說說那些反直覺的物理學 學理科的可以看看

先來個開胃小圖

你的眼睛會欺騙你，你的耳朵會欺騙你，你的經驗會欺騙你，你的想像力同樣會欺騙你，但是數學不會

沒有那個物理規律是不反直覺的，比如牛頓第一定律就很反直覺，否則就不會坑了亞里士多德，還坑了一千多年。

我們現在覺得他不反直覺，是因為我們上學學過了。

現代物理學有很多反直覺的東西，相對論和量子物理讓人有種豈有此理的感覺，而對於物理學家來說，並不存在什麼」直覺「，閉上嘴，計算它！

我們繼續......

流體力學有個非常有趣的科普實驗，我也就小時候看過一次，是在中國歷史博物館的一次外國科普展和高中那些流體力學實驗比起來，反直覺效果拔群

流程很簡單：一個抽油煙機一樣的裝置，只不過並非吸氣，而是向外噴氣。將一個有一定質量的金屬片，用手托住，水平地，從下往上貼向吹氣口。

當距離靠近風口時，首先你會感到手受到的力量變大，但是當繼續靠近風口時，壓力驟降。這時候鬆手，你會看到，金屬片貼在了風口出。

小時候不懂，當時就眼睛和嘴巴就「三個O」了

以為有什麼機關，走近看，突然發現，風口不是被堵住，而是繼續有風吹出

繼續近距離觀察，發現金屬片居然和風口之間居然還有一小段距離。這個金屬片是懸浮在空中的上面吹風，鐵片有重量，兩者應該都導致鐵片落下，但是他就偏偏懸浮在空中。

這個現象無論你如何用樸素的常識去解釋，都是相悖的。

印象太深刻了，上中學的時候，一直期待流體力學的實驗，但最後見到的卻是吹乒乓球……，當時之失望，直想掀桌而去。

呵呵，相信如果我們教育部門用的是這個實驗來展示流體力學，會讓更多的孩子愛上物理，當然，這裡也理解國內教育資源的匱乏。

但是不妨多辦些有趣的科技展，科學雖好，也需要推銷的。

最後說到原理，其實很簡單，就是伯努利方程，流速越快，壓強越小。壓力差，導致鐵片被大氣壓頂向風口出。懸浮，是重力，空氣推力和大氣壓之間的平衡。

但是真做出來這個裝置，還是需要點小精細的，比如氣流要穩定，不能太大也不能太小。

前面說了，相對論和量子物理中有大量的反直覺的物理現象，說到這兩個理論，就不得不說「光」，人們對於光的興趣，可以說是自古有之，古人千方百計想搞明白光是什麼，於是出現了很多靠譜不靠譜的解釋，亞里士多德說了（怎麼總是他？

），光是一些微小的粒子，由光源發出，這種觀點後來被牛頓寫在他的神書《光學》里，牛爺在這本書里用一系列的推理和實驗支持了光的粒子說，而當時的另一位大牛-惠更斯卻不認可，他說光如果是微粒，為啥對射的兩束光怎麼不會發生光粒的碰撞？於是他也寫了本神書《光論》，並且完美解釋並推導了光的反射折射定律。

此後的一百多年，光的粒子說和波動說，兩方各有道理，但誰也無法拿出對方無可辯駁的實驗來說服對方，波粒大戰從此拉開帷幕，江湖從此血雨腥風，刀光劍影。直到有位年輕人的出現，暫時終結了這場持續百年的紛爭，他就是托馬斯.楊，他用一個家喻戶曉的簡單實驗--光的雙封干涉實驗，來證明了光的波動性，從此，波動說一統江湖。

泊松亮斑

而波粒之爭其實願沒有結束，之後的劇情發現不但反直覺還有這極反轉的劇情，因為泊松亮斑的提出者泊松，是光的波動學的反對者，作為一個理性黑，他通過波動學的計算方式，得出在一個圓片的陰影中心應當出現一個亮點，他覺得這太JB扯淡了，並且認為這個計算結果足夠證明光的波動說是荒謬的。 由於光的衍射，當單色光照射在寬度小於或等於光源波長的小圓板或圓珠時，會在之後的光屏上出現的一個極小的亮斑。

