10大你不得不知的科学定律.docx
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10大你不得不知的科学定律
10大你不得不知的科学定律
译者：
禾木原作者：
JacobSilverman
发表时间：
2011-02-08浏览量：
9476
生命如何起源？
时间和空间到底是何物？
宇宙最深邃之处蕴藏着何种奥妙？
10大科学定律
为你一一解答。
10ScientificLawsandTheoriesYouReallyShouldKnow
10大你不得不知的科学定律
Whetherwe'relaunchingaspaceshuttleortryingtodiscoveranotherEarth-likeplanet,werelyonscientificlawsandtheoriestoguideus.Scientistshavemanytoolsavailabletothemwhenattemptingtodescribehownatureandtheuniverseatlargework.Oftentheyreachforlawsandtheoriesfirst.What'sthedifferenee?
Ascientificlawcanoftenbereducedtoamathematicalstatement,suchasE=mc2;it'saspecificstatementbasedonempiricaldata,anditstruthisgenerallyconfinedtoacertainsetofconditions.Forexample,inthecaseofE=mc2,creferstothespeedoflightinavacuum.
无论我们要发射宇宙飞机或是试图发现另一颗类似于地球的行星，我们都有赖于科学定律和
理论的指引。
当科学家们想要描述自然和整个宇宙的运作之时，他们有许多可以运用的工具。
通常他们会首先寻求定律和理论。
那么这有何不同呢？
一条科学定律通常可简化为数学表达式，例如E=mc2;这是基于经验数据而得出的特定表达式，一般而言，该等式在特定条件下方成立。
比如在E=mc2这个例子中，c代表真空中的光速。
Ascientifictheoryoftenseekstosynthesizeabodyofevidenceorobservationsofparticularphenomena.It'sgenerally--thoughbynomeansalways--agrander,testablestatementabouthownatureoperates.Youcan'tnecessarilyreduceascientifictheorytoapithystatementorequation,butitdoesrepresentsomethingfundamentalabouthownatureworks.
科学理论通常试图将有关于某一特定现象的证据和观察加以总结。
这在一般情况下一一尽管
并非总是成立一一从宏观的角度揭示了自然的运作方式，并且可以加以验证。
科学理论无法
简化成表达式或方程式，但它确实代表了自然运作的一些规律。
Bothlawsandtheoriesdependonbasicelementsofthescientificmethod,suchasgeneratingahypothesis,testingthatpremise,finding（ornotfinding）empiricalevidenceandcomingupwithconclusions.Eventually,otherscientistsmustbeabletoreplicatetheresultsiftheexperimentisdestinedtobecomethebasisforawidelyacceptedlawortheory.
科学定律和理论都建立于科学方法中的基本元素之上，包括提出假设，验证假设，搜集（或
不搜集）实验证据，以及得出结论。
最后，若该实验要构成普遍接受的定律或理论的基础，那么其他的科学家必须能重现该实验结果。
Inthisarticle,we'lllookat10scientificlawsandtheoriesthatyoumightwanttobrushupon,evenifyoudon'tfindyourself,say,operatingascanningelectronmicroscopeallthatfrequently.We'llstartoffwithabangandmoveontothebasiclawsoftheuniverse,beforehittingevolution.
Finally,we'lltacklesomeheadiermaterial,delvingintotherealmofquantumphysics.
在本文中，我们将会谈到10条你或许想知道的科学定律和理论。
这么说吧，即便你没有发
现自己是如此频繁地使用扫描电子显微镜，你也会想知道这些。
我们以大爆炸理论为起点，继而谈到宇宙基本规律，再触及人类进化，并最终着眼于较为深奥的问题，深入至量子物理
学领域。
10:
BigBangTheory
10:
大爆炸理论
you'regoingtoknowonescientifictheory,makeittheonethatexplainshowtheuniversearrivedatitspresentstate.BasedonresearchperformedbyEdwinHubble,GeorgesLemaitreandAlbertEinstein,amongothers,thebigbangtheorypostulatesthattheuniversebeganalmost14billionyearsagowithamassiveexpansionevent.Atthetime,theuniversewasconfinedtoasinglepoint,encompassingalloftheuniverse'smatter.Thatoriginalmovementcontinuestoday,astheuniversekeepsexpandingoutward.
如果你打算了解一些科学理论，那么你就应该选择这个解释宇宙如何发展至今的理论。
大爆
炸理论基于爱德文•哈勃、乔治斯•勒梅特，阿尔伯特・爱因斯坦以及其他人士的研究之上，该理论假定宇宙开始于140亿年前的一次巨型爆炸。
当时，宇宙只是一个奇点，包囊了宇宙
中的所有物质。
宇宙持续向外扩张，因而可以得知最初的爆炸一直延续至今。
ThetheoryofthebigbanggainedwidespreadsupportinthescientificcommunityafterArnoPenziasandRobertWilsondiscoveredcosmicmicrowavebackgroundradiationin1965.Usingradiotelescopes,thetwoastronomersdetectedcosmicnoise,orstatic,thatdidn'tdissipateovertime.CollaboratingwithPrincetonresearcherRobertDicke,thepairconfirmedDicke'shypothesisthattheoriginalbigbangleftbehindlow-levelradiationdetectablethroughouttheuniverse.
