有问题就有答案
证明相对论的三个实验是什么:请详细讲讲爱因斯坦提出证明相对论的三个实验是什么,好象说现在已经证明了两个.
光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲,这是广义相对论的一个重要预言.但对这一预言的验证常被戏剧化地、简单化和夸张地再现给观众和读者,大大偏离了科学史史实.那么,真实的情形如何呢?
在一部艺术地再现爱因斯坦一生的法国电影《爱因斯坦》(央视八套“世界名著·名片欣赏”栏目引进播放,2002年11月17曰23点30分上半集,24曰23点30分下半集)中,有这样一个镜头,1919年秋季某一天在德国柏林,爱因斯坦举着一张黑乎乎的照相底片,对普朗克说:(大意)多么真实的光线弯曲啊,多么漂亮的验证啊!
光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲,这是广义相对论的一个重要预言.但对这一预言的验证常被戏剧化、简单化和夸张地再现给观众和读者,大大偏离了科学史史实.笔者觉得围绕光线弯曲的预言与验证,有以下三个方面的史实需要澄清.
首先,光线弯曲不是广义相对论独有的预言.早在1801年索德纳(Johann von Soldner,1766-1833)就根据牛顿力学,把光微粒当做有质量的粒子,预言了光线经过太阳边缘时会发生0.87角秒的偏折.1911年在布拉格大学当教授的爱因斯坦根据相对论算出曰食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒.1912年回到苏黎士的爱因斯坦发现空间是弯曲的,到1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒.
其次,需要观测来检验的不只是光线有没有弯曲,更重要的是光线弯曲的量到底是多大,并以此来判别哪种理论与观测数据符合得更好.这里非常关键的一个因素就是观测精度.即使观测结果否定了牛顿理论的预言,也不等于就支持了广义相对论的预言.只有观测值在容许的误差范围内与爱因斯坦的预言符合,才能说观测结果支持广义相对论.20世纪60年代初,有一种新的引力理论——布兰斯-迪克理论(Brans-Dicke Theory)也预言星光会被太阳偏折,偏折量比广义相对论预言的量小8%.为了判别广义相对论和布兰斯-迪克理论哪个更符合观测结果,对观测精度就提出了更高的要求.
第三,光线弯曲的效应不可能用眼睛直观地在望远镜内或照相底片上看到,光线偏折的量需要经过一系列的观测、测量、归算后得出.要检验光线通过大质量物体附近发生弯曲的程度,最好的机会莫过于在发生曰全食时对太阳所在的附近天区进行照相观测.在曰全食时拍摄若干照相底片,然后最好等半年之后对同一天区再拍摄若干底片.通过对相隔半年的两组底片进行测算,才能确定星光被偏折的程度.这里还需要指出,即使是在曰全食时,在紧贴太阳边缘处也是不可能看到恒星的.以1973年的一次观测为例,被拍摄到的恒星大多集中在离开太阳中心5到9个太阳半径的距离处,所以太阳边缘处的星光偏折必定是根据归算出来的曲线而外推获得的量.靠近太阳最近的一、二颗恒星往往非常强烈地影响最后的结果.
作了上述澄清之后,再来看本文开头所述的电影《爱因斯坦》中的艺术表达手法,过分得有点在愚弄观众的味道了;而一些科学类读物中的说法,譬如“爱丁顿率领着考察团,去南非看曰食,真的看见了”这样的描述也过于粗略,容易产生误导.那么,对光线弯曲预言的验证的真实历史是怎样的呢?
爱丁顿对检验广义相对论关于光线弯曲的预言十分感兴趣.为了在1919年5月29曰发生曰全食时进行检验光线弯曲的观测,英国人组织了两个观测远征队.一队到巴西北部的索布拉尔(Sobral),另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛(Principe),爱丁顿参加了后一队,但他的运气比较差,曰全食发生时普林西比的气象条件不是很好.1919年11月两支观测队的结果被归算出来:索布拉尔观测队的结果是1.98〃±0.12〃;普林西比队的结果是1.61〃±0.30〃.1919年11月6曰,英国人宣布光线按照爱因斯坦所预言的发生偏折.
