网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

这些科学巨匠的理论,看起来很飘渺,但却深入了普通人的生活

0
分享至

很多科学家,我们耳熟能详,教室里全是他们的名言,论文中充满他们的故事,但对他们的理论,却觉得如天书般飘渺——听过,好像也见过,但是就是不懂,也没什么记忆。于是乎,总有一种被骗了的感觉,这些听起来就让人崇拜的科学巨匠,到底对我们普通人的生活进步做了什么贡献?

这只是我们普通人不了解的错觉,实际上,很多看起来深奥缥缈的理论,已经融入了我们生活的方方面面,比如以下:

爱因斯坦:相对论 → GPS导航



看起来:时空弯曲、光速不变、引力波,全是宇宙尺度的事。

实际上:你每次打车、点外卖、用地图导航,都在用相对论。

GPS卫星在距地面约2万千米的轨道上以约3.87公里/秒的速度飞行。这里同时发生着两种相对论效应,方向相反。

根据狭义相对论,高速运动的时钟会变慢。卫星的速度带来的运动学时间膨胀,使星载原子钟每天慢约7.2微秒。而根据广义相对论,卫星所处位置的引力场比地面弱得多,时空弯曲程度更小,时钟走得更快,这一引力效应使星载钟每天快约45.9微秒。

两者相抵,净结果是卫星钟每天比地面钟快约38.4微秒。38微秒听起来微不足道,但如果不做修正,定位误差每天会累积约10到13公里。也就是说,导航说“前方500米右转”,你可能已经开到隔壁城市了。

所以,在卫星发射前,就把星载时钟的频率调慢,让它在轨运行时“看起来”和地面同步。一个GPS接收器精度在30米之内,就意味着它已经在用相对论了。

普朗克、玻尔、海森堡、薛定谔:量子力学 → 芯片、激光、核磁共振、闪存

看起来:电子跃迁、波函数、不确定性原理,像哲学加数学。

实际上:你手里的手机芯片,就是量子力学的产物。

晶体管是芯片的基本单元,晶体管的开关行为,本质上由电子在半导体能带中的量子分布决定。

当芯片制程缩小到几纳米级别时,一个量子效应变得致命:量子隧穿。在量子力学中,电子以概率波的形式存在,即使能量低于壁垒,也有一定概率直接“穿过去”。当晶体管栅极氧化层厚度缩小到1纳米以下时,电子会通过隧穿效应直接穿过绝缘层,导致晶体管漏电,无法正常关断。

闪存芯片正是靠量子隧穿来写入和擦除数据的:在控制栅极上施加高电压,让电子隧穿过氧化层进入浮栅存储电荷,断电后电荷保留,这就是SSD和U盘的工作原理。扫描隧道显微镜、隧道二极管,也都基于同一原理。

1913年,玻尔提出了原子模型,核心是:电子只能在特定的“能级”轨道上运动,跃迁时吸收或释放特定频率的光子。1917年,爱因斯坦在玻尔的基础上提出受激辐射理论:一个光子经过处于激发态的原子时,可以“诱导”这个原子释放出一个完全相同的光子——同频率、同方向、同相位。

从眼科手术到光纤通信,从超市条码扫描到工业切割,激光无处不在。你每次用激光笔翻PPT,都在调用玻尔和爱因斯坦的能级理论。

MRI(核磁共振)的基础是量子力学中的核自旋,没有量子力学对自旋的描述,MRI根本不可能存在。

法拉第、麦克斯韦:电磁感应与电磁场 → 发电机、无线充电、Wi-Fi、5G



看起来:法拉第在实验室里转磁铁,麦克斯韦在纸上写方程。

实际上:整个电气文明和无线通信都建在这上面。

1831年,法拉第发现电磁感应:变化的磁场可以在导体中感生出电压,驱动电流流动。这个发现直接催生了发电机、电动机和变压器——你家里所有的电器,源头都在这里。现在用的无线充电,同样是电磁感应。

麦克斯韦在推导中引入了一个纯粹理论构想的“位移电流”项,结果方程组预言了电磁波的存在,并且计算出电磁波的速度恰好等于光速。这意味着光本身就是一种电磁波。1886年赫兹实验证实了电磁波,随后无线电通信迅速从理论走向现实。

今天,Wi-Fi、蓝牙、5G、卫星通信,底层物理只有一件事:电磁波在空间中传播。5G使用更高频率的毫米波频段,结合多输入多输出和波束成形技术,理论速度可达每秒10Gbps,延迟约1毫秒。但无论技术怎么演进,你刷手机时,本质上是麦克斯韦方程组在替你传数据。

图灵:图灵机 → 所有计算机和AI

看起来:一条无限长的纸带,一个读写头,纯抽象数学。

实际上:你用的电脑、手机、App、AI,都建立在图灵的可计算性理论上。

1936年,图灵为了证明“不可计算数”的存在,提出了图灵机模型:一台只能处理0和1的抽象机器,却能模拟任意计算过程。

1945年,冯·诺依曼提出了存储程序结构的计算机方案,也就是冯·诺依曼架构。这个架构的核心思想是:同一套硬件可以执行多种功能,只要把不同的程序放在存储器里。本质上,这就是图灵机的一种通用物理实现方案。今天全世界几乎所有计算机——从你的手机到超级计算机——仍然沿用这个架构。

