乱读四本

元旦以来,陆续读了四本书。推特上有人问我有什么好书可以推荐,我实在不知如何回答。每个人的读书兴趣都不一样,尤其是非小说类的图书,很难说我喜欢的,别人就也会喜欢读。尤其是我这种喜欢乱读书的人,完全没有焦点,姑且把我读的这几本随便介绍一下吧。

果壳中的宇宙》:霍金同学的这本书虽然名为科普著作,但是看着着实吃力,一点也不普。千万不要被全彩印刷和有趣的插图所迷惑,文科同学建议还是不要看了,理工科的同学,要是不是学物理的,看的八成也会累死。这是一本典型的装逼书籍,也是一本上好的睡前催眠读物。时间旅行一章看得我晕头转向,只搞明白了即使有时间机器,你也无法穿越时间,因为需要先穿越过一道无限密度的能量屏障,而此时将会连人带机器全部被辐射暴毁的连一点渣都不剩。

话说科学大家们写科普著作貌似都有一个通病,生怕别人不懂,都尽量不用公式而用比喻等语言手法來达到浅显的目的,但是却往往适得其反,很多高深的理论本来就已经超出了人的自然理解能力,即使再形象,只要保持科学的严谨性,还是很难被大众理解。此时还不如用一些简单点的公式,反而來的更容易理解一些。

另外,这本书的中译本,明显虎头蛇尾,后半部分的翻译质量明显不如前面的好,或许是出版时间太紧的缘故?

时间、空间和万物》:又是一本物理科普著作。这本书是李泳翻译的,现在已经难得一见翻译的这么好的书了。

夸张一点说,物质世界的基本构成完全是量子化的,不确定性原理在诉说着这个世界完全是几率的结果。理论上,破镜也能够自动重圆,把镜子打碎的电影倒过来放(就像武侠片中的飞檐走壁,一跃上房其实是把从房上跳下来的镜头倒过来播放而已),就可以看到镜子又完好如初了。这在物理上是不违背任何定律的。从热力学第二定律上来看,镜子的重圆减少了熵,因此不可能。而从量子力学上来看,破镜自动重圆并非不可能,只是这种可能性太小了,小到根本不必去考虑这种可能性,或者说你把世界上所有的镜子都打碎,碰上这种情况的几率都还小到可以忽略。

书中最后深奥的打油诗非常有趣:

我们说空空如也,
我们说如也空空,
我们说量子的笑容。
看万物飘忽不定,
谁能说时间匆匆?
没完没了的问题,说也无穷。

她送我一粒光子,
还照亮不了自己,
我把它从头剖开,
只为看个彻底;
还把他泡进洗涤剂,
不让它四散分离

她幻化出中微子,
一百,一百,还有多多。
亲朋好友都来,把一条条禁律吓破;
我看见了,小鬼,
一个对头一个姐妹。

它给我一个电子,
说那电荷应有代价,
我给她四十粒子,
尽管它不是太大。
看呀它实在可怜,
比重子差的还远。

她传来一颗中子,
说它就要远行,
它却滔滔不绝,说自己该是颗星星。
我想“裂变的损失多大,
它才是政治家。”

她最后唤来超子,
超子紧皱着双眉。
它叹息十二个新便士,抵不过半块黄金币。
“唉呀呀,我真后悔,
悔不该走进了八卦堆。”

她发出镭射的光辉,
她走进绿色的春雷,
她留下漆黑的洞穴,
不留下一点伤悲。
“老伙计,请进!”这是谁在答应?
我敲门问,“这是哪家的陷阱?”

