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保存至快速回贴1。首先有个问题，原函数是否存在？&br&答案在这: 紧集上的函数f存在原函数，当且仅当f是HK可积的，且所有点是Lebesgue点。关于HK积分的理论，请wiki：&br&Henstock–Kurzweil integral&br&2。其次，如果f的原函数是存在的，那么该原函数几乎处处可导，且导函数几乎处处与f相同。（依lebesgue测度）&br&&br&&br&顺便宣扬一下HK积分，它是一种比lebesgue积分更大的积分类，而且在推广ftc方面做的比lebesgue积分漂亮些。但致命弱点是，HK可积的函数其模未必HK可积，这在分析里就很致命了（rudin语）。但这一积分在几何里表现很好（我家导师语），所以应该还是蛮重要的。
1。首先有个问题，原函数是否存在？ 答案在这: 紧集上的函数f存在原函数，当且仅当f是HK可积的，且所有点是Lebesgue点。关于HK积分的理论，请wiki： Henstock–Kurzweil integral 2。其次，如果f的原函数是存在的，那么该原函数几乎处处可导，且导函数几乎…
这其实是一个相当好的问题。&b&本答案将会持续更新。&/b&&br&&br&我一直觉得知乎把搜索弄得如此差劲的原因之一，是想要保持大家的新鲜感和活跃性——出于对热度的要求，而违背了知乎作为知识沉淀网站的性质。&br&&br&但是很容易发现，有很多问题尽管很好，一旦时效性过去没有得到大V的关注，这个问题可能就一直石沉海底了。发现一个好的问题比一个好的回答更难，这直接导致timeline上全是刷遍全站的热门问题以及大量并无新意的答案。（而且大家对好的问题的需求度也很高：&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&知乎上的好问题有哪些？ - 调查类问题&/a&,这个问题1551个关注，只有9个回答（大部分提到的问题还都已经是火过的了）。）&br&&br&我把被忽视的好问题分为这样四类（类别之间有重叠）：&br&&ul&&li&&b&具有“元问题“性质，一个问题背后其实有很多类似的问题；&/b&&/li&&/ul&这类问题可能已经有一定的关注数甚至有一定的回答数，但是绝大多数回答让人感到几乎没有切中要害。&br&例子：为何执行力较低的现象如此普遍？&br&&br&&ul&&li&&b&较小但令很多人都困扰过的问题，这类问题的特征是：一旦自己知道可以当做一个有趣的常识，或这个问题背后其实隐藏了一个更深的问题而有待厉害的回答者给出解释；&/b&&br&&/li&&/ul&例子：不同矿泉水定价不同只是因为价格歧视吗？&br&&br&&ul&&li&&b&较为专业性的问题，但可能会有通俗易懂的科普答案可为大众熟知；&/b&&br&&/li&&/ul&例子：如何解释一级市场、二级市场、VC、PE、pre-IPO等金融学领域的基本名词？&br&&br&&ul&&li&&b&问题本身很有趣，或者让人意想不到；&/b&&br&&/li&&/ul&例子：同卵双胞胎同时“鬼压床”，是怎么回事？&br&&br&&ul&&li&&b&回答门槛偏高（可能由于专业冷门、覆盖领域广），很多人关注问题，但回答极少；&/b&&br&&/li&&/ul&这类问题其实可以根据程序抓取（我猜），比如关注人数大于1000，&b&且&/b&关注人数与回答人数比大于100:1（在今天的知乎，一个热门的低门槛问题的关注数：回答数甚至小于1:1，完全有理由相信比例大于100:1的问题是极好的）&br&&br&&br&&br&&ul&&li&&b&具有“元问题“性质&/b&&br&&/li&&/ul&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&如何解答堆垛悖论？ - 哲学&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&为什么近 20 年科技发展的特别快，完全是爆炸式的飞跃？ - 科学&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&是不是任何事物都可以定价？ - 金融&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&「抢前排」的目的和意义是什么？ - 心理学&/a&&br&&br&&ul&&li&&b&较困扰的常识性问题&/b&&/li&&/ul&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&为什么在黑夜更易写出好文章？这是普遍现象么？ - 阅读&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&脑袋里面是些什么东西，为什么能存住记忆？ - 大脑&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&你是如何看待咬一口继续蘸酱这件事的？ - 饮食习惯&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&抖腿的根源是某种心理疾病吗？ - 日常心理分析&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&脏话对于一门语言的意义何在？ - 网络语言&/a&&br&&br&&br&&ul&&li&&b&专业性较强问题&/b&&br&&/li&&/ul&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&有哪些基于鹰鸽博弈 (Hawk Dove Game) 的行为金融学交易策略？ - 博弈论&/a&&br&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&有哪些常用的洗钱方法？ - 洗钱&/a&（这个问题已被知乎关闭）&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&多重人格是一种什么感觉？ - 科学&/a&&br&&br&&ul&&li&&b&问题本身很有趣，或者让人意想不到；&/b&&br&&/li&&/ul&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&如果中国历代皇帝都用知乎会有怎样的问答？ - 中国古代历史&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&如何自主进行人格分裂? &/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&为什么人要捉妖？ - 创意&/a&（这个问题曾因为张公子的答案火过一阵，但还是放在这里吧）&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&肚子有的时候会发出奇怪的响声是为什么？ - 健康&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&喝醉怎么优雅的吐出来？ - 生活经历&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&腿毛长的人如何才能愉快地穿修身裤或者秋裤？ - 生活&/a&&br&&br&&ul&&li&&b&高关注低回答问题（部分问题关注数：回答数略小于100:1）&/b&&br&&/li&&/ul&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&一个人住，每天如何在最短时间制作并吃完一顿营养均衡饱腹感强的早餐？ - 早餐&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&有哪些好看极简且鲜为人知的手表？ - 设计&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&有哪些优秀的当代艺术网站（中英文皆可）？ - 绘画&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&有哪些易读的英文原版书？ - 文学&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&什么样的讲话算「有水平」？ - 人际交往&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&去哪里找到好看又实用的餐具？ - 美食&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&知乎上关于男士的精彩问答有哪些？ - 生活&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&有哪些低调且有质感的、性价比较高的小众品牌？ - 调查类问题&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&大学生如果想要在毕业时环游世界，有哪些准备工作、途径和方法？ - 旅行&/a&&br&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&最容易移民的国家是哪个？ - 移民&/a&&br&&br&我mark了的问题就这么多，发现新的问题时会添加进来。也欢迎大家在评论区提供更多优质问题，本答案将持续更新。&br&&br&（如果需要收到收藏新问题的提醒，可以在评论区留言，我将会在增加十个左右的问题的时候在评论区发提醒:-D）
