[笔记]第一性原理:21堂科学通识课-[英]马库斯·乔恩(marcus Chown);周自恒

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• 31-32, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:10:22

  所谓第一性原理，就是由它可以引出其他所有相关的知识。

• 33-35, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:12:58

  也可以采用相同的思路，在这个大家都没有多少空闲时间的世界中，告诉他们要理解某个话题所需要知道的第一性原理，然后告诉他们其他知识是如何从第一性原理出发，沿着逻辑的链条被推导出来的。

• 65-68, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:17:14

  氢原子中，只有一个质子和一个围绕其旋转的电子，它们之间的引力非常微弱，只有它们之间电磁力的 1040 分之一。这意味着，如果一个物体所包含的原子数量超过 1040 个，那么引力的大小就会超过电磁力。

• 72-72, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:17:25

  当引力占据主导地位时，所有物质都会在引力的作用下形成最紧密的结构，也就是球形。

• 86-87, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:19:25

  开普勒行星运动第二定律指出，行星在距离太阳较近时运动速度较快，而距离太阳较远时运动速度较

• 86-87, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:19:30

  开普勒行星运动第二定律指出，行星在距离太阳较近时运动速度较快，而距离太阳较远时运动速度较慢。

• 88-89, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:19:36

  行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，且这一面积与行星运动速度及其与太阳的距离的乘积成正比，

• 88-89, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:19:43

  行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，且这一面积与行星运动速度及其与太阳的距离的乘积成正比，这个量用现代术语来说，就是行星的轨道角动量。

• 89-90, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:20:04

  在其路径上没有任何分量

• 110-111, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:22:55

  对于“为什么月球以及地球的其他卫星不会掉下来”这个问题，答案是出乎意料的——它们真的在往下掉，只不过永远掉不到地面上而已。

• 167-168, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:43:33

  不仅海洋会产生潮汐现象，岩石也会，这通常称为“固体潮汐”。

• 171-172, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:43:52

  井水水位的高低变化取决于若干变量的影响，在某些情况下这种水位差可以高达一米左右。

• 170-172, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:43:56

  水井通常挖掘于含水丰富的地层，在高潮时，地层向上隆起，便会像海绵一样将井水吸走；而在低潮时，地层回落，又会将之前吸收的水挤回到井里。井水水位的高低变化取决于若干变量的影响，在某些情况下这种水位差可以高达一米左右。

• 168-169, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 8:44:12

  古希腊哲学家波希多尼（Posidonius）发现了一个奇怪的现象：在低潮时，井水水位会上升，而在高潮时，井水水位会下降。

• 181-183, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 上午 10:19:55

  爱因斯坦（Albert Einstein）发现引力的来源并非质量而是能量（参见第 12 章）。质能的确是能量的一种形式，但还有其他形式的能量，它们也具有引力，尤其是在太阳附近，其引力比太阳系中其他任何地方都要强。

• 259-260, 标注, 2025 年 1 月 23 日星期四 下午 4:59:22

  变化的电场产生磁场，而变化的磁场产生电场。

• 634-634, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:18:53

  在于，支配世界运行的物理学基本定律同时允许一个过程正向和反向发生。

• 652-652, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:20:23

  无序总是在增加，或者说，至少无序永远不会

• 652-653, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:20:45

  无序总是在增加，或者说，至少无序永远不会减少，于是便得到了热力学第二定律。

• 662-663, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:22:10

  指出：“熵永远不会减少。”

• 660-662, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:22:31

  物理学家使用一个专门的术语来称呼无序。他们将无序称为熵，它指的是与一个宏观状态（在花瓶的例子中，就是其保持完整的状态）相对应的所有微观状态数量的总和，即它能变得破碎的所有情况的数量。

• 682-684, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:24:06

  热力学第二定律只规定熵在总体上是增加的，但并没有规定熵不能在某个局部环境中减少。

• 741-741, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:29:57

  世界的终结将“不是嘭的一响，而是嘘的一声”。

• 739-741, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:30:04

  恒星最终会将所有热量辐射到宇宙空间中，使得宇宙各处的温度趋于平均。没有温差这一驱动蒸汽机的核心要素，宇宙就不能继续做功，一切活动将陷入停滞。宇宙这台巨大的机器停止工作，这种状态被称为“宇宙热寂”。用诗人 T.S.艾略特（T.S.Eliot）的话来说，世界的终结将“不是嘭的一响，而是嘘的一声”。

• 752-754, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:32:02

  如果在将来，宇宙膨胀到达极限，然后开始进入相反的过程而向内收缩，即“大坍缩”，这个过程就像是“大爆炸”的镜像，而时间的方向也会逆转。坍塌的城堡会重新耸立起来，破碎的花瓶会重新拼合完整，所有生物都会返老还童！

• 759-761, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 上午 8:43:00

  热力学是个有趣的东西。你第一次看过之后，会觉得完全不懂。第二次看过之后，会觉得基本懂了，只有一两处不懂。第三次看过之后，你知道你确实不懂，但那时你已经习惯了，懂不懂对你已经无所谓了。”

