人人都能掌握牛顿力学
周末看了看法拉第、麦克斯韦以及电磁学的历史。本来想录播客讲讲的，但是没有得到另一位主播支持。所以写微博吧。
麦克斯韦堪称物理学承前继后的分水岭：在麦克斯韦之前，物理学主要是牛顿力学，大家研究和描述的是看得见摸得着的东西；麦克斯韦之伟大，在于他建立了完全抽象的物理概念，比如电场、磁场。这些概念并没有对应的物理 entities。他们的存在和特性，完全是通过数学语言描述。此后，物理学家们研究的对象越来越抽象，越来越变成一堆数学概念彼此作用。
中学的时候，我的好朋友 WY （也是数理学霸）有一次说：高中电磁学搞不明白，还情有可原，因为很抽象。但是初中的经典力学（即牛顿力学）有人也学不好，这非常奇怪。因为都是看得见摸得着的东西（滑轮、杠杆）。初中物理学不好，只能说是缺乏常识 (common sense)。
Bro 之前曾经在播客中惊呼：data 和 procedure 是一个东西（并且试图得到另一位主播的共鸣）。截图是来自 computer science 经典教材 SICP，其中用 procedures 实现了data。实际上，你并不 care how data is implemented, via some actual data structure or a collection of procedures, 只要它给出预期的行为即可。
麦克斯韦向我们展示，我们所能直接感受到的物理世界，其更底层有着一套数学性质，甚至比我们看得见摸得着的 “物理层” 更加基础！而我们也并不 care 这个世界到底是怎么搭建出来的，只要苹果还是落地，火箭能够上天，就可以了。麦克斯韦把物理学家（或者说全人类）从肉身能够直接观察的局限中 free 出来，让我们通过符号 (symbols) 和思考就能够理解和摆弄（manipulate) 物理层下更基础的数学层。就好像麦克斯韦参透了 matrix 只是幻象，直接用意识摆弄源代码。
麦克斯韦 set us free, 所以伟大！
有一次爱因斯坦讲座的时候，有人说：“您是站在了牛顿的肩上”。爱因斯坦马上纠正道：“不是牛顿。我站在麦克斯韦的肩上”。
PS 另外，the least you can do is master Newtonian Mechanics, you don't even need the red pill （你起码应该掌握牛顿力学，你甚至不需要吃红药丸就能做到）。
周末看了看法拉第、麦克斯韦以及电磁学的历史。本来想录播客讲讲的，但是没有得到另一位主播支持。所以写微博吧。
麦克斯韦堪称物理学承前继后的分水岭：在麦克斯韦之前，物理学主要是牛顿力学，大家研究和描述的是看得见摸得着的东西；麦克斯韦之伟大，在于他建立了完全抽象的物理概念，比如电场、磁场。这些概念并没有对应的物理 entities。他们的存在和特性，完全是通过数学语言描述。此后，物理学家们研究的对象越来越抽象，越来越变成一堆数学概念彼此作用。
中学的时候，我的好朋友 WY （也是数理学霸）有一次说：高中电磁学搞不明白，还情有可原，因为很抽象。但是初中的经典力学（即牛顿力学）有人也学不好，这非常奇怪。因为都是看得见摸得着的东西（滑轮、杠杆）。初中物理学不好，只能说是缺乏常识 (common sense)。
Bro 之前曾经在播客中惊呼：data 和 procedure 是一个东西（并且试图得到另一位主播的共鸣）。截图是来自 computer science 经典教材 SICP，其中用 procedures 实现了data。实际上，你并不 care how data is implemented, via some actual data structure or a collection of procedures, 只要它给出预期的行为即可。
