今天，我们精选了9张物理学史上的经典图片(图自维基百科)，从彩虹的七色分解到核爆的毁灭性蘑菇云，从哈勃望远镜捕捉的百亿年前星光到量子世界中电子云的诡异分布——这些图像不仅是科学的实证，更是人类认知边界的里程碑。
彩虹：光的魔法秀——折射、反射与色散的完美配合
这是一张美丽的自然现象图片，展示了一道彩虹从瀑布的水雾中显现的景象。彩虹是一种常见的光学现象，由于光的折射、反射和色散所形成。
- 折射：当阳光进入水滴时，光线会发生折射（改变传播方向），不同颜色的光折射角度不同。
- 反射：光线在水滴内部发生一次或多次反射，使其最终向外传播。
- 色散：由于不同颜色的光的折射率不同，光被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色，形成我们看到的彩虹。
彩虹通常出现在雨后或瀑布附近，因为空气中悬浮着大量水滴，为光的折射和反射提供了合适的条件。
核爆炸：撕裂原子的力量——从裂变到蘑菇云
这是一张经典的核试验图片，名为《快速裂变》(Fast Fission)，图片展现了核爆炸时产生的著名“蘑菇云”，是核物理学和军事技术的标志性图像之一。
核爆炸是由核裂变或核聚变引发的剧烈能量释放过程：
- 核裂变：重原子核（如铀-235或钚-239）分裂成较小的核，同时释放出巨大的能量。
- 冲击波：爆炸产生的高温高压气体迅速膨胀，形成冲击波，造成大范围破坏。
- 蘑菇云：爆炸后，热空气快速上升，冷空气进入底部补充，形成典型的蘑菇状烟云，这是高温与流体动力学的杰作。
哈勃超深空中的星系：穿越百亿年的宇宙明信片
此为一张非常著名的天文图片，名为“哈勃超深场”（Hubble Ultra Deep Field, HUDF），是哈勃太空望远镜拍摄的最深远宇宙图像之一。
- 每个光斑都是星系：图中每一个亮点都代表一个完整的星系，包含数十亿颗恒星。
- 光的旅行时间：由于光速有限，我们看到的这些星系实际上是几十亿年前的样子，相当于在“回顾”宇宙的历史。
- 宇宙膨胀：远处星系的光由于宇宙膨胀而发生红移，这也是天文学家研究宇宙演化的重要依据。
激光测速：用激光捕捉流体的心跳
这是一张展示激光多普勒测速系统 (LDV)的经典图片，主要用于研究流体的运动，特别是湍流——复杂、不规则的流动现象。
- 激光的干涉原理：激光束照射到流体颗粒上后，由于流体运动，反射光的频率会发生变化（多普勒效应）。
- 测速应用：通过测量反射光的频率偏移，可以精确计算流体的速度和方向。
热气球：浮力与热空气上升原理
这是一张热气球的经典图片。热气球是一种最早的飞行工具之一，它的工作原理涉及
浮力、密度和热胀冷缩
- 热空气比冷空气轻：加热气球内的空气，使其密度降低，浮力增大，气球因此上升。
- 控制高度：通过加热或冷却气体，可以让气球上升或下降。
- 阿基米德原理：热气球的升力来源于气体的浮力，即“被流体包围的物体会受到向上的浮力，其大小等于被排开的流体的重量”。
陀螺运动：角动量与进动现象
许多看似简单的小玩具背后，其实隐藏着丰富的物理知识，比如陀螺，里面蕴含着角动量、进动等这些概念。
- 角动量守恒：让陀螺保持旋转，不容易倒下。
- 进动现象：让陀螺在受到重力作用时不会直接倒地，而是绕圈摆动。
- 摩擦和空气阻力：逐渐使陀螺减速，最终导致它倒下。
非弹性碰撞：汽车安全的物理学密码
这张图片展示了一辆汽车在碰撞测试中的计算机模拟图像，它用于研究汽车在撞击时的受力和变形情况。这种碰撞属于非弹性碰撞（Inelastic Collision），是物理学中的一个重要概念。
- 弹性 VS 非弹性碰撞：弹性碰撞中动能守恒，而非弹性碰撞中部分动能被吸收。
- 安全缓冲区：汽车设计时会有专门的可变形区域，以减少撞击对乘客的冲击力。
- 安全带和气囊作用：它们能延长碰撞时间，减少乘客受到的加速度冲击，提升安全性。
氢原子轨道：量子世界的抽象艺术
这是一张展示氢原子轨道（Hydrogen Atomic Orbitals）的经典图片，是量子力学的重要概念之一：
- 电子云概率分布：电子不会像行星围绕太阳那样绕核旋转，而是以概率分布的方式存在。
- 轨道形状：s 轨道是球形，p 轨道是哑铃形，d 轨道呈花瓣形，这些都由量子数决定。
- 量子跃迁：电子吸收或释放能量时，会在不同轨道间跃迁，导致光的发射或吸收。
闪电：天空中的超级电路
闪电是一种强烈的放电现象，它不仅是大自然的壮丽奇观，也是一个充满物理奥秘的现象。
- 闪电是云层放电的结果，由于电荷积累和电场增强，空气导电后形成强烈的电流。
- 闪电是锯齿状的，因为它在寻找最容易导电的空气路径。
- 雷声是空气因高温膨胀产生的冲击波，可以用雷声延迟时间估算闪电的距离。
