基本的物理常识有哪些？| 问答

原创 2016-04-08 sym 等 中科院物理所

Tada~ 一周过得好快！从本期开始，我们的问答专栏将会把问题拉开梯度并按照难度排序啦。越到后面意味着我们的问题就会越难。我们的第一个回答也许完全不需要任何基础就可以看懂，但我们的最后一个回答的水准可能会上升到研究生层次哦^^。闲话少说，那我们就开始闯关吧！

p.s. 文末有投票

求问物理君，这个公众号的内容适不适合我们这种普通中学生看呀，尽管你们有些讲的很通俗，可是作为学生党小白的我感觉还是得掌握一些专业知识才能看得懂呀，对于这类科学知识的积累得从哪里开始往啥方向走呢？

by 雪海无疆

首先说结论：我们公众号是完全适合中学生看的。而且从后台数据的反馈来看，我们公众号的用户中中学生是占了不小的比重的。作为一个立志于向广大公众传播优秀的科学知识和正确的科学精神的公益公众号，一直以来我们都特别注意在选题和行文上的平衡，既要传播“干货”，又要尽量减轻阅读的门槛跟负担。在这一点上，我们的希望是让所有的中学同学以及非物理专业的同学都能从我们公众号上得到收获。为此，我们编辑的大多数头条，公开课，以及后续推出的专栏都是不需要太多的物理知识的。但另一方面，我们公众号的粉丝也涵盖着物理系专业的本科生，研究生，包括物理教授和研究员。所以我们依然会提供少量的相当专业的内容（比如我们的专题“进展”）。看不懂不要怕，没有关系，没有人能把物理完全看懂啊（苦笑对于科学知识的积累，我们的建议是：跟着教材走。没事看看我们公众号也是极好的~

基本的物理常识有哪些？

by 匿名

简单的物理常识有很多，牛顿定律啊热力学定律啊。但本人觉得最重要的这三条：

1，物理是一个以实验为基准的实证学科。不是一门光靠空想和思辨的“哲学”。

2，物理不是真理。

3，但物理更接近真理。

锂电池充满电后比没有电时质量上有变化吗？如果有，会是多少个电子质量？其它类型的充电电池呢？谢谢！孩子提问的问题，问了很多物理老师解答不一。非常感谢！

by 童童是株向日葵

以手机锂电池为例（磷酸铁锂）。它在充满电后和没有电时的电子数量是一样多的。所谓充电不过是把正极的电子运到了负极去，以化学能（平衡态的化学能本质上就是库伦势能）的形式储存在那里。放电过程不过是电子自己从负极跑到正极。在这个过程中由于负极失去电子正极得到电子所以正负极内部的化合物都在变化，这个变化的过程就是释放化学能的过程。所以如果是经典物理的范畴的话，质量是不变的。如果硬要考虑相对论效应, 以一个3V100mAh的电池为例。它充满电后能量增加1080焦耳，E=mc^2,折合1.2*10^(-14)kg。

基础物理在最近百年几乎么有根本性的突破和飞跃，现在的条件强了太多但是仍旧是在验证【比如引力波】以往的成果物理学就是再等待天才吗？

by 船长

基础物理近百年的突破挺多的。包括但不限于量子场论，QED，非阿贝尔规范场论，QCD，标准模型，弦论，超对称，超弦，暴涨理论，朗道相变理论，朗道费米液体理论，超导BCS理论，超流，拓扑绝缘体，量子霍尔效应。不过都超纲了（笑

一束光靠近某大质量天体时，引力会对其做正功，远离时引力会对其做负功，根据能量守恒，光速应该会增加，为什么说光速不变？by 梅飞瑟舞

因为光是光速运动的无质量粒子，这时候直接套用经典的动能公式当然是不对的。不过这个地方引力势能倒是的确会对光子做功。不过改变的不是光子的速度，而是光子的频率。一个光子要逃离一个引力场，它的频率会变小。根据量子力学中的E=hv，频率正比于能量，所以光子的能量也变小了。这叫引力红移。