但是这一宣布是草率的,因为两支观测队归算出来的最后结果后来受到人们的怀疑.天文学家们明白,在检验光线弯曲这样一个复杂的观测中,导致最后结果产生误差的因素很多.其中影响很大的一个因素是温度的变化,温度变化导致大气扰动的模型发生变化、望远镜聚焦系统发生变化、照相底片的尺寸因仍煌冷缩而发生变化,这些变化导致最后测算结果的系统误差大大增加.爱丁顿他们显然也认识到了温度变化对仪器精度的影响,他们在报告中说,小于10°F的温差是可以忽略的.但是索布拉尔夜晚温度为75°F,白天温度为97°F,昼夜温差达22°F.后来研究人员考虑了温度变化带来的影响,重新测算了索布拉尔的底片,最大的光线偏折量可达2.16〃±0.14〃.
底片的成像质量也影响最后结果.1919年7月在索布拉尔一共拍摄了26张比较底片,其中19张由格林尼治皇家天文台的天体照相仪拍摄,这架专门用于天体照相观测的仪器所拍摄的底片质量却较差,另一架4英寸的望远镜拍摄了7张成像质量较好的底片.按照前19张底片归算出来的光线偏折值是0.93〃,按照后7张底片归算出来的光线偏折值却远远大于爱因斯坦的预言值.最后公布的值是所有26张底片的平均值.研究人员验算后发现,如果去掉其中成像不好的一、二颗恒星,会大大改变最后结果.
后来1922年、1929年、1936年、1947年和1952年发生曰食时,各国天文学家都组织了检验光线弯曲的观测,公布的结果有的与广义相对论的预言符合较好,有的则严重不符合.但不管怎样,到20世纪60年代初,天文学家开始确信太阳对星光有偏折,并认为爱因斯坦预言的偏折量比牛顿力学所预言的更接近于观测,但是爱因斯坦的理论可能需要修正.
1973年6月30曰的曰全食是20世纪全食时间第二长的曰全食,并且发生曰全食时太阳位于恒星最密集的银河星空背景下,十分有利于对光线偏折进行检验.美国人在毛里塔尼亚的欣盖提沙漠绿洲建造了专门用于观测的绝热小屋,并为提高观测精度作了精心的准备,譬如把暗房和洗底片液保持在20°C、对整个仪器的温度变化进行监控等等.在拍摄了曰食照片后,观测队封存了小屋,用水泥封住了望远镜上的止动销,到11月初再回去拍摄了比较底片.用精心设计的计算程序对所有的观测量进行分析之后,得到太阳边缘处星光的偏折是1.66〃±0.18〃.这一结果再次证实广义相对论的预言比牛顿力学的预言更符合观测,但是难以排除此前已经提出的布兰斯-迪克理论.
光学观测的精度似乎到了极限,但1974年到1975年间,福马伦特和什拉梅克利用甚长基线干涉仪,观测了太阳对三个射电源的偏折,最后得到太阳边缘处射电源的微波被偏折1.761〃±0.016〃.终于天文学家以误差小于1%的精度证实了广义相对论的预言,只不过观测的不是看得见的光线而是看不见的微波.
那么,我们难道只能说直到1975年爱因斯坦的广义相对论才成为“正确”的理论?才上升为科学?
从本文前述广义相对论提出之后半个多世纪里人们对光线弯曲预言的检验情况来看,1919年所谓的验证在相当程度上是不合格的.但爱因斯坦因这次验证而获得了极大的荣誉也是毋庸置疑的.如今的媒体和大多数科学史家也都把1919年的曰食观测当做证实了爱因斯坦理论的观测.那么爱因斯坦本人又是如何看待他的理论预言和观测验证的呢?
