世界上第一條人造彩虹，是牛頓做出來的，他也是第一個(gè)分析光的物理學(xué)家。

是的，那個(gè)著名的三棱鏡實(shí)驗(yàn)就是牛頓做的，是不是覺得他更偉大了。

牛頓制造了人類第一條人造彩虹

然而，牛頓受制于時(shí)代，他對(duì)于光的研究并沒有很深入，并且他當(dāng)時(shí)認(rèn)為光是一顆一顆的粒子組成的。

牛頓去世之后，物理學(xué)家們對(duì)光進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)它是一朵“奇葩”。

如果牛頓知道了后續(xù)的光學(xué)研究，可能他的棺材板會(huì)壓不住。

力學(xué)之父牛頓

牛頓的力學(xué)世界

學(xué)物理必學(xué)的力學(xué)，也必然繞不開牛頓的三大定律。

我們現(xiàn)在看科幻片，里面如果出現(xiàn)反重力的現(xiàn)象，大家都會(huì)玩梗，說：“牛頓的棺材板按不住了！”

因?yàn)樵诘厍蛏希魏紊锒紵o法擺脫重力，重力來源于地球的萬有引力。

只要地球不爆炸，萬有引力就不放假，只要在地球上生活，就得乖乖聽引力的話。

按照牛頓他老人家的第一定律，任何運(yùn)動(dòng)的物體，突然把力撤去，它會(huì)維持原有的運(yùn)動(dòng)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

牛頓的棺材板壓不住了

這個(gè)定律也被稱為慣性，也就是說，師傅剎一腳，車停了，但是師傅會(huì)繼續(xù)朝前面以原先的速度勻速直線運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)實(shí)中的師傅沒有飛出去，是因?yàn)?strong>栓了安全帶，以及受到了摩擦。

牛爵爺?shù)牡谝欢?strong>直接挑戰(zhàn)了祖師爺亞里士多德的理論，祖師爺認(rèn)為力沒了物體也就不運(yùn)動(dòng)了。

在地球上，牛頓第一定律很難完全實(shí)現(xiàn)，但是在太空中實(shí)現(xiàn)了。

慣性的示意圖

人類最遠(yuǎn)的兩個(gè)星際探測(cè)器旅行者1號(hào)和2號(hào)在能量耗盡后，就會(huì)維持原有的速度和方向，繼續(xù)朝太陽系外運(yùn)動(dòng)。

因?yàn)橛钪嬷袥]有什么空氣阻力，兩個(gè)探測(cè)器只要?jiǎng)e撞上其他天體，就能一直運(yùn)動(dòng)下去。

牛頓老人家的第二定律就是合外力與加速度的關(guān)系，公式F=ma。

第三定律就是著名的你打人一巴掌，自己的巴掌也會(huì)很疼，并且打得越狠手越痛。

根據(jù)牛頓第三定律手也會(huì)疼

這三大定律加萬有引力，只要是個(gè)地球人，一輩子都離不開它們，牛頓在我們生活中無處不在。

然而，牛頓的成就不只是力學(xué)定律，他還開辟了另一個(gè)物理領(lǐng)域——光學(xué)。

雖然牛頓對(duì)光的研究比較淺顯，但是成就也是非常高的，他用三棱鏡得到了七色光，揭示了光的顏色是混合出來的。

此時(shí)的牛頓還沒有發(fā)現(xiàn)，光的很多特性都是違背力學(xué)的，它是宇宙最大的叛逆者。

三棱鏡制造彩虹

神奇的光

光不會(huì)受到地球引力的影響，它可以從地球身邊擦肩而過，不留下一片任何痕跡。

為何光能夠踐踏萬有引力，無視地球呢？因?yàn)楣馐菦]有質(zhì)量的！

牛頓研究光的時(shí)候，用三棱鏡將它們打散了，獲得了七種“葫蘆娃”顏色的光。

當(dāng)時(shí)他認(rèn)為，光是各種顏色的微粒構(gòu)成的，也就是說光是一種粒子。

但是，和牛頓一個(gè)時(shí)代的胡克認(rèn)為，光是一種波。

于是二者展開了激烈的爭論，雙方的支持者也是各種“開戰(zhàn)”。

彈簧之神胡克

牛頓的支持者認(rèn)為，胡克彈簧成精了，看啥都是波；胡克的支持者則認(rèn)為，牛頓搞力學(xué)魔怔了，看誰都是“?！?/strong>。

這場爭論一直延續(xù)到了1807年，一位叫托馬斯·楊的物理學(xué)家做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這就是載入物理史冊(cè)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光是一種波，牛頓“?！睂W(xué)似乎在光學(xué)中失敗了。

但是在1905年，那個(gè)名叫奇跡的男人愛因斯坦認(rèn)為，牛頓和胡克都沒有錯(cuò)，光既是一種波還是一種粒子，它具有波粒二象性。

光的波粒二象性

1926年，物理學(xué)家吉爾伯特·路易斯正式將這個(gè)粒子命名為光子。

事情到這里似乎可以畫上圓滿的句號(hào)了，從此再無牛頓和胡克的光學(xué)之爭了。

然而，光的神奇之處開始被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)光子，竟然是沒有質(zhì)量的。