那是古老的引力子,
要歇脚在夕阳黄昏。
阳光落进GM的荒林。
我说那不是我的家,
它说我正在喝一杯茶。

最后要说的是,这本书是第一推动丛书中的一本,整套丛书看来都非常不错。

网民的狂欢:关于互联网弊端的反思》:这本书没啥意思。作者是一个极端的精英主义者,虽然在结论中提出应当避免技术所带来的负面影响,还是有点警示作用,但是其立论的根据却是相当薄弱,用非常守旧的思想去看待新生的事物,盗版、欺诈、隐私这些问题不是web2.0造成的,没有互联网,这些问题依然存在,而作者却把这些问题一股脑全算在web2.0身上,并不公平。新的技术和新的生活方式必然会造成与旧有的生活方式的冲突,人类文明就是在这种冲突中一点点发展起来的。旧有的东西不适应新的方式,必然会产生改变,而不是去一成不变的维护旧有的,而视新事物为洪水猛兽。在这一点上,作者倒是蛮适合中国生活的(o(∩∩)o…哈哈)

作者不相信网民,认为业余者对专业人士造成了威胁,也降低了生活品质。作者或许不了解开源社群。linux的作者托瓦兹在写出linux时还是一名学生,恰恰是作者眼中的无知的业余分子(在作者眼里自由软件的积极分子估计都是他所谓的偷窃者)。作者或许不知道有种人叫做业余天文学家,许多人都具有专业的天文观测水平。维基百科上虽然很多业余人士,但是如同每个人除了有本职工作或本专业技能外,往往还有很多个人的兴趣爱好,在这些个人的兴趣爱好领域,他也可能是一个非常专业的人。

总之,这是一本非常业余的著作,许多基本的知识作者都没搞清楚(例如把CC协议当作是在鼓励盗版),作者的书恰恰正是他书中所诅咒的劣质品,真的是很搞笑。

共创未来:打造自由软件的神话》:对开源软件运动和自由软件运动的历史感兴趣的人可以看看,只是有些老了,02年的书,书中讲的有些东西已经过时了。原版可以在线阅读,电子版采用的CC授权。

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元旦以来这些天,难得能够痛快的连看四本书,阅读的畅快感让我连网都懒得上了。总说电子书将会使纸质书走入历史,但是电脑上的阅读体验还是很糟糕,电子书很难细细的阅读,仔细的品味,iPad相对来说的确在阅读体验上好得多,但是仍然阅读起来有浮躁感,还是不如纸质书读起来更有感觉。一方面或许电子书的阅读环境更为嘈杂,无论点脑还是iPad,总有像邮件、twitter消息、IM弹窗等滋扰,或者总有其他的应用或者网站來分心。另一方面纸质书提供的不仅仅是良好的阅读体验,静心的阅读,还包括了特有的纸张的触感、翻页的美妙、油墨的味道等等,这些是电子书无法提供的。

《未来总统的物理课》读后

作者教导我们要会看数字,很多事情科学家们的认识与媒体说的存在很大的差距。用科学的眼光去看待这个世界,你将会看到一个完全不同的世界。很多事情其实并不是那么回事。

这本书很有意思,科普著作不仅仅是普及科学知识,也要普及科学的思维方式与认知方法。

恐怖袭击

看太多好莱坞电影的话,恐怕很多人都会以为恐怖分子的核袭击是一件可怕的事情。而书中告诉我们,永远都不要相信电影的情节,永远!制造并引爆核弹需要非常高超的技术和昂贵的费用,这些即使是很多国家恐怕都承受不起,更别说恐怖分子了。而且现在的核弹都有预防措施,未经授权无法启动,甚至可能会在非法交易时自行破坏起爆系统。

而另一种经常见诸于媒体的恐怖袭击方式——脏弹,也就是普通炸弹,但是含有放射性物质,通过爆炸(不是核爆炸)把放射性物质散布出去。但是实际情况是,至少目前为止还没有人用脏弹进行过恐怖袭击,因为从科学上来说它达不到实际的恐怖效果。首先未爆炸的脏弹的辐射就足以把使用它的恐怖分子杀死(而防止这些辐射需要数吨的铅才可以),而爆炸的脏弹,其辐射量则被完全稀释,根本达不到大面积杀伤的目的(其实我们平时随时都生活在轻量无害的辐射中,脏弹爆炸后的辐射并不比日常的辐射量高多少),其所发出的辐射对人体完全无害。除非爆炸在极小的范围进行,但是这又达不到恐怖袭击的目的。

