微观世界—《从一到无穷大》读书笔记

1. 微观世界—《从一到无穷大》读书笔记

这篇文章我摘录整理了一些带给我启示的语句，同样解决了很多我以前脑海中悬而未决的问题，同时也打开了我观察事物和思考问题的新视角。这些内容涉及物理、化学、生物等学科，如果高中是学理科的话，对这些应该不陌生，也是能够有所收获的。
  
 原子核与电子间的电吸引力也好，太阳与行星间的万有引力也好，都遵从吸引力与距离平方成反比的规律。在这种类型的力的作用下，电子绕原子核描绘出圆形或椭圆形的轨道，如同太阳系中各行星和彗星的情况一样。
  
 金属物质与其他物质不同，它们的原子对外层电子的束缚很松，往往让它们自由行动。当我们给一根金属丝两端加上电压时，这些自由电子就会顺着电压的作用方向奔跑，形成了我们称之为电流的东西。自由电子的存在也是决定物质是否具有良好的热传导性的原因。
  
 要想记录任何运动物体的轨道，都不可避免地会干扰原来的运动。
  
 由于存在着物理相互作用的下限，我们就再也不能将记录仪器对运动物体的影响任意减小了，因此，观察物体运动这一行动对运动所造成的影响，就变成了运动本身的一个重要部分。这样，我们就再也不能用一条无限细的数学曲线来表示轨迹，而不得不代之以具有一定厚度的松散带子。在新力学——量子力学看来，古典物理学中的细线轨迹应变成一条模糊的宽带。物理相互作用的这个下限——更常用的名称叫做作用量子——只有很小的数值，仅仅在研究很小的物体时才显得重要。
  
 对围绕原子核旋转的电子而言，轨迹的粗细和原子的直径差不多，因此，电子运动的轨迹再也不能用确定的曲线来描述，而得用图 54 的方式来表达。对微粒的运动不能再用我们所熟悉的古典力学术语，因为无论它的位置还是速度，都具有一定程度的测不准性。
                                          
 衍射条纹的明暗表示光在各点的震动强度不同。
  
 质子和中子不是两种截然不同的粒子，而是处在两种不同带电状态下的同一种粒子。质子可以失去正电荷而转化成中子，中子也能获得正电荷而转化成质子。
  
 不带电荷、质量不大于电子质量的微粒，叫做中微子。这种不带电的轻粒子不能为现有的一切物理仪器所察觉，它可以不费吹灰之力地在任何物质中穿过极远的距离。对于可见光来说，只消薄薄一层金属膜即可把它完全挡住；穿透力很强的 X 光和 r射线在穿过几英寸厚的铅块后，强度也会显著减低；而一束中微子可以悠哉游哉地穿过几光年厚的铅。
  
 中子可变成质子并发射出负电子和中微子（中子—→质子＋负电子＋中微子）；质子又可发射出正电子和中微子而回复为中子（质子—→中子＋正电子＋中微子）。符号相反的两个电子可转变为电磁辐射（正电子＋负电子—→辐射），也可反过来由辐射产生（辐射—→正电子＋负电子）。最后，中微子可以与电子相结合，成为不稳定的粒子，在宇宙射线中出现。这种微粒称做介子（中微子＋正电子—→正介子；中微子＋负电子—→负介子；中微子＋正电子＋负电子—→中性介子）。
                                          
 有越来越多的实验证据表明，核子（中子和质子）并不是真正的基本粒子，而是由一种名叫夸克的组成部分构成的合成物。夸克共有 6 种，人们按其性质的不同把它们命名为下夸克（d）、上夸克（u）、奇夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）和顶夸克（t）。中子是由两个下夸克和一个上夸克组成（u，d，d），质子则含有两个上夸克和一个下夸克（u，u，d）。
  
 水分子或其他一切物质分子的这种无规运动叫做热运动，因为热现象就是这种运动的直接结果。我们通常所说的温度不是别的，而正是分子运动激烈程度的量度。
  
 在温度达到-273℃，即-459℉时，物质的热运动完全停止，一切分子都归于静止。这就是最低的温度，也被称为绝对零度。
  
 当温度达到几千度时，分子就不复存在了，整个世界就将是纯化学元素的气态混和物。
                                          
 热量是靠电子的扩散传递过来的。金属内部有许多电子，这些电子和诸如玻璃之类的非金属物质中的电子不同，金属中那些位于外电子壳层的电子能够脱离原子，在金属晶格内游荡。它们会像气体中的微粒一样参与不规则热运动。金属物质的外表面层是会对电子施加作用力、不让它们逃出的，但在金属内部，电子却几乎可以随意运动。如果给金属线加上一个电场作用力，这些不受约束的自由电子将沿电场作用力的方向冲过去，形成电流；而非金属物质的电子则被束缚在原子上，不能自由运动，因此，非金属大都是良好的绝缘体。
  
