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克劳修斯,热力学第二定律。 鲁道夫·尤利乌斯·埃马努埃尔·克劳修斯(1822年1月2日-1888年8月24),1822年1月2日生于德国哈勒。 克劳修斯最为人知的成就,无疑是对热力学第二定律的阐述。1850年,他在一篇题为《论热的动力以及由此引出的关于热的本性的定律》的论文中,首次提出了热力学第二定律的熵表述,即在一个孤立系统中,总熵(表示无序程度的物理量)永远不会减少,而是趋于一个最大值。这一发现,不仅解决了当时物理学界关于热机效率极限的争议,还为理解宇宙从有序走向无序的宏观过程提供了理论基础。克劳修斯将这一不可逆过程形象地比喻为“宇宙的热量死亡”,这一表述虽富有诗意,却深刻揭示了自然界的基本法则。 除了热力学第二定律外,克劳修斯还对气体分子动理论做出了重要贡献。他提出了气体分子平均自由程的概念,并研究了气体分子间的碰撞规律,这些工作为后来的统计力学奠定了基础。此外,克劳修斯还致力于将热力学原理应用于化学反应,提出了化学亲和力的热力学解释,进一步拓宽了热力学的应用范围。克劳修斯的科学研究方法,体现了其深厚的哲学素养。他坚信自然界的普遍规律,追求简洁而深刻的理论表述。在他的著作中,数学语言与物理直觉完美结合,使得复杂的物理现象得以用简洁的数学公式来描述。克劳修斯还强调理论预测与实验验证的结合,认为只有经过严格实验检验的理论才是可信的。这种严谨的科学态度,对后世科学家产生了深远的影响。 然而,克劳修斯的科学之路并非一帆风顺。随着麦克斯韦、玻尔兹曼等人对热力学第二定律的微观解释(即统计力学)的提出,克劳修斯早期的熵表述受到了挑战。特别是麦克斯韦妖思想的提出,引发了关于热力学第二定律微观机制的广泛讨论。尽管克劳修斯本人对麦克斯韦妖的解释持保留态度,但他欣然接受了统计力学作为热力学第二定律微观基础的地位,展现了其作为科学家的开放心态和求真精神。克劳修斯对科学界的贡献不仅限于其学术成就。他还是一位杰出的教育家和学术领导者。在哈勒大学任教期间,他培养了一大批优秀的科学家,其中包括著名的物理学家威廉·维恩。克劳修斯的教学风格严谨而生动,他善于引导学生独立思考,鼓励他们勇于探索未知领域。 历史背景:清1644-1911。欧洲历史:古典时代,中世纪,近现代;中世纪,始于公元476年,终于公元1453年;近现代,始于1640英国资产阶级革命,终于1917俄国十月革命胜利。
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赫兹,实验证实麦克斯韦理论。 海因里希·鲁道夫·赫兹(1857.2.22-1894.1.1),德国物理学家。他出生于1857年的汉堡,一个充满学术氛围的家庭。他的父亲是一位工程师,母亲则是一位有着深厚文学修养的女性。这样的家庭环境,为赫兹提供了良好的早期教育,激发了他对科学和艺术的双重兴趣。然而,赫兹最终选择了科学作为自己的终身事业,这很大程度上得益于他在高中时期遇到的一位卓越的数学教师。这位教师不仅传授了严谨的数学知识,更重要的是,他激发了赫兹对物理学的热爱,引导他走上了探索自然奥秘的道路。赫兹取得的成就有,赫兹实验,波动方程,光电效应等。 在完成基础教育后,赫兹进入了柏林大学,师从赫尔姆霍茨等物理学界的泰斗。赫尔姆霍茨在生理学、物理学等多个领域都有卓越贡献,他的言传身教对赫兹产生了深远的影响。在柏林大学期间,赫兹系统地学习了经典物理学理论,尤其是麦克斯韦的电磁理论,这为他日后的研究奠定了坚实的基础。赫兹对麦克斯韦理论中的电磁波预测产生了浓厚的兴趣,决定亲自验证这一预言。 赫兹深知,验证电磁波的存在并非易事。当时的实验条件有限,且电磁波本身具有难以直接观测的特性。