能源

其实现在核能是相当安全的,切尔诺贝利的事故是因为他们的核设施缺少必要的安全装置造成的。广岛和长崎因核爆而感染癌症的人,他们的癌症真的是来自于核爆吗?书中说,从概率上来说,其中的绝大多数人即使没有核爆也同样会得癌症,之所以会造成这种错误认识,是因为公众感觉上认为癌症发病率要比实际罕见的多的缘故,而其实并不然。而更为难的事,根本无法确定那些人是真的因为核爆而染上癌症,根本无法做出区分。甚至自然得癌症的人的统计误差都要比真正因核爆而得癌症的人数要大。
用什么新能源可以替代石油而减少二氧化碳排放呢?广为宣传的电动汽车的确是清洁能源,但是成本过于高昂。这主要是电池的成本。电池的寿命用尽后,更换电池的费用使得其使用成本甚或要高于汽油车。氢燃料汽车的效率很高,但是目前的技术下,氢燃料的储存需要很重的设备,用在汽车上后并不见得经济。

可再生能源是一个不错的主意。生物燃料是重要的清洁能源,但是提供足够燃料的作物种植所需的大面积土地是一个非常让人头痛的问题。太阳能也非常不错,只是目前效率太低。清洁煤技术对中国是个好东西,中国是煤炭大国,媒的成本也很低,但是清洁煤技术的瓶颈在于把二氧化碳储藏所需的高昂成本。而现在经常会提到的碳存储,则可能会造成水源酸化。风能也是一种很好的选择,但是风能并不环保,巨大而又广袤的风车阵列会杀死鸟类,制造噪音,破坏野生环境。

太空

中国现在也大力在搞载人航空。真的需要人上太空吗?作者认为以目前的科技水平,即使像美国,也完全没有必要搞载人太空。目前的科技水平,宇航员的危险性太高,死亡率甚至高于上战场的水平。而且也极其不经济。即使像哈勃望远镜如果需要维修,发射机器人去做就可以,而最经济的做法其实是再发一个哈勃上去。即使是NASA,载人航空的意义也被认为更多是引起公众对太空的兴趣,而不是促进科学的进步。而实际情况是公众对太空的兴趣更多的时候不是在太空人身上。那么中国呢?

全球变暖

全球变暖是人类引起的吗?IPCC的报告其实说的是,90%的可能来自于人类的影响,而还有10%的可能与人类无关。媒体上常常看到说,全球变暖导致南极的冰正在加速融化,但是IPCC的报告却认为全球变暖会增加南极的冰。因为全球变暖导致更多的水蒸发,更多的水蒸气在南极变成更多的雪降下来,形成更多的冰。

人类对全球变暖的认识目前还极其有限。我们目前知道,全球变暖可能会导致飓风增加,也可能不会;可能影响降雨,也可能不会;可能让两极失去很多冰原,也可能不会;海洋表面的水的酸度可能会增加,可能会对海洋生物有害,也可能无害。而对全求变暖,更为糟糕的是,我们目前最高的温度记录是1998年,此后的年份温度都没有超过他。如果继续这样延续,公众可能会失去兴趣,从而减少追随者。而且气候的变化对地球而言是长期的,我们目前还无法真正预测这种长期的变化。这是一种杞人忧天的模式,一直在叫嚷天要塌了,可一直没塌,人们也就逐渐失去了兴趣,而真要塌的时候,就来不及了。

理论物理学家收集的名人名言

大自然的常数》这本理论物理学家写的中,每一章每一节的开头都会引用一句与章节内容有关的名人名言,所涉及的名言包括科学家、作家、电影导演、奇幻小说,历史学家等等,可见作者阅读之广。下面里出一些其中自己比较喜欢的名言。

(本书作者:John David Barrow,看来这位教授相当低调,在网上找了半天就找到这么一张照片)