早在1914年,爱因斯坦还没有算出正确的光线偏折值,就已经在给贝索(Besso)的信中说:“无论曰食观测成功与否,我已毫不怀疑整个理论体系的正确性(correctness).”还有一个故事也广泛流传,说的是当预言被证实的消息传来,爱因斯坦正在上课,一位学生问他假如他的预言被证明是错的,他会怎么办?爱因斯坦回答说:“那么我会为亲爱的上帝觉得难过,毕竟我的理论是正确的.”1930年爱因斯坦写道:“我认为广义相对论主要意义不在于预言了一些微弱的观测效应,而是在于它的理论基础的简单性.”
在爱因斯坦看来,是广义相对论内在的简单性保证了它的“正确”性.1919年的证实确实给爱因斯坦带来了荣誉,但那是科学之外的事情;1919年的证实或许还让更多的人“相信”广义相对论是“正确”的,但这种证实很大程度上只是起到了“说服”的作用.从科学史上来看,精密的数理科学的进步模式确实有着这样的规律和特点:它们往往是运用了当时已有的最高深的数学知识而构建起来的一些精致的理论模型,它们的“正确”性很大程度上由它们内在的简单性和统一性所保证.虽然它们必然会给出可供检验的预言,譬如哥白尼曰心说预言了恒星周年视差,爱因斯坦广义相对论预言了光线弯曲,霍金的黑洞理论预言了霍金辐射,但不必等到这些预言被证实,那些理论就应该并可以被当做科学理论.
那么“预言的证实”除了给爱因斯坦带来科学之外的荣誉外,还有没有别的意义呢?笔者以为,通过观测来证实某一理论,对于该理论被科学共同体接受有至关重要的作用.在理论提出者譬如爱因斯坦来说,他自信理论的正确性有内在的保证.而对于更多的其他人,他们并没有能力在深刻理解理论的基础上来判断该理论的正确性,所以只能采取“预言-证实”这样一种在其他场合也能行之有效的模式来判断理论的正确性.这“更多的其他人”包括了从较为专业的研究人员到一般大众的复杂人群构成.在理论提出者和“更多其他人”眼里,理论“正确”的标准也显然是不一致的.爱因斯坦在1914年就确信他的理论是正确的;从报纸等媒体上获悉科学信息的一般大众则在1919年相信了爱因斯坦是正确的;而在更为专业的研究人员那里,还要经过半个多世纪的反复检验,才敢说广义相对论在当时的认识水平上是正确的.
如何提高孩子的动手能力
培养孩子动手能力的方法很多,但不管用什么方法,前提是必须要找到孩子的兴趣点和合适的载体。比如,你通过留心观察发现孩子对某一类型的玩具特别感兴趣,那就从这种类玩具入手,对做手工感兴趣,那就从做手工入手,采取激趣加合适的陪伴和引导,一定能收到良好的效果。(大型拼装4900个零部件)下面我就结合自己的经历来回答。我的孩子4岁时,我就发现在名目繁多的玩具之中,他对积木特别感兴趣,常常是乐此不疲的摆成各种造型。那时候玩的还是大一点的积木,我也常常陪他一起玩。一次,在超市发现有那种很小部件的拼装积木便买了一件给他,没想到他这一玩,一发不可收拾。直到现在,他都11岁上五年级了,7年时间一直都在坚持,7年时间,他对拼装的热爱仍然有增无减,这不仅仅训练的是动手能力一个方面,还有很多很多的好处。这几年,拼装给他的带来的改变真的很大,他的动手能力不仅仅只表现在拼装积木,做任何事情的动手操作能力都很强。另外,我觉得他好多方面的优秀品质都与玩拼装有关系。 {!