从零开始:一步步推导爱因斯坦的质能方程 《从零开始:推导爱因斯坦的质能方程》将带你进入现代物理的核心思想,揭开人类历史上最著名方程——E = mc² 背后的逻辑、推导过程与深层含义。尽管这个公式深入人心,但真正理解它的人却并不多。本作品试图以通俗而严谨的方式,从最基本的力学概念出发,带领观众循序渐进地理解相对性原理、时间膨胀,以及最终的质能等价。 故事从一个简单而经典的场景展开:一块从行驶火车上落下的石头,在不同观察者眼中呈现完全不同的轨迹。这一看似平常的现象,揭示了物理学中一个深刻的事实——不存在绝对的运动路径,只有相对于特定参考系的运动。由此,我们自然进入惯性参考系的概念,并了解到为什么狭义相对论只讨论不加速的系统。 作品随后回到四百年前的加利略。他用一艘匀速航行的大船所做的思想实验,惊人地预示了狭义相对论的核心:无论你身处静止还是匀速移动的参考系,所有物理实验的结果都保持一致。这一思想就是相对性原理的雏形,也是爱因斯坦构建狭义相对论的基石。 在打好概念基础后,作品将把焦点放在光速的不寻常性质上。为何无论你是否在高速运动,测得的光速总是相同?为了让光速在所有惯性参考系中保持恒定,空间与时间本身必须发生变化——这引出了时间膨胀的效应。通过光钟的几何推导,观众将直观理解为什么运动中的时间会变慢。 最后,在相对论动量和能量的新定义引导下,我们将看到,经典力学无法解释高速运动下的能量行为,而爱因斯坦推导出的总能量公式却自然地呈现出一个惊人的结论:质量本身就是能量的一种形式。这就是 E = mc² 的真正意义。 本作品将带你重新认识空间、时间与能量的关系,理解宇宙运行的更深层逻辑,让曾经晦涩的相对论变得清晰而震撼。 #爱因斯坦 #质能方程 #光速 #相对论 #惯性参考系
00:00 / 12:01
连播
清屏
智能
倍速
点赞1754
66661周前
1900年,普朗克绝望地发现: 否则物理公式根本不成立 这就像你凑近看屏幕 其实只是一堆粗糙的马赛克 他试图告诉自己:“这只是一个数学魔术 只是为了凑出答案 最后 他在公式旁颤抖着写下了一个常数: (普朗克常数) 这个常数,后来被称为“普朗克常数”。 它无情地揭示了一个事实: 是有分辨率极限的 当你把物质分到10的负35次方米 也就是普朗克长度时 现实就不复存在了 再往下,没有画面了 物理定律在那里失效 时间和空间在那里破碎 向宏观走 当我们把视角投向930亿光年之外 那是地图边缘的“空气墙”。 光速限制了信息的加载速度 而地图的边界 一头是渲染不出来的微观像素 另一头是永远加载不出来的宏观边界 我们,被死死困住了 为了看清这座囚笼的全貌 一把能跨越62个数量级的尺子 而最完美的参照物,就在你的手边 比如这颗苹果 它正悬浮在宇宙最不可思议的“中心”。 大约藏着1亿个细胞 由10的25次方个原子组成 每一个原子,直径都不超过一纳米 但这还不够微观 如果我们把目光投向物理学理论上的最小体积单位 你会发现,仅仅在这颗苹果内部 就能塞下大约10的102次方个这样的最小单位 Vₚ≈4.22×10⁻¹⁰⁵ m³ 如果我们把苹果作为积木 去填满我们所知的整个宏大宇宙 你猜需要多少个苹果? 10⁸⁴ 发现问题了吗? 