  • 最早发生的事情未必是开端。——亨宁·孟克尔
  • 有一个畸形的男子建造了一幢歪斜的房子——童谣
  • 科学不能解决大自然最终的奥秘。那是因为,归根到底,我们自己就是我们不断试图解决的奥秘的一部分——马科斯·普朗克
  • 老年人相信每一件事情;中年人猜疑每一件事情;青年人什么都懂——奥斯卡·王尔德
  • 迈克罗夫特兄弟醒过来了——柯南·道尔
  • 一个方程除非它表达了上帝的思想,否则对我来说,他是没有意义的——斯里尼瓦萨·拉曼纽扬
  • 可以说世界上有两类人:一类人坚持将世人分成两类,而另一类则不这样做。——罗伯特·本奇利
  • 历史就是不重复出现的事物的科学——保罗·瓦勒利
  • 事物更接近于它们现在的状况,而不管以前曾经是什么状况——艾森豪威尔
  • 在宇宙末日,你应当使用许多过去时态……你知道一切都到底了——道格拉斯·亚当斯
  • 生命就是我们中的极少数人使我们中的大多数人感觉到我们中的这极少数构成了大多数。——威拉德·奎因
  • 我有自己的见解,强烈的意见,但我并不总是同意它们。——乔治·布什
  • 一位银行家是这样一个人,他在天气晴好时把伞借给你,而在下雨时把伞从你那里取走。——马克·吐温
  • 我不想通过我的工作得到不朽。我要通过不死得到永生。我不要活在我的国人心里。我宁愿活在我的公寓里。——伍迪·艾伦
  • 数学可以探索第四维,而这个世界是可能的,但沙皇惟有在三维世界里才能被推翻。——列宁
  • 没有危险的思想是根本不值得称作思想的——王尔德
  • 在上帝的心中,宇宙仅仅是一个一闪而过的念头,一个令人相当不安的念头,特别像你刚为购买住房付定金时闪过的念头。——伍迪·艾伦

物理、宇宙与人类的终极

当某一天,人类已经可以用数学描绘出宇宙中的一切时,这或者就将是物理学的归宿。

宇宙到底有多大?宇宙之外有什么?作者给出了这样一个图景:我们目前看到的宇宙或许只是无限宇宙中的一部分,因为太大而只能看到100多亿光年,也或许我们的宇宙就像大海里的一个气泡,无限的宇宙中有无数个这样的气泡存在。宇宙目前正在处于加速膨胀阶段,那么接下来会怎样呢?一直加速膨胀下去?到某一个点减速但仍然膨胀?还是开始塌缩,回到大爆炸的起始状态,进入下一个大爆炸循环?

人类最终的命运会将如何?我们能否逃出最终被太阳吞噬、或者被银河系中心的黑洞吞噬,或者被塌缩的宇宙吞噬的命运?宇宙的结构是如此微妙,因此只要稍稍一点变化(精细结构常数的变化)或许就无法存在生命,也就无法存在人类了,宇宙在大爆炸之前或许已经又过了无数次的大爆炸,我们或许正好处在一个恰巧适合生命存在的大爆炸宇宙之中,这次宇宙坍塌之后的大爆炸宇宙,其中的物理学定律是否还是和我们这次的一样?生命是否还能够演化呢?

人类的存在不仅仅是行星与恒星的距离,阳光、水、碳这些要素,而且还需要符合生命存在的物理定律,因此相对于宇宙尺度而言,一个能够支持生命系统的宇宙已经是小几率的产物,而适合生命繁衍的行星系则更是小几率中的小几率,当然,放在整个宇宙中,相对于孤独的人类来说,这个极小的几率,其数字也是非常大的。

以上所说的时间尺度或许过大,那么就先在周围找找生命吧。哈哈~

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大自然的常数》这本书探讨的就是精细结构常数以及对宇宙未来的影响。只是书中的参考文献居然也被译者一字不拉全都翻译成了中文,这也太没有专业精神了吧?这让看书的人找起参考文献中引用的著作来说,太难了。。。而且引文格式都是英文最常用的的引言格式,居然也全都给原封不动汉化了….

