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终身为化学事业而奋斗...
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宇宙的真理-误差 有人说:真正的真理就是: 没有绝对的真理。 但其实这句话有一个非常现实的反例: 那就是物理学里面最大的原理----------误差原理。 误差原理的基本表述是这样的: 任何测量结果必然含有误差(注意是必然含有,可不是可能含有),误差只能被尽可能减小,绝对不可能消除(注意这里也是绝对的)。 这个原理,在任何实验科学领域,无一例外地成立。可以说,我们迄今为止完全没有发现任何一种客观现象违反这个原理。 它甚至比1+1=2还可靠(比如有些特种数学中,1+1=2并不成立。但任何实验科学,都绝对遵守误差原理)。 其实这个东西似乎向我们暗示着宇宙的基本意志: 我们探查宇宙的能力,在各个方面来说,一定是有限的。 误差原理的必然性,往往被解释为:由于测量手段的精确度有限造成。由于测量者测量行为受到外界微扰的随机性造成。由于测量系统内条件的不确定性造成。。。等等。 解释很多,但都不能完全概括误差原理的成因。所以,很多时候,我们不会去追究误差为何一定要存在于我们的实验中,而是去思考人类实验之外,是否也同样存在着误差。 实际上,我们的测量行为,一定是通过测量工具接收被测物体发出的信息的过程。而实际上,你只要接收了信息,通常就是接收了物体对你的影响。 所以,我们完全可以把物体和物体之间的相互影响,看作是广义的测量行为。 而事实上,我们发现,一个物体对另一物体产生的影响,总是有一定的最低限度的,如果双方的相互作用小于这个最低限度,那么影响就不会出现,这在量子力学中体现为物质粒子接收外界能量时,必然是整份接收,小于一份的能量将被无视。 这表明,一个物体靠接收其他物体的作用来检测其他物体作用力强度时,是不可能绝对精确的,小于一定量值的成分会被忽视,无法反映为测量结果。 而在此之外,我们还不得不面对事物的随机性的存在,一个物体受到的影响,很多情况下是随机的,物体可以获取结果,但这些结果却不能准确对应前提条件。 简单来说,我知道有人用网球打我,但我不知道是谁打的。 说到底,不仅我们人类的实验受到误差原理的制约,宇宙内所有的事物,只要存在相互作用,那么它们之间的相互作用总是受到误差原理的多方面约束。 看来宇宙是公平的,并不只是在愚弄人类。 而当我们思考任何一个有关于宇宙或者现实的问题时,我们都应该首先想想误差原理这个总规则。如果你思考物理问题时,习惯性地忘记考虑误差,那么你显然是魂飞天外,不在人间了。 误差原理对于宇宙来说,实际上是一个基本结构定律: 由于误差的必然存在,使得宇宙中的事物之间,根据不同的误差底线,形成最小影响力的不同数量级差异,从而能够构建起纷繁复杂的事物结构。 控制万物存在形态的,恰恰是各种作用的量级以及遵守的统计学概率规律。 我们知道,量子力学中,费米子遵守费米-狄拉克分布律,而玻色子遵守爱因斯坦-玻色分布率;四种基本作用力:强相互作用,弱相互作用,电磁作用,万有引力各有不同的作用范围。 当我们迷惑于为何会出现这样的划分时,我们回头来看看物理学中最基本的定律--误差原理,那么你大概就会理解宇宙的思想了。 这种种奇怪的看似没有理由的先天规定,实际上都是宇宙为了满足误差原理的普适性,作出的布置中的一小部分。 那么,你也应该体会到,物理学这门科学,远远不是我们头脑中单纯按照逻辑思考出来的数学图景和哲学图景。物理学中所有的规律,都有自己的适用条件,这些适用条件基本都是误差条件,或称之为测量精确度条件。 某些规律,在特定的低精度条件下成立,但在高精度条件下未必成立。 而更高精度条件下,规律可能更加面目全非。 例如我们经常在宏观领域研究事物是否无限可分的问题。古人的实验条件下,最终得出“物质可能无限可分”的结论,一张饼无论怎么分下去得到的都是更小的面块。 但现代科学把精确度提高到了原子级别,终于证明,没有最小的面块,分到最后就到原子级别了,已经不再是面。 而现代科学进而证明,原子还不是最小的结构,虽然物质是否无限可分依旧没有定论,但是已经不再是作为面团是否能保留面团的性质无限可分的问题了。 现在的无限可分问题已经不拘泥于最小结构是什么了。 同样的规律,在不同精确度前提下,会有不同的结论。大陆通常被看作不动的,但是实际上每年大陆板块都有明显的漂移,我们认为它们不动,纯粹是站在低精确度的角度来说的,而它们在高精度的测量实验中,显然是动的。 所以,误差原理告诉我们,大部分物理规律都有适用条件,这才是真正的物理,只有少数类似误差原理这样的基本规律能够无视适用条件,在各处通行无阻。 这也告诉我们,物理定量规律都不是绝对准确的,它们都有自己成立的精确度范围。 例如牛顿运动学在宏观低速条件下成立,高速时候就要用相对论,微观时候就要用量子力学。
生日之时,嗯贡献学术一篇 氯气能置换出水中的氧-理论 氯气能置换出水中的氧-理论 理论依据 氯气与水发生的重要反应有以下两种: (Ⅰ)Cl2 + H2O == 2H+ + 2 Cl— + ½ O2↑ (Ⅱ)Cl2 + H2O H+ + Cl— + HClO 反应(Ⅰ)是氯气作氧化剂被还原为Cl—,水作还原剂被氧化而放出O2。这一反应可以由两个电极反应所组成: Cl2 + 2e— == 2 Cl— φ0 = 1.358 V [1] O2 + 4H+ + 4e— == 2 H2O φ0 = 0. 815 V(pH=7) 氯气对水的氧化反应的电动势ε0 = 1.358 V-0.815 V =0.543 V,从热力学角度看,此反应能自发进行。再考虑动力学因素 [2],则ε0 = 1.358 V-(0.815 V + 0.500 V) =0.043 V,说明此反应也是能发生的,只是不容易。氯气与水在光照射下,只能缓慢地放出O2。这与实验事实完全一致。 反应(Ⅱ)是Cl2在水中发生的歧化反应。该反应为可逆反应,其反应的平衡常数[3]: 此反应的平衡移动与pH有关。当氯水的pH大于4时,歧化反应才能发生;pH小于4时,则Cl— 被HClO氧化成为Cl2。在饱和氯水中,氯按反应(Ⅱ)所进行的反应只约占1/3。 综上分析,氯气与水能发生置换反应生成氧气,只是需在光照条件下且反应缓慢。 那么,有的人为何会得出否定的结论呢?其主要原因:一是只注意中学教材对“氯水受光照的实验”分析(溶解的氯气部分能够与水起反应,生成盐酸和次氯酸。次氯酸不稳定,容易分解放出氧气),而未知反应的(Ⅰ)发生。二是只从熟悉的“地康法”制氯气的反应: 直接推断Cl2不能置换出水中的氧。因为这个反应中氧气能置换出HCl中的氯。显然,这是忽视了氧化还原反应进行的方向与多种因素有关。例如反应物的浓度、介质的酸碱度、压强和温度等。光照氯水与“地康法”制氯气的反应条件明显不同,反应进行的方向是可以不同的。
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