这其实是一个相当好的问题。本答案将会持续更新。 我一直觉得知乎把搜索弄得如此差劲的原因之一，是想要保持大家的新鲜感和活跃性——出于对热度的要求，而违背了知乎作为知识沉淀网站的性质。 但是很容易发现，有很多问题尽管很好，一旦时效性过去没有得到…
当然题主本意并不是探讨多巴胺这一种神经递质是否有能被控制并更好的造福他人，而是“人类是否可以通过人工合成的多巴胺、乙酰胆碱等神经递质，完全取代人类对所有感觉的需求？”&br&&br&我的回答和@Monst1一样，我说得更详细些吧：&br&&br&能人工合成，而且很简单。&br&但是不能取代人类对感觉的需要，因为一类神经递质并不是一一对应某一类感觉或者其他的什么功能的，&b&你可能觉得神经递质A对应了行为α ，神经递质B对应行为β ，但实际情况是，神经递质A同时参与了α β γ 的行为，而行为α 的调节需要神经递质ABCD的同时作用&/b&。&br&而神经递质本身其实是没有属性的，你把它提炼出来撒在猪身上猪也不会突然变得很开心，神经递质只是“递质”，仅此而已。&br&所以人的思维、情感和信息加工是多种神经递质、多个脑区，乃至从根本上多个基因和蛋白的相互作用下的产物，在弄清楚上述问题之前，不可能单纯地依靠调控某一类神经递质来实现答主所想要的效果。&br&&br&——————————————————&br&&br&题主和大多数人一样，把多巴胺的功能简单化、象征化了。&br&&br&首先，如很多答主所说，和快乐相关的神经递质很多，除了多巴胺，比较著名的还有五羟色胺、阿片肽，当然，多巴胺可能是曝光率最高的一种。&br&&br&其次，多巴胺本身不仅仅涉及到奖赏和动机功能，其更为重要的是参与了运动调控，帕金森出现的震颤样动作和行为发动困难，就是由于多巴胺系统出现了问题。除此之外，如果延伸开来，还涉及到了社交、判断、思维灵活性等等其他的活动。&br&&br&如果如答主所认为的那样单纯地系统性脑内注射多巴胺，你爽可能是爽到了，但更大的可能是你的运动控制能力出现了问题，并随之会引发精神分裂症样的症状（比如幻觉、妄想、重复行为）。&br&&br&那么要实现题主的想法，首先要做到的一点是排除多巴胺的其他功能，只认准奖赏功能，也就是科研中常说的“特异性specific&问题。&br&&br&好了，假设我们的技术足以特异性地调控奖赏功能（我思考了下，貌似在不考虑伦理问题的情况下，现有技术似乎是可以很粗糙地做到的），那么新的问题来了，那就是多巴胺本身可能并不产出快乐，例如强迫症患者就不一定快乐，但他在做重复动作的时候多巴胺系统从整体上是兴奋的。&br&&br&多巴胺奖赏通路的本质是奖赏，而不是快乐。&br&&br&这就有个很尴尬的后果。&br&&br&有一天，我们的答主带着最新高科技——“快乐按钮”出门，这个按钮直接和脑内的多巴胺奖赏通路相关，只要一按就会获得无以伦比的满足感。&br&于是答主坐在公园长椅上趁着四下无人时试了一下“快乐按钮”···卧槽！！！！果然比交配还要爽诶！答主忍不住多按了几次，在爽过3p的快乐体验后，答主心满意足地回家了···&br&夜幕降临，一个叫“神经可塑性”的大魔王绽开了邪恶的微笑···&br&从那以后，各大公园里出现一个奇怪的男子总是喜欢坐在长椅上傻笑，而百度几大变态贴吧中增加了一个叫“公园长椅吧”的贴吧···&br&&br&咳咳，我的意思是，奖赏是什么？奖赏就是你做了一次后，你会想做第二次。一般来说，我们获得奖赏都是有实质性的反馈的，比如一个苹果，那么这个苹果的味道和触感等等物理性质信息在转换为神经信息后与奖赏系统相勾连，产生了突触可塑性的变化，你就知道苹果是好吃的而去吃苹果。那么当你坐在长椅上却莫名其妙地获得了快乐和满足，你的大脑无法解释这种情况，只有把它和周围最显著的环境绑定，于是你就变成了长椅狂魔。&br&&br&这只是举个例子，大概就是这个意思，当然我也是强行解释。其实可能跟你的认知系统怎么解释这种突如其来的快乐有关，最大的可能是你变成了一个看见按钮就狂按的人···&br&&br&《美丽新世界》里所描述的世界如果存在的话，那最大的社会问题一定是药物滥用。&br&&br&如果现实生活中有快乐按钮的话，谁来按？给你自己按的话，你怎么保证不滥用？给别人按你放心吗？ 万一你的快乐按钮被坏人控制了怎么办？所以说，如果真的开发答主所说的东西的话，伦理问题很难通过，顶多在临床治疗精神类疾病中有少量的利用，除此之外基本不可能出现大规模的商业化运用。&br&&br&----------------------------&br&感谢 &a data-hash=&e37963dbb4dad2d20825fc4& href=&//www.zhihu.com/people/e37963dbb4dad2d20825fc4& class=&member_mention& data-hovercard=&p$b$e37963dbb4dad2d20825fc4&&@刘柯&/a&的推荐，其实没有什么干货，后半段比较牵强，请大家把它当成一个有趣的故事吧。因为首先，如果真的将这种技术运用起来，是不可能不考虑剂量（也就是按钮造成的多巴胺系统激活水平）问题的，所以基本上不可能出现一按按钮就上瘾的情况。