主题：【原创】疯狂科学家的公式化生存（一） -- 游识猷

看不到图的翻墙河友可以直接在墙内看松鼠会的链接——

http://songshuhui.net/archives/39756.html

这个世界在你眼中是何面目？每个人的答案必定都有所不同。真实的世界已经被我们每个人的感知加以精简提炼，而足够疯狂的科学家又能把感知传来的信息再度抽象成一个个公式。最近煎蛋（http://jandan.net/2010/06/21/how-scientists-see-the-world.html）上就转载了一幅非常有趣的漫画，题为《科学家是怎样看待世界的？》。

这幅漫画的原图来自博客Abstruse Goose ，http://abstrusegoose.com/。原图的右下角还可以找到作者的签名——全玄鸿。

在漫画底下，全玄鸿还引述了美国天文学家兼科普作家卡尔·萨根（Carl Sagan）的名言：“科学与其说是大量知识的汇总，不如说是一种思考方式。”（Science is a way of thinking much more than it is a body of knowledge.）

假如你看了这幅图后大感兴趣，也想“借我借我一双慧眼吧”，就让我们试着用这名疯狂科学家的双眼（与思维）来好好“把这世界看个清清楚楚明明白白真真切切”。

所谓科学家，就是专从司空见惯的日常生活中琢磨门门道道的人。知其然，更要知其所以然，于是他们折腾出了一门门学科——

核物理学

看到太阳发光发热是不够的，还要知道是什么支撑着我们赖以生存的生命之源始终向外辐射着能量。

反应式1实际上就是在太阳核心所发生的核聚变反应方程式。：两个轻核聚合成一个重核，在此过程中损失质量，根据爱因斯坦的著名方程E=mc2, 损失的质量转化为能量放出。太阳以及比太阳轻的恒星中主要发生的是质子-质子链反应（PP链反应），反应分三步骤。首先两个氢原子聚变成一个氘，同时释放出一个正电子、一个中微子与能量——这一步骤速度特别特别缓慢，不过也正因如此，据NASA估算，太阳在已经燃烧的45亿年中，才不过消耗了自身质量的0.03%。

紧接着，一个氢原子加一个氘聚集成一个较轻的氦同位素（氦-3），释放出的能量以γ射线的形式被光子带走。

最后一步反应有四种可能的路径——pp1、pp2、pp3、pp4——来形成氦的较重同位素。在太阳中，占所有反应86%的主流路径就是漫画里列出的pp1分支，氦-4（4He）由两个融合而成，并释放出两个质子外加大量能量。

经典电磁学

我们天天被光所包围。但光是什么？荷兰的惠更斯说，光是波动。牛顿说，胡说，光是微粒。爱因斯坦说，你俩都错了，光有波粒二象性，于是爱因斯坦捧走了诺贝尔物理学奖。

惠更斯：……

牛顿：…………

牛顿的老乡，物理学家麦克斯韦挠挠头想了想，说：既然有波粒二象性，那光表现为电磁波时，就得服从我的麦克斯韦方程组。

编号为2的四个方程，就是麦克斯韦方程组（Maxwell’s equations）的微分形式。

麦克斯韦在19世纪建立了这一组方程，用来描述空间某区域中的电磁场量(D、E、B、H)与电荷密度（ρ）、电流密度（J）之间的关系。四个方程分别回答了如下四个命题：电荷如何产生电场（高斯定理）；磁单极子不存在（高斯磁定律）；电流和变化的电场怎样产生磁场（麦克斯韦-安培定律），以及变化的磁场如何产生电场（法拉第电磁感应定律）。

经典物理学与相对论物理学

地球缘何会绕着太阳旋转，而非孤独冰冷地向宇宙边缘独行？

太阳底下编号为3的两个公式就在以各自的角度阐述这个问题。它们分别是牛顿的万有引力定律（law of gravitation）与爱因斯坦引力场方程式（Einstein field equation）。

传说当年一颗苹果落下，砸出了牛顿君的万有引力定律，万有引力是自然界四大基本相互作用之一，另外三种分别是电磁相互作用、弱相互作用及强相互作用。牛顿发现。任何物体之间都有相互吸引力，力的大小与各个物体的质量成正比，而与它们之间距离的平方成反比。如果用m1、m2表示两个物体的质量，r表示它们间的距离，则物体间相互吸引力可被写成公式如下——

话说十七世纪，牛顿的这个万有引力帖子一出，那是万国来朝，贴了几百年，众回帖者只有赞的没有弹的。直到二十世纪初，有人踢馆来了。

爱因斯坦：你当初推导这个方程时其实有个隐含假设，认为引力在宇宙间传播不需要时间，即相当于引力的速度是无限的。但引力传播的速度不可能超过光速，所以你又错了。（咦，我为什么要说又？）

牛顿：……How old are you？（怎么老是你？）

爱因斯坦：其实引力不是原因。引力是时空局域几何性质的表现。你测量到的所谓引力导致的天体运行轨道弯曲是缘于物质对四元时空的扭曲。这些在我的广义相对论中都有提及。

牛顿：……

爱因斯坦：请看我的场公式，它更完美地解决了水星近日点的进动问题——

牛顿：…………既生牛，何生爱！

总之，在牛顿创立的经典力学独领风骚几百年后，爱因斯坦创立的相对论因为能更好地解释宇宙间的一些现象而取而代之。所谓科学理论，就是可以不断证伪与修正的理论。没有最佳，只有更佳。

游识猷:【原创】疯狂科学家的公式化生存（二）

游识猷:【原创】疯狂科学家的公式化生存（三）

强烈推荐此回帖

冷原子:好文章，请允许鸡蛋里挑两个骨头

• 【整理】西河文萃第31期 2010年07月30日