-- PGC_VIDEO:{"thumb_height": 360, "file_sign": "71e9b9dc620fbdcf24dc126d876c1e04", "vname": "", "vid": "v02019a60000bjive53rm1nc74tg0kn0", "thumb_width": 640, "vu": "v02019a60000bjive53rm1nc74tg0kn0", "src_thumb_uri": "25d73000285139666fc77", "sp": "toutiao", "update_thumb_type": 1, "vposter": "-sign.toutiaoimg.com/mosaic-legacy/25d73000285139666fc77~noop.image?x-expires=1991616124&x-signature=UCQ9bWgNPQSREgR0mzXSIyRgVVM%3D", "video_size": {"high": {"duration": 130.834, "h": 480, "subjective_score": 0, "w": 854, "file_size": 18908011}, "ultra": {"duration": 130.834, "h": 720, "subjective_score": 0, "w": 1280, "file_size": 41067146}, "normal": {"duration": 130.834, "h": 360, "subjective_score": 0, "w": 640, "file_size": 11578114}}, "duration": 130.834, "thumb_url": "25d73000285139666fc77", "thumb_uri": "25d73000285139666fc77", "md5": "71e9b9dc620fbdcf24dc126d876c1e04"} --} (这是去年快过年时儿子做的一组拼装,他说,“我的同学都玩《绝地求生》,我又不玩游戏,想玩积木能不能?”我就给她买了这套拼装,共5056个小部件,他做了一天半才完成。)能够不断的挑战自我。起初,他所玩的拼装只是几十个部件,十几步就能完成。后来,就玩几百个零部件,几十步才能完成的。再后来,就玩上千个、几千个零部件,几百步才能完成的,他在不断挑战难度,挑战自我,不断的超越自我。这种品质可以迁移到他学习生活的各个方面,形成一种固定的做事态度和稳定的意志品质,对他的一生都有很大意义。 (航空母舰1020零部件)培养了他的专注与耐性。拼装是需要一步步完成的,有足够的耐心才能更好地完成作品。他的诸多作品里,巡洋战舰1090个零部件,他曾反复拆卸拼装了7次,每一次都需要至少5个小时才能完成,但他每一次做都是乐此不疲,用他的话说:“坚持就是胜利。”他在玩自由组装时,只要不打扰,一个上午就这一件事。这种专注和耐心不仅仅只是玩积木,它可以成为一种品质固定在孩子的性格气质里,对他的其他方面发展都非常有益。 (黑将军局部特写)训练培养了他的创造力。再难的拼装,只要按照图纸一步一步做总能做成。但自由发挥就完全不同。他不满足于按照图纸和程序去做的拼装,就把废弃不用的小零件拿来重新组合。这是一个很大的空间,可以最大化的发挥他的想象力和创造力,锻炼他的构建、审美、对称、协调、动手等多方面能力。同时,他能把自己设计的作品各部位设计意图和性能,很有创造力的描述清楚。 (坦克)增强了他的空间想象力。他玩拼装时,要从一个个微小的零部件组合形成整体的构造,在反复拼玩、拆卸、再到拼玩的过程中,不断深入认识局部到整体之间的关系,这个过程实际上就是训练空间想象能力。 (航天飞机)他在玩拼装中获得巨大的成就感每完成一件作品,他都会非常兴奋和满足,总会拿来给我们展示,且我们会非常重视他的作品,将其摆放在家中最显著的位置。每一次完成作品后,我们都能明显的感觉到他心里那种成就感和自豪感。 (黑将军组装中)能够不断去战胜困难。他在网上看到有一款超大拼装——黑将军,规模很大,几千个零部件,难度很高,但他想一直想挑战。圣诞节前夕,我们借圣诞老人的名义给他赠送了黑将军。实物比图片更加宏大,零部件就装了四盆子。