其次，公园长椅那段也just for fun，因为考虑到认知因素的广泛参与，人类也基本上不可能像动物一样轻易地建立起巴普洛夫式的条件反射的。希望不要误导大家。&br&&br&另外，给大家展开一个有趣的讨论，这种技术其实最大的问题是，你怎么把信号发到脑子里？乍一听很简单是不是？我们有很多方式可以传播信号，从而让大脑内事先安装好的接收器对多巴胺系统发出指令。&b&重点是，但你怎么保证这种传播方式不被干扰？&/b&在实验室中，我们可以给耗子脑袋上接根线，并隔绝一切其他的电磁声光的干扰；但是在人类身上，首先不能连线，你带个耳机遛弯还偶尔会挂树上，你要是脑袋上连着根外接线，被熊孩子一挠就完蛋啦；其次最最麻烦的是人类活动环境的多样性，无论是哪种传播方式都会不同程度的受到环境的干扰，想象某一个脑袋里安装了“快乐按钮”的人有一次误闯高压电密集的地方，然后强磁场激活了脑内的“快乐按钮”，越靠近磁场强的地方越兴奋···
当然题主本意并不是探讨多巴胺这一种神经递质是否有能被控制并更好的造福他人，而是“人类是否可以通过人工合成的多巴胺、乙酰胆碱等神经递质，完全取代人类对所有感觉的需求？” 我的回答和@Monst1一样，我说得更详细些吧： 能人工合成，而且很简单。 但是…
&p&--- 有更新，我发现我熬夜写的回答没写完。更新请看倒数第二段 ---&br&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/dd0dfa7dec8b0bcd163cc& data-hash=&dd0dfa7dec8b0bcd163cc& data-hovercard=&p$b$dd0dfa7dec8b0bcd163cc&&@魏新礼&/a& 的回答没有错，但是太抽象了，缺少很多细节。而楼下有一些信口雌黄的，懒得跟你撕逼。&/p&&p&题主的问题涉及光与物质作用的很多方面。先说简单的情形（&a href=&https://www.zhihu.com/question//answer/& class=&internal&&手电筒发出的光，去了哪里？是一灭，就消失了，还是像一列开出的火车，开向了宇宙深处？ - 魏新礼的回答 - 知乎&/a&）里面说到的抵达眼睛里的光。眼睛之所以能看到手电亮，要么是直接看到来自灯泡的光，要么是光被大气中的尘埃散射，从而形成肉眼可见的“光柱”。手电一灭，光源不再发出光子，自然也就没有光继续到达眼睛。严格来说，这个“消失”的时间并不是 0，而是“手电的灯泡—尘埃—眼睛”总的光程除以光速。但是光速那么快，区区数十米的距离（目视范围），撑死了消失时间在 100 纳秒以内。&/p&&p&再来说大头：那些指向宇宙空间的光，会像“一列火车”一样一直朝宇宙深处进发吗？会，也不会。我们先从理想状况开始，再考虑实际情况。&/p&&h2&&b&1.理想状况：绝对真空&/b&&/h2&&p&因为没有任何物质阻挡住光的去路，光会一直飞行下去。当然，如果时空够弯曲，光线是可以在三维空间中走弯路的。不过我们这里就假设普通情形，光走直线好了。&/p&&p&问题是，&b&光束会发散&/b&。哪怕发散角非常非常小，在经过长长的旅程之后，光斑也会变得巨大无比。这是一个简单的几何题：我们假设射出手电的光斑是一个直径 d 的圆，发散角为 θ. 距离手电 z 的地方，光斑将会放大到直径&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=D%3Dd%2Bz%5Ctan%5Ctheta%5Capprox+z%5Ctan%5Ctheta& alt=&D=d+z\tan\theta\approx z\tan\theta& eeimg=&1&&——当 &img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=z%5Ctan%5Ctheta& alt=&z\tan\theta& eeimg=&1&& 远大于 d 的时候&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-809b78aebc9dbc0077612fda7d92feac_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&1200& data-rawheight=&225& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1200& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-809b78aebc9dbc0077612fda7d92feac_r.jpg&&&/figure&&p&我们可以计算一下 radiosity ——单位面积上通过的光辐射总功率&br&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=J_%5Ctext%7Be%7D%3D%5Cfrac%7B%5CPhi%7D%7BA%7D%3D%5Cfrac%7B4%5CPhi%7D%7B%5Cpi+D%5E2%7D%5Capprox+%5Cfrac%7B4%5CPhi%7D%7B%5Cpi+z%5E2%5Ctan%5E2%5Ctheta%7D& alt=&J_\text{e}=\frac{\Phi}{A}=\frac{4\Phi}{\pi D^2}\approx \frac{4\Phi}{\pi z^2\tan^2\theta}& eeimg=&1&&&br&很明显的，单位面积上的辐射功率随距离的平方衰减——这其实跟球面波是一样的，差距只不过是系数而已。那么，&b&当距离足够远的时候，这个光斑将会黯淡到相当于消失&/b&。这个消失的含义，在于随机取某一个瞬间，这个巨大光斑上的辐射功率密度已经无法保证一定有光子通过。&/p&&p&【下面这一段不喜欢可以跳过，不影响后续】&/p&&p&我们可以粗略估算一下这个量级。从微观层面来看，光源的辐射功率就是光源发射的光子流量乘以光子携带的能量。如果是老式的钨丝灯泡的话，还是可以套一下黑体辐射模型&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=I%28%5Cnu%29+%3D+%5Cfrac%7B2h%5Cnu%5E3%7D%7Bc%5E2%7D%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Cexp+%28h%5Cnu+%2FkT%29-1%7D& alt=&I(\nu) = \frac{2h\nu^3}{c^2}\frac{1}{\exp (h\nu /kT)-1}& eeimg=&1&&&/p&&p&而黑体的绝对辐射功率，由 Stefan-Boltzmann 定律&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=j%5E%2A%3D%5Csigma+T%5E4& alt=&j^*=\sigma T^4& eeimg=&1&&&/p&&p&钨丝灯泡的总功率就是 j* 乘上钨丝的实际发光面积，注意不是上文的光斑面积 A。&/p&&p&假设手电功率有 1W，灯丝温度 3000 K，可以得到钨丝的发光面积 a&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=a%3D%5Cfrac%7BP%7D%7Bj%5E%2A%7D+%3D+%5Cfrac%7B1%7D%7B5.67%5Ctimes10%5E%7B-8%7D%5Ctimes%7D%3D2.18%5Ctimes10%5E%7B-7%7D%5C%2C%5C%2C%5Ctext%7Bm%7D%5E2& alt=&a=\frac{P}{j^*} = \frac{1}{5.67\times10^{-8}\times.18\times10^{-7}\,\,\text{m}^2& eeimg=&1&&&/p&&p&光子的能量是 hν，所以光子的流量就是&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=a%5Ciint_%7B%5Cnu%2C%5COmega%7D%5Cfrac%7BI%28%5Cnu%29%7D%7Bh%5Cnu%7D%5Ccos%5Ctheta%5Cmathrm%7Bd%7D%5Cnu%5Cmathrm%7Bd%7D%5COmega+%3D%5Cfrac%7B2a%5Cpi%7D%7Bc%5E2%7D%5Cleft%28%5Cfrac%7BkT%7D%7Bh%7D%5Cright%29%5E3%5Cint_0%5E%7B%2B%5Cinfty%7D%5Cfrac%7Bx%5E2%5Cmathrm%7Bd%7Dx%7D%7Be%5E%7Bx%7D-1%7D%3D2.84%5Ctimes10%5E%7B18%7D%5C%2C%5C%2C%5Ctext%7Bs%7D%5E%7B-1%7D& alt=&a\iint_{\nu,\Omega}\frac{I(\nu)}{h\nu}\cos\theta\mathrm{d}\nu\mathrm{d}\Omega =\frac{2a\pi}{c^2}\left(\frac{kT}{h}\right)^3\int_0^{+\infty}\frac{x^2\mathrm{d}x}{e^{x}-1}=2.84\times10^{18}\,\,\text{s}^{-1}& eeimg=&1&&&/p&&p&假设发散角为 1°，当 z 大于 1.09 亿公里（2/3个日地距离|天文单位）的时候，每平方米光斑每秒都不一定有一个来自手电的光子通过。所以：&/p&&blockquote&&b&如果光走得不够远，那是你的手电不够亮 &/b&（套用罗伯特卡帕）&/blockquote&&h2&&b&2.