“E=mc²”何以举世闻名?《张朝阳的物理课》开讲狭义相对

质能公式“E=mc²”如何得来?爱因斯坦“制造”了原子弹?12月19日12时,《张朝阳的物理课》第十三期开播 。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,复习了“尺缩钟慢”效应,推导洛伦兹变换公式 。并在爱因斯坦“狭义相对论”框架内,探讨质量和速度、质量和能量的关系,推导出“E=mc²”公式 。
“今天是狭义相对论的第二讲 。”张朝阳先处理了上一节课留下的“思考题”:时间会膨胀,长度会收缩 。
他假定双胞胎兄弟中,一位上了飞船,一位留在地面 。旅行者认为飞行时间为10年,但返回地面后,发现兄弟已经度过了15年 。所以,相对论的时间变慢指的是不同参考系之间的时间流逝不同 。
张朝阳再次介绍了“长度收缩” 。假定测量一个物体的长度,在静止的情况下,只需要知道点到点的距离 。但在某一个运动的参考系中,如果这个物体沿运动方向放置,且相对于此参考系静止,那就比在静止状态下的物体短一些 。这种情况被叫做长度收缩效应 。
“尺缩钟慢”是狭义相对论最普遍的结论,洛伦兹变换正是定量描述这两种效应的数学公式 。张朝阳画出两个惯性坐标系S系和S'系,推导出洛伦兹变换关系式 。而爱因斯坦的狭义相对论,其核心方程式就是洛伦兹变换 。
张朝阳根据洛伦兹变换关系式,讲解了质量和速度的关系,以及质量和能量的关系,推导出著名的质能公式:E=mc² 。它能解释原子失去极少的质量,为何能释放如此巨大的能量 。此后的科学家们,通过大量实验,发现了铀235和核裂变现象,证实了这个公式的正确性 。
张朝阳解释道,铀235是铀元素里中子数为143的放射性同位素 。天然矿石中含有铀的多种同位素,其中铀235含量只有0.7%,经过铀浓缩后,丰度大于90%的称为武器级高浓缩铀,主要用于制造核武器 。“围绕这个公式还有很多故事,包括减速剂等,一切都是物理 。理论物理告诉你能量是这样的,后来完全被证明 。下一讲会介绍公式相关的一些应用 。”
自11月5日至今,《张朝阳的物理课》已直播十三期 。在第一、二课中,张朝阳科普了“力”和“速度”,算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行圈数;第三、四课的内容则和“振动”相关,科普了可见光的基本知识,解释了早中晚的太阳颜色为何不一样,以及蓝色天空的秘密;第五、六课引发了关于音速和温度的大讨论;第七、八、九期则重温经典力学的两朵乌云,带领网友触摸量子力学;第十、十一课则重点回顾黑体辐射曲线及其应用,试图重回137亿年前的宇宙;第十二、十三期则尝试进入爱因斯坦的思想世界,推导出著名的公式“E=mc²” 。
观察生活现象+解释背后原理+推导演算公式,结合十二期物理课可以看出,《张朝阳的物理课》是从日常现象引入,帮助网友理解现象,提升兴趣,再“透过现象看本质”,解释知识点,推演过程,反过来解决生活中的问题 。
“物理是算出来的,玄乎其玄的科幻概念和实证有区别 。”张朝阳认为学习物理并不轻松,但每个人不要觉得可能学不会而不去学,恰恰相反,聪明在于过程,看起来枯燥的物理知识,经过分解后再理解,不比生活中的其他事更困难 。张朝阳鼓励网友打破思维的边界,科学学习,希望每个人对这个世界,充满更多的好奇心与勇气 。
【“E=mc²”何以举世闻名?《张朝阳的物理课》开讲狭义相对】显然,《张朝阳的物理课》不仅仅是知识的传播,更在于对知识获得过程的数学推演,把解决问题的方法教给用户,而不是直接给答案 。这样做,还能训练和提升用户的科学素养,更迭个人知识和认知水准 。这些正是课程价值所在,也是搜狐视频知识直播与众不同的特色之一 。