萬有引力和是第二定律都涉及到了質(zhì)量，光子沒有，這就讓它無法被力束縛，無視牛頓，直接飛過地球。

一言蔽之，光不歸牛頓管，它可以任意挑戰(zhàn)牛頓的任何一條定律。

光子不歸牛頓管

那么，就沒有人能管管光嗎？

當(dāng)然有，牛頓管不了光是因?yàn)樗奈锢砝碚撌墙⒃诤暧^條件下的，但是愛因斯坦可以管光，他甚至“馴服”光。

愛神發(fā)現(xiàn)了它在能量中占據(jù)的作用，得到了著名的質(zhì)能方程，這也是難得的有光速參與的公式。

愛因斯坦以光為參照，詮釋了時(shí)間和空間，顛覆了牛頓的力學(xué)世界。

也讓人們看見了牛頓物理的局限性，在地球宏觀物體上，牛頓力學(xué)是絕對(duì)的王者，但是離開了地球，很多東西就不歸牛頓管了。

牛頓研究光的時(shí)候，還并沒有意識(shí)到光的速度，估計(jì)在當(dāng)時(shí)的他眼里，光速比較慢。

愛因斯坦的加速世界

愛因斯坦的新世界

牛爵爺?shù)奈锢砝锩妫?strong>一切物理量都是獨(dú)立的，比如時(shí)間就是時(shí)間，空間就是空間，質(zhì)量是不會(huì)變的。

根據(jù)牛頓的萬有引力公式，地球產(chǎn)生引力的原因是自身的質(zhì)量，但是愛因斯坦表示，不一定。

愛因斯坦認(rèn)為，引力的產(chǎn)生來自引力場，是天體附近空間發(fā)生彎曲而產(chǎn)生的。

只要置身于這個(gè)彎曲空間內(nèi)，那么就會(huì)受到地球引力的控制，這就好比海上的一個(gè)漩渦，只要靠近漩渦就會(huì)被吸住。

引力場

引力場是可以束縛光的，只是地球的引力場做不到，宇宙中的很多天體都做不到，只有兩種天體可以影響到光的傳播。

一種天體是中子星，它的引力場會(huì)使光的傳播路線出現(xiàn)彎曲；另一種則是黑洞，它的引力場可以直接讓光無法逃離。

光不受地球的掌控，但是它受到宇宙規(guī)則的束縛，它再怎么也不可能不歸宇宙管。

牛頓帶我們看到了宏觀世界的物體運(yùn)動(dòng)，愛因斯坦帶我們看到了高速運(yùn)動(dòng)下的物體運(yùn)動(dòng)。

光逃離不了黑洞

還有誰？

有人說，已經(jīng)100多年了，人類的物理還在前人留下來的底子，仿佛人類的物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到了極限。

這句話，100多年前的開爾文勛爵也說過，他說完沒多久，量子力學(xué)就誕生了，之后開啟了一個(gè)新的物理時(shí)代。

牛頓和愛因斯坦隔了近300年，這才過100多年，才哪到哪兒。

并且愛因斯坦的理論也不是嗖的一下就橫空出世的，他也受到了普朗克、洛倫茨等人的影響和幫助，后來朗之萬、薛定諤等人幫他完善。

愛因斯坦同時(shí)代的物理學(xué)家們

并且相對(duì)論也不是無敵的，在它那個(gè)年代，還有根本哈根學(xué)派與之“敵對(duì)”，二者一度“水火不容”，在各種會(huì)議上針鋒相對(duì)。

這場辯論可以說是將人類的認(rèn)知帶入了微觀的世界，這里的一切都與牛頓的力學(xué)世界完全不一樣。

按理說，這群科學(xué)家們的大腦也不受牛頓管了，棺材板又壓不住了。

并不是，牛頓是這群科學(xué)家們?cè)趯W(xué)生時(shí)代必須學(xué)的知識(shí)，他們也非常尊敬牛頓，謙虛地說，他們是站在巨人的肩膀上摘蘋果。

站在巨人的肩膀上摘蘋果

巧的是，這句話牛頓也說過類似的，他說自己的理論是建立在伽利略等人的基礎(chǔ)之上。

所以，物理大師們都不是憑空誕生的，是一代一代人的不斷進(jìn)步，甚至修修補(bǔ)補(bǔ)，改正里面的錯(cuò)誤。

物理的祖師爺亞里士多德就犯過很多錯(cuò)，后來他的錯(cuò)誤理論被有心之人利用，成為了禁錮物理學(xué)家的存在。

當(dāng)然，這不完全是亞里士多德的錯(cuò)，古希臘時(shí)代的物理還沒有和哲學(xué)分家，像祖師爺、阿基米德等人都是身兼數(shù)職，既是物理學(xué)家還是哲學(xué)家。

古希臘的科學(xué)家

因此，科學(xué)發(fā)展不能急功近利，對(duì)于宇宙來說，光速都是慢的！人類算啥！