麦克斯韦向我们展示，我们所能直接感受到的物理世界，其更底层有着一套数学性质，甚至比我们看得见摸得着的 “物理层” 更加基础！而我们也并不 care 这个世界到底是怎么搭建出来的，只要苹果还是落地，火箭能够上天，就可以了。麦克斯韦把物理学家（或者说全人类）从肉身能够直接观察的局限中 free 出来，让我们通过符号 (symbols) 和思考就能够理解和摆弄（manipulate) 物理层下更基础的数学层。就好像麦克斯韦参透了 matrix 只是幻象，直接用意识摆弄源代码。
麦克斯韦 set us free, 所以伟大！
有一次爱因斯坦讲座的时候，有人说：“您是站在了牛顿的肩上”。爱因斯坦马上纠正道：“不是牛顿。我站在麦克斯韦的肩上”。
PS 另外，the least you can do is master Newtonian Mechanics, you don't even need the red pill （你起码应该掌握牛顿力学，你甚至不需要吃红药丸就能做到）。
【失望！太阳可能会最终“吞掉”地球，到时我们该何去何从？】失望！太阳可能会最终“吞掉”地球
关于太阳和地球的最终结局，我给大家带来了一些好消息和不好的消息。
好消息是当太阳开始死亡并膨胀成一颗红巨星时，我们会拥有一个很好的“座席”来观察这个场景。
而不幸的消息是：这个“座席”将位于太阳内部！
怎么样？
不过也不用太过恐慌，因为你可以等到70亿年后再担心这些，那时这一幕才会上演。
关于像太阳这种恒星的死亡问题，几天前我写过一些内容，这里再简要概括一下：
太阳当前是一颗非常稳定的恒星，氢在其内核进行聚变反应，转化为氦和能量。从内核释放到外层的能量支撑着太阳的膨胀，就像一个鼓起来的热气球一样。这个过程已经进行了40亿年，这就是我们当下所处的阶段。
但是随着时间的推移，太阳内核的氦元素越积越多，而氦只有在更高的压力和温度下才会参与聚变，因此内核的氦元素只是惰性的待在那里并缓慢的被加热而已。大约60亿年之后，内核的氢元素耗尽，内核将收缩并升温，导致氢元素在内核外形成一个比较薄的核聚变的壳层，然后导致更多的氦加入内核，内核进一步压缩并升温，再过几亿年之后，即可达到氦元素核聚变的临界点，导致氦开始进行核聚变反应。上面的过程不断重复，但氦聚变成了碳和氧元素，在内核中开始积累，并释放大量能量。
这个过程在太阳核心的深处发生，而外层会受到影响，虽然缓慢，但确实会受到影响。当氢的外壳聚变反应时，外层将会极大的膨胀，使太阳变为一颗红巨星，而当氦开始聚变反应时，它将会缩小一些，然后又由于碳和氧的堆积再次膨胀。
图中左下角的那个小黄点是当前处于主序星阶段的太阳大小（140万公里，0.01天文单位），约70亿年后它会膨胀到红色区域这么大（1.5亿公里，将近2个天文单位，一个天文单位是当前地球和太阳的平均距离）。
贡献者：乌娜•瑞塞内
这个看上去有点有趣，当然这个有趣的意思是指向太阳系内侧的行星点燃一个喷灯！
当太阳变成红巨星时，它会膨胀到吞没水星和金星，这两颗行星会在太阳内部幸存一阵子，然后在等离子体中它们会越转越慢，逐渐落向太阳核心并最终被汽化。
而地球的命运并不太确定。当太阳膨胀时，它会向外吹出一种亚原子粒子形成的风，和太阳风类似，但是要致密的多。而太阳会失去部分质量，导致它的引力下降，引起行星轨道的扩张。但是地球恰好在被太阳吞没和逃离太阳的分界线附近，它的命运要看具体的物理情况，比如太阳究竟会失去多少质量。我已经在各个期刊上看到来来回回的反复争论了。
这幅艺术想象图描述了当太阳成为红巨星时，如果地球处于太阳外面，它是如何遭受炙烤的。
贡献者：维基共享资源