 光的速度为 300 000 公里每秒，太阳的半径为 700 000 公里。所以，如果光量子走直线的话，只消 2 秒多钟就会从中心到达表面。但事实上光量子在向外行进时，要与太阳内部无数的原子和电子相撞。整个旅程所用的时间是 5000 年上下。而从太阳表面穿越星际空间直线到达地球，却仅仅用 8 分钟就够了。
  
 一切有赖于分子无规则热运动的物理过程都朝着概率增大的方向发展，而当过程停止，即达到平衡状态时，也就达到了最大的概率。
  
 熵定律：一个物理系统中任何自发的变化，都朝着使熵增加的方向发展，而最后的平衡状态，则对应于熵的最大可能值。（熵定律又被称作热力学第二定律、无序加剧定律）
  
 机械运动的能量可以完全转化为热（譬如通过摩擦），热能却永远不会完全变成机械能。这就排除了所谓“第二类永动机” 的可能性。即在室温下吸收物体热量、降低物体温度以获得能量来做功。不可能设计出这样一种船，它不用烧煤只靠把海水吸进机舱并吸收它的热量，就能在锅炉里产生蒸汽，最后再把失掉热量的冰块扔回海里。
  
 蒸汽机在燃料燃烧所释放的热中，只有一部分转变成机械能，其余大部分热量或者由废气带入大气，或者被专门的冷却设备所吸收。这时，整个系统有两种相反的熵变化：①一部分热转变为活塞的机械能，这时熵会减小；②其余热量从锅炉进入冷却设备，这时熵会增大。
  
 当太阳光穿过地球大气时，大气的不匀匀性就造成了太阳光谱中蓝色光的散射，因而使天空带上我们所熟悉的蓝色，同时使太阳的颜色变得比实际上红一些。这种变红的效应在日落时尤为显著，因为这时太阳光穿过的大气层最厚。如果不存在密度涨落，天空就永远是黑的，我们在白天里也能见到星辰。
  
 当液体越来越接近沸点时，密度涨落也越来越显著，以致使液体微呈乳白色。
  
 从简单分子到复杂分子意味着熵的减小。
  
 病毒既应被看作是普通的化学分子，又应被看作是活的机体，因而正是连接生物与非生物的那一个“丢失的环节”，很可能是不在细胞内的自由基因。
  
 病毒总共不超过 200 万个原子，正好是单个基因中的原子数。因此，病毒微粒可能是既没有在染色体中占据一席领地、也没有被一大堆细胞质所包围的“自由基因”。
  
 此外，病毒的繁殖过程看来也确实和染色体在细胞分裂过程中的倍增现象完全相同：整个病毒体沿轴线劈裂成两个同样大小的新病毒微粒。
  
 病毒的另一种共同特点，就是它们能发生突变，并且突变后的个体能把新特性传给自己的后代。这也和基因学定律相符。
  
 对病毒体所进行的化学分析已经表明：病毒可以看作有确定组成的化合物，它们可以被当成各种复杂的有机（但又是无生命的）化合物对待，并且它们可以参与各种类型的置换反应。因此，把各种病毒的化学结构式像酒精、甘油、糖等物质的结构式一样写出来，看来只是个时间问题。

2. 《从一到无穷大》的读书笔记

1. 事实上，在无穷数的世界里，部分可能等于整体！
  
 
  
 2. 根据无穷数的比较法则，两条线段拥有的点的数量完全相等。
  
 
  
 3. 方程x2+y2=z2有无穷多组整数解，但对于xn+yn=zn这样的方程，如果n大于2，那么该方程无解。
  
 “我有一个绝妙的办法可以证明这一点，”费马继续写道，“但这一页的页边太窄了，实在写不下。”
  
 
  
 4. 几何学的这个分支被称为位相几何学（analysis situs）或者拓扑学（topology），它是数学中最困难也最刺激的一个部分。
  
 
  
 5. V+F=E+2是拓扑学中的一个通用数学定理，因为这个等式不需要测量棱的长度或者面的大小，它只和几个不同的几何单元（即顶点、棱和面）的数量有关。
  
 最近看的这本书，被清华校长高度推荐，里面解释了一些我们反我们常识的一些问题。
  
 2020一年的计划就是看够100本数学专业相关的书籍，争取让高中数学变得通俗易懂起来。