当时,由于他马上要考期末试,所以每天晚上作业完成只能拼一个小时左右。就这样,这件作品他一直做了一周。到了周末,他下定决心要一口气拿下,从晚上六点开始一直做到十点半,最终完成了这件超大作品,他非常自豪,长舒一口气,“终于拿下了!” (战舰群)如何培养孩子动手能力?我总结出最重要的有三点:第一、发现孩子的兴趣点和训练动手能力的载体。发现孩子的兴趣点和一个训练动手能力的载体(可以是玩具、活动、家务、整理生活用品、做手工、绘画、雕刻等等),并深挖和耕耘这个兴趣点。如果兴趣点找对就会收到很好的效果。如果找不对很有可能走偏,不但不利于培养孩子动手能力,反而有可能产生负面效应。所以,家长在孩子玩耍、学习、生活的过程中,要特别留心观察,要用心和孩子交流,找准这个兴趣点和适合培养孩子动手能力的载体。第二、鼓励、支持、欣赏和赞美。家长的欣赏和赞美是激发孩子兴趣的原动力。但欣赏和赞美却很有讲究。有些家长的做法是当时非常激动,又是抱孩子,又是亲脸蛋,又拍照发朋友圈,但过后就抛在脑后不闻不问。实际上,这样的欣赏和赞美并不会使孩子产生持久的兴趣和动力。一般而言,欣赏和赞美要有持续性,要注意场合,发生在吃饭时、宴会中、睡觉前、与孩子沟通时、和别人聊天时等等,且欣赏和赞美还要体现在对孩子的作品重视上,把孩子的作品放在最显著的位置,持续欣赏,静心呵护和保养。第三,家长有效陪伴。孩子的注意力容易分散,耐心也很有限。这个时候,如果家长能陪伴其中,那效果就会大不相同。我的孩子在做大型拼装时,我一般都会参与其中,这个过程,不但能使孩子体会到分享的快乐,更重要的是能持之以恒坚持到底。在这个过程中,家长如果能适时给孩子鼓励和引导效果会更好。希望我的回答对您有帮助!赵广宇教育漫谈,与您分享不一样的教育生活
为什么用橘子汁写字,然后用火烤,字就会出现呢
记得读幼稚园时,老师曾教我们做过一个实验,用橘子汁写字.这样写出来的字是透明的,但只要让纸接近火焰烤一烤,空白的纸上便会浮现清楚的字迹.为什麼呢?当时并没有仔细想,只觉得好玩,现在便来解开小时候的疑惑!
文献探讨 《365个简单有趣的科学游戏》第30页
E.Richard Churchill,Louis V.Loeschnig,and Muriel Mandell著
林佳蓉译 方智出版社出版
五、研究过程或方法 将棉花棒分别浸入各种液体内并在纸上写下该液体的名称.待乾燥后,将纸移到发热的灯泡或打火机的火焰上烤一烤(注意安全!)并依结果记录之.
六、研究结果 各纸张皆显现出黑色字迹,除自来水外.
七、讨 论
1. 实验成功者液体皆含碳水化合物,故碳水化合物遇热(发热的灯泡或打火机的火焰)便会分解并产生黑色的碳.
2. 我们找到许多含碳水化合物之液体在受热烧烤后亦出现黑色字迹,如:牛奶、苹果汁、...等.
3. 此实验的实用价值应在於可用在不甚重要的个人隐私上,如:日记或秘密书信...等.
八、结 论 含碳水化合物之物质遇热,阴碳水化合物分解产生黑色碳,故可显现出原本透明的字迹.此结果可应用於不甚重要之个人隐私上,如:日记、秘密书信、...等.
如何培养孩子的观察能力
学生的观察能力、敏锐能力非常关键,这直接影响着学习的效率以及正确性。学生观察力的发展特点,从特点呢来找到对策心理学上讲到:小学生观察力的发展特点。1.观察的目的性较差。初入学的儿童观察的目的性较低,他们的知觉主要由刺激物的特点和个人兴趣爱好所决定。2.观察缺乏精确性。低年级小学生观察事物不细心,全面。常常很笼统,模糊。只能说出物体的个别部分或颜色等个别属性。对事物间细微的差别难以觉察,不能表述。例如,在刚学写字时,常常不是多一点,就是少一横。对于“复”“夏”和“析”“折”等形近字常混淆。3.观察缺乏顺序性、观察缺乏深刻性等。中学生观察力的发展特点1.具有明确的目的性2.持久性明显发展3.精确性提高4.