F=Gr2m1m2 宇宙中任意两个物体都在互相吸引:质量越大、离得越近,引力越强——苹果落地与月亮绕地,遵循的是同一条定律。
F=ma 力不是维持运动的原因,而是改变运动的原因:受力越大,运动状态改变得越快;物体越重,改变它就越费劲。
ε=−dtdΦB 穿过线圈的磁场变化得越快,感应出的电压就越高。法拉第用实验和力线图景发现了这条规律,今天的数学形式是麦克斯韦等后人整理出来的。
∇⋅E∇⋅B∇×E∇×B=0=0=−∂t∂B=μ0ε0∂t∂E 四行方程讲了一个循环的故事:变化的磁场生出电场,变化的电场又生出磁场——两者互相催生、在空间中自行传播,这就是电磁波。
c=μ0ε01 用两个纯粹来自电学与磁学实验的常数,算出的波速恰好等于光速——光的真实身份由此揭晓。
能量不能无限细分——振动的电荷吸收或放出能量时,只能一份一份地来,每份的大小等于频率乘以一个极小的新常数 h。
u(ν,T)=c38πhν3ehν/kBT−11 一个发热物体在每种频率上辐射多少能量,这条公式一网打尽——从炼钢炉的橙红到宇宙微波背景,全都严丝合缝。
N=N0e−λt 放射性原子并非一起消亡,而是每个原子都按固定概率随机衰变——于是剩下的数量像退潮一样按指数规律减少,「半衰期」由此而来。
dΩdσ=(4EZ1Z2e2)2sin4(θ/2)1 α 粒子被原子弹开的角度分布有严格规律——角度越大越罕见,恰好按这个比例递减。实验点点吻合,只能有一个解释:原子的正电荷全部挤在一个极小的核里。
质量本身就是被封存的巨大能量——一克物质里蕴含的能量足以让一座城市明亮一晚。
Gμν+Λgμν=c48πGTμν 物质告诉时空如何弯曲,弯曲的时空告诉物质如何运动。
Ek=hν−W 光是一份一份的能量包,每一份的能量只由频率决定——量子革命由此打开大门。
波函数本身不是可以摸到的实在,它的模平方才有意义——那是你在此处找到粒子的概率。量子力学不预言结果,只预言几率,而这几率准得惊人。
pq−qp=2πih 在量子世界里,先测位置再测动量,与先测动量再测位置,结果不一样——差值恰好由普朗克常数决定。这行公式刻在玻恩的墓碑上。
En=−n213.6eV 氢原子里的电子只能待在一串编了号的「楼层」上,每层能量由整数 n 决定——光谱线就是电子在楼层之间跳上跳下时开出的收据。
hν=Em−En 电子从高能级跳到低能级时,把能量差一次性打包成一份光——光的频率不由轨道运动决定,只由两层之间的落差决定。
iℏ∂t∂Ψ=H^Ψ 波函数是一张关于「可能性」的地图,这条方程规定了地图如何随时间流动——微观世界的牛顿第二定律。
λ=ph 一切运动的物质都伴随一列波,波长等于普朗克常数除以动量——棒球的波长小到无从察觉,而电子的波长恰与原子间距相当,于是晶体成了它的天然光栅。
ψ(1,2)=−ψ(2,1) 把两个一模一样的费米子互换位置,波函数就要变一次号。若它们硬要挤进同一个量子态,波函数便等于自己的负值——只能是零。「不相容」的禁令,就藏在这个负号里。
ΔxΔp≥ℏ/2 把粒子的位置测得越准,它的动量就必然越模糊——这不是仪器不够好,而是自然允许我们知道的极限。
(iγμ∂μ−m)ψ=0 让量子力学与狭义相对论握手言和的方程——电子的自旋从中自动跳出,还预言了一整个由反物质构成的镜像世界。
En=ℏωc(n+21) 磁场中的电子不能随意转圈,只能待在一级一级离散的能量台阶上——后来量子霍尔效应等半导体物理的大厦,就盖在这些台阶上。
F=F0+a(T)η2+2bη4 磁铁失去磁性、金属变成超导,看似风马牛不相及的相变,在临界点附近都能用同一个「序参量」多项式描述——万千相变,一副骨架。
⟨xb∣e−iH^t/ℏ∣xa⟩=∫DxeiS[x]/ℏ 粒子从 A 到 B 不是只走一条路,而是同时走遍所有可能的路径;每条路径贡献一个「相位」,全部叠加起来,就是量子世界给出的答案。
Fμν=∂μAν−∂νAμ+ig[Aμ,Aν] 电磁场的推广版:最后一项意味着场会「自己与自己作用」——正是它让规范场论既优美又艰深,也让传递强力的胶子能把自己粘在一起。
R12R13R23=R23R13R12 三个粒子两两碰撞,先撞哪一对都不影响最终结果——这条自洽条件后来成为可积系统与量子群的基石。
P:(x,y,z)→(−x,−y,−z) 把空间三个坐标同时反号,相当于照一次镜子。人们曾深信一切物理定律照过镜子都不变,李政道与杨振宁却发现:在弱相互作用里,这一点从未被实验检验过。
把磁体的配分函数写成复变量的多项式,它的零点会全部整齐地落在单位圆上——这些零点向实轴逼近的方式,决定了物质在哪里、以何种姿态发生相变。
TH=8πGMkBℏc3 黑洞不是绝对零度的坟墓,它有温度——而且质量越小反而越热。太阳质量的黑洞只有约亿分之六开,小黑洞却会越蒸发越烫,最终在爆炸中谢幕。
S=4GℏkBc3A 黑洞能记下多少「信息」,不由它的体积决定,而由视界的表面积决定——这颗种子后来长成了全息原理。