26 Feb

有限Vs无限:无穷电荷板的场|平行板电容

学过高中物理的同学都会知道,在经典力学和静电学理论中,万有引力和库仑力有着类似的性质,它们都与距离平方成反比。现在我从引力角度向大家提出一个问题:

一块密度均匀的无限大的平面板,它所产生的引力场是否均匀的?也就是说,板外任意一点的等质量物体受到的引力是否相同?

对于静电力也可以提出类似的问题,只要把引力换成库仑力,把质量换成电荷即可。只要类比有限的情况,我们就会得出结论:场一定是不均匀的!因为力与距离平方成反比,距离不同,受力就不等。果真如此吗?

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4 Apr

科学空间:2011年4月重要天象

4月,将一脚踏入春天,我们头顶的天象剧场也将再次变得热闹起来,火星合月、天琴座流星雨等天象都非常值得期待,在阳春4月,让我们仰望星空,一起来感受头顶的精彩吧。

天象大观

01日 金星距太阳: 35.2° W
04日 07:18 土星冲日
06日 23:06 木星 合日
07日 18:19 月合昴宿星团: 2.1° N
10日 03:25 水星 下合日 .
18日 06:04 月合角宿一: 2.5° N
20日 02:12 水星合火星: 0.6° N
23日 06:44 天琴座流星雨: ZHR = 20

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29 Aug

三角半分正方形

印象中我在初一曾从一个美术生好朋友那里学到了一个画椭圆的方法:选取一个矩形,取一组邻边的中点,连接并切除得到的三角形;在剩下的五边形中,继续取邻边中点,连接,切除,得到一个如下图的图形;然后作一个尽可能与下图AG、GH、HI、IJ相切的弧,这个弧就大概为四分之一的椭圆了。

椭圆的美术画法

椭圆的美术画法

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26 Dec

费曼路径积分思想的发展(一)

注:这是郝刘祥前辈的一篇论文,98年的时候发表在《自然辩证法通讯》上,里边讲述了费曼以及路径积分的相关故事。我从网上下载下来,原文是很粗糙的pdf文件,我特意将它转化为网页文件,供大家欣赏。有些公式很模糊,所以我已经到图书馆查找了原文,但是由于作者非理论物理专业人员,还不确定部分公式是否正确,请读者慎读。原文较长,将分开几篇来发。如果涉及到版权问题,请作者告之(bojone@spaces.ac.cn),我将会尽快处理掉。

自然辩证法通讯(JOURNAL OF DIALECTICS OF NATURE)
第二十卷总115期,1998第3期

郝刘祥

摘要:该文首先阐述了 Richard Feynman为解决经典电动力学的发散问题而做的艰苦努力,进而论述了这种努力的副产品何以使他偏爱作用量表述,以及他是如何在Dirac文章的启发下得到非相对论量子力学的第三种形式--作用量量子化方案的。文章的第三部分叙述了费曼将其方案推广到相对论情形的尝试和费曼图的由来。最后,该文试图就路径积分方法在量子场论等领域中的广泛应用以及费曼对量子场论的重大疑惑作一简要的说明。

关键词:费曼,作用量,几率幅,路径积分

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16 Jan

新科学家:割裂时间空间,统一相对论量子论

这篇文章源于《新科学家》2010年8月7日刊,它介绍了物理学家Horava为了统一相对论和量子力学,把广义相对论的时空联系割裂的尝试。在相对论中,时间和空间结合成了不可分割的整体。而现在,有物理学家却要把时间与空间分开,来建立让广义相对论和量子力学相调和的统一理论。我对这个理论挺感兴趣的,当然,我还没有能力弄懂它。只是它符合了我们大多数人的一个直觉,就是时间总有跟空间不同的地方,它们之间不应该完全等同起来。不过,事实如何,只有未来的实验能够严重了。

本文并没有官方的中文译文,现载的译文来自“译言网”。译文有一些翻译不大正当的地方,由于时间限制,无法一一修正,但是我觉得对于理解本文内容已经足够了。如果有疑问,不妨参考后边的英文原文,并在此提出与大家讨论。