发散角能严格为 0 吗？&/b&&/h2&&p&答案是做不到。且不说手电这种仅仅靠一面抛物面镜汇聚而成的杂乱光束。就是方向性最好的激光，也不可能永远保持汇聚。这是因为高斯波束存在一个共聚焦长度极限：&br&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=z_R%3D%5Cfrac%7B%5Cpi+w_0%5E2%7D%7B%5Clambda%7D& alt=&z_R=\frac{\pi w_0^2}{\lambda}& eeimg=&1&&&br&这个长度极限之外，高斯波束的光斑半径退化成远场形式&br&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=w%28z%29%3Dw_0%5Csqrt%7B1%2B%28%5Cfrac%7Bz%7D%7Bz_R%7D%29%5E2%7D%5Capprox+w_0%5Cfrac%7Bz%7D%7Bz_R%7D& alt=&w(z)=w_0\sqrt{1+(\frac{z}{z_R})^2}\approx w_0\frac{z}{z_R}& eeimg=&1&&&br&也就是说——退化成了一个圆锥。&/p&&p&这个圆锥的发散角 &img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=%5Ctan%5Ctheta+%3D+%5Cfrac%7Bw%28z%29%7D%7Bz%7D%3D%5Cfrac%7B%5Clambda%7D%7B%5Cpi+w_0%7D& alt=&\tan\theta = \frac{w(z)}{z}=\frac{\lambda}{\pi w_0}& eeimg=&1&& ，即光的波长越短，发散角越小。&/p&&p&对于手电来说，发散角比上段估算的 1° 要大多了。而对于激光来说，可以做得好得多。比如可见光的激光，如果假设波长 500 nm， &img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=w_0& alt=&w_0& eeimg=&1&& =1 mm，发散角的正切就是 0.009°，或者说 0.5 角分。&/p&&h2&&b&3.光与物质的相互作用：辐射转移&/b&&/h2&&p&现实中宇宙中存在物质。光与物质肯定会发生作用。&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-5a7b1d9b9cc8b5205afb_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&768& data-rawheight=&192& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&768& data-original=&https://pic4.zhimg.com/v2-5a7b1d9b9cc8b5205afb_r.jpg&&&/figure&&p&从光源出发，光线路过的光程 l 不断增加，直到抵达观测者（可以是虚拟的，也可以是实际的）。而光学深度 τ 则是逆向而行，从观测者算起是 0，不断增加。&/p&&p&辐射转移中，最最基本的，是基尔霍夫定律&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=%5Cfrac%7B%5Cmathrm%7Bd%7DI_%5Cnu%7D%7B%5Cmathrm%7Bd%7Dl%7D+%3D+-%5Ckappa_%5Cnu+I_%5Cnu+%2B+j_%5Cnu& alt=&\frac{\mathrm{d}I_\nu}{\mathrm{d}l} = -\kappa_\nu I_\nu + j_\nu& eeimg=&1&&&/p&&p&它说的是，光在介质中传播，每走一步，&b&其谱线辐射强度（spectral intensity）的变化，等于（负的）吸收的强度，加上（正的）辐射的强度&/b&。&/p&&p&这句话看上去是废话，多退少补，不是很自然的事情么？但是介质的吸收和辐射，存在一个非常重要的关系。如果介质处在局域热力学平衡（Local Thermodynamic Equilibrium）状态，那么&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=%5Cfrac%7Bj_%5Cnu%7D%7B%5Ckappa%7D%3D+B_%5Cnu%28T%29%3D%5Cfrac%7Bh%5Cnu%5E3%7D%7Bc%5E2%7D%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Cexp%28h%5Cnu%2FkT%29-1%7D& alt=&\frac{j_\nu}{\kappa}= B_\nu(T)=\frac{h\nu^3}{c^2}\frac{1}{\exp(h\nu/kT)-1}& eeimg=&1&& 【式1】&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=B_%5Cnu%28T%29& alt=&B_\nu(T)& eeimg=&1&&为黑体辐射的光谱强度 。