廣義相對論和狹義相對論的根本區別
聽說前幾天有人表白問答小編？
嘖嘖
同學們
科學的春天來了！
趕緊學物理
1
Q
力在物體中傳遞的速度是聲速嗎？假如一個以超音速移動的物體集中了另一個靜止的物體，那這個超音速的物體施加的力在另一個物體中也是聲速嗎？
A
首先，宏觀上講，我們平時感受的「力」在介質中的傳播速度的確是聲速。但平時我們感受到的推力，拉力，扭矩等等作用本質上是電磁相互作用，微觀上這種相互作用的傳播速度是光速，然而它的作用距離非常小(因為大部分物質都是電中性的)，因此只有彼此鄰近時才會作用，而這是需要時間的。所以我們平時所謂的宏觀力，來源於介質中大量粒子電磁作用的方向性傳遞，傳播速度自然是聲速。如果一個物體以超聲速（相對於介質）在另一介質中運動，力（波動）仍然以聲速傳播，只不過此時物體產生的波為激波，形狀十分詭異：
（圖片來源：xkcd.com）
如果這個物體是一個收音機，並且它正以超音速向著你飛來，那麼當它掠過你的耳畔時你聽到的廣播將是倒著放的。前提是你的耳膜沒有震破，並且你耳朵的解析度足夠好。
2
Q
如何理解測量導致波函數的塌縮？是因為測量造成的擾動相對於被測量的量子體系總是很大，這個很大的擾動導致了波函數的塌縮嗎？
A
這位同學的回答呢，對也不對。量子體系能量很低，因而測量造成的擾動會對體系造成不可忽略的影響，這個看法很正確。但是，細究起來，為什麼會坍縮到被測量量的某一個本徵態而不是其他什麼隨便的狀態，卻並不顯然。波函數的演化大致可以分為兩類：按照薛定諤方程的演化，記為U；以及觀測導致的波函數的坍縮，記為R。目前，對於波函數坍縮的動力學過程並沒有公認的解釋。對此已經有提出不少模型了。尤金·維格納(Eugene Wigner)曾提出一種理論，大意是無意識的物質按照U演化，而一旦有意識的個體和物質所處的量子態發生糾纏，就會發生R的演化。羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)在一系列著作（比如《皇帝新腦》《意識的陰謀》等）中創建了量子引力模型來解釋波函數R的演化。除此之外，不一而足。總之，R的演化作為假設可以建立完整的量子力學，但是我們仍然不能很好地理解R的動力學原因。
3
Q
薛定諤的貓這一理論如何應用到生活中？
A
首先，我們來解釋下什麼是「薛定諤的貓」。它最初是由薛定諤用來解釋量子力學中疊加態而提出的一個假想的例子（現實中大概沒人會這麼做吧~）。在量子力學中，一個粒子（貓）處於某種狀態（關在盒子里的生死疊加）（**注意**這種狀態既不是態1（生），也不是態2（死），而是其疊加產生的「態某」），當對其進行觀測時（打開盒子），處於量子態某的該粒子（貓）會迅速坍縮到態1/態2（看到貓死了/沒死），並不再變化。這本是量子力學的特有現象（觀測會對量子態產生影響，即坍縮），所以這種意義上，生活中（宏觀世界）幾乎不可能見到宏觀化的量子效應。
4
Q
倘若我把一張紙巾揉成細長的形狀，再把一端放入水杯中，結果水就自己沿著紙巾上來了，是誰對它做的功？又是怎麼做的？
A
紙巾的主要成分是纖維素和各種增強劑。纖維素呈網狀結構，由於浸潤現象，會對水產生一定的引力，使水被吸入紙內，這個過程中分子間引力做功，系統的總勢能減小，儘管水的重力勢能增大，系統整體勢能依然減小，處於更穩定的狀態。可以用空水瓶和紙巾自己做一些實驗，比較紙的種類和水上升的高度和快慢的關係。
5
Q
光和電子都具有波動性，那麼電子可以像光一樣被透鏡約束，聚焦或者發散嗎？
A
雖說光和電子都具有波動性，但二者是有區別的：光的本質是電磁波，而電子具有波動性對應的是物質波，光之所以會被透鏡聚焦或發散是因為它遵從電磁波的傳播規律。那麼電子可以被聚焦或發散嗎？答案是肯定的~不過所用的「透鏡」有點特別：電磁透鏡。電子在電磁場中運動時會受到洛倫茲力，通過合理的設計電磁場分布改變電子的運動軌跡，就可以達到透鏡的效果啦！這點在電子顯微鏡中就有應用~
6
Q
為什麼光可以用東西擋住，聲音卻不可以。
紫菱洲歌
A