我最近正好和以前的硕士学位顾问诺姆•索克讨论过濒死恒星的事情，他随口提起他做过的数学计算。在2018年发表的一篇论文中，他研究了太阳究竟会失去多少质量的问题，如果一颗濒死恒星吞噬一颗木星一样大的行星，那么这颗大行星在旋转过程中会带走恒星的很多物质，就像一个叉子搅起一碗生鸡蛋一样。然后恒星就会旋转得更快，导致它更容易抛掉物质。许多恒星在它们附近都存在这种大质量的行星。
但是如果恒星周围缺少这种大质量行星，它就不会失去那么多质量，也就是在恒星的扩张过程中，它仍然可以抓住它近处的行星。
是的，我们太阳系正属于这种情况，水星和金星并不会在太阳内部掀起什么风浪，它们只会渐渐死亡，因此太阳风不会很强，太阳也会保住更多的质量，它的引力不会下降得很厉害。
这意味着地球会位于太阳这颗红巨星之内，遭到太阳的吞噬。
此图上半部分表示从现在往后75亿年开始，太阳半径相对于当前太阳半径的变化，而下半部分的图表示以地球轨道大小来衡量的太阳半径。不同的颜色表示不同的物理模型计算结果，但总之我们会看到太阳不断的扩张、收缩、再扩张的变化。下半部分图中，当太阳大小（以地球轨道大小来衡量）大于1时，地球便处于太阳之中了。可以看出，在某些模型中会出现这样的结果。
贡献者：索巴齐、索克
注意，即使是另一种情况也很不妙。那时地球就算位于太阳的外面，太阳也会膨胀到占满地球的天空，它的热量足以让地球的岩石沸腾，因此无论地球在太阳的内部还是外部，这只是一个技术性的细节问题。不管是哪种结局，我们的行星都会被烤熟。
再提醒你一下，我们讨论的事情距离目前有70到80亿年，如果你在担心你的养老金和即将到来的选举，那么不用担心它的影响。并且太阳在缓慢的升温，大概几亿年之后，地球就将无法居住。
好可怕！
我真的希望在那遥远的未来无论人类变成什么样子，我们能够在星系中寻找更凉爽的地方。谁知道呢，也许我们会把地球拖到一个安全距离上（当然，坦率地说，这比较难，因为当太阳进入红巨星阶段时，它的波动很大，地球将需要时不时的进行拖动才行）
我一般会从科学价值方面去看待事情，甚至也会有感性的时候，但是我们还需要关注更多的事情。对未来的探索总是非常有趣的，我们会学到很多，但是我学到的是我们需要珍惜当下的时光，并不懈努力以获得最好的结果。没有什么是永久存在的，即使是恒星和行星。
来源：天文在线
关于太阳和地球的最终结局，我给大家带来了一些好消息和不好的消息。
好消息是当太阳开始死亡并膨胀成一颗红巨星时，我们会拥有一个很好的“座席”来观察这个场景。
而不幸的消息是：这个“座席”将位于太阳内部！
怎么样？
不过也不用太过恐慌，因为你可以等到70亿年后再担心这些，那时这一幕才会上演。
关于像太阳这种恒星的死亡问题，几天前我写过一些内容，这里再简要概括一下：
太阳当前是一颗非常稳定的恒星，氢在其内核进行聚变反应，转化为氦和能量。从内核释放到外层的能量支撑着太阳的膨胀，就像一个鼓起来的热气球一样。这个过程已经进行了40亿年，这就是我们当下所处的阶段。
但是随着时间的推移，太阳内核的氦元素越积越多，而氦只有在更高的压力和温度下才会参与聚变，因此内核的氦元素只是惰性的待在那里并缓慢的被加热而已。大约60亿年之后，内核的氢元素耗尽，内核将收缩并升温，导致氢元素在内核外形成一个比较薄的核聚变的壳层，然后导致更多的氦加入内核，内核进一步压缩并升温，再过几亿年之后，即可达到氦元素核聚变的临界点，导致氦开始进行核聚变反应。上面的过程不断重复，但氦聚变成了碳和氧元素，在内核中开始积累，并释放大量能量。
这个过程在太阳核心的深处发生，而外层会受到影响，虽然缓慢，但确实会受到影响。当氢的外壳聚变反应时，外层将会极大的膨胀，使太阳变为一颗红巨星，而当氦开始聚变反应时，它将会缩小一些，然后又由于碳和氧的堆积再次膨胀。
图中左下角的那个小黄点是当前处于主序星阶段的太阳大小（140万公里，0.01天文单位），约70亿年后它会膨胀到红色区域这么大（1.5亿公里，将近2个天文单位，一个天文单位是当前地球和太阳的平均距离）。