其实,我对这本书望文生义了,本来买这本书是以为讲的是各种自然常数的知识,没想到其实完全不是一回事

万 有 引 力 论

从十七世纪起,科学家把引力主要地看作是物质的一个属性。一物体吸引另一个物体的力量大小,视物体所含物质的多少和隔开它们的距离而定,这种力量是相互作用的。在古代和中世纪,引力多多少少被认为是位置的一种性质,而不是物质集聚的性质。
哥白尼认为引力是物质集聚的一种趋向,不管把它放在哪里,不一定非要宇宙中心不可,都会聚成圆球的形状。但是他仍旧认为引力的中心是一个几何性质的点,不过这类点子现在只能是物质球的中心了。

公元1600年威廉·吉尔伯特提出磁力可能是维持太阳系存在的原理。吉尔伯特根据他的磁石球实验,设想地球本身是一块庞大的磁石,上面盖了浅浅一层的岩石和土壤。由于磁石对一定距离内的铁器物有相当大的力量,吉尔伯特设想引力就是地球这块庞大磁石作用于周围物体的磁力,而且遍及整个太阳系,成为宇宙的外膜。
吉尔伯特在他的一项实验中证明,磁石对一块铁的吸力大小视磁石的大小而定,磁石越大,对铁块的吸力也越大。还有,吸引是互相作用的,磁石吸铁,铁也同样吸引磁石。因此吉尔伯特所研究的磁力性质,为近代引力观念提供了一个模型。引力的中心并不是什么几何点,而是具体的一堆物质,它的力量随着物质数量的增加而增加。
刻卜勒还发展了吉尔伯特的引力观念,假定引力“是和磁力类似的东西,是同性物体之间的一种相互感应,企图结合或联系在一起。”这样一种介于两个物体之间的引力,是视物体的大小而定的。