阿尔诺•彭齐亚斯和罗伯特•威尔逊在1965年发现了宇宙微波背景辐射，这使得大爆炸理
论在科学界获得了广泛支持。
这两位天文学家利用无线电望远镜检测出了宇宙噪声（或是天
电干扰），而且并不随着时间消散。
他们与普林斯顿大学的研究者罗伯特•迪克合作，验证了迪克提出的假设，也就是最初的大爆炸使得整个宇宙都充满了可以检测到的微弱辐射。
9:
Hubble'sLawofCosmicExpansion
9:
哈勃宇宙膨胀定律
Hubbleandhisfamouslawhelpedtoquantifythemovementoftheuniverse'sgalaxies.Let'sstickwithEdwinHubbleforasecond.Whilethe1920sroaredpastandtheGreatDepressionlimpedby,Hubblewasperforminggroundbreakingastronomicalresearch.HubblenotonlyprovedthattherewereothergalaxiesbesidestheMilkyWay,healsodiscoveredthatthesegalaxieswerezippingawayfromourown,amotionhecalledrecession.
哈勃以及著名定律帮助量化了宇宙各星系的运动。
让我们来继续了解下爱德文•哈勃吧。
当
20世纪20年代倏忽而过，经济大萧条踉跄前行之时，哈勃正进行着开创性的天文研究。
哈勃不仅证明了除了银河系外还有其他星系的存在，也发现了这些星系正远离银河系，他讲这
种运动称之为星系后退。
Inordertoquantifythevelocityofthisgalacticmovement,HubbleproposedHubble'sLawofCosmicExpansion,akaHubble'slaw,anequationthatstates:
velocity=H0xdistanee.Velocityrepresentsthegalaxy'srecessionalvelocity;H0istheHubbleconstant,orparameterthatindicatestherateatwhichtheuniverseisexpanding;anddistanceisthegalaxy'sdistancefromtheonewithwhichit'sbeingcompared.
为了测算这种星系运动的速度，哈勃提出了哈勃宇宙膨胀定律，也称哈勃定律。
可用等式表
述为：
速度=H0X距离。
其中，速度表示星系后退的速度，H0为哈勃常数，也即宇宙膨胀
速率的参数，而距离指的是星系与相比较星系之间的距离。
Hubble'sconstanthasbeencalculatedatdifferentvaluesovertime,butthecurrentacceptedvalueis70kilometers/secondpermegaparsec,thelatterbeingaunitofdistanceinintergalacticspace[source:
White].Forourpurposes,that'snotsoimportant.WhatmattersmostisthatHubble'slawprovidesaconcisemethodformeasuringagalaxy'svelocityinrelationtoourown.Andperhapsmostsignificantly,thelawestablishedthattheuniverseismadeupofmanygalaxies,whosemovementstracebacktothebigbang.
随着时间的推移，哈勃常数的值也发生着变化，但是现在所接受的值为70千米/（秒•百万
秒差距），百万差距为天体距离的单位。
但这对我们而言并不那么重要。
至关重要的是，哈勃定律提供了精确测量银河系相关星系的运动速度。
或许哈勃定律最为重要的意义在于其提
出了宇宙由许多星系组成，而这些星系的运动可追溯至最初的大爆炸。
8:
Kepler'sLawsofPlanetaryMotion
31
X
Period!
、ii
orbits,especiallyaboutwhethertheyorbitedoursun.Inthe16thcentury,Copernicusputforthhiscontroversialconceptofaheliocentricsolarsystem,inwhichtheplanetsrevolvedaroundthesun--nottheEarth.ButitwouldtakeJohannesKepler,buildingonworkperformedbyTycoBraheandothers,toestablishaclearscientificfoundationfortheplanets'movements.
数百年来，科学家和宗教领袖一直就行星的运行轨道争论不休，对于地球是否围绕太阳运行
这一问题尤为如此。
16世纪，哥白尼提出了颇具争议的日心说，认为行星围绕太阳运转而非地球。
然而直到约翰内斯•开普勒在第谷•布拉赫及他人成果的基础上做了进一步研究之后，行星运动的科学基础才得以建立。
&开普勒的行星运动定律
Forcenturies,scientistsbattledwithoneanotherandwithreligiousleadersabouttheplanets'
Kepler'sthreelawsofplanetarymotion--formedintheearly17thcentury--describehowplanetsorbitthesun.Thefirstlaw,sometimescalledthelawoforbits,statesthatplanetsorbitthesunelliptically.Thesecondlaw,thelawofareas,statesthatalineconnectingaplanettothesuncoversanequalareaoverequalperiodsoftime.Inotherwords,ifyou'remeasuringtheareacreatedbydrawingalinefromtheEarthtothesunandtrackingtheEarth'smovementover30days,theareawillbethesamenomatterwheretheEarthisinitsorbitwhenmeasurementsbegin.
