袁岚峰3天前
当你用电的时候,你就用到了量子力学 | 袁岚峰 向大家推荐一家著名的科普杂志,它叫做《科学世界》,由中国科学院科学出版社主办,制作十分精美,在学术界声誉卓著。他们邀我开了一个专栏,从2025年1月开始。下面,我就来介绍一下我在《科学世界》2025年6月刊的文章,标题是《当你用电的时候,你就用到了量子力学》。 前面几期,我们介绍了量子力学(quantum mechanics)的三个重要应用。第一个是哲学层面的,原子为什么能稳定存在(因为原子中电子可以取的能量是量子化的,即一个个能级,这些能级中有个最小值)。第二个是实用层面的,为什么决定一束光能否从金属中打出电子的是它的频率,而不是强度(因为光是由一个个光子组成的,光子的能量正比于频率)。第三个是大多数人很难想到的,世界上为什么会存在固体(因为电子服从泡利不相容原理,即两个电子不能处于同样的状态)。这次,我们再来介绍一个量子力学的重要应用,它就是我们日常用得最多的现象之一:电。 大家都知道,有些物质能导电,例如铜和铝,也有些物质不导电,例如木头和塑料。但你假如进一步问个为什么,为什么有些物质是导体(conductor),有些物质是绝缘体(insulator),你立刻就会发现这是个非常深奥的问题。让我们回想一下,中小学教材是如何解释导电性的? 那里的解释是所谓自由电子理论:有些物质能导电是因为其中的电子是自由的,而另一些物质不导电是因为其中的电子不是自由的。听起来好像很有道理,但请仔细想想,这真的解释了任何事情吗?其实并没有,它只是循环论证而已,因为它没有预测能力。 如果你追根究底地问:为什么铜和铝中的电子就是自由的,木头和塑料中的电子就是不自由的?你会发现这个自由电子理论完全讲不出道理。其实它只是把导体中的电子称为自由的,把绝缘体中的电子称为不自由的。如果你更进一步,给它一个新材料,让它预测这种材料导电还是不导电,这个理论就更是完全抓瞎了。由此可见,这个理论其实只是一种同义反复(tautology),或者音译兼意译为“套套逻辑”! 那我们现在能不能预测导电性呢?有了量子力学以后,确实可以预测了。#知识前沿派对 #量子力学 #导电性 #自由电子理论 #能带理论
00:00 / 07:57
连播
清屏
智能
倍速
点赞172
00:00 / 01:56
连播
清屏
智能
倍速
点赞11
00:00 / 01:53
连播
清屏
智能
倍速
点赞17
00:00 / 01:53
连播
清屏
智能
倍速
点赞36
琢知4天前
不列颠图解科学丛书《鸟类》:一部会飞的纸上博物馆 翻开这本大16开的精装图书,仿佛打开了一扇通往飞羽世界的大门。由美国不列颠百科全书公司编著、中国农业出版社2012年引进出版的《鸟类》,是权威性与视觉美感的完美结合。 自1768年以来,《不列颠百科全书》就是记载世界知识的权威。这套与国外最新版本同步上市的图解丛书,延续了这一血脉——全球顶尖学者编纂,中国农业出版社精心译介。全书101页,却容纳了超过1000幅令人惊叹的精美图片,图文比例几乎1:1,每一页都是一场视觉盛宴。 结构清晰是本书最大的亮点。从“鸟类的天性”开始,带你探秘羽毛之外的秘密——骨骼肌肉的精密构造、形态各异的喙、裸露的腿脚,每一处都写满了演化的智慧。“飞行的艺术”一章,则用图解揭示翅膀与尾巴的奥秘,让复杂的空气动力学变得一目了然。 “鸟类的生活”讲述求偶育雏的生命礼赞,“多样性与分布”展示从极地到雨林的生存图景,最后“人与鸟类”引出共生的思考。每章配有简明摘要注释,末尾还有词汇表和索引,既适合青少年启蒙,也能满足成年人求知。 豆瓣评分高达9.2分,读者评价“完美的教科书+科普书”“做这些图的人脑子极度清楚,一切直观明白地摆在面前”。正如书中所言:无论是藏身丛林、翱翔高山,还是筑巢于南极洲或摩天大厦之上,鸟类总能令人类感到惊奇。这本书,就是通往惊奇的最佳向导。#爱鸟护鸟 #鸟类 #知识科普 #@
00:00 / 02:08
连播
清屏
智能
倍速
点赞16
00:00 / 06:12
连播
清屏
智能
倍速
点赞6
00:00 / 02:28
连播
清屏
智能
倍速
点赞6