在公元1665-1666年的大瘟疫时期,牛顿离开剑桥大学,住在格兰赛姆附近自己家里的乌尔斯绍普庄。根据牛顿三十年后所作的一项声明,他当时既发现了向心力规律,也发现了两个物体之间的引力随物体之间距离的平方而减少的关系。看上去牛顿是从刻卜勒的行星运动第三定律推演出向心力规律,并由此导出引力的平方反比定律。这些定律的正确性可以用计算来证明,即根据平方反比定律和落体实验测量出来的地面引力已知值,计算地球对月亮的引力。根据月亮的速度和月亮轨道的大小,就可以算出把月亮约束在它的轨道上所需要的向心力。如果计算出来的向心力的值和引力值在数量上吻合,那就证明是地球的引力提供了维持月亮在轨道上的向心力。
如果说牛顿在乌尔斯绍普庄时作了这些计算,但他并没有把计算的结果公布出来。他为什么在公元1666年没有发表这些成果,人们提出了好几条理由。其一,据说牛顿的向心力和引力的计算值并不符合,因为当时人们对地面和地心的距离知道得并不准确。后来又有人设想,牛顿在当时没有能证明,地球这样整个物质所产生的引力场,就象在地球的几何中心点所产生的引力场一样。比较晚近的设想是,牛顿在公元1666年事实上并没有发现向心力定律和平方反比定律,原因是没有任何文件记录支持这种说法,而牛顿三十年后的回忆在若干别的事情上都记错了,可能在这件事情上也记错了。再者,牛顿在公元1666年和公元1667年之间还是根据一种假想的以太介质从天上到地球的循环流动,而发展了一种引力学说,并认为以太带着有重量的物体下降。
到了公元1679年,其他的科学家都已经找到向心力定律和引力的平方反比定律了。荷兰的惠更斯作了摆的运动实验和一般圆周运动的实验,根据这些实验,他在公元1673年推算出向心力定律。有了这条定律,那就有可能从我们前面讲过的刻卜勒的行星运动第三定律推论平方反比定律。惠更斯并没有这样作,但是胡克、雷恩和哈雷作了,于公元1679年找到平方反比定律。那一年胡克写信给牛顿,问他能不能根据向心力定律和平方反比定律,证明行星沿椭圆轨道运动。胡克在信中指出,困难在于太阳和行星都是广袤物体,然而在理论上却不得不把它们的质量看作好象是集中在它们各自的中心点上来处理。牛顿没有回答胡克的问题,但是在公元1684年雷恩为解决胡克向牛顿提出的这个问题,提出一笔奖金。胡克自称解决了这个问题,但是据哈雷说,雷恩对解决并不满意。第二年,这个问题又向牛顿提了出来,这次是由哈雷提出的,后来牛顿就送给哈雷一项证明,说明行星在太阳的引力场影响下将会沿椭圆轨道运动。哈雷力劝牛顿把证明详细写出来,并公布于世。牛顿现在已能证明广袤的球体,诸如地球或者太阳,如果全部质量集中在球体中心,其引力场将保持不变,所以可以把天体当作质点看待。这时候,地球半径、太阳离地球的距离和太阳系的其他一些测算的比较准确数值,都已经找到了,所以牛顿靠了这些就能够证明,地球的引力完全可以提供保持月亮留在所观察到轨道上的向心力。同样地,牛顿也证明太阳的引力场能说明人们观察到的行星遵照刻卜勒定律的运动,以及彗星大致沿抛物线轨迹环绕太阳。牛顿并且进一步发展了自己的理论,认为每一行星由于其自身的旋转运动,应当在两极扁平,而在赤道上突出。这样一个扁平球的形状,在望远镜中窥见的木星就是如此;至于地球则是从地球的引力场在赤道较小,在靠近两极地区较大,而推论出来的。既然地球并不完全是正圆形,牛顿就指出太阳和月亮的引力摄动将不会通过地球中心,因此将使地球的轴作一种缓慢的圆锥运动,这就说明了二分点的岁差现象。最后,牛顿又把潮汐的产生归之于太阳和月亮对海洋的引力效应的差异,证明高潮总是在新月和满月时发生。因为这时太阳和月亮的引力一同在起作用,而低潮则在上下弦月时发生,因为两种引力会相互抵消掉一些。
这些证明都被牛顿收在他在公元1686年尾完成的《数学原理》里。皇家学会要出版这部书,但是凑不出适当款子,而皇家学会的干事胡克则声称引力的平方反比定律是他首先发现的,所以爱德蒙·哈雷就自费出版了牛顿的书。胡克在公元1693年又提出他首先发现平方反比定律的声明,这次是在皇家学会的会议上提出的。这事发生后不久,牛顿就患了神经系统的疾病,直到复原以后,才第一次发表声明,说他在公元1666年基本上就发现了向心力定律和平方反比定律。牛顿毫无疑问在万有引力论上作出了他个人的最主要的贡献,不过正如后来他和莱布尼茨激烈争吵谁先发现微积分的问题一样,牛顿只是当时解决引力问题的若干科学家中的一个。这些人全都在研究同样的问题,并且独立而同时地在解决引力问题上作出了贡献。

伽利略与力学

古代力学的推翻和近代力学的建立是由帕多瓦大学和比萨大学的伽利略·伽利莱(Galileo Galilei,公元1564-1642)那样的人担当起来的。伽利略出生在比萨,在比萨读书并且在比萨的大学里教了一个短时期的书。他于公元1592年转到比较自由开明的帕多瓦大学任教,在那边待了十八年之久。他在力学方面的一些比较重要的研究都是在这个时期进行的。在公元1610年,他移居到佛罗伦撒,任托斯干大公爵的哲学和数学首席供奉,并在佛罗伦萨用望远镜进行天文观测和研究。最后,当他的天文学著作受到教廷谴责之后,他又重新研究起力学来了

伽利略的两部巨著是公元1632年出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,和公元1638年出版的《论两种新科学》。两书都是采用对话形式,参与对话的是支持他的两个朋友,沙格列陀和萨尔维阿蒂,与一个亚里士多德观点支持者辛普利邱。伽利略想要用这种对话形式使他的著作能拥有广大的读者,从而能有效地否定掉亚里士多德的力学和宇宙论。