开普勒于17世纪初提出了行星运动三大定律，揭示了行星围绕太阳运转的方式。
开普勒第一定律，也称椭圆定律，指出每一个行星沿椭圆轨道围绕太阳。
开普勒第二定律，也即面积
定律，指出从太阳到行星所联接的直线在相等时间内扫过同等的面积。
换言之，如果你想测
量地球和太阳间直线扫过的面积并且对地球30天的运动进行记录，那么你会发现无论测量
开始时地球位于轨道何处，得到的面积总是相等。
Thethirdone,thelawofperiods,allowsustoestablishaclearrelationshipbetweenaplanet'sorbitalperiodanditsdistancefromthesun.Thankstothislaw,weknowthataplanetrelativelyclosetothesun,likeVenus,hasafarbrieferorbitalperiodthanadistantplanet,suchasNeptune.
开普勒第三定律，也即调和定律，清楚地表明了行星公转周期与其离日距离之间的关系。
正
因为了有这条定律，我们才能得知例如金星这样离日相对较近的行星的公转周期要短于离日较远的行星，例如海王星。
7:
UniversalLawofGravitation
ThankstoNewton'suniversallaw,wecanfigureoutthegravitationalforcebetweenanytwoobjects.Wemaytakeitforgrantednow,butmorethan300yearsagoSirIsaacNewtonproposedarevolutionaryidea:
thatanytwoobjects,nomattertheirmass,exertgravitationalforcetowardoneanother.Thislawisrepresentedbyanequationthatmanyhighschoolersencounterinphysicsclass.Itgoesasfollows:
F=Gx[（m1m2）/ro
正是有了牛顿的万有引力定律，我们才能计算出任意两物体间的引力。
或许如今我们对此已
习以为常，然而艾萨克•牛顿先生300多年前提出的观点在当时颇具颠覆意义：
任意两物体，
无论质量如何，彼此之间具有引力。
这条定律可由如下等式表示，许多中学生在物理课上都
会学到该等式。
F=Gx[（m1m2）/ro
Fisthegravitationalforcebetweenthetwoobjects,measuredinNewtons.M1andm2arethemassesofthetwoobjects,whileristhedistancebetweenthem.Gisthegravitationalconstant,anumbercurrentlycalculatedtobe6.672x10-11Nm2kg-2[source:
Weisstein].
F表示两物体之间产生的引力，单位为牛顿。
M1和M2表示两物体的智力，r则表示两物体
之间的距离。
G是万有引力常数，近似等于6.672x10-11Nm2kg-2。
Thebenefitoftheuniversallawofgravitationisthatitallowsustocalculatethegravitationalpullbetweenanytwoobjects.Thisabilityisespeciallyusefulwhenscientistsare,say,planningtoputasatelliteinorbitorchartingthecourseofthemoon.
万有引力定律令我们能够计算出任意两物体之间的引力。
当科学家计划将一颗人造卫星送上
月球轨道时，这种计算能力便显得尤为重要。
6:
Newton'sLawsofMotion
6:
牛顿运动定律
Aslongaswe'retalkingaboutoneofthegreatestscientistswhoeverlived,let'smoveontoNewton'sotherfamouslaws.Histhreelawsofmotionformanessentialcomponentofmodernphysics.Andlikemanyscientificlaws,they'reratherelegantintheirsimplicity.
既然我们正在谈论史上最伟大的科学家之一，那么我们就来看看牛顿其他的一些著名定律
吧。
牛顿的运动三定律是现代学力学的重要组成部分。
正如许多其他科学定律一样，运动三
定律因其简练而彰显优雅。
Thefirstofthethreelawsstatesanobjectinmotionstaysinmotionuniessacteduponbyanoutsideforce.Foraballrollingacrossthefloor,thatoutsideforcecouldbethefrictionbetweentheballandthefloor,oritcouldbethetoddlerthatkickstheballinanotherdirection.
牛顿第一运动定律指出在不受外力作用下，动者恒动。
对于一个在地面上滚动的球而言，外
力可能是球与地面之间的摩擦力或者幼童相反方向踢球产生的力。
Thesecondlawestablishesaconnectionbetweenanobject'smass（m）anditsacceleration（a）,intheformoftheequationF=mxa.Frepre
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