第15章 电学宇宙(3)

　　赵老师说：“大家的发言都很精彩，但上述的事情不是幻想，从原理上说都已经实现，只是目前获得超导尚需要较低的温度，费用较高，设备也嫌笨重。目前说的高温超导也是相对液态氦的温度而言。”

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　　第一个发现超导现象的是荷兰物理学家昂纳斯，1911年，他在很低的温度下发现随着温度的降低，水银的电阻越来越小，到了4.15K时（K是绝对温度，绝对零度为-273.16℃）水银的电阻不再缓慢地减小，而是突然一下子降到了零。这说明，在4.15K（-269.01℃），水银进入到超导态。

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　　要想使用超导体干什么事，得把它“埋在”超低温的液体氦之中。可是液体氦的价格昂贵得惊人，不仅它本身难于制造，就是制造装它的容器都不容易。人们很明白，没有高温超导材料，超导性能再宝贵也只能望洋兴叹。

　　9.无形的力量——磁力

　　晋代有位大将马隆，少年时的他就有智有谋，敢作敢为，后来经过他人的推荐，让他成为朝廷中一员良将。

　　晋武帝司马炎即将讨伐长江以南的吴国，不料西方凉州的古羌人将朝廷的命官打败了，占领河西地方。武帝一筹莫展，在朝上叹道：“谁能为我讨伐羌人，收复凉州呢？”

　　此时的文武官员都知道羌人的厉害，没有一个人敢吱声。这一刻马隆走上前，请求武帝给他三千勇士以平凉州。武帝立马答应他的条件，并封他为武威太守。

　　许多大臣反对马隆另外募兵，有的官员还将三国时留下的过时兵器给他。马隆毫不畏惧，在武帝支持下招募勇士，不到半天就招来3500人。武帝又给他三年的军费。在公元279年，他率兵向西出发了。

　　羌人派出了万余名兵卒围截马隆，他们的首领名叫权才机能，他想了办法，利用古羌人的地理优势阻挡马隆的前进，并且在有些隐蔽的地方设下埋伏，声势浩大，真是不可一世。马隆临阵不惧，按诸葛亮的八阵图对阵。在宽阔的地方，就以鹿角车（将带枝的树木削尖，放在车上，叫鹿角车）开路；在狭窄的地方，就在车上放置一个木屋挡住敌人的视线，边战边向前推进。马隆充分运用部下的弓箭，使他们的弓箭所到的范围内，敌人死伤惨重，这一招让敌人的士气大大下降。

　　有一天，马隆来到遍地有磁石的地方。他忽然心生一计，打算以谋略取胜。选好地形，马隆在狭窄的山口两旁堆满磁石。羌人身披铁铠，在走近时，受磁石感应而被吸引，自感行动反常，似有无形的手在拉他，以为神力起作用。马隆部下在战前都已经脱下铁铠换上犀甲，磁石无法吸引皮革，他们的行动就不会受到阻碍。

　　马隆率兵去攻打羌人，羌人骑马大举反攻。马隆佯装败退，羌人在经过一个狭窄的山口时，他们都像遇见了魔鬼样，无法走出山口。羌人这时感到行动困难，好像有许多无形的手在拉他们。那时文化落后，人都很迷信，不知谁喊了一声：“不好！马隆有神明相助。”

　　刹那间羌人乱作一团，纷纷后撤，退出山口。马隆见时机已到，一声令下，进行反攻，杀伤无数，从此为朝廷平定了西凉。

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　　使用磁铁小常识：磁铁很脆，使用时要小心，若掉在地上很容易被摔断。磁体存放的位置不要靠近火边；在使用时要尽量减少碰撞，以防磁性过早减弱。

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　　磁铁有两极，具有同名极相斥、异名极相吸的性质。

　　10.只进不出的黑洞

　　物理课上，朱老师向同学们提出一个问题：“世界上什么东西最黑？”孩子们都是争先恐后的举手，李昊说：“黑布、黑丝绒还有锅底上的煤烟。”

　　老师说：“坐下，呵呵，同学们好好听我讲，如果一个物体能把照在它上面的光线全部都吸收掉，这个物体就算得上是最黑的，但是实际上，无论是黑色的丝绒还是锅底的煤烟，都能反射很少的入射光，它们不是最黑的东西。”

　　“在宇宙中最黑的星体叫做‘黑洞’。黑洞被定义为宇宙中具有超高密度的区域，它的引力极强，以致包括光在内的任何物质只要进入都无法从中逃逸。”朱老师说。

　　朱老师分析：“光线只进不出，所以黑洞是看不见的，它不发光也不反射光。宇宙中的黑洞是一颗‘死亡’的恒星，一颗质量比太阳大10倍的恒星，在耗尽了内部的‘燃料’以后，就会坍缩为直径只有60公里左右的黑洞，因此黑洞的密度相当大，它上面的一粒沙子，比地球上的喜马拉雅山还要重。”

