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中学时困扰我的几个物理问题

已有 3507 次阅读 2012-2-2 12:03 |个人分类:思考|系统分类:科研笔记| 中学, 物理, 爱因斯坦, 放射性元素

爱因斯坦小时候有两个困扰他的问题,想明白之后就成了狭义相对论和广义相对论。我自然不是老爱那样的人,不过中学时确实有几个困扰我的物理问题,虽然很多现在看起来不是适定(well-defined)的问题。


第一个问题和太阳光谱有关。记得高中物理课本上讲到太阳的夫琅和费光谱时,直接指出,光谱中的吸收线来源于太阳大气。因为太阳色球层大气比太阳表面温度低,所以是吸收线。读到这里的时候,我马上有一个疑问,为什么不是来源于地球大气呢,地球大气温度不是更低么?我问了物理老师,没有得到满意的答案,从此这成为困扰我的一个问题。现在大概清楚了一点,地球大气不是绝对不吸收的,实际上水在红外和亚毫米波段有很多吸收,只不过在可见光波段大气是透明的,没有什么吸收。(至于为什么是这样的,留作思考题。)

第二个问题和放射性元素有关。高中教科书里很少有比较绝对的论述,而对放射性元素衰变速率的论述就是一个。教科书里的说法是放射性元素衰变速率和环境无关,无论是在单质还是化合物中,放射性元素的衰变速率都保持不变。这是非常让我困惑的一个问题,物理老师也没有给我答案。后来我的理解是,衰变和强相互作用有关,而环境中的那些作用力相比强相互作用力都太小,可以忽略。如果环境中有高能粒子存在,衰变速率必然是会变化的。关于这一点,可以想象把放射性元素放到加速器里轰击,放射性元素本身都会发生变化,其衰变速率就更不用说了。最近看到一些报道,有的说衰变速率和太阳活动有关(http://article.yeeyan.org/view/73598/130553/?bsh_bid=71384189),有的说高压对于衰变速率有影响(http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=337097&do=blog&id=527071),还有的提出手性力对衰变速率有较大影响(http://www.cas.cn/ky/kyjz/200609/t20060920_1032501.shtml)。总的来说,衰变速率是很难改变的,但不是不可改变的。这更让我相信:“唯一绝对的就是没有绝对”。

第三个问题和核反应有关。高中课本讲核能的时候说聚变能放出能量,裂变也能放出能量。当时我就困惑了,如果从一个方向是放出能量,那么从另外一个方向应该吸收能量啊?物理老师也被我弄晕了。不过几年以后,物理老师告诉我,其实聚变和裂变都是原子核变得更紧密的过程(所以都要放出结合能)。如果考虑氦变为氢,自然是要吸收能量的,但是裂变说的都是重元素的裂变,所以这里并没有矛盾。关键就在于铁元素是结合最紧密的原子核。所以才可以有轻元素的聚变和重元素的裂变都放出核能。


第四个问题是放射性元素衰变的时候粒子是怎么被射出来的?(这个留作思考题。提示:可以想象一个压紧的弹簧两端放两个小球,两个小球之间用线拴住,然后把线剪断。)

第五个问题是海豚如何跃出水面?(思考题。提示:可以想象把空瓶子按倒水面下,放手。)

列位看官,你们小时候有什么困扰你们的科学问题么?



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