统领宇宙的24个公式
看标题就嗅觉很好坏是吧,哈哈。
这24个公式天然不是我转头出来的,而是一册书《统领宇宙的24个公式》。说真话,这个标题真的很眩惑我,因为行动一个数学建模者,我特殊了了最大批的数学模子便是公式,这些公式凝结了天然和社会顺次,咱们也不错借它们进行推理和讹诈。
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就比如 “好意思到惊东谈主”的欧拉等式:
还有从偏差值到股票瞻望齐能用到的 “数据之王”高斯公式:
高斯公式,又称正态散布公式,描述了许多天然状况中的概率散布,是统计学和概率论的基石。
还有特殊知名的 “万有引力”公式:
这个公式由牛顿建议,描述了两个质地物体之间的引力大小,它不仅在天体畅通中至关伏击,在许多工程学讹诈中也有着世俗的讹诈。上述是咱们较为练习的,然则真的来归纳“统领宇宙的公式”我还真归纳不出来,也莫得那么大的语气哈哈。
《统领宇宙的24个公式》这本书的作家是高水裕(日本作家),曾任东京大学推敲生院科学推敲科大爆炸推敲中心特聘推敲员、京齐大学基础物理推敲所日本学术振兴会非常推敲员,2013年赴英国剑桥大学讹诈数学及表面物理学系表面宇宙学中心学习,师从中心主任斯蒂芬·霍金。
这本书里所所说的宇宙真的是果真的宇宙,作家的专科主义呢亦然宇宙学。我以为不错相识为是物理学中那些至关伏击的公式。底下我就列举一下,以飨读者。
爱因斯坦方程爱因斯坦广义相对论的中枢公式,被称为爱因斯坦场方程:
其中, 默示爱因斯坦张量,描述时空的曲率; 是宇宙常数,默示真空能量的密度; 是度规张量,描述时空的几何性质; 是应力-能量张量,描述物资和能量的散布。这个方程揭示了物资和能量怎么影响时空的攻击。
爱因斯坦场方程不仅是广义相对论的基石,亦然当代宇宙学的伏击表面基础。它评释了多样天文状况,如引力透镜效应、黑洞、引力波等,还匡助咱们相识宇宙的延迟、暗能量的存在等宇宙学贵重。
弗里德曼方程这是弗里德曼方程的一个具体花式,频频称为第一弗里德曼方程:
其中:
是哈勃参数,默示宇宙延迟的速率。 是引力常数。 是能量密度。 是空间曲率参数,取值不错是 或 1 ,分裂对应于敞开、平坦和阻塞的宇宙。 是光速。 是圭臬因子,描述宇宙的相对大小,随技术变化。 是宇宙常数,频频与暗能量推敲。这个方程抒发了宇宙延迟速率(通过哈勃参数 默示)与宇宙中物资和能量的散布(通过能量密度 默示)、空间的几何性质(通过曲率参数 默示)以及暗能量(通过宇宙常数 默示)之间的相关。
史瓦西解底下是史瓦西解的度规花式,描述了在球对称、静态且无电荷的情况下,时空的攻击。这是描述非旋转黑洞的一个经典公式。具体花式如下:
其中:
是史瓦西半径,界说为 ,其中 是引力常数, 是天体的质地, 是光速。 是从中心天体到不雅察者的径向距离。 是技术坐标。 是单元球面上的角度元,默示为 ,其中 和 分裂是极角和处所角。这个度规描述了一个球对称的时空,其引力场由中心天体的质地 决定。在 处,度规出现奇点,即事件视界。在这个半径内的任何物资和光齐无法脱逃,酿成了黑洞。
引力波波动方程引力波是广义相对论的一种伏击预言,描述的是时空曲率的扰动以波的花式传播。引力波的波动方程不错写成:
其中:
默示时空扰动的幅度,它是度规张量的一个小扰动部分。 是光速。 是技术坐标。 是拉普拉斯算子,默示空间上的二阶导数。更精明地,度规张量不错默示为:
其中 是笔直时空中的度规张量(如闵可夫斯基度规),而 是引力波导致的轻微扰动。
这个方程标明,引力波以光速 在时空中传播,相通于电磁波在电磁场中的传播。通过测量 的变化,不错探伤到引力波的存在。
泊松方程泊松方程(Poisson's equation)在物理学中有世俗讹诈,非常是在引力表面和电势表面中。泊松方程的花式如下:
其中:
是拉普拉斯算子,默示二阶空间导数: 是引力势或电势。 是引力常数。 是质地密度或电荷密度。在引力表面中,泊松方程描述了引力势 与质地密度 之间的相关。这个方程是在牛顿引力表面中的一个基本方程,用于策画静态质地散布下的引力势。
测地线方程测地线方程描述了粒子在曲率时空中的解放畅通轨迹,是广义相对论中的一个伏击方程。测地线方程的花式如下:
其中:
是粒子的四维时空坐标。 是固恐怕或参数化弧线的参数。 是克里斯托费尔记号,默示时空的继续统统,其界说为: 是粒子的四维速率。这个方程描述了粒子在莫得外力作用下沿着时空的测地线畅通,即沿着使旅途长度极小或极大的旅途畅通。在广义相对论中,这意味着粒子在引力场中沿着由时空曲率决定的天然旅途畅通。
不细则性旨趣不细则性旨趣(Uncertainty Principle)是量子力学中的一个基应许趣,由海森堡(Werner Heisenberg)在1927年建议。这个旨趣标明在量子系统中,某些物理量对的测量存在一个不可幸免的最小不细则度。它的一个经典花式是:
其中:
是位置的不细则度。 是动量的不细则度。 是普朗克常数。这个不等式意味着,位置和动量不可同期被精准测定。要是一个粒子的位置被测定得特殊精准(即 很小),那么它的动量将具有很大的不细则度(即 很大),反之亦然。
好啦,不可再写了,再写著述就没东谈主看了。其余的公式还包括德罗布意相关、薛定谔方程、狄拉克方程、普朗克长度、质能方程、洛伦兹变换、麦克斯韦方程组等。
谈一下我读这本书的几点感受。
作家东谈主还怪好的,哈哈。上头公式内部有许多记号,驰念读者不会读还有意评释了读法,况兼让读者手抄一遍,比如:
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读这本书,像是随着宇宙学家讲故事,天然许多故事生手东谈主听起来不好相识。书中作家会讲这个公式是谁发现的、他奈何发现的以及推敲的故事。
归纳的这24个公式很有价值。天然,这无谓我说,听名字就“著明遐尔”,但对于一个思要探求宇宙真谛的学习者而言,无疑是引颈了主义。
这本书的阅读是有门槛的。它完全不是一个零基础就能读懂的科普书。就看许多公式中不解觉厉的高级数学记号,看懂式子就依然进攻易了,更何况公式的潜入内涵。要是真要完全讲了了,十本书应该亦然不够的。它相比稳当对物理学有一定基础的本科生(天然基础好的高中物理竞赛学生大约也不错)。
天然,要是你以为看了这本书,知谈了这24个伏击公式依然是“开卷有利”了,那天然亦然没问题的,毕竟群众的阅读目的是不同的。完全读懂,需要一定的物理常识储备,我也只可相识其中一部分。
好啦,以上是对于《统领宇宙的24个公式》一书我的阅读感受,感酷爱酷爱的读者不错尝试一下。也接待群众在挑剔区留言。
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