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『』十大物理效应，一次看个够

本文经授权转载自微信公众号「新原理研究所」（ID：newprincipia）
在物理学中 ， 存在着许多令人惊奇的效应 ， 有的就发生在日常生活中 ， 有的则发生在遥远的深空 ， 有的在多年之后终于被验证 ， 有的则依然停留在理论层面 。下面 ， 我们将从最熟悉的效应开始 ， 一直畅游到宇宙深处……
多普勒效应
『』十大物理效应，一次看个够
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无论是在地球上 ， 还是在整个宇宙中 ， 多普勒效应无处不在 。一辆正在鸣笛驶来的汽车 ， 从它向我们靠近到离我们远去 ， 鸣笛的音调会发生变化 ， 这是生活中最常见的多普勒效应 。
更具体的说 ， 当声源（或光源）相对于观测者移动时 ， 观测者所接收到声波（或光波）的频率会发生变化 。当源朝着接收方移动时 ， 源的波长会变短 ， 频率变高；如果源的移动方向是离接收方远去 ， 那么波长会变长 ， 频率降低 。
多普勒效应在天体物理学中的应用更为显著 ， 天文学家可以根据“红移”和“蓝移”来判断一个天体是在离我们远去还是向我们靠近 。不同光波的频率对应不同的颜色 ， 向我们靠近的天体 ， 光波会向蓝光偏移 ， 而远离我们的天体光波会向红光偏移 。从探测恒星或星系靠近或远离我们的速度 ， 到发现系外行星的存在 ， 多普勒效应都扮演着重要的角色 。
蝴蝶效应
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一只在亚马逊河流域的蝴蝶挥动翅膀 ， 引发了美国得克萨斯州的异常龙卷风……这个耳熟能详的故事 ， 实际上描述的是在一个复杂系统的状态上出现的微小变化 ， 可以在不久之后导致剧烈的变化 。这样一种现象被称为蝴蝶效应 。
当气象学家罗伦兹（Edward Lorenz）在谈到蝴蝶效应时 ， 他实际上想要表达的是“混沌”这一概念 。在混沌系统中 ， 一个微小的调整就可能产生一系列的连锁效应 ， 从而彻底地改变最终结果 。
关于混沌的最令人惊讶的事情之一 ， 可能就是物理学家用了很长时间才意识到它的普遍性 ， 而这种历史性的空白之所以存在 ， 部分原因在于混沌系统很难分析 。对于某些非线性系统来说 ， 哪怕我们能以任意精度测量出最微小的扰动 ， 也只能对其在有限时间内作出预测 。
这种混沌效应几乎出现在各种物理系统中 。比如从量子水平上看 ， 黑洞也会表现出类似的混沌行为 。对于黑洞来说 ， 哪怕是出现将一个粒子扔进这个深渊这样的微小改变 ， 也可能彻底改变黑洞的行为方式 。
迈斯纳效应
『』十大物理效应，一次看个够
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当一种材料从一般状态相变至超导态时 ， 会对磁场产生排斥现象 ， 这种现象被称为迈斯纳效应 。1933年 ， 迈斯纳（Walther Meissner）和他的博士后奥切森菲尔德（Robert Ochsenfeld）在对被冷却到超导态的锡和铅进行磁场分布测量时发现了这种效应（因此它也被称为迈斯纳-奥切森菲尔德效应） 。当把超导材料放入磁场中时 ， 超导体内部的磁通量会被即刻“清空” 。这是因为磁场会使得超导体表面出现超导电流 ， 该超导电流又反过来在超导体内产生与外磁场大小相等、方向相反的磁场 ， 两个磁场相互抵消 ， 使超导体内形成恒定为零的磁感应强度 。因此从外部看起来 ， 就像是超导体排空了体内的磁感线一样 。
当把超导材料放在磁铁上时 ， 只要这个磁体的磁场强度不超过特定极限 ， 超导体便可以悬浮在磁体上方 。这是因为迈斯纳效应让磁场发生畸变 ， 产生了一个向上的力 。


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