• 929-931, 标注, 2025 年 1 月 24 日星期五 下午 6:23:07

  量子世界的唯一可取之处在于，尽管它本质上是不可预测的，但这一不可预测性则是可以预测的！量子理论正是这样一种用来预测不可预测性的方法。

• 1385-1385, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:26:07

  光速是宇宙的基石，而空间和时间只是流沙。

• 1428-1429, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:32:02

  时间和空间可以互换，因为它们都不是

• 1428-1429, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:32:07

  时间和空间可以互换，因为它们都不是本体，真正的本体是时空。

• 1446-1447, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:32:26

  从现在起，空间本身和时间本身都将只是影子，只有它们结合在一起才能真正存在。”

• 1449-1451, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:32:50

  当我们接近光速时，会发现空间和时间的统一是一个显而易见的事实。只不过我们生活在大自然的慢行道上，我们所经历的只是时空的影子，就像一个物体在洞穴壁上投下的平面影子——空间是一个影子，时间是另一个影子。

• 1455-1457, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:34:12

  它。这种对移动的阻抗称为“惯性”，实际上惯性就是我们对质量的定义。一个结论就是，一个物体被加速到越快的速度，它所产生的阻抗就越大，因为实际上它的质量会变得越来越大。

• 1510-1511, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:41:16

  用旧方案来解决新问题是演化的一个常见特性，

• 1515-1517, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:42:01

  不过，逻辑门只是输入两个电信号，并根据输入的电流产生一个输出信号，而神经元则可以接受来自一万多个树突的输入，其输出的信号取决于所有这些输入信号与神经突触处的大量神经递质和受体之间的复杂相互作用。因此，神经元是一台生物计算机的基本构件，正如逻辑门是硅基计算机的基本构件一样，

• 1521-1521, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:43:20

  在演化过程中依次产生了 3 种不同的脑，它们一层一层叠加起来形成了现在的人脑。

• 1523-1529, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:43:31

  我们那 1.4 千克的“小宇宙”中最原始的部分是脑干和小脑，它们是爬行动物的脑的主要结构。我们的“爬行动物脑”负责控制自动化的生命功能，如体温、呼吸、心率和平衡。包裹在爬行动物脑外面的是在大约 2000 万年前由最早的哺乳动物所演化出的结构，这一被称为“边缘系统”的结构主要组成部分包括海马体、杏仁核和下丘脑，它们负责将或好或坏的经历作为记忆保存下来，因此它们也负责控制情绪。包裹在边缘脑外面的是所有结构中最大的，它就是“大脑”，或称为“新皮质”，它最早是在灵长类中开始发挥重要作用的。它可以驳回膝跳反射这类由原始脑结构所产生的反应，并负责语言、抽象思维、想象以及意识。它具有近乎无限的学习能力，也是我们人格的载体。简而言之，新皮质让我们得以成为人。

• 1550-1552, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:47:46

  神经元之间的连接方式是我们形成知识的关键。神经元之间的连接是通过树突形成的，即树突也就代表着我们的知识。因此，要记忆新东西或学习新技能，神经元之间的树突连接一定需要发生某种变化。

• 1558-1560, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 上午 8:49:05

  通过强化大量神经元而不只是一对神经元之间的连接，新知识会被永久连接到你已有的知识中并记忆下来。小说家多丽丝·莱辛（Doris Lessing）说：“这就是学习，你突然明白了一些你原本就已经明白的事，但变换了一种新的方式。”

• 1588-1589, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 下午 12:57:39

  幼年期的海鞘，它在海中游荡并寻找可以定植的岩石。当找到岩石之后，它就不再需要脑了，于是就把脑给吃了。脑的能耗太高了，即便是像幼年期海鞘这样拥有脑的生物，也会在不再需要它时果断地将其舍弃。

• 1808-1810, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 下午 1:19:18

  这是由双足直立行走造成的，因为直立的姿态需要让臀部变窄，于是产道也随之变窄。由于我们的脑长得越来越大，这迫使我们还处于胎儿阶段时就要提早出生，将更多的生长发育过程留到子宫外完成。

• 1936-1937, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 下午 6:35:25

  黑洞告诉我们空间可以像一张纸一样团成一团直到成为一个无限小的点，时间可以像被吹灭的火焰一样消失，而我们认为‘神圣’且不可改变的物理定律也可以变得毫无意义。”

• 1955-1956, 标注, 2025 年 1 月 26 日星期日 下午 6:36:50

  标准模型中的基本粒子分为两种：费米子（物质的构件）和玻色子（物质之间作用力的介质）。

• 2495-2496, 标注, 2025 年 2 月 5 日星期三 下午 1:15:49

  我喜欢摆弄方程，只是为了寻找优美的数学关系，也许它们根本没有任何物理意义，而有时候它们则真的具有物理意义。”

• 2552-2553, 标注, 2025 年 2 月 5 日星期三 下午 1:17:18

  质量只是能量的一种形式（参见第 10 章）。这意味着不仅质能可以转化为其他形式的能量，其他形式的能量也可以转化为质能。

• 2681-2682, 标注, 2025 年 2 月 5 日星期三 下午 1:25:56

  中微子不是只有一种类型，或者说“味道”，而是有三种——电中微子、μ中微子和τ中微子（参见第 15 章）。大自然不仅将夸克和轻子复制了三份，同时也将中微子复制了三份。

• 2682-2682, 笔记, 2025 年 2 月 5 日星期三 下午 1:26:54

  也许 三态才是完美的