和廣義相對論范文
大家早上好！
我是七2班的xxx，我發(fā)言的題目是“擁抱微笑”。
微笑，你曾給予過誰？誰又曾贈予過你？微笑是一股暖流，緩緩地流向人們的心田；微笑是一種力量，推動著我們前行。
生活中競爭無處不在，真正的競爭不是一場廝殺，殘酷只是表象，你是否吝惜給對手一個祝福的微笑？人生時刻都在PK，你不PK，就可能被PK掉。有時被PK敗了，也不要忘了給自己一個不怕失敗的微笑。
命運(yùn)只留給霍金幾根能活動的手指，而他總是微笑著面對自己身體的殘缺，心靈灑滿陽光。在這種極端身體狀況下，霍金和羅杰彭羅斯合作，共同證明了奇性定理，并獨(dú)立提出了“霍金輻射”理論。他雖無法用健全的步履行走，但乘坐著“思考機(jī)器”，一次又一次越過了想象的邊界，在統(tǒng)一廣義相對論和量子力學(xué)方面邁出了重要的一步；他雖無法用正常的聲音表達(dá)，但在電腦的幫助下，一次又一次地成功演講，提出自己對世界的看法。霍金從未放棄過生命的微笑！我們要學(xué)會微笑著面對挫敗和磨難，努力創(chuàng)造奇跡！
林肯曾碰到過不懷好意的挑釁。林肯身材瘦高，腿特長，有一位自命不凡的同事不無譏笑地問林肯：“一個人的兩腿應(yīng)該有多長？”林肯微笑著沉穩(wěn)地回答：“至少應(yīng)該碰得到地面。”有時候，微笑著面對嘲笑，把它當(dāng)成自己前進(jìn)的動力，給別人一個寬容大度的微笑，又有何不可呢？
生命中如果缺少了微笑，那將多么黯淡！微笑與生俱來，沒有人會對微笑免疫。當(dāng)你用微笑擁抱他人，擁抱生活，擁抱這個世界時，幸福和快樂也會緊緊擁抱你！
俗話說“笑一笑，十年少。”微笑著面對一切，保持樂觀的心態(tài)，那么即便歲月無情地流逝了，你的心靈也會永葆青春的笑容！
