1. 愛因斯坦的質能方程
該方程表明質量 (m) 和能量 (E) 是等效的。這個關係很簡單,只涉及質量乘以一個非常大的數字(c 是光速)。具體來說,這個方程首先表明,即使質量不運動,也具有內在的“靜止”能量。從那時起,它就被用於核物理和粒子物理學。利用原子彈展示了從微小的質量中提取了大量的能量。
2. 牛頓第二定律
最古老的物理方程之一,由艾薩克·牛頓爵士於 1687 年在他的著名著作《原理》中提出。它是經典力學的基石,它用於計算受力的物體的運動。力 ( F ) 等於質量 (m) 乘以該質量 的加速度(a)。下劃線表示一個向量,它有方向和大小。這個方程現在是每個物理學生必學的,因為它只需要基本的數學知識,同時又非常通用。它已被應用於,從汽車運動一直到行星繞太陽執行的大量問題。
3 .薛定諤方程
量子力學是自牛頓建立經典力學基礎以來,物理學中最大的一次變革,薛定諤方程是牛頓第二定律的量子模擬,由歐文·薛定諤於 1926 年提出。
該方程結合了量子力學的兩個關鍵概念:波函式 (ψ) 和運算子,它們對波函式進行運算以提取資訊。此處使用的運算元是哈密頓 (H) 運算元並提取能量。
這個方程有兩個版本,使用哪個版本,取決於波函式是隨時間和空間變化還是僅在空間中變化。它們也是量子力學的一個假設。
4. 麥克斯韋定律
麥克斯韋定律是四個方程的集合,蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克麥克斯韋於 1862 年將這些方程組合在一起並用於形成對電和磁的統一描述。
自那以後,它們使用微積分得到了最優雅的形式。如下所示,從技術上講“微分形式”。第一個方程將電場流 (E) 與電荷密度 ( ρ)。第二定律指出磁場 (B) 沒有單極子。電場可以有正電荷或負電荷的來源,例如電子,而磁場總是有北極和南極,因此沒有根本“來源”。最後兩個方程表明變化的磁場會產生電場,反之亦然。麥克斯韋將這些方程組合成電場和磁場的波動方程,它們的傳播速度等於一個常數值,與測量的光速相同。
這使他得出結論,光實際上是一種電磁波。它還激發了愛因斯坦的狹義相對論。
5. 熱力學第二定律
這個定律證明,我們宇宙的熵(S)總是在增加。熵可以解釋為無序的量度,因此該定律可以表述為宇宙的無序增加。該定律的另一種觀點是熱量僅從熱物體流向冷物體。除了工業革命期間的實際用途,在設計熱機和蒸汽機時,這條定律也對我們的宇宙產生了深遠的影響。它可以定義發生時間的方向。想象一下,有人展示了一個杯子掉落並摔碎的影片剪輯。初始狀態是一個杯子(有序),最終狀態是一組碎片(無序)。您可以清楚地利用該定律判斷影片是向前還是向後播放。
6. 波動方程
波動方程是描述波傳播的二階偏微分方程。它將波傳播的時間變化與空間傳播的變化和波速 (v) 的平方係數聯絡起來。這個方程並不像列表中的其他方程那樣具有開創性。
應用於諸如聲波(儀器等)、流體中的波、光波、量子力學和廣義相對論等事物。
7. 愛因斯坦重力場方程
它給出了引力、質量彎曲時空(3D 空間和時間的四維組合)的根本原因。
地球在附近的時空彎曲,月球等物體會被吸引到地球的周邊。
該方程實際上隱藏了 10 個偏微分方程。左側包含愛因斯坦張量 (G),它告訴你時空的曲率,這與應力-能量張量 (T) 相關,它告訴你右側宇宙中的能量分佈。宇宙常數項 (Λ) 可以包含在方程中,歸因於我們不斷膨脹的宇宙,不過物理學家不確定究竟是什麼導致了這種膨脹。這一理論徹底改變了我們對宇宙的理解。
8. 海森堡的不確定性原理
Werner Heisenberg 於 1927 年提出,不確定性原理是量子力學的一個極限。它指出,對粒子的動量 (P) 越確定,那麼對粒子的位置 (x) 就越不確定。動量和位置永遠不可能同時準確地知道。
右手邊涉及普朗克常數 (h),它等於一個很小的值。
9、普朗克黑體輻射定律
馬克斯·普朗克最初提出的一項定律,用於解決黑體輻射問題,從而發展成量子理論。該定律指出,電磁能只能以特定(量化)的量發射/吸收。現在已知,這是由於電磁輻射不是連續波,而是實際上是許多光子,即“光包”。光子的能量 (E) 與頻率 (f) 成正比。當時,這只是普朗克用來解決數學問題的方法。然而,愛因斯坦將這個概念與光子聯絡起來,這個方程現在被人們公認是量子理論的“開山鼻祖”
10. 玻爾茲曼熵方程
路德維希·玻爾茲曼 (Ludwig Boltzmann) 制定的統計力學的關鍵方程。它將宏觀狀態 (S) 的熵與對應於該宏觀狀態 (W) 的微觀狀態數量聯絡起來。微觀狀態透過指定每個粒子的屬性來描述系統,這涉及微觀屬性,例如粒子動量和粒子位置。宏觀狀態指定一組粒子的集體屬性,例如溫度、體積和壓力。關鍵是,多個不同的微觀狀態可以對應同一個宏觀狀態。更簡單的說法是熵與系統內粒子的排列(或“宏觀狀態的機率”)有關。
可以使用該方程來推匯出熱力學方程,例如理想氣體定律。