然而,他并没有被困难吓倒,而是凭借坚韧不拔的意志和卓越的实验设计能力,开始了这一具有挑战性的研究。赫兹首先设计了一套精巧的实验装置,包括一个产生高频振荡的火花放电管和一个用于检测电磁波的环形天线。他巧妙地利用金属反射镜来聚焦电磁波,以增强其效应。经过无数次的尝试和调整,终于在1887年,赫兹成功地观测到了电磁波的反射、折射和干涉现象,从而证实了麦克斯韦理论的正确性。这一发现,不仅填补了物理学领域的一大空白,也为无线电通信技术的发展铺平了道路。 赫兹的电磁波发现,迅速引起了国际学术界的广泛关注。他的研究成果被迅速传播开来,成为物理学界的一大热点话题。赫兹因此获得了极高的声誉,被公认为电磁波理论的奠基人之一。然而,赫兹本人却异常谦逊,他始终认为自己的成就只是科学探索道路上的一小步。赫兹的科学成就,不仅在于他发现了电磁波,更在于他对科学精神的坚守。他强调实验验证的重要性,认为理论必须经得起实践的检验。这种实事求是的科学态度,对后世科学家产生了深远的影响。 历史背景:清1644-1911。欧洲历史:古典时代,中世纪,近现代;中世纪,始于公元476年,终于公元1453年;近现代,始于1640英国资产阶级革命,终于1917俄国十月革命胜利。
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66661月前
天我们来聊宇宙大爆炸。这是一个硬核但是又很浪漫的话题。要想聊这个话题,我们得先回到1610年的欧洲。当时的欧洲有一个叫神圣罗马帝国的国家,那个帝国的皇帝叫鲁道夫二世,他的御用占星师非常有名,大家肯定都知道,就是大名鼎鼎的开普勒。 那个时候开普勒就提出了一个非常简单,一个小孩子经常会问,但是却不那么容易解释的问题,就是为什么夜晚的天空是黑暗的?如果大家的水平跟我一样,肯定会说,那这是地球自转。到了晚上,太阳去了地球的背面,那我的夜空不就是黑色的吗?但是天文学家思考问题不会这么简单,所以这个问题就一直延续了下来。 一直到200年以后,有一个叫做奥伯斯的业余天文家,他提出了奥伯斯佯谬。所谓的佯缪,这是指一个理论命题,根据推断,却得到了一个跟事实不符合的结论。 比如说大家都听过双生子佯谬,就是说假设有一对孪生兄弟,哥哥坐上一艘接近光速的宇宙飞船,去星际航行了,弟弟就留在地球上,等到哥哥玩开心了回来以后,他会比弟弟更加年轻。这个结果,就是靠狭义相对论推测出来的。 我们再说回奥伯斯佯缪,他的命题是这样的:假设宇宙是无限的,静态的并且在大尺度上均匀分布,就是说不存在很多星系挤在宇宙的左边,而宇宙的右边是一团真空。并且由于这个宇宙是无限的,它由无数恒星组成,那么从地球发射的任何光线,都必须到达恒星表面,所以夜空应该被完全照亮,而且是非常的明亮。 简单一点说,我们的夜空应该是长成这个样子的,但事实上并不是,我们的夜空就是黑暗的,而且99%的夜空除了大团大团的黑色,我们什么都看不见。所以关于宇宙的三个假设,静态的、均匀的、无限的,其中必定有一个是错的。 当然现在我们知道,宇宙既不是静态的,也不是无限的,但这个就要归功于三个人。首先就是提出广义相对论的爱因斯坦,然后是天文学家哈勃,还有另一个大家可能不太熟悉的人叫亚历山大·弗里德曼。 1917年的时候爱因斯坦就发现如果根据自己的广义相对论,宇宙要么在收缩,要么在膨胀(猫叫)。当时的人们普遍认为宇宙是静态的,包括爱因斯坦也是这么想的,所以他就在他的方程里面引入了一个宇宙常数来修正广义相对论的问题。 然而只过了5年,弗里德曼就用宇宙膨胀理论修正了爱因斯坦的这个错误。后来又过了7年,哈勃发现了红移现象,证明了宇宙的确是在不断膨胀的。 这里给大家简单的解释一下红移现象,因为光是一种波,当一个光源比方说某颗恒星,当它远离我们的时候
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