能否从物理的角度解释张量？

by 黄幸问

物理的角度：一个张量就是当坐标系变换之后每一个指标都随着坐标系的变换协变或者逆变的量。所谓协变就是变换形式和坐标轴变换形式一样，所谓逆变就是变换形式和坐标轴变换形式相反。如果把物理量定义成张量，就可以保证物理量在坐标系变换下不变了。比如相对论中能量和质量都随着参考系变化，但是能动量张量就不变。

更数学的定义：一个张量就是一个多重线性映射T（v1,v2,….,vn）。把多个向量映射成一个数。其中对任一向量满足线性性 T（v1+u1,v2……,vn）=T(v1,v2……,vn) + T(u1,v2,……vn)

哪种材料可以取代硅，成为下一代支持微电子产业发展的材料？

by 梁斌熙

随着加工技术的进步，硅材料在微电子产业领域还能走很长一段时间，硅材料的加工工艺已经相当成熟，不是说取代就能取代的。我们现在研究新材料，并不是抱着取代硅的目的去的，只是说我们希望能找到性能更好的材料来满足不同领域的需求。任何一种材料都有自己独特的性能，现在还没有某一种材料能面面俱到，新材料能做的就是因材施用，取长补短。举个例子，像现在比较火的石墨烯，它与硅相比，迁移率高，电导率高，柔性透明，因此在透明柔性导电膜领域有着潜在的应用价值，但石墨烯也有它的问题，开关比很低，无法用于逻辑器件。再举个例子，现在兴起的类石墨烯二维半导体材料，与石墨烯相比，虽然迁移率不够高，但光电性能非常独特，对于研究单光子激光器等光电器件非常重要。所以说，信息社会是一个多样化的社会，材料也是多样化的，各种材料互帮互助，能满足社会进步的需求才是最重要的。

请问专家，物体所带电荷为何是量子化的，请从理论解释一下。谢谢您

by 书香世界

物体所带电荷为何是量子化的，请从理论解释一下。电场来源于物质所带的电荷，电荷是我们物质世界中某些基本单元（比如电子，质子）所带的本征性质。不能离开基本粒子讨论。我们所知道的基本带电粒子比如电子是全同粒子，性质完全相同，那么每个基本粒子所带电荷也相同，我们所测量到的物质的总电荷数就是这些基本电荷的整数倍。也就是量子化的。

当然，一个电子或者质子的电量并不是电荷的基本单元，我们已经知道构筑质子中子等粒子的更基本单元夸克具有分数形电荷。有可能是1/3或2/3电子电量。但只要我们相信物质是由简单的几种基本粒子构成的话，电荷的量子化就是不可避免的结果。在凝聚态物理的试验和理论探索中，最近几十年还有一个另外的分数形电荷的概念，这类概念指的是基本电荷在外界环境中（比如磁场）的集体运动，表现出一种“准粒子”的元激发行为，这种时候人们也观察到了分数形的电荷运动行为。这种准粒子并不是我们通常意义上的粒子。但这类研究对基础物理的认识同样具有深远的意义。

如果进一步思考我们物质世界的本源性的话，麻省理工学院的文小刚教授提出世界的本源是元激发，基本粒子是一个结论而不是原因。这也是一种新的思路。

我想了解一下凝聚态理论中chern-number的相关知识

by Kollo

陈数 (Chern number) 以华人数学家陈省身先生命名，是一个标记流形整体结构的拓扑不变量。

在八十年代，物理学家们发现陈数刚好对应了二维电子气在强磁场下的横向电导量子化平台，从而给这个实验现象以拓扑的解释。近年来，人们在一些有额外对称性的情况下发现了更多的这类拓扑不变量。它们可以用来标记凝聚态物理中新发现的多种拓扑绝缘体。

感兴趣的话可以参见 D. J. Thouless 的这本书

Topological Quantum Numbers in Nonrelativistic Physics

http://www.worldscientific.com/worldscibooks/10.1142/3318

特别致谢 W.J. Liang, L. Wang & R. Yang 参与部分问题的讨论和回答！

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