　　“黑洞既然不发光也不反射光，那么天文学家是用什么方法发现它的呢？”老师再一次提问，这次同学们都沉默了，他们都用期待的眼神等待老师的答案。朱老师说：“其实，当黑洞周围的气体、尘埃在巨大的吸引力作用下，迅速地进入黑洞的同时，由于运动速度极大，温度很高，所以会发出X射线。虽然这种X射线不是黑洞直接发出的，但是它暴露了黑洞的存在。天文学家就利用这种方法推断黑洞的位置。在X光图像中，气态物质都被吸引到高密度天体外围呈螺旋形由两个方向向中心靠拢，高温气体接近高密度天体时就突然消失，其X图像表现为发亮的碟形中央有一黑点。”

　　“同学们都懂了吗？”

　　“懂了。”孩子们齐声回答道。

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　　黑洞这个词是由美国物理学家惠勒在20世纪60年代首先使用的。

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　　整个自然界是由不断运动着的物质所组成，绝对静止的物质是不存在的。物质运动必然会产生磁场，天体和磁场是不可分割的整体，只要天体存在，它周围就一定有磁场存在。各类物质结构由于运动方向的不同、运动速度的差异，会产生无数大小不一、强弱不同的磁场漩涡，这种磁场漩涡就是神秘的“黑洞”。

　　11.相对论

　　玉林和亚如在明白了光速不变原理之后，姜老师说：“假定有一个火箭，以25万千米／秒的匀速飞行，火箭里面正中间有一盏灯，前面坐着一个男孩，后面坐着一个女孩，他俩与灯的距离相同。你们坐在中间那盏灯的位置，并向他俩宣布，当灯点亮时，谁看到灯光就立即举手，那么在你们看来，谁先举手呢？”

　　“当然是同时举手了！”玉林回答得很坚决。

　　“光向任何方向传播的速度不变，距离又相等，他们两人应该同时看到灯光。可是还有火箭的速度……”亚如想得很周到，不过，周密的思考将使结论更为踏实。“火箭？大家都在火箭里，又是匀速运动，谁也感觉不到火箭的运动，所以它在这个问题中没有什么影响。”玉林的思路也非常迅速。

　　“对，他俩同时看到灯光。”姜老师说的时候加重了“同时”二字，“注意，现在你们离开灯了，站到火箭外面去了。当你们在火箭以外的一个地方，去看火箭中发生的事情，在灯点亮时，他俩还是同时举手吗？”

　　“同时，”还是玉林抢先回答，“光速不变，两人位置不变，当然是同时看到、同时举手啦！”

　　“不，老师问的是站在火箭以外去看火箭内的情况。我想应该注意‘光速对任何人都是不变的’这条规律。火箭向前飞，就使坐在后面的女孩向灯刚发光时的位置靠近了，距离变小了，光传播到她眼里的时间也应该缩短，这样看来，我们将会看到后面的女孩先举手。”亚如慢慢地说了一番推论。

　　“亚如说得对，”玉林受到启发，也想通了，“坐在前面的男孩被火箭带着向前走，他远离了灯刚发光时的位置，距离变大。光传播到他眼中的时间也延长，所以他举手晚。”

　　“你俩的意见一致，都是说飞船里前后两人不同时看到灯光。”姜老师说时加重了“不同时”三字，“那么，他俩看见灯光到底是同时还是不同时呢？”

　　“应该同时，怎么又不同时了？”玉林抢着说，可是得不出结论来了。

　　“到底是怎么回事呢？”亚如也觉得好像自相矛盾。

　　姜老师说：“以前我们已经知道，对观察者来说，物体的空间位置其实是相对的。比如，你坐在行驶的汽车上，车内的观察者说你是静止的，位置不变，车外的观察者说你是运动的，位置随汽车而变。现在我们又看到，对观察者来说，时间也是相对的。火箭内的观察者说女孩男孩同时看到灯光，火箭外的观察者说女孩男孩不同时看到灯光。所以当你说‘甲乙两个事件是同时的’，它一定是在某个条件下才同时，而在另一条件下又不一定同时。无条件地说‘同时’，是毫无意义的。

　　“总之，对于观察者来说，空间、时间都具有相对性，这也是爱因斯坦的理论被定名为‘相对论’的原因。”

　　听了姜老师的一番话，他俩才明白了其中的道理。

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　　相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论（特殊相对论）和广义相对论（一般相对论）。相对论的基本假设是光速不变原理、相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。

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　　狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。