伽利略非常重视数学在应用科学方法上的重要性,特别是实物与几何图形符合程度到多大的问题。

伽利略为自己提出的第一套力学问题,是那些牵涉到尺度效果的问题。为什么大型机器和小型机器一样完全按照同样几何比例造出来,但是小机器耐用而且使用起来效果很好,而大机器则是时常出毛病并且垮掉。几何图形的性质和图形的大小是没有关系的,π的值对一切圆周都是不变的,但是大船和小船按照同样比例造起来的,小船可以开得很安全,而大船在造船架上就会垮掉。还有,看上去数学和自然界之间并不相互符合,但是伽利略坚称,只要物体所含的物质数量能够作为一种数学上的量对待,只要物质被认为“好象属于单纯的数学”,这个问题是可以解决的。因此如果一部机器的尺寸加倍以后,它的重量就得提高八倍,但是机器各个零件力量的增加比例则要小些,因此支持不住那样大的重量。

伽利略认为选择得当的数学证明可以用来探索任何牵涉到可量属性的问题,也就是几何学传统题材如长短、面积、体积等空间尺度之外的那些属性。在考察尺度效果时,伽利略就是以这个方式来研究物质的数量,即后来叫做质量的量,后来又以同样方式探索了牵涉到时间测量和速度测量的动力学问题。在这方面,伽利略所研究的中心问题就是在重力影响下的落体运动问题。他首先论证了亚里士多德关于重物体比轻物体坠落较快的见解。

根据亚里士多德的物理学,保持物体以均速运动的是力的持久作用。但是伽利略的实验结果证明物体在引力的持久影响下并不以均速运动,而是相反地每次经过一定时间之后,在速度上就有所增加。物体在任何一点上都继续保有其速度并且被引力加剧。如果引力能够截断,物体将仍旧以它在那一点上所获得的速度继续运动下去。这种现象在伽利略的金属球滚到斜面尽头时就可以观察到:金属球以均速继续滚过一片光滑的平桌面。从以上这些观察结果就得到了惯性原理。这个原理阐明物体只要不受到外力的作用,就会保持其原来的静止状态或均速运动状态不变。

从惯性原理,伽利略就发展了抛射体的飞行轨迹理论,从而表明数学证明在科学上的价值。他考虑了一个球以均速滚过桌面,再从桌边沿一根曲线轨道落到地板上的动作。在这条坠落轨道上的任何一点,球都具有两种速度:一个是沿平面的速度,根据惯性原理始终保持均速,另一个是垂直的速度,受引力的影响而随着时间加快。在地平的方向,球在同等时间内越过同等距离,但是在垂直的方向,球越过的距离则和时间的平方成正比。这样的关系决定球走出的轨迹形式,即一种半抛物线,一个从大炮发出的抛射体,其轨迹因而是一条全抛物线,当炮身的角度抬高到四十五度时射程就最远。

伽利略广泛地应用了那些传统的测量仪器,如算尺、天平和滴漏钟,而且发展一些别的仪器。他制造了第一个温度表来测量温度,而且用摆来测量时间,先在医学上用来计算脉搏率,后来又把它制成一种普通形式的摆,留给后代人来制造第一座完全用摆行走的钟。伽利略还发展了望远镜,并广泛地使用望远镜进行天文观测。

公元1609年,伽利略听说荷兰米德尔堡的眼镜商造出了“望远镜”可以将远距离的东西放大,特别是汉斯·立帕席在公元1608年将这一发明注了册。伽利略研究了合成镜片的光学性质,造了几具改进的望远镜自用。他用这些望远镜检视天空,发现了一大堆新事实。他发现天体一点不象传统的亚里士多德见解所暗示的那样比地球完善而且优越。太阳的面上就有黑子,而月亮望上去则非常之象地球,上面有许多火山,伽利略从它们投出的影子长度测算了它们的高度。他发现银河是由许许多多的恒星形成,并且和别人一起观测了在仙女星座的星云。伽利略还发现金星的面目很象月亮,从新月形逐渐变为满月,而木星则有四个月亮,他觉得根据哥白尼的体系这很象太阳系的一幅小型图画。