另外,1950年图灵提出图灵测试:如果一台机器在与人类对话时,能让人分辨不出它是机器还是人,就可以认为它具备智能。这是人工智能领域最早的哲学框架,至今仍然是讨论AI时绕不开的起点。

香农:信息论 → 二维码、Wi-Fi纠错、文件压缩



看起来:通信的数学理论,一堆比特、熵、编码。

实际上:你扫的每个二维码、听的每首歌、连的每个Wi-Fi,都靠信息论。

1948年,香农发表《通信的数学理论》,提出了信道容量的概念:在任何有噪声的信道上,只要传输速率不超过某个极限,就存在一种编码方式,使错误概率任意小。这个定理告诉工程师:噪声不是障碍,关键在于怎么编码。

二维码是信息论最直观的日常应用。一个5-M版本的二维码包含48个纠错码字,可以纠正最多24个码字的错误。这就是为什么二维码中间被贴了logo、边缘被磨花了,手机照样能扫出来。

Wi-Fi和5G的信号在传输过程中同样面临噪声和干扰。没有纠错码,你的Wi-Fi每隔几秒就会断一次。

JPEG、MP3、ZIP等压缩格式,则利用了信息论中的信源编码原理:去掉冗余信息,用更少的比特表示同样的内容。

傅里叶:傅里叶变换 → MP3、JPEG、降噪耳机、CT

看起来:任何复杂信号都能分解成正弦波的叠加,纯数学。

实际上:你听的歌、看的图、戴的降噪耳机,都在做傅里叶变换。

1822年,傅里叶在研究热传导时发现:任何复杂的波形,无论看起来多凌乱,都可以表示为一系列正弦波的叠加。他由此推导出了傅里叶变换,这个数学工具会成为数字信号处理的基石。

MP3、JPEG图片都是通过傅里叶变换,把它拆解成,将高频细节丢掉。然后将它变小,塞进我们的电子设备中,却并不影响我们的听觉和视觉效果。

CT图像重建同样依赖傅里叶变换:X射线从多个角度穿过人体,探测器收集到的投影数据通过傅里叶变换和反变换重建出断层图像。

狄拉克:反物质 → PET-CT

看起来:狄拉克方程预言了一种“反物质”,像科幻。

实际上:医院里的PET-CT,用的就是正电子。

1928年,狄拉克写下了将量子力学与狭义相对论统一的方程。方程的解中出现了“负能量”状态,这在物理上看似荒谬。狄拉克大胆地预言:自然界中存在一种与电子质量相同但电荷相反的粒子——正电子。

1932年,安德森在宇宙射线中发现了正电子。

1950年代,医生们发现正电子与电子相遇时会湮灭,释放出两个方向相反的伽马光子。如果把发射正电子的放射性同位素标记在葡萄糖分子上注入人体,肿瘤细胞因为代谢旺盛会大量摄取葡萄糖,正电子在肿瘤部位湮灭产生的伽马光子就可以被探测器捕捉,精确定位肿瘤位置。这就是PET扫描的原理,也是癌症早期诊断的救命工具。

伦琴、居里夫人:X射线与放射性 → 拍片、安检、放疗



看起来:实验室里的阴极射线和沥青铀矿。

实际上:医院拍片、机场安检、癌症放疗,都来自这里。

1895年11月8日,伦琴在实验室里发现了一种能穿透人体的神秘射线,他称之为X射线。他发现X射线的波长极短(0.01到5埃),穿透能力取决于物质的密度和原子序数——骨骼中的钙吸收X射线,所以能在底片上留下白色影像;软组织吸收少,留下灰色。

如今,CT扫描用旋转的X射线装置环绕人体,从多个角度获取投影数据,重建出三维断层图像。机场安检用X射线检测行李中隐藏的物品,根据密度差异识别爆炸物和违禁品。工业无损检测用X射线透视混凝土内部的钢筋和缺陷。

居里夫人和丈夫从沥青铀矿中分离出镭和钋,发现放射性可以破坏细胞。这一发现迅速被用于治疗肿瘤:镭的放射性可以杀死癌细胞,而正常组织相对耐受,放射治疗由此诞生。

本文就跟大家分享到这里,欢迎点击关注!