其實聲音也是可以用東西擋住的，其實光也可以不被東西擋住。你問題中的光只是指的我們能夠看見的可見光，你問題中的聲音也只是可以聽到的聲音。
在物理上，光和聲音都是一種波動現象。只不過一個叫電磁波，一個叫機械波而已。而決定一個波會不會被一個東西擋住的原因很簡單：波長的尺度與物體的尺度。如果波長遠小於物體的尺度，那麼這樣的波就會被物體擋住。反之則不會。
人能夠聽到的聲音的波長大概就在17米到17毫米這樣一個尺度內。而這個尺度恰好又跟日常生活中的絕大多數東西尺度一樣。結果就是聲波可以很容易的繞過這些物體被我們聽到。這現象就叫衍射。
另一方面，可見光波長的數量級只有幾百個納米，這個尺度遠遠小於日常生活中物體的尺度。所以看上去幾乎就是直線傳播的。
所以問題的關鍵不是光或者聲音，而是波長。當聲波波長很短時就不能繞開物體了，超聲波就是準直線傳播的聲波。同樣，波長長的光波/電磁波也可以同樣地繞開物體。這就是你在家到處都能收到WiFi信號的原因。（WiFi信號是電磁波，2.4Ghz協議，它的波長差不多就跟你的臉一樣寬。）
7
Q
可以解釋一下微波爐是怎麼加熱食物的嗎？很好奇，謝謝！
蘋果果
A
微波爐內部會產生2450MHZ的微波，這種電磁波會讓食物中到處可見的極性分子（其實主要就是隨處可見的水）快速振蕩起來。這些被微波脅迫著快速振蕩的水分子再跟旁邊的分子不停碰撞摩擦，於是大家各種分子都快速振蕩起來了。在宏觀就表現為變熱了。（PS:有一定基礎的物理同學要注意，2450MHz並不是水分子的共振頻率哦，這個數值是各種因素綜合考量的權益結果。）
聽不懂，沒關係。我想起一個故事，以前有個小夥子問過我：「你們說熱的本質是分子的碰撞和無規則運動，那我拿著一瓶水使勁搖啊使勁搖啊，搖了很久，為什麼就沒辦法把這瓶水加熱吶？」我說：「因為搖得還不夠快。」小夥子感覺受到了莫大的挑釁：「不可能，我以前是體育課代表哦，搖得很快了。你說要多快才行？」「不好說，不過2000多MHz肯定沒問題~」
8
Q
電動力學為什麼叫電動力學？
無數不成量
A
教科書解釋:
電動力學（electrodynamics）電磁現象的經典的動力學理論。通常也稱為經典電動力學，電動力學是它的簡稱。它研究電磁場的基本屬性、運動規律以及電磁場和帶電物質的相互作用。迄今人類對自然界認識得最完備、最深入且應用也最為廣泛的是電磁相互作用，因而研究電磁相互作用的基本理論-電動力學有其特殊的重要性，它滲透到物理學的各個分支。它是電磁學的更高級課程，它比電磁學研討的問題立足點更高，應用到的數學基礎更艱深，理論性更強，論述也更深入和普遍。
小編我的解（wai）釋（li）：
它是電磁現象的動力學理論，卻不叫電磁動力學；它是電磁學的高級課程，卻不叫高等電磁學。它取了「電動力學」的這樣的名字，它是在暗示你——為什麼磁不見了呀？因為電動起來就是磁了嘛(￣3￣)!。（你學完這門課要是沒有這個體會那就沒學懂呀~）。嗯，所以這是藏在物理系課程目錄中的一個有用的冷笑話（括弧笑）
9
Q
有磁動機嗎？
叮咚
A
往上面拉一下。恩，上一題。
是的! 你已經明白了！
所有電動機都是「磁動機」。
10
Q
廣義相對論和狹義相對論的根本區別？
不識字
A
這個問題其實很好。
早先的時候，物理學家們認為廣義相對論和狹義相對論的根本區別是狹義相對論只能處理慣性參考系，是慣性參考系的相對性理論。而廣義相對論可以處理非慣性參考系，是更一般的相對論性理論。（順手拿下了引力，因為等效原理，即認為引力場等效於非慣性系）。
但現在人們不這麼認為了。倒不是說上面這種說法有問題，而是上面這種說法不夠本質。更本質的說法是。相對論是一門處理時空幾何的理論。如果時空是平直的，沒有彎曲，沒有曲率。這時候就是狹義相對論。如果時空是彎曲的，有曲率，這時候就是廣義相對論。所以顯得廣義相對論和狹義相對論的根本區別是：時空是不是彎的 （⊙ω⊙）。
特别致謝THU物理系4字班紀錫涵，董晉旋，李遠昭，劉賀，程卓同學參與部分問題的討論和回答！
寫下您的問題，下周五同一時間哦~
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