点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:张朝阳讲物理课火了!“硬核推导”相对论 李永乐现场助阵
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

张朝阳讲物理课火了!“硬核推导”相对论 李永乐现场助阵

来源:光明网2022-03-12 19:03

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  时间和空间不是各自独立的吗?怎么搅和到一块儿了?世界上最著名的方程E=mc²是怎么来的?3月11日,《张朝阳的物理课》线下“新春第一课”首次开讲,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳与来自北京各高校的物理学子及物理爱好者们一起探讨物理的奥秘。人大附中物理教师、科普视频创作者李永乐作为嘉宾现身课堂。

  新春第一课“硬核推导”相对论

  线下“新春第一课”,张朝阳重点讲解了狭义相对论中最著名的方程E=mc²,并结合案例加以解释。这个小小的公式蕴藏了巨大的能量,可以把一丁点儿的质量放大成巨大的能量,甚至原子弹、氢弹、太阳的能量都与此有关。

张朝阳讲物理课火了!“硬核推导”相对论 李永乐现场助阵

  “我的课比较强调硬核推导。”张朝阳介绍,要理解狭义相对论,必须先了解光速的特殊性。他先从麦克斯韦方程组导出的电磁波方程入手,指出光速与参考系无关这一反直觉的论述。他从光速不变出发,推导出时间膨胀效应,即运动的时钟相对于静止的时钟流逝较慢,说明此时时间与空间不再独立。

  张朝阳解释,描述时间与空间的关系的方程就是洛伦兹变换,洛伦兹变换能把一个惯性参考系的坐标变换到另一个与之相对匀速运动的惯性参考系下。他在黑板上通过洛伦兹变换公式,结合“同时性的相对性”的概念推导出了“动尺缩短”公式,即运动的尺子在静止参考系下看,会比在尺子的固有参考系下短。

  洛伦兹变换只是坐标的变换。张朝阳通过洛伦兹变换进一步导出了速度的变换公式,这与传统牛顿力学中简单的速度矢量的直接叠加有很大的不同。有了速度变换公式,他开始推导不同参考系下两个质量相同的小球的碰撞过程,结合动量守恒定律,并类比牛顿力学中动量的定义,计算出了“动质量”与速度的关系。

  随后将力对位移进行积分,得出爱因斯坦最著名的质能方程E=mc²,它描述能量与质量的关系。张朝阳又以铀235的裂变过程为例,说明质量可以转化成能量,而其能量可以用爱因斯坦质能方程计算出来。

  “网红”物理老师李永乐现场助阵

  人大附中物理教师、科普视频创作者李永乐也来到了“新春第一课”的现场。

  对于同学们都很关心的爱因斯坦与相对论的问题,李永乐现场补充解释,狭义相对论最大的局限是不能处理引力问题。爱因斯坦提出等效原理,认为引力场与以适当加速度运动的参考系是等价的,这扩充了惯性系的概念,跟随引力自由落体的参考系其实可以看成一个局部的惯性系。这暗示了引力其实是时空的一个属性,而不只是一种单纯的力,因此爱因斯坦进一步将引力几何化,得到了广义相对论。

张朝阳讲物理课火了!“硬核推导”相对论 李永乐现场助阵

  有同学提到在刚结束的冬奥会上,联通5G直播背后的物理学原理问题。李永乐以精简且有趣的语言阐述了联通5G大速率、低延时、覆盖广等优势,体现了科技为生活增添美好的硬实力。

  此外,他还聊到了爱因斯坦的奇闻轶事,讲了他提出狭义相对论乃至广义相对论的过程,以及在这个过程中他受到朋友的帮助与启发的故事。课堂最后,张朝阳与李永乐用三星Galaxy S22手机和到场的全体同学一起合影留念。

  持续打造知识直播平台

  截至目前,《张朝阳的物理课》已直播三十多期。张朝阳1986年从清华大学物理系毕业,并于同年考取李政道奖学金赴美留学。1993年底在美国麻省理工学院(MIT)获得博士学位,并继续在MIT从事博士后研究,1996年回国创业。

  这也是阔别物理20多年后,张朝阳重拾物理。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律与能量动量守恒原理等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了由黑体辐射研究引出的维恩、瑞利-金斯、斯特潘、普朗克等系列公式。

