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1700505445 先说说太阳系的“九大行星”吧——说“八大行星”可能更严谨一些。在2006年8月24日于布拉格举行的第26届国际天文联会中通过的第5号决议中,冥王星由于性状与行星不符,所以被划分为“矮行星”,从太阳系“九大行星”中除名。从此,太阳系的“九大行星”就变成“八大行星”了,相关的教科书内容应该也做了相应的修改。
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1700505447 太阳和月亮自不必说,一个是距离地球最近的恒星,一个是地球唯一的卫星——距离地球最近的天体,我们想不发现都不行。有据可考,早在公元前3000年的苏美尔时代(3),人们便发现了水星。不是出于什么特别的原因,而是它距离太阳最近,反射出的太阳光极强,我们用肉眼就能轻易看到它。由于金星、火星、木星、土星的体型较大,所以我们通过肉眼及低倍数的望远镜就能观测到(如图5-7所示)。
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1700505452 图5-7 老式反射望远镜
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1700505454 1781年3月,弗里德里希·威廉·赫歇尔(就是我们前面提到的发现光分七色的那位科学家)发现了天王星。他用自制的15厘米口径的反射望远镜观测双子座的时候,发现一颗陌生的星,这颗星比较亮,可是在星图上却查不到。在改用400倍和900倍的目镜仔细观测之后,确定这不是一颗恒星。慎重起见,赫歇尔连续10个夜晚密切地关注着这颗星,发现它每天都在缓慢地移动(虽然不容易察觉)。他最初向皇家天文学会报告说新发现了一颗彗星,但彗星一般都沿着比较长的椭圆轨道运行,在离太阳很近的时候还会“长”出“尾巴”。可是,这颗新星却不是这样,它的边缘一直比较清晰,丝毫没有彗尾特征,而且它的轨道似乎接近圆形。不久以后,赫歇尔根据观测数据计算出它的轨道近似圆形,距离太阳比土星远了约1倍。这时,他意识到自己发现了一颗新的行星。后来,法国天文学家拉普拉斯算出这颗新星的轨道距太阳19.18天文单位(4)。经过一段时间的观测之后,天文学界终于确定它是太阳系的一颗行星,它与太阳之间的距离比当时所知最远的行星——土星的距离远1倍。赫歇尔发现新行星的消息引起了极大的轰动。这颗行星被命名为“天王星”(Uranus,乌拉诺斯神,取自希腊神话中土星父神的名字,如图5-8所示),赫歇尔也因此一举成名。
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1700505459 图5-8 直径52000千米的天王星体积约为地球的64倍
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1700505461 其实所有的人也都知道,在赫歇尔发现天王星之前,天王星肯定已经在那个位置围绕太阳运行了千百万年了。以前的人没有发现它,不是因为他们都愚蠢且不懂科学,而是受限于科学认知维度的缺乏和观测手段的落后。
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1700505463 后来,当我们拥有巨型射电望远镜之后,就能够观测到130亿光年以外的天体了,人们所能识别的天体数量在这个过程中也迅速增加。2003年,国际天文联合会在悉尼召开的会议上公布,目前已知的恒星数量大概是700万亿亿颗,也就是大约7×1023颗。
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1700505465 从原始的“天圆地方”、“日月金木水火土”,到如今的700万亿亿颗恒星,人类不曾创造,人类的进步仅仅是在感知手段和水平方面。所以,现在也有人说“人类不曾发明任何东西”,言外之意是一切事物早已“客观存在”,只是我们还没有“发现”——这应该是对边界感知能力在人类生存中作用的最夸张的说法了吧。
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1700505467 其实这也说明一个问题——在任何时刻,我们都不能说我们“看到”的一切就是一切,因为我们的感知能力相对这无垠的宇宙是那么有限。
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1700505469 如果我们从数学的角度来认识这个事实,也好有一比。不管在数轴上取一个数值多么大的点,在它的右侧还有无穷多的数字比它的数值大;不管在数轴上取一个数值多么小的点,在它的左侧还有无穷多的数字比它的数值小——我们观测到的数轴上的数值范围,与正负无穷相比是那么有限。这就是人类在不断改进自己认知条件的过程中常常遭遇的困惑,也是人类不断改进自己认知条件的最大动力。
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1700505474 数据科学家养成手册 [:1700503526]
1700505475 数据科学家养成手册 5.4 薛定谔的“喵星人”
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1700505477 埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger,1887年8月~1961年1月,如图5-9所示)是量子物理领域杰出的物理学家,奥地利人,曾在瑞士苏黎世大学、德国柏林大学和奥地利格拉茨大学任教授。
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1700505482 图5-9 埃尔温·薛定谔
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1700505484 薛定谔对量子物理界的最大贡献是以他的名字命名的“薛定谔方程”,也叫“薛定谔波动方程”(Schrodinger Wave Equation)。
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1700505490 最后一个方程是描述一个粒子在三维势场中的定态薛定谔方程。所谓势场,就是粒子在其中会有势能的场,例如电场就是一个带电粒子的势场。所谓定态,就是假设波函数不随时间变化。其中,E是粒子本身的能量;U(x, y, z)是描述势场的函数,假设不随时间变化。薛定谔方程有一个很好的性质,就是时间和空间部分是分立的,求出定态波函数的空间部分,再乘以时间部分,就形成了完整的波函数。不过,今天我们不研究这么专业的内容,而是讨论一个有趣的话题——薛定谔的猫。
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1700505492 “薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。这里必须要认识影响量子行为的一个现象——观测。这一点非常重要。在经典物理学中,粒子和波是物质(或者能量)的两种不同表现特性。而在量子力学中,微观物质处于一种波粒二象性,即同时具有波和粒子的特性。当我们用双缝实验来观测时,它会表现出波动性;当我们用光电实验来观测时,它又表现出粒子性。
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