贡献者：乌娜•瑞塞内
这个看上去有点有趣，当然这个有趣的意思是指向太阳系内侧的行星点燃一个喷灯！
当太阳变成红巨星时，它会膨胀到吞没水星和金星，这两颗行星会在太阳内部幸存一阵子，然后在等离子体中它们会越转越慢，逐渐落向太阳核心并最终被汽化。
而地球的命运并不太确定。当太阳膨胀时，它会向外吹出一种亚原子粒子形成的风，和太阳风类似，但是要致密的多。而太阳会失去部分质量，导致它的引力下降，引起行星轨道的扩张。但是地球恰好在被太阳吞没和逃离太阳的分界线附近，它的命运要看具体的物理情况，比如太阳究竟会失去多少质量。我已经在各个期刊上看到来来回回的反复争论了。
这幅艺术想象图描述了当太阳成为红巨星时，如果地球处于太阳外面，它是如何遭受炙烤的。
贡献者：维基共享资源
我最近正好和以前的硕士学位顾问诺姆•索克讨论过濒死恒星的事情，他随口提起他做过的数学计算。在2018年发表的一篇论文中，他研究了太阳究竟会失去多少质量的问题，如果一颗濒死恒星吞噬一颗木星一样大的行星，那么这颗大行星在旋转过程中会带走恒星的很多物质，就像一个叉子搅起一碗生鸡蛋一样。然后恒星就会旋转得更快，导致它更容易抛掉物质。许多恒星在它们附近都存在这种大质量的行星。
但是如果恒星周围缺少这种大质量行星，它就不会失去那么多质量，也就是在恒星的扩张过程中，它仍然可以抓住它近处的行星。
是的，我们太阳系正属于这种情况，水星和金星并不会在太阳内部掀起什么风浪，它们只会渐渐死亡，因此太阳风不会很强，太阳也会保住更多的质量，它的引力不会下降得很厉害。
这意味着地球会位于太阳这颗红巨星之内，遭到太阳的吞噬。
此图上半部分表示从现在往后75亿年开始，太阳半径相对于当前太阳半径的变化，而下半部分的图表示以地球轨道大小来衡量的太阳半径。不同的颜色表示不同的物理模型计算结果，但总之我们会看到太阳不断的扩张、收缩、再扩张的变化。下半部分图中，当太阳大小（以地球轨道大小来衡量）大于1时，地球便处于太阳之中了。可以看出，在某些模型中会出现这样的结果。
贡献者：索巴齐、索克
注意，即使是另一种情况也很不妙。那时地球就算位于太阳的外面，太阳也会膨胀到占满地球的天空，它的热量足以让地球的岩石沸腾，因此无论地球在太阳的内部还是外部，这只是一个技术性的细节问题。不管是哪种结局，我们的行星都会被烤熟。
再提醒你一下，我们讨论的事情距离目前有70到80亿年，如果你在担心你的养老金和即将到来的选举，那么不用担心它的影响。并且太阳在缓慢的升温，大概几亿年之后，地球就将无法居住。
好可怕！
我真的希望在那遥远的未来无论人类变成什么样子，我们能够在星系中寻找更凉爽的地方。谁知道呢，也许我们会把地球拖到一个安全距离上（当然，坦率地说，这比较难，因为当太阳进入红巨星阶段时，它的波动很大，地球将需要时不时的进行拖动才行）
我一般会从科学价值方面去看待事情，甚至也会有感性的时候，但是我们还需要关注更多的事情。对未来的探索总是非常有趣的，我们会学到很多，但是我学到的是我们需要珍惜当下的时光，并不懈努力以获得最好的结果。没有什么是永久存在的，即使是恒星和行星。
来源：天文在线
#如何培养孩子的时间观念#
时间观念是我们经常念叨的好品质，然而什么是时间观念？
时间观念是来自人类观察感知到的自然时间或物理时间。人类的时间观念主要来源于观察到的自然运动（含天体运动）和人文运动（含历史进程）的有序性，来源于此等有序运动的节律性或律动性。可观察感知的事像世界的有序性运动及其周而复始、循环渐进的节律或律动，才是人类形成时间观念的真正源泉。
好像和我们想象中的含义差异很大啊。但是从这些定义中我们能获得一个核心又关键的内容，那就是“人类通过观察感知到”。
我们口中希望培养孩子的时间观念的说法，多数是希望他能够具备以下的品质：守时，不迟到；珍惜时间，不无谓浪费；有紧迫感，有效率意识。