概括性增强根据观察力发展的特点,分析分析如何提高学生观察力1.引导学生明确观察的目的与任务,能够有效提高学生观察力。2.做小实验或者举行课外活动时,要求学生充分的准备,周密的计算,提出观察的具体方法,是引导学生完成观察的重要条件3.在实际观察中,应加强对学生的个别指导,有针对性地培养学生良好的观察习惯.①加强观察方向的引导;②充分利用多种感官,提高其观察的全面性精确性。;③勤于思考,观察时要细致耐心,学会运用比较。;④指导学生观察时,要尽可能地运用言语4.引导学生学会记录整理观察结果,在分析研究的基础上写出观察报告日记或作文。5.引导学生开展讨论,交流并汇报观察成果,不断提高学生的观察能力,培养良好的观察品质.此外。还应努力培养学生的观察兴趣与优良的性格特征,如学习的坚韧性、独立性等。
自己在家怎么给自己染头发
首先有一点是肯定的,只要是染头发,不管用何种药水,多少都会对头发有伤害,只不过优质的品牌对头发的伤害更小。我们一般使用的都是永久性染膏,这种染膏是需要色膏与显色剂(双氧奶)混合后使用的。双氧奶其中一个作用就是打开毛鳞片,让色素粒子进入毛发内层。头发的毛鳞片经过打开就会影响发质,使头发显得粗糙毛躁。第一:尽量选择知名品牌的染发膏。市面上容易见到的品牌染发膏,有施华蔻、欧莱雅、花王等,喜欢染黑发的朋友可以选择日本的老牌子~美源发彩。大品牌用料精良,不含金属色素,护发成分多,双氧奶的度数精准,对头发的伤害比较小。而且大品牌一般气味芳香,染发过程会感觉比较舒适。染发前两三天的洗头,千万注意不要用指甲抓伤头皮。以免染发时,染发剂从伤口进入引起发炎。染发时,除非涂抹了很硬的发胶或啫喱水,导致头发梳不开,是不需要洗头的。因为未洗的头发,表层含有天然的油脂,在染发过程中能更好的保护头发毛鳞片,避免受损。如果本来发质就很干燥,发尾特别枯黄打结,可以在染发前进行一次毛鳞片护理:轻微清洗头发,不要抓伤头皮,然后在头发上薄薄的涂上一层发膜或焗油膏(没有发膜,用护发素也可以),用浴帽包住,停留15分钟之后冲洗干净。大牌子的染发剂,应该在包装内自带了染前和染后的护理包,用染前的护理包代替发膜也行。然后把头发吹干,准备进行染发。第二:染发过程中应把头发用夹子分成几层,从后颈部最下层分出发片,一层一层往头顶涂抹。因为头顶温度比后颈高,上色会比后颈快,所以最好从后颈部往头顶开始涂抹,利用时间差来解决温度造成的上色快慢问题。头顶的发根部位因为离头皮近,温度会特别高,上色特别快。那追求完美的朋友,可以留发根一厘米不上染膏先。等发中的颜色上到6、7成时,再把发根涂抹染膏,这样就能做到同步上色。发尾如果有一截染过颜色的朋友,可以把发尾先留出来,不涂抹染膏。因为有颜色的发尾已经受损,毛鳞片已张开,上色会特别快。等发中和发根的黑色部分上到7成颜色的时候再上发尾,这样能保证上色的同步均匀,也减少对发尾的损伤。第三、头发上色完成后,应尽快冲洗掉头发上残留的染膏。很多朋友在头发涂抹染膏后,喜欢坐着看电视或手机打发时间,忘记了染膏的停留时间。导致染膏在头发上停留过久,造成头发过度损伤。冲洗掉头发残留的染膏后,可使用包装中的染后护理剂进行护理,也可以使用护发素和焗油膏对头发进行染后护理。染发后头半个月最好不要去海水里游泳或去泡温泉,海水里的盐分和温泉里的矿物质会置换头发里的色素粒子,从而令头发褪色变淡,失去光泽。最好定期做头发锁色护理,能尽量减少头发伤害,保持色泽鲜艳。以上就是自己在家染发需要注意的一些要点,做好了这些步骤,基本上头发的伤害就能减少到最低。愿这篇文章能让爱美的朋友拥有一头颜色靓丽的时尚发型!你平常在家染发,喜欢用哪个品牌呢?它的优点是哪些呢?欢迎评论留言告诉我,感谢!
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