数学通常被认为是所有自然科学的女王，尤其是在数学家的心目中，作为一个女王，它自然要避免与其他学科发生“贵贱联姻”的情况。但是，尽管数学本身是青睐纯理论的，想要与其他科学，尤其是物理，保持一定的距离，但数学也尽可能与它们“友好相处”。它就是所谓的“数论”，它是最古老、最复杂的数学基础理论之一。奇怪的是，数论作为一门最纯粹的数学学科，从某种角度来说，可以被称为一种经验科学，甚至是实验科学。...
2023-08-05 理论教育
从一到无穷大 科学中的事实与猜想
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原子核：宇宙核流体中的微小液滴详细阅读
我们既然已经对物质结构的基本组成单元本身的性质有了全方面的了解，现在就可以认真地研究探讨关于原子的心脏——原子核的问题了。在原子核中，类似的内聚力作用于不同的核子，阻止原子核在质子间电斥力的作用下分裂。因此，我们得出的结论是，不同元素的原子核可以简单地视为宇宙“核流体”中大小不同的液滴。考虑到原子核是核流体的微小液滴，我们不能忽视这些液滴带电的重要事实，因为形成原子核的大约一半粒子是质子。...
2023-08-05 理论教育
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恒星的尺寸与内部力量：科学中的事实与猜想详细阅读
图123主星序恒星除了这些由质量决定其半径、密度和光度的“正常”恒星之外，天文学家们还在天空中发现了一些完全不遵循这种简单规律的星体。图124巨星和超巨星与地球轨道的比较这些恒星之所以会有令人难以置信的大尺寸，显然是由于某种我们还解释不了的内部作用力所造成的。毫无疑问，这种白矮星正是恒星耗尽所有可用的氢燃料后所达到的末期状态。...
2023-08-05 理论教育
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时间是第四维：科学中的事实与猜想详细阅读
第四维的概念通常被认为是神秘的、很值得怀疑的。时间的伸展从盖房时算起，到最后被烧毁，或被某个拆迁公司拆除，或因年久倒塌为止。时间间隔是用钟表量度的：嘀嗒声表示秒，当当声表示小时；而空间间隔则是用尺子量度的。不过，即使有上述区别，我们仍然可以将时间看作物理世界的第四个方向要素，不过，要注意它与空间不一样。在选择时间作为第四维时，采用本章开头所提到的描绘四维形体的方法较为方便。...
2023-08-05 理论教育
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行星诞生：科学事实与猜想，从一到无穷大详细阅读
不过，这些变化仅仅是我们这个星球的固体外壳发生了变动而已。在第七章里我们看到过，这些原子会自发进行缓慢的放射性衰变，并以生成稳定的元素铅而告终。［见图118］几十年后，德国著名的哲学家康德提出了一个截然不同的观点，他认为各行星是太阳自己创造的，与其他天体无关。康德假定，太阳以这种方式形成的各个环，后来又由于某种原因断裂开来，并集中成为各个行星，在不同的距离上绕太阳运转。...
2023-08-05 理论教育
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解密：弯曲空间与重力的奇迹详细阅读
对于前面十多页让读者们读了之后头昏脑涨的四维坐标系的内容，我深表歉意，现在我诚挚地邀请读者朋友们一起漫步于弯曲空间。每个人都知道什么是曲线和曲面，但“弯曲空间”一词是什么意思呢？这样的一个定义可以概括为：“直线”就是表示在给定的曲面上或空间中两点之间最短的距离的线。二是弯曲空间或者曲面有些部分是平的，有些部分是弯曲的，因此有必要找到普适的测量方法。...
2023-08-05 理论教育
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原子摄影的图47布拉格方法及其应用详细阅读
图47布拉格方法的一个简单的例子根据阿贝的理论，显微镜工作的过程是这样的：将原始图像分割成大量单独的带状图样；分别放大每个单独的带状图样；再次重叠这些带状图样从而获得放大后的图像。这就是为什么使用布拉格的方法只能拍摄晶体的照片，因为晶体分子总是原地不动，而由于液体和气体的分子在不停地四处运动和碰撞，因此没法被拍下来。...
2023-08-05 理论教育
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基本粒子的名单：中子、质子、电子详细阅读
正如我们刚才所看到的，中子、质子和带负电的电子是构成任何物质所必要的组成单位，但这一基本粒子的名单似乎仍然有些不完整。...