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
武汉女篮与华科大群殴细节:大学教练带头围殴 炫耀踩脸朝脑袋打三拳

武汉女篮与华科大群殴细节:大学教练带头围殴 炫耀踩脸朝脑袋打三拳

醉卧浮生
2026-10-16 15:09:26
刚续约就被标价7500万镑,皇马巴萨同时盯上他

刚续约就被标价7500万镑,皇马巴萨同时盯上他

甜度百分百21
2026-10-15 20:00:37
大反转!菲检方发言人:必须死磕16票彻底堵死萨拉后路

大反转!菲检方发言人:必须死磕16票彻底堵死萨拉后路

遁走的两轮
2026-10-16 14:36:20
湖南一家4个子女,接连睡梦中离奇死亡,法医鉴定让母亲崩溃大哭

湖南一家4个子女,接连睡梦中离奇死亡,法医鉴定让母亲崩溃大哭

民生故事会
2026-09-23 21:44:50
乒乓欧锦赛爆大冷!世界第213位黑马掀翻11号种子,63岁倪夏莲七局死里逃生

乒乓欧锦赛爆大冷!世界第213位黑马掀翻11号种子,63岁倪夏莲七局死里逃生

好乒乓
2026-10-16 13:06:37
官方辟谣“洛阳挖出‘传国玉玺’”

官方辟谣“洛阳挖出‘传国玉玺’”

界面新闻
2026-10-16 15:01:37
这一次在劫难逃的恐怕不是懂车帝

这一次在劫难逃的恐怕不是懂车帝

问道求真
2026-10-16 06:02:43
人社部重磅定调!养老金调整好消息,指导各地提高基础养老金标准

人社部重磅定调!养老金调整好消息,指导各地提高基础养老金标准

喊山的姑娘
2026-10-15 11:23:48
“5.9万班费一学期只剩871元”,家长翻开账本才发现:学校这波操作太无耻

“5.9万班费一学期只剩871元”,家长翻开账本才发现:学校这波操作太无耻

世界圈
2026-10-14 15:24:45
难怪特朗普突然倒向俄罗斯,普京心腹访华6天,和中方谈妥一些事

难怪特朗普突然倒向俄罗斯,普京心腹访华6天,和中方谈妥一些事

铁锤侃侃而谈
2026-10-15 17:40:21
有钱人的松弛感穷人真的装不了一点,评论区过于真实

有钱人的松弛感穷人真的装不了一点,评论区过于真实

康富贵碎碎念
2026-10-16 12:02:18
乌克兰端了俄罗斯洲际导弹中心,撒旦导弹的老巢被一锅端!

乌克兰端了俄罗斯洲际导弹中心,撒旦导弹的老巢被一锅端!

知兵
2026-10-14 01:07:09
懂车帝回应“黑尊界”传言,一切都反转了!

懂车帝回应“黑尊界”传言,一切都反转了!

财经三分钟pro
2026-10-15 17:00:19
北京朝阳区扩容大势已定,这三个地方将“高不可攀”

北京朝阳区扩容大势已定,这三个地方将“高不可攀”

原广工业
2026-10-16 00:43:52
瞒了30年!李连杰终于不再装了,和黄秋燕离婚真相曝光!

瞒了30年!李连杰终于不再装了,和黄秋燕离婚真相曝光!

萧狡科普解说
2026-10-16 15:25:49
不查不知道,这才知道,嫁给银行行长的姜妍,内心世界有多丰盈

不查不知道,这才知道,嫁给银行行长的姜妍,内心世界有多丰盈

嘴角上翘的弧度
2026-10-15 06:20:50
现代韦小宝?贵州男子4女伴4娃,正妻是商K公主,正脸、家境曝光

现代韦小宝?贵州男子4女伴4娃,正妻是商K公主,正脸、家境曝光

谢鵑解说
2026-10-14 11:39:22
秦主任跳舞为什么会爆火?

秦主任跳舞为什么会爆火?

廖保平
2026-10-16 08:40:35
尾号“8899999”手机号拍卖以28万余元成交,运营商客服:过户后需预存4万元话费,每月最低消费1000元,协议期20年

尾号“8899999”手机号拍卖以28万余元成交,运营商客服:过户后需预存4万元话费,每月最低消费1000元,协议期20年

极目新闻
2026-10-16 15:30:19
强烈的预感:大陆统一台湾前,会有一个前兆,美国不会等最后时刻

强烈的预感:大陆统一台湾前,会有一个前兆,美国不会等最后时刻

一路荒凉如歌a
2026-10-16 09:15:01
2026-10-16 20:59:00
码赛克
码赛克
想正经的看图文,想娱乐的看视频,生活需要点马赛克!
1121文章数 3593关注度
往期回顾 全部

科技要闻

杨天若院士:AI是中国弯道超车的机会

头条要闻

妻子称丈夫出轨拿出女子80多次上门的监控 法院:非法

头条要闻

妻子称丈夫出轨拿出女子80多次上门的监控 法院:非法

体育要闻

工资一分不要,曼联名将想把母队带回西甲

娱乐要闻

郭富城现身香港大学,袁咏仪夫妇全程冷漠不搭话

财经要闻

港交所拟2028年下半年实施T+1结算

汽车要闻

特斯拉会飞?全新Roadster亮相

态度原创

家居
时尚
手机
本地
数码

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

抠抠搜搜花大钱?劝你双11别着急下单,先来看这篇

手机要闻

苹果首款折叠屏手机iPhone Duo今日开启预订 起售价1999美元

本地新闻

因新荣记出圈,这座浙东小城才是吃货天堂

数码要闻

XREAL One Pro Plus智能眼镜发布:峰值亮度提升至1200尼特、鼻托结构重新设计,599美元

无障碍浏览 进入关怀版