月亮上看不见星星吗?

作者: sym

来源: 中科院物理所

发布日期: 2016-10-14 10:13:01

本文讨论了多个与宇宙和物理学相关的问题,包括宇宙膨胀、月球上看星星的可能性、暗物质和暗能量的发现、光和引力波的特性、磁场的相对论效应以及如何规划凝聚态物理的理论研究。

月亮上看不见星星吗?

宇宙中的物质和能量都不能超光速,但宇宙本身(时空结构)倒是可以超光速。比如宇宙膨胀就可以超光速。(并不违反相对论)

当然可以了。 阿波罗登月还是玉兔的照片上都没有星星是因为:第一,那是白天,月球没有大气散射,太阳直射到月球表面。表面散射的太阳光比地球上强得多。如果要照出星星,那地面就是惨白一片了。地面才是我们拍照的重点呀!所以为了不让地面过曝光,我们只有牺牲星空了。(这个道理就跟你们国庆出去旅游对着太阳拿手机自拍照出个黑乎乎的人影一样,只是反过来。)

第二,太空飞船的相机是为了科研任务而不是为了摄影艺术。可靠性,续航能力和重量才是需要重点考虑的地方。不需要拍摄质量不必要的好。(比如拍摄星空我们有更好的太空望远镜,不必月球探测器帮忙)

看仔细,图中的95%是暗物质和暗能量,暗物质大概占比27%,暗能量68%。

暗物质和暗能量都是为了解释理论与实验观测之间出现的引力效应的异常。

暗物质对应的引力效应是星系外旋臂转速的异常,暗能量对应的引力效应是宇宙膨胀系数(加速膨胀)的异常。

注意分辨。

光是电磁波,是物质的一种表现形式,其运动方程受光速制约,无法从黑洞中逃离。根据广义相对论,引力波本身是时空结构的涟漪,不是物质,引力波不是从黑洞内部传播出来的。引力波是黑洞视界外部的时空的几何结构的振荡。

这个说法是有一定道理的。要形象的理解的话。我记得早年看费曼物理学讲义的时候有这样一个例子:

a图是导线外面有一个运动的负电荷。由于导线内的电流产生环形磁场,环形磁场作用到外边的运动电荷上使运动电荷偏转——以上是高中物理。

但看b图。如果我们站在一个沿负电荷一起运动的参考系上去看。这个负电荷就是静止的了。静止的电荷无法受到磁场的洛伦兹力。那么要如何解释粒子的偏转呢?

答案是,当我们从一个参考系换到另一个参考系时,根据相对论效应,相对运动方向的长度会缩短为。由于导线中传导电流的电子与组成晶格的金属原子相对参考系的相对速度不同。使得它们的尺缩效应也不同。于是它们分别尺缩之后导线的正负电荷就不能刚好抵消了。这样在b图的参考系下,导线上带有一个由于相对论效应产生的等效电场。计算可以发现这个电场对外边电荷的作用力与a图的洛伦兹力一模一样。

此即电场和磁场的相对性(费曼第二卷)

当然最开始是扎实学好四大力学,数理方法这些教学计划内的知识,在这些没搞定之前不推荐学习任何额外的数学或物理。

然后凝聚态理论也是一个很大的范围呢。做什么理论呢?高温超导?拓扑?或者第一性原理计算?如果是超导这样的,那么物理水平是最重要的,高等量子力学,量子统计,量子场论这些一样也不能少。如果是拓扑那样的,那么多学一些微分几何和代数拓扑会很有帮助。如果是第一性原理计算,那就要不断提高编程水平。

所以第二点,在本科高年级可以主动参与到老师的科研中去,多接触多尝试,找到自己最感兴趣的点。再根据你感兴趣方向的要求来补充相应的知识。

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