結果菲涅爾和阿拉果通過實驗，發現了這一亮斑！

就這樣，你辛辛苦苦做的用來駁斥對方的論據，反而支持了對方。

波粒之爭我們暫且告一段落，來說說光的另一個反直覺的現象，光速不變。

說到這個話題，幾乎是宇宙吧永恆的日常話題，每隔幾天總會有人拿這個話題水一貼，實在是因為光的這個性質太TM反直覺了，簡直就是豈有此理，它不僅為網友提供了大量的談資，也是困擾一百多年前所有物理學家的主要難題之一。

之所以說它是反直覺的，或者我們換一種說法:有悖常理的，是因為它所違背的「常理」，在我們的思維定式中太根深蒂固了，它甚至違背了經典物理的根基-伽利略變換。什麼是伽利略變換？很簡單，伽利略告訴我們，物體的移動速度並不是恆定不變的，速度這取決於它所對應的參考對象，也就是參考系。比方說，汽車的速度是100km/h，這個速度是相對於靜止物體的速度，另一輛與它同向的車是80km/h，那麼它們之間的相對速度就是20km/h，如果是相向行駛，那它們的相對速度就是180km/h。這沒有問題吧？簡直天經地義，童叟無欺啊，然而這該死的光，卻偏偏很任性，它可不打算遵守這看起來似乎是真理的規律，它很任性的告訴我們:光速對於任何觀察者來說都是相同的（原話為:光在真空中的傳播速度與參考系無關，恆定為C）。

什麼意思呢？假如我們把一束光換成上面例子中的汽車，它的速度是C，那麼另一輛車換成宇宙飛船，它的速度是v，那麼這束光的速度我們在地球上測是C，在飛船上測還是C，而不是C-v或者C+v，無論你跑著測，跳著測，躺著測，還是接近光速飛著去測量，它的速度都是C，即使你逆向光運動去測，它還是C。

光速不變另當時的物理學界有點不知所措，你承認它吧，它和經典物理體系矛盾。不承認呢，又和現實矛盾。所以當時很多科學家都試圖在經典物理學框架內來解釋光速不變，其中有個很牛逼的人，叫洛倫茲，他意識到伽利略變換可能是有問題的，所以他自己搞了個參考系變換，人們叫它洛倫茲變換。這個變換式以光速不變為前提，給出了新的空間速度的關係式。然而這個方程組裡，似乎隱藏著什麼東西，揭去遮蓋它的層層面紗，人們越來越接近真相，而扯開它最後一層遮羞布的人，叫做阿爾伯特.愛因斯坦。

1905年的第一場雪，比以往時候來的更晚一些。

這一年，當時默默無聞的愛因斯坦連續發表了5篇論文，而徹底改變了傳統物理學，奠定了物理學發展的基礎。百年後的2005年（也是愛因斯坦逝世50周年），聯合國將這一年定為國際物理年，以紀念這個物理學的「奇蹟之年」。

在愛因斯坦的這5篇論文中，有一篇名為《論運動物體的電動力學》，被認為是狹義相對論的出生證，愛因斯坦在這篇論文中，以光速不變為基本假設，詳細論證推理了勻速直線運動物體在空間的相對狀態，它將空間與時間聯繫起來，認為它們是互不獨立的整體，形成了新的四維時空觀，也就是說，時間和空間，是一個整體。

而狹相作為一個革命性的理論，它的很多結論都非常的反直覺。

我們來看看狹相的一些結論，看看小愛用光速不變推導出了什麼結論。

1 時間膨脹（速度越快，相對時間就越慢）

2 質量膨脹（速度越快，相對質量就越大）

3 尺縮（速度越快，相對運動方向的長度越短）

4 光速不可超越

5 智能方程

大家應該對狹相併不陌生，初學狹相的人，往往不能拋棄傳統的時間空間概念，不能放棄傳統物理學根深蒂固的「直覺」「常理」，其實當時的很多科學家也是這樣，前面提到的洛倫茲老先生，他至死都不接受相對論，一心想要融合牛頓物理和新時空觀的矛盾，最終帶著遺憾離開。

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