本期為大家?guī)恚?/p>
《你知道嗎——現(xiàn)代科學中的100個問題》
本書是阿西莫夫的優(yōu)秀作品之一。
作者以通俗的語言,深入淺出地解釋了現(xiàn)代科學中的一百個尖端課題。
其中,有些是了解現(xiàn)代科學技術所必須具備的基礎知識,如科學的研究方法、二進制數(shù)、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當代科學技術的前沿陣地,如黑洞、統(tǒng)一場論、夸克、快子、金屬氫等。
作者對這些問題的來龍去脈,它們目前處在什么樣的狀態(tài)、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。
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第七十八個問題:
當兩道光束互相干涉并產(chǎn)生暗區(qū)時,
能量發(fā)生了什么變化?
光束可以認為是由一列波所組成的。如果兩道光束以一個小角度相遇,那么,一道光束的各個波可能與另一道光束的各個波以這樣的方式相遇,就是:一個波的向上運動恰好碰上另一個波的向下運動,反過來也是這樣。這時兩個波就相互“干涉”,并且部分或甚至全部相互抵消。結果,兩個波以這種方式結合起來所產(chǎn)生的光,其強度小于這兩個波中任何一個波單獨產(chǎn)生的光的強度。
但是每個波列都代表一定的能量。如果一個波抵消另一個波,在原來存在著光的地方造成暗區(qū),那么,這是不是意味著能量消失了呢?
當然不是!物理學的基本定律之一就是能量不滅,這就是“能量守恒定律”。在干涉中、某些能量不再以光的形式存在。這樣,就必定有完全相等的能量以某種其他形式存在。
組織得最差的能量形式就是構成物質的粒子的無規(guī)則運動,我們把它稱為“熱”。當能量改變形式的時候,總是傾向于失去組織性,因此,當能量似乎已消失的時候,最好是去尋找熱,尋找比以前更高的速度作無規(guī)則運動的分子。
光發(fā)生干涉時的情況就是如此。從理論上說,你可以這樣安排兩道光束,讓它們完全干涉。這時,讓這兩道光束投射到一個屏幕上,屏幕會完全黑暗。但是在這種情況下,屏幕就會變熱。能量并沒有消失,它只是改變了形式而已。
下面的情況屬于同樣的問題。假定你給一個鐘上緊發(fā)條,那么,這個發(fā)條就比沒有上緊的同樣的發(fā)條含有更多的能量?,F(xiàn)在假定你讓這上緊的發(fā)條溶化在酸中。這時,能量發(fā)生了什么變化呢?
這時能量同樣轉化為熱。如果你在開始時拿出兩杯溫度相同的酸溶液,然后讓未上緊的發(fā)條溶化在一杯酸溶液中,而讓上緊了的發(fā)條溶化在另一杯酸溶液中(把兩杯溶液互換也是一樣),結果,溶解了上緊發(fā)條的溶液的溫度會比溶解了未上緊發(fā)條的溶液高一些。
一直到1847年,在物理學家徹底了解了熱的性質之后,能量守恒定律才被人們所理解。
從那以后,由于堅信這個定律,人們才對一些基本現(xiàn)象有了新的了解。例如,在放射性嬗變中所產(chǎn)生的熱比十九世紀物理計算所預料的要多,到愛因斯坦提出了他的著名方程E=mc,表明物質本身是一種能量形式之后,這個問題才得到解決。
同樣,在某些放射性嬗變中所產(chǎn)生的電子的能量太少了。1931年,泡利并不認為這種現(xiàn)象違背了能量守恒定律,而且提出了這樣的看法:這時不但產(chǎn)生了電子,還產(chǎn)生了另一種粒子——中微子,中微子帶走了其余的能量。他的看法是對的。