2023-08-05 理论教育
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封闭空间 vs 开放空间：科学事实与猜想揭示详细阅读
到目前为止，我们一直在讨论大质量周围局部空间的弯曲，好像许多“空间粉刺”分散在这张巨大的宇宙“脸”上。图43给出了一个长着“粉刺”的平面空间的二维图示，还有两个有可能存在的弯曲空间的类型。在一个没有曲率的平面上，“粉刺”的数量会以距离的平方数增长，即1、4、9，等等。图43平面空间的二维图示上述在弯曲表面上得出的结论可以推广到三维空间中去，得到表3。子午圈和赤道均属于这种大圆。...
2023-08-05 理论教育
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无序运动：高锰酸钾分子的无规则热运动详细阅读
如果你认为热运动是无规则的，所以无法对它进行任何物理描述，那你就大错特错了。对于完全无规则的热运动，有一类叫作无序定律，或者更常被称为统计定律的新定律在起作用。它是高锰酸钾的分子在水中作无规则热运动的结果。水分子间的距离较小，因此两次连续碰撞间的平均自由程很短，大约只有亿分之一英寸。因此，一个分子每隔一万亿分之一秒就会发生一次碰撞。...
2023-08-05 理论教育
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以太风和天狼星之旅-探索科学中的事实与猜想详细阅读
人们经常提到光以太的流动性、刚性和各种弹性，甚至内摩擦。如此分析，过去的物理学假设光以太充满了整个宇宙空间，在面对光传播的快速畸变时是一种坚硬的固体，但是面对比光慢上几千倍的恒星和行星来说，它又表现得像一种优质的液体，可以被肆意推开。光以太是一种特殊的物质，和我们一般称为实物的熟悉的原子结构没有任何相似之处。...
2023-08-05 理论教育
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希腊古物理学家德谟克利特对物质的独特见解解答了科学界的疑惑详细阅读
第一个提出并且试图解答这个问题的人是大约2 300年以前居住在雅典的古希腊物理学家德谟克利特。所有物质都是由相同的特定原子组成的。与此观点不同的是一个与德谟克利特同时代名叫恩培多克勒的人，他认为有很多种不同种类的原子以不同的比例混合，形成了各种各样的已知物质。至于古人曾认为的可以进入植物的物质结构的“火原子”，其实是不存在的。...
2023-08-05 理论教育
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拓扑学中的数学定理：多面体的顶点数、棱数和面数的关系详细阅读
几何学中关于这一内容的分支称为拓扑学[2]。两种几何学的不同之处就在于此。表2各种多面体的顶点数、棱数和面数前三行的数据，乍一看貌似没有太大联系。由此可以看出，V+F=E+2是在拓扑学里被广泛应用的一个数学定理，因为这个关系式只涉及几个几何学单位的数目，并不涉及棱的长短或面的大小等量度。看一下图16就一目了然了，和图14一样，有两种不同的几何体，全部是多面体。如此一来，V+F=32，而E+2=34，不相等了。...
2023-08-05 理论教育
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色盲遗传与性别相关，X染色体缺陷是导致色盲的原因详细阅读
由这几点可以清楚地看出，色盲的遗传必定与性别有一定的关系，只能假定产生色盲的原因是由于一条染色体出了问题，并且这条染色体代代相传，我们就可以用逻辑判断得出进一步的假设：色盲是由X染色体中的缺陷造成的。他们的儿子只从母亲那里遗传了一条“没有色盲基因”的X染色体，而没有从父亲那里得到X染色体，因此他不会成为色盲。这就是遗传定律，是19世纪的一位塞拉维亚僧侣、谦和的孟德尔在布鲁恩的寺院里栽种豌豆时发现的。...
2023-08-05 理论教育
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时间空间转换：科学中的事实与猜想详细阅读
尽管数学试图去证明在一个四维世界中，空间和时间的统一并不能完全消除距离和持续时间之间的差异，但它们确实揭示了这两个概念之间的相似之处，这在爱因斯坦之前的物理学中是前所未有的。事实上，现在应将各个事件之间的空间距离和时间间隔视作在空间轴和时间轴上的投影，因此四维直角坐标系的旋转可能导致部分空间距离转换为持续时间，反之亦然。空间和时间仅是亘古不变的四维坐标轴的投影，是四维空间几何学的必然结论。...
2023-08-05 理论教育
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原子大小与重量：科学中的真相与疑问详细阅读
但是，当一位物理学家研究原子时，他首先就要问：“原子的真实尺寸是多少？它重多少克？在一定量的物质中到底有多少独立的分子或者原子？有没有什么方法可以一个一个地观察、计量和操纵单个的分子或原子？”估算原子和分子大小的方法有很多，其中一种既简单又容易操作，如果德谟克利特和恩培多克勒当时碰巧想到了这种方法，即便没有现代化的实验仪器也能付诸实践。...
2023-08-05 理论教育