这颗苹果里包含的微观像素 竟然比整个宇宙能容纳的苹果数量 这是一个极度不对称的数字 正好处在一个极其诡异的平衡点上 又比最大的监狱小 不多不少,刚好卡在中间 你好地球人,我是老马 接下来我们将进行一场前所未有的旅行 我们将以这颗苹果为原点,向左 跌入连光都无法逃脱的微观深渊; 飞越那寂静到令人绝望的宇宙尽头 1875年,马克斯·普朗克向他的导师 Philipp von Jolly 理论物理的前景 冯·乔利说:物理学就像几何学一样 剩下的工作 无非是把小数点后的数值测得更准一点罢了 在那个时代,这不仅是傲慢 当时的物理大厦看起来坚不可摧 但谁能想到,仅仅25年后 正是这个被劝退的年轻人 亲手在物理学大厦的底座上埋下了炸药 并点燃了引信 但他并不喜欢当时的教学方式 他觉得赫尔曼·冯·亥姆霍兹教授讲课组织混乱 古斯塔夫·基尔霍夫教授枯燥乏味 于是,他选择了自学 这恰恰是所有革命者的完美配方 普朗克试图解决物理学剩下的最后一个“小补丁”: 也就是解释为什么热的物体 比如烧红的铁
00:00 / 05:36
连播
清屏
智能
倍速
点赞39
物理学最伟大的10个公式,你心中的Top1是哪一个? 物理学史上,哪些公式真正改变了人类对世界的理解?今天,我们用倒计时方式,盘点公认度极高的“物理学十大经典公式”。 第10名,不确定性原理。它告诉我们,粒子的位置和动量无法同时被精确测量,解释了电子为何不会掉入原子核,也标志着经典力学在微观世界的局限。 第9名,薛定谔方程。它是量子世界的运动规律,让我们能计算电子在原子中的概率分布,解释了原子光谱、化学键形成以及现代半导体工作的原理。 第8名,洛伦兹变换。高速运动下,时间会变慢,长度会收缩,这解决了光速不变与经典时空观的矛盾,是相对论的基础。 第7名,质能关系式。E等于mc²告诉我们,质量本身就是能量,解释了核能释放和太阳能持续发光的奥秘。 第6名,麦克斯韦方程组。它统一了电和磁,预言了电磁波的存在,揭示光的本质,也奠定了现代通信与电力技术基础。 第5名,热力学第一定律。热量和功可以互相转化,但总能量守恒,这为发动机和制冷机提供了理论依据。 第4名,能量守恒定律。无论运动、化学还是电磁过程,能量只在不同形式间转化,总量不变,为复杂物理现象分析提供统一视角。 第3名,动量定理。力作用的时间累积等于动量变化,解释碰撞、火箭反冲和安全设计等现象。 第2名,万有引力定律。苹果落地和行星运行遵循同一法则,统一了天上与地面的运动规律。 第1名,牛顿第二定律。力、质量和加速度的定量关系,让人类第一次能准确预测物体运动,是工程和航天的根本。 这十个公式,从宏观到微观,从力学到量子世界,几乎撑起了整部物理学。你心中的Top1是哪一个?欢迎在评论区留言。最后引用牛顿一句话:如果我看得比别人更远,那是因为我站在巨人的肩膀上。 #牛顿定律 #物理学公式 #不确定性原理 #热力学第一定律 #中学物理
00:00 / 02:39
连播
清屏
智能
倍速
点赞2098
00:00 / 01:56
连播
清屏
智能
倍速
点赞108
00:00 / 01:43
连播
清屏
智能
倍速
点赞225
00:00 / 00:49
连播
清屏
智能
倍速
点赞1
00:00 / 01:56
连播
清屏
智能
倍速
点赞42
00:00 / 06:24
连播
清屏
智能
倍速
点赞10