  此后的物理课程逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程、算符对易关系等理论内容,到无限深势阱、氢原子波函数,再到谐振子量子化、气体定容比热的温度阶梯等更加具体实用的案例。内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。

  据了解,除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,陆续邀请各领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。包括北京交通大学理学院教师陈征博士的“奇趣的科学实验”;康奈尔大学物理化学博士包坤,化身“包大人玩科学”,教普通人看懂2021年诺贝尔奖;天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”;理论物理博士周思益也开通“弦论世界”直播课等。(金言)

[ 责编:战钊 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平参观百团大战纪念馆

  • 中国人民抗日战争纪念馆8日起恢复开放

独家策划

推荐阅读
国家自然科学基金委员会7日发布消息,自然科学基金委近日制定重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 09:20
近日,由农业农村部南京农业机械化研究所联合有关单位研制的全自动水稻覆膜插秧技术装备在江苏省靖江市投入使用,开启了我国水稻覆膜插秧新模式。
2025-07-08 09:11
日前,全球领先的720V高压固态钠盐电池,在位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗的建亨奥能科技有限公司正式量产,标志着中国成为全球第三个实现固态钠盐电池商用量产的国家。
2025-07-08 09:10
从国家自然科学基金委员会获悉,该委日前制定了重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 05:05
什么是聚乳酸材料,在取代传统石化基塑料材料方面又有着怎样的优势?本期院士科普,让我们跟随中国科学院院士陈学思,一起走进生物降解高分子材料——聚乳酸的奇妙世界。
2025-07-07 14:19
科技的力量正让农民从传统体力劳动者向掌控全局的智慧决策者转变。
2025-07-07 12:33
在未来数十年,熟练使用人工智能很可能成为大多数职业的必备技能,并深刻影响就业市场。作为经济土壤中的“超级肥料”,新技术既带来传统岗位的替代,更促进新兴产业发展,直接创造新的岗位需求。
2025-07-07 09:12
抽水蓄能机组主要由发电电动机和水泵水轮机组成,利用山上山下两个水库进行水能和电能相互转换。
2025-07-07 09:11
回溯歼—10飞机研制历程,从立项、首飞到定型,历经数十载,“三滴油”看起来微不足道,却更加说明创新需要点滴用心、长期耕耘。
2025-07-07 09:10
从微小的夸克到浩瀚的宇宙,从生命的密码到自然的规律,科学这双“慧眼”不断重新定义着“可见”与“可知”的边界。从墓室中的真菌到实验室里的潜在新药,科学家用一套跨学科方法挖掘出这个隐藏在自然界的分子宝藏。
2025-07-07 09:08
在6日开幕的中国科协年会上,2025重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题正式发布。这凝聚科技界智慧的30项问题、难题“锁定”了哪些前沿领域的核心赛道?其遴选标准蕴含着怎样的科学智慧?带着这些问题,记者专访了丛斌、邹冰松、王小云、陈坚四位院士。
2025-07-07 03:10
2025全球数字经济大会2日在北京开幕。除收录标准的优势外,东壁全球科技文献数据平台还根据中国科技界与教育界的习惯,对所收录期刊进行了学科分类。
2025-07-04 09:55
超材料是一类具有特殊性质的人造材料,而具有热辐射性能的超材料可以把多余的热量“打包”传递到外界,热辐射超材料可广泛应用于零能耗辐射冷却、建筑节能降温、航天热控等诸多重要领域。
2025-07-04 09:53
中国科学院院士、海南大学生物医学工程学院教授骆清铭团队成功绘制出了小鼠三维脑区和立体定位图谱
2025-07-04 09:52
7月4日,神秘的水星将迎来东大距,这是今年第二次水星东大距,观测条件依然不错。
2025-07-04 09:51
科学是生产力的核心要素。
2025-07-04 09:50
钙钛矿太阳能电池因成本低、效率高、易加工等优势备受关注,可应用于光伏发电、车载光伏、光伏建筑等领域。
2025-07-03 09:59
目前,对于10厘米以上大型空间碎片,航天器通常采用主动规避的策略,通过轨道调整,避开可能的碰撞路径。
2025-07-03 09:58
6月26日,中国民航局官网发布公告,提到为切实保障航空运行安全,自2025年6月28日起,禁止旅客携带没有3C标识、3C标识不清晰、被召回型号或批次的充电宝乘坐境内航班。
2025-07-03 09:56
加载更多