相对论的四维语言是怎样的?《张朝阳的物理课》介绍电动力学与相对论的关系

狭义相对论的四维语言是怎样的?电动力学与狭义相对论具有怎样的关系?夏天的时候白车比黑车更节能?9月25日12时,《张朝阳的物理课》线下第九课开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳介绍了为什么麦克斯韦的电磁理论与牛顿时空观矛盾,从而介绍起狭义相对论的四维形式,并推导了电磁势所满足的方程以及得到了推迟势解。期间,张朝阳还介绍了在夏天的时候,白车比黑车更节能的物理原理。

张朝阳先介绍了麦克斯韦电磁理论与牛顿时空观的矛盾,并说明了为什么牛顿时空观下不存在速度上限。现实世界是存在速度上限的,他在此基础上说明了这个最大速度的值与参考系无关,并以参考系变换的不变量为基础,类比空间转动来引入“虚时空”上的转动,从而求得了洛伦兹变换的表达式。

然后,张朝阳通过引入电磁势,并借助洛伦兹规范条件得到了电磁势所满足的方程。他先求解了电荷量随时间变化的点电荷的标量势,然后通过叠加原理得到了一般电荷分布的标量势推迟解。得到标量势的解之后,通过类比,写出了矢量势的推迟解。

同时,张朝阳计算了黑车在夏天正午时分的吸热功率,并借助热力学知识分析了空调需要多少电能才能把吸收的热量排出车外。在极端的条件下,空调每小时需要一度电才能将太阳照射的热量排出车外。因此,白色车在夏天要比黑色车更节能。

在本次物理课上,张朝阳还讲解了BMW iX Flow车身上开创性地应用了电子墨水(E-Ink)技术,彰显宝马科技创新能力及未来豪华出行畅想。他通过分析电子墨水的微观结构,借助电磁学讲解了电子墨水的原理。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播八十余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言,并逐步过渡到了电磁学。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:注重推导,通过一步一步详尽的数学计算,推导出相关的物理公式,把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在直播,网友可以在“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。复旦大学教授、科技部重点研发项目负责人赵斌,高中数学名师、《十年高考》数学科主编郑冬冬等带来“奇思妙想开学季”系列科学公开课;知名知识播主、地理教育专家雷亚鸣,浙江大学化学系博士后、蛟龙号首位大洋深潜女科学家唐立梅等带来“好奇一夏”系列直播,探索月球与大海;中国科学技术大学副教授李旭,中国科学院南京地质古生物研究所研究员冯伟民等开启趣味科普,与古生物进行跨越亿万年的生命对话。未来还将有更多知识播主入驻,一起互动玩转科学。

作为今日头条青云计划、百家号百+计划获得者,2019百度数码年度作者、百家号科技领域最具人气作者、2019搜狗科技文化作者、2021百家号季度影响力创作者,曾荣获2013搜狐最佳行业媒体人、2015中国新媒体创业大赛北京赛季军、 2015年度光芒体验大奖、2015中国新媒体创业大赛总决赛季军、2018百度动态年度实力红人等诸多大奖。

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