Question

读书笔记：广义相对论与量子力学

Answer 1

一、广义相对论。

牛顿发现了万有引力，又提出了空间的概念，所有物体都在空间中运动，它们的运动状态又会受到彼此引力的影响。

法拉第和麦克斯韦提出了电磁场的概念。电磁场是由运动的带电物体产生的。随时间变化的电场会激发磁场，随时间变化的磁场又会激发电场，两者互为因果，形成了电磁场。

爱因斯坦把引力和电磁场这两个概念结合起来，提出了引力场的概念。引力场并不会弥漫在空间中，因为它就是空间本身。

空间不再是一种有别于物质的东西，而是构成世界的物质成分之一，是一种可以波动、弯曲、变形的实体。

爱因斯坦证明，引力其实就是有质量的物体把它周围的空间给压弯了，弯曲的空间又对物体产生了引力的效果。

空间弯曲是引力之源，这是广义相对论最核心的思想。

1.1时空弯曲。

由于太阳的巨大质量，使空间发生了弯曲。这个弯曲不仅会让太阳系的众多天体都绕着它旋转，从它旁边路过的光线也发生偏折。不仅是空间，就连时间也会受到太阳巨大质量的影响。在离太阳比较近的地方，时间会过得比较快；而离太阳比较远的地方，时间会过得比较慢。

1.2黑洞。

大质量的恒星燃烧完所有的燃料以后，会发生一场大爆炸，把外层的物质抛射到太空中。残留的部分不再有燃烧产生的热量支撑，会在自身引力的作用下发生坍塌，导致空间发生非常强烈的弯曲，最终变成一个真正的洞。

1.3宇宙膨胀。

空间不可能一直保持静止。哈勃发现了宇宙确确实实处于膨胀的状态。既然宇宙现在正在膨胀，那么反推回去，它过去就一定处于一个很小的空间区域，宇宙的膨胀是由过去的一次大爆炸引发的。宇宙大爆炸会留下一个遗迹，那就是古老光子，也就是所谓的“宇宙微波背景”。

1.4引力波。

空间本身可以像海平面一样上下起伏，形成一圈圈的涟漪，这个空间的涟漪就是引力波。当引力波传来的时候，小到一把尺子，大到整个地球，都会发生周期性的伸缩。

二、量子力学

广义相对论对应宏观世界，量子力学则对应微观世界。分子，原子和更小的粒子是组成微观世界的基本单位。这些微观粒子的运动规律，被称为量子力学。

2.1普朗克发现了光的能量不连续。

2.2爱因斯坦研究光电效应，发现光是由光粒子构成的。 光子的能量取决于光的频率：频率越高，光子的能量就越大。

2.3 玻尔发现其他微观粒子也是量子化的。离原子核越近的轨道，能量越低，离原子核越远的轨道，能量越高。电子从一个轨道跳到另一个轨道，同时释放或吸收一个特定频率的光子。这个过程叫做量子跃迁。

2.4海森堡提出了不确定性原理。

海森堡认为，电子根本没有确定的运动轨道，甚至没有确定的位置。电子能同时出现在很多地方，而且在每个地方的存在都是真实的。把电子在每个地方存在的概率加在一起，就等于100%。