我们最该知道的10大科学定律及理论(3)

　　6.物理科学有了基本定理：牛顿运动定律
　　标准释义：牛顿第一定律为惯性定律；牛顿第二定律建立起物体质量与加速度之间的联系；牛顿第三定律为作用力与反作用力定律。
　　还是牛顿。每当我们谈论起这位人类历史上最杰出的科学家之一，总不由得从他最著名的力学三大定律开始。因为这些简洁而优雅的定律，奠定了现代物理学的基础。
　　简单理解三大定律的意义，其第一条就让我们知道，滚动的皮球之所以能够在地板上运动，必定是受到外力的推动。这外力可能是与地板之间的摩擦，也许是小孩子踢出的一脚。第二定律以F=ma这个公式表述，同时也意味着一个具有方向性的矢量。那个皮球滚过地板时，因为加速度的原因，获得了一个指向滚动方向的矢量。通过它便能够计算出皮球所受到的作用力。第三定律相当简洁，也最为人们所熟知，其意思无外乎，用手指随便戳戳哪个物体的表面，它们都将用同等的力量进行回应。
　　5.热力学基础基本完备：热力学三定律
　　标准释义：热力学第一定律，热可以转变为功，功也可以转变为热，也就是能量守恒和转换定律；第二定律有几种表述方式，其中之一是不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；第三定律，在热力学温度零度(即T=0开)时，一切完美晶体的熵值等于零。
　　英国物理学家和小说家查尔斯·珀西·斯诺曾经有一段非常著名的论述：“不懂得热力学第二定律的非科学家，就像一个从没读过莎士比亚的科学家一样。”斯诺的言语意在批评科学与人文之间“两种文化”的隔绝与分裂，但却无意中在文人圈里“捧红”了热力学第二定律。其实，斯诺的论述确实强调并呼吁人文学者都应该去了解一下它的重要性。
　　热力学是研究系统中能量运动的科学。这里的系统既可以是一台发动机，也可以是炽热的地核。斯诺运用自己的聪明才智将其精简成为以下若干条基本规则：你赢不了、你无法实现收支平衡、你无法退出游戏。
　　该如何理解这些说法呢？首先来看所谓的“你赢不了”。斯诺的意思是指既然物质与能量是守恒关系，在能量转换过程中，我们无法实现一种能量形式到另一种的对等转换而不损失一部分能量。就像如果要发动机做功，就必须提供热能一样。即便是在一个完美极致的封闭空间中，部分热量依然将不可避免地散逸到外部世界中去。
　　而这就引发了第二定律——你实现不了收支平衡。鉴于熵的无限增加，我们无法返回或保持相同的能量状态。因为熵总是从浓度高的地方向浓度低的区域流动。而有熵的存在，也是永动机不可能出现的原因。
　　最后是第三定律——无法退出的游戏。这里要涉及到绝对零度，即理论上可能达到的最低温度，一般指零开尔文(零下273.15摄氏度或零下459.67华氏度)。第三定律的表述为，当系统达到绝对零度时，分子将停止一切运动，即没动能，熵也能达到理论上的最低值。但现实世界中，即使在宇宙的深处，达到绝对零度也是不可能的。你只能无限地接近所谓的终点。
　　4.公元前200年的大智慧：阿基米德定律
　　标准释义：物理学中的阿基米德定律，即阿基米德浮力原理，是指浸在静止流体中的物体受到流体作用的合力大小等于物体排开的流体的重力，这个合力称为浮力。数学表达式为：F浮=G排
　　关于阿基米德是如何发现浮力原理这一物理学重大突破的，有着一个绘声绘色、孩子们都耳熟能详的传说：阿基米德某次洗澡的时候，看到浴缸里的水会随着自己身体的浸入而上升，便受到启发开始了思考。而当他最终确定发现了浮力理论之后，这位古希腊最伟大的哲人一边兴奋地大喊“找到了！找到了！”，一边裸露着身体狂奔在锡拉丘兹城的大街小巷。
　　古希腊学者阿基米德的古老发现已经被广泛应用在人类社会生产的各个领域。根据浮力原理，施加在一个部分或整体淹没于液体中的物体的作用力，等于该物体液内体积所排出的液体重量。这对于计算物体的密度，进而进行潜艇和远洋轮船的设计建造，具有关键性意义。