对爱因斯坦的反思:空间-时间耦合的物理数学的终结

纠结于融合引力和量子力学的物理学家们正向着一个受到铅笔芯启发的理论欢呼雀跃,这个理论可以很简单地让他们取得成功。

它曾是一个改变了我们思考空间和时间的方式的报告。那一年是1908年,德国数学家赫尔曼-闵可夫斯基正尝试着理解爱因斯坦火热的新思想——即我们现在所熟知的狭义相对论,它描述当物质运动很快时它们是如何收缩以及时间是如何扭曲的。“从此独立的空间和时间将注定淡出到纯粹的虚幻中,”闵可夫斯基说道:“而只有两者的统一才能保证一个独立的现实世界。”

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8 Apr

2^29363731-1不是素数!

2^29363731-1

2^29363731-1

很小的时候就开始对素数感兴趣了,后来是在一本《未解之谜》上看到了梅森素数、完全数、孪生素数等等东西,觉得甚是好玩。在初中买了计算机之后,就关注到了Prime 95这个梅森素数的分布式计算程序,以前也尝试过运行它,不过由于那时候计算机配置较低,一般都是运行到20%左右就没有坚持下去了。

上大学入手了一台四核的笔记本,就在去年10月份左右再次运行了这个程序,由于是四核,一次性可以同时测试四个数字。经过半年的运行,今天终于测试完了第一个数字:$2^{29363731}-1$。正如预料中的,这不是一个素数。不管怎样,它是我第一个完成的测试,也算是自己的一个独立的成果啦,呵呵,自娱自乐一番。

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14 Apr

流体静力平衡的应用

很早以前我就对这个问题感兴趣了,但是一直搁置着,没有怎么研究。最近在阅读《引力与时空》的“潮汐力”那一节时重新回到了这个问题上,决定写点什么东西。在这里不深究流体静力平衡的定义,顾名思义地理解,它就是流体在某个特定的力场下所达到的平衡状态。流体静力学告诉我们:

达到流体静力平衡时,流体的面必定是一个等势面。

这是为什么呢?我们从数学的角度来简单分析一下:只考虑二维情况,假如等势面方程是$U(x,y)=C$,那么两边微分就有
$$0=dU=\frac{\partial U}{\partial x}dx+\frac{\partial U}{\partial y}dy=(\frac{\partial U}{\partial x},\frac{\partial U}{\partial y})\cdot (dx,dy)$$

这意味着向量$(\frac{\partial U}{\partial x},\frac{\partial U}{\partial y})$和向量$(dx,dy)$是垂直的,前者便是力的函数,后者就是一个切向量(三维就是一个切平面)。也就是说合外力必然和流体面垂直,这样才能提供一个相等的方向相反的内力让整个结构体系处于平衡状态!

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25 Apr

当概率遇上复变:解析概率

每当看到数学的两个看似毫不相关的分支巧妙地联系了起来时,我总会为数学的神奇美丽惊叹不已。在很久以前,当我看到通过生成函数法把数论问题与复变函数方法结合起来,衍生出一门奇妙的“解析数论”时,我就惊叹过生成函数法的漂亮!可惜,一直都没有好好写整理这些内容。今天,当我在看李政道先生的《物理学中的数学方法》时,看到他把复变函数跟随机游动如鬼斧神工般了起来,再次让我拍案叫绝。最后实在压抑不住心中的激动,在此写写概率论和生成函数的事情。

数论与复变函数结合,就生成了一门“解析数论”,按照这个说法,概率与复变函数结合,应该就会有一门“解析概率”,但是我在网上搜索的时候,并没有发现这个名词的存在。经过如此,本文还是试用了这个名词。虽然这个名词没有流行,但事实上,解析概率的方法并不算新,它可以追溯到伟大的数学家拉普拉斯以及他的著作《分析概率论》中。尽管如此,这种巧妙漂亮的方法似乎没有得到大家应该有的充分的认识。

我觉得,即使作为一个简洁的计算工具,生成函数法这个美丽的技巧,也应该尽可能为科学爱好者所知,更不用说数学专业的朋友了。

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