那么，如何能够让他具备？“人类通过观察感知到”给了我们基本的原则，那就是要让他能够切身体会到，而不是将这些品质一遍一遍地讲给他听。这时候你可能会说，我不光是念他，我和他平心静气的商量好，订好时间，结果，过会儿一看，他还在那里磨磨蹭蹭没开始。
这里就必须要插播一个概念，就是时间观念分类：自然时间、人文时间和心理时间。自然时间就是物理时间；人文时间的核心部分是历史时间；心理时间的核心部分是体验时间。物理时间大家都一样，历史时间和我们日常相关性不大，因此在我们口中常说的时间观念，多数是指心理时间体验时间的范畴。
每个人的体验时间都是不同的，这里因为是儿童话题，因此只针对一个变量展开，那就是年龄。
不知道大家有没有这种感觉，童年总是觉得时间过的很慢，但是随着年龄的增长，时间流逝得越来越快。心理时间是随着年龄的不同而不同的。我们眼中的5分钟，转瞬即逝，而在孩子们眼里则是值得用牺牲明天的甜点来讨价还价的晚睡时间。
就像金钱对于我们和对于亿万富豪的感觉也是不一样的。重要吗？都很重要，但是感觉是千差万别。所以，当亿万富豪花钱买了一样，你倾家荡产都买不起的东西，还拿来挥霍，你心疼的要命，但他完全无感。反过来说，普通人眼里觉得亿万富翁捐了多少多少钱，简直太不可思议了，然而在他们眼里，感觉也是完全不同的。
所以，不要试图让孩子能够具备和你一样的时间观念，这是一个永远无法完成的任务。要想办法引导他，按照好的时间观念的做事方式来做事，让他体会到这里面的好，或者是体会到不这样做的的坏。他自然而然就能够形成自己的一套时间观念了。
时间观念是我们经常念叨的好品质，然而什么是时间观念？
时间观念是来自人类观察感知到的自然时间或物理时间。人类的时间观念主要来源于观察到的自然运动（含天体运动）和人文运动（含历史进程）的有序性，来源于此等有序运动的节律性或律动性。可观察感知的事像世界的有序性运动及其周而复始、循环渐进的节律或律动，才是人类形成时间观念的真正源泉。
好像和我们想象中的含义差异很大啊。但是从这些定义中我们能获得一个核心又关键的内容，那就是“人类通过观察感知到”。
我们口中希望培养孩子的时间观念的说法，多数是希望他能够具备以下的品质：守时，不迟到；珍惜时间，不无谓浪费；有紧迫感，有效率意识。
那么，如何能够让他具备？“人类通过观察感知到”给了我们基本的原则，那就是要让他能够切身体会到，而不是将这些品质一遍一遍地讲给他听。这时候你可能会说，我不光是念他，我和他平心静气的商量好，订好时间，结果，过会儿一看，他还在那里磨磨蹭蹭没开始。
这里就必须要插播一个概念，就是时间观念分类：自然时间、人文时间和心理时间。自然时间就是物理时间；人文时间的核心部分是历史时间；心理时间的核心部分是体验时间。物理时间大家都一样，历史时间和我们日常相关性不大，因此在我们口中常说的时间观念，多数是指心理时间体验时间的范畴。
每个人的体验时间都是不同的，这里因为是儿童话题，因此只针对一个变量展开，那就是年龄。
不知道大家有没有这种感觉，童年总是觉得时间过的很慢，但是随着年龄的增长，时间流逝得越来越快。心理时间是随着年龄的不同而不同的。我们眼中的5分钟，转瞬即逝，而在孩子们眼里则是值得用牺牲明天的甜点来讨价还价的晚睡时间。
就像金钱对于我们和对于亿万富豪的感觉也是不一样的。重要吗？都很重要，但是感觉是千差万别。所以，当亿万富豪花钱买了一样，你倾家荡产都买不起的东西，还拿来挥霍，你心疼的要命，但他完全无感。反过来说，普通人眼里觉得亿万富翁捐了多少多少钱，简直太不可思议了，然而在他们眼里，感觉也是完全不同的。
所以，不要试图让孩子能够具备和你一样的时间观念，这是一个永远无法完成的任务。要想办法引导他，按照好的时间观念的做事方式来做事，让他体会到这里面的好，或者是体会到不这样做的的坏。他自然而然就能够形成自己的一套时间观念了。
✋热门推荐