幾個世紀以來,物理學得到了長足的發展。這與物理學家的潛心鑽研與努力是不可分開的。在相關領域內。理論物理學家負責做計算和預測。實驗物理學家搭建設備,觀測和分析數據。他們互相依賴,共同為物理學發展做出了卓越的貢獻。
雖然說,二者相互配合,但是更為常見的是,在偉大的理念需要澄清的時候,每個人都有些迷失。而在這個過程中,需要堅持不懈的努力與矢志不渝的毅力才能夠打開物理學的「潘多拉魔盒」。
今天,小編就和大家來聊聊物理學上的偉大時刻。
英國物理學家和數學家牛頓是通過數學計算進行預言的早期支持者,他在1665 年創造了微積分。牛頓接受了伽利略關於力和加速度的想法、克卜勒關於行星運動的三個定律,並從胡克那裡得到了關於行星的切向速度與它受到的徑向力有關的想法,指向太陽的引力服從平方反比定律。牛頓將所有這些概念統一起來,並加入自己的想法,進而提出了他自己的三個運動定律和萬有引力定律。這四個定律為物理世界的研究帶來了秩序,牛頓能夠從純粹的數學推導出克卜勒的三個定律——這三個定律表明,數學第一次能夠直接的計算和預測天體的運動、潮汐、歲差等等,最後明確地表明,地上的現象和天上的現象都是由相同的物理規律支配。在1840年代,法國天文學家勒維烈仔細分析了水星的軌道。他發現,與牛頓定律預言的精確橢圓不同,行星橢圓軌道的近日點繞著太陽移動。這個變化非常慢,每世紀只有 575 角秒,但當時的天文學家只能把 532 角秒與太陽系中其他行星的相互作用聯繫起來,還剩下43角秒來歷不明。
1915年,德國理論學家愛因斯坦完成了廣義相對論,他能夠計算出彎曲空間對水星軌道的影響,從而推導出水星近日點的這種額外進動:
其中,a是行星橢圓的半長軸,T是周期,e是偏心率,c是光速。
對水星來說,這正好是每世紀43角秒,正好是缺失的數量。
在仙女座星系,靠近邊緣的恆星 都以同樣的速度運行。星系的轉動曲線 (銀 是 「平坦的」,這似乎與克卜勒定律相矛盾。更令人吃驚的是,星系外緣附近的恆星轉動得太快了,它們應該會崩潰。
於是乎,魯賓和福特對其進行觀測。結果顯示星系內部有一些質量導致了異常的運動,望遠鏡看不到它們,但數量是發光物質的6倍。魯賓和福特首次將「缺失質量」稱為「暗物質」,因為它不發光。人們後來發現宇宙的總質量-能量包括5%的普通物質和能量,27%的暗物質和68%的暗能量。宇宙中有85%的物質不發光。