为什么说20世纪,是人类物理学史上最辉煌的一百年? 20世纪,是人类物理学史上最辉煌、也最震撼的一百年。从1900年到2000年,物理学家用一系列突破性的发现,彻底改变了我们理解世界的方式。本期视频将沿着时间线,带你回顾这场横跨百年的科学革命,看人类如何一步步揭开自然最深层的秘密。故事从普朗克提出能量量子化开始,一个看似“绝望”的假设,却意外终结了经典物理,拉开了量子时代的序幕。随后,年轻的爱因斯坦在1905年提出狭义相对论和质能方程,时间和空间不再绝对,质量与能量可以相互转化,人类的宇宙观被彻底重塑。原子不再是不可分割的基本单元,卢瑟福的金箔实验发现了原子核,玻尔的原子模型揭示了电子的量子化运动。进入20世纪20年代,德布罗意的物质波、海森堡的不确定性原理、薛定谔方程和狄拉克方程相继出现,量子力学逐渐成形,微观世界展现出前所未有的概率性与奇异性。随着中子被发现、核裂变被实现,人类第一次掌握了原子能,科技的力量开始深刻影响文明进程。战后,晶体管的发明引发信息革命,超导理论、夸克模型和电弱统一不断完善人类对物质结构的认知。标准模型的建立,成功描述了除引力之外的所有基本相互作用,成为物理学史上最成功的理论之一。20世纪末,量子霍尔效应和玻色—爱因斯坦凝聚的实现,让量子现象在宏观尺度显现。回望这一百年,这是一次关于思想、世界观与技术的巨大飞跃。今天的我们,正站在这些伟大发现的基础之上,继续追问宇宙的终极奥秘。 #物理学史 #20世纪思想史 #诺贝尔物理奖 #爱因斯坦相对论 #引力的本质是什么
00:00 / 03:44
连播
清屏
智能
倍速
点赞364
00:00 / 07:13
连播
清屏
智能
倍速
点赞72
昕然3天前
高斯可以说是19世纪最伟大的数学家,他在数学、物理和天文学上的贡献几乎遍及所有重要分支,对后来科学发展影响极其深远。 高斯于1777年出生在德国不伦瑞克的一个普通工人家庭,小时候家境清贫,却展现出惊人的数学天赋。据说他上小学时,老师让全班把1到100的整数相加,高斯很快就发现了规律:首尾相加都等于101,一共有50对,因此总和是101×50=5050,这让老师大为震惊。后来,当地公爵发现了他的才华,资助他到哥廷根大学深造。 在数学方面,高斯的成就几乎难以尽数。他在《算术研究》一书中系统地发展了数论,提出了二次互反律的严格证明,被称为“数论之父”。在代数领域,他证明了任何实系数多项式都可以分解为实系数一次或二次因式的乘积,为后来的代数基本定理研究奠定了基础。他还在概率论中提出了著名的正态分布,也被称为“高斯分布”,至今仍是统计学和自然科学中最常用的分布之一。 在天文学和测地学方面,高斯同样成绩卓著。1801年,意大利天文学家发现了小行星谷神星,但观测数据有限,难以准确预测其轨道。高斯运用他创立的最小二乘法和精密的计算方法,仅根据少量观测就成功算出了谷神星的运行轨道,使天文学家能够重新找到这颗“消失”的天体。此后,他又将这套方法广泛应用于测量误差分析和大地测量,大大提高了测量的精度。 在物理学领域,高斯对电磁学的发展贡献巨大。他提出了描述电场分布的高斯定律,成为电磁学的四大基本定律之一,对后来麦克斯韦方程组的建立起到了关键作用。为了纪念他的贡献,磁通量的单位被命名为“高斯”。 高斯一生治学严谨,许多成果生前并未全部发表,而是以笔记和手稿的形式留存下来,被后人称为“数学王子”。他不仅推动了数学本身的发展,还通过精确的计算方法和严谨的逻辑思维,深刻影响了物理学、天文学、统计学等多个学科。今天,无论是在高等数学、概率论,还是在工程计算、信号处理中,我们都能看到高斯思想的影子。#创作灵感 #知识科普 #数学家 #高斯 #人物
00:00 / 06:01
连播
清屏
智能
倍速
点赞43
00:00 / 03:31
连播
清屏
智能
倍速
点赞73
00:00 / 00:40
连播
清屏
智能
倍速
点赞14