伽利略的天文发现多数都是在十七世纪第二个十年中发表的,这些发现对支持哥白尼的学说有很大的影响。当这种新天文学的证据正在兴起时,反对新天文学的人就变得强硬起来,因为已经不再能够斥之为一种无足轻重的意见了。邻近的教会人士驳斥伽利略的见解是异端,而比萨的经院哲学家则宣称他的意见是错误的,而且是违反亚里士多德的权威的。他们说太阳黑子只是环绕太阳的一些云,也可能是望远镜出了毛病,而木星不可能有月亮环绕,因为古书上从来就没有提到过。公元1615年伽利略受到罗马宗教法庭的传讯,在法庭上他被迫声明和哥白尼学说决裂。地球在地轴上自转并环绕太阳的定理,被正式宣布为错误的,是异端邪说

在为哥白尼体系辩护的论证中,伽利略着重回答了那种根据常识的力学反对意见。他重复了哥白尼对这些反对意见的答复,但是这些回答现在却有力得多,因为它们是根据伽利略的新力学来的。根据惯性原理,大气层天然是和地球一起运转,它并不象亚里士多德力学所提示的,需要有一个持久的推动力。物体从高处坠落,不会落到西面,因为物体也参与地球的运动。同样地伽利略也提示说,一只船走动时从桅杆顶上抛下一个石子,将会落在桅杆脚下,而不会落在桅杆后面,因为石子也参与船与船中各物的总运动。

伽利略论两大世界体系的巨著出版于公元1632年,已经在刻卜勒发表他的三条关于行星运动定律的第三条之后约摸十三年了。但是伽利略不理会他朋友的成果,一直坚持着行星的轨道是正圆形,而不是如刻卜勒在公元1609年所证明的椭圆形。按照伽利略的惯性原理,如果地球表面极端光滑,一个在地面上流动的球将会无限期地继续环绕地球运动。因此他认为物体只要不受到外力影响,沿圆周的均速运动将是一切物体的天然运动。这样的天然运动既属于地面物体,也属于天上的星体,而且在他看来行星的轨道既然是正圆的,那末关于天体的运动就不存在着什么问题;这些运动,正如哥白尼以前认为的那样,是完全自然的。
由此可见,伽利略并不

量子纠缠状态的纯化


封面照片上是进行量子纠缠状态纯化的实验装置

美国《自然》杂志issue 6938, volume 423:封面文章:Experimental entanglement purification of arbitrary unknown states
文章第一作者为中国科技大学教授潘建伟博士。

《自然》杂志的审稿人称赞该论文“ 开辟了量子通信研究的新方向”。《自然》杂志的新闻网站在当日还专门撰文详细介绍了这一研究成果,称之为“ 远距离量子通信研究的一个飞跃”。

1993年bennett提出了量子通信的概念,1997年潘建伟在国际上率先完成“量子态隐形传输”试验。

潘建伟教授说,近年来,国际上众多研究小组对这一课题进行了大量的研究并提出了一系列量子纠缠态纯化理论方案,但是没有一个是能够用现有技术实现的,而潘教授与其合作者却成功地发现了利用现有技术在实验上可行的量子纠缠态纯化的理论方案,从而在原则上解决了目前在远距离量子通信中的根本难题。
要想让量子通信变成实用,比如用于量子加密和远程输送,就有必要在遥远的地点间分配纠缠状态。因为在量子通信通道中存在无法避免的噪音,所以两个粒子之间的纠缠将随着传播距离的增大而不断退化。因此,需要通过“纯化”,来将高度纠缠的状态从纠缠程度较低的状态中提取出来。纠缠状态的纯化还会提高不同量子位之间逻辑运算的质量。利用线性光学技术,该实验从保真度均为75%的两个光子对中提取出一个保真度为92%的光子对。