&/p&&p&【式1】 说明辐射和吸收系数的比值等于黑体辐射强度，也即，&b&介质不但会吸收光线，介质还会自发辐射光线&/b&。光子挟带的能量被介质吸收，会加热介质，然后这些能量再以黑体辐射的形式释放出来。其极限情况，就是介质变得和光源一样热，而这个时候，&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=%5Cmathrm%7Bd%7DI_%5Cnu%2F%5Cmathrm%7Bd%7Dl%3D0& alt=&\mathrm{d}I_\nu/\mathrm{d}l=0& eeimg=&1&&，光线在沿途强度不变——这个时候介质其实变成了新的光源！&/p&&p&我想起了一个相关问题&a href=&https://www.zhihu.com/question//answer/& class=&internal&&为什么不能利用凸透镜使被照射物的温度高于光源？ - 黄小狼的回答 - 知乎&/a&&/p&&p&其中有与此相关的形象阐述。&/p&&p&至于被散射、反射的光，最终还是会被某些物质吸收。这些能量，还是会以黑体辐射的形式释放出来——只要体系是热力学平衡态。&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/dd0dfa7dec8b0bcd163cc& data-hash=&dd0dfa7dec8b0bcd163cc& data-hovercard=&p$b$dd0dfa7dec8b0bcd163cc&&@魏新礼&/a&所说的光子彻底消失了，见他回答下的更新：&/p&&blockquote&物体之间的电磁相互作用就是在不断地来回发射接受光子的过程中完成的。旧的光子和新的光子之间没什么关系，所以说旧的光子完全消失没有错。当然光子作为一种基本粒子的类型是永远不会消失&br&&/blockquote&&p&我也是这个意思。如果对光子标号，那发出的新光子和吸收的旧光子肯定不是同一个。不过要说一点关系也没有，也不一定哦，譬如受激辐射。但是微观粒子有全同性，如果仅从宏观角度看，光经过介质不一定会消失，取决于具体的辐射转移情况。&/p&&h2&&b&4.光学深度（optical depth）&/b&&/h2&&p&我昨天竟然忘了写了！好，从上一段辐射转移模型中可以看到，介质会吸收光，也会再辐射光。尽管极限的情况是介质变得和光源一样热，但是这个极限的条件其实很苛刻，它要求介质非常稠密、加热时间足够长、体系处于热力学平衡态。实际情况下，很少能有这样的介质（或者说这样的介质自己也变成了光源，就不能算介质了）。那实际情况下，光束通过介质，能量究竟衰减了多少呢？这个量就由光学深度（optical depth），又叫不透明度（opacity）， τ 来衡量。&/p&&p&τ 的定义很简单&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=%5Ctau+%3D+%5Cln%5Cfrac%7BI_%5Ctext%7B%E5%85%A5%7D%7D%7BI_%5Ctext%7B%E5%87%BA%7D%7D& alt=&\tau = \ln\frac{I_\text{入}}{I_\text{出}}& eeimg=&1&&&/p&&p&τ 越大，能够透过介质的光就越少，入射光和出射光的强度比值就越大。通常，习惯把 τ&1 的情况叫做“光学薄（optical thin）”，而把 τ&1 的情况叫做“光学厚（optical thick）”。“光学薄”的时候就可以认为介质大体是透明的，大部分光线可以穿过；而“光学厚”的时候，介质基本就不透明了，绝大部分光都被吸收。总的来说，τ 和介质中的物质总量（气体、尘埃）成正比。这是很直白的关系：阻挡、吸收光的粒子越多，介质当然就越不透明（联想墨水）&/p&&p&不过，不管是光谱强度 I，还是 κ, j 和 τ，都是光频率 ν 的函数。某个介质，在某些频率上可能是光学厚，但在另一些频率上就是光学薄。这正是光谱学研究的核心内容：介质在给定的物理条件下，在给定频率的光学深度会有多少？微观上光和介质经过怎样的机制，才产生这样的结果？坑太大，这里就不展开了。Elsevier 专门有一本学术期刊，叫《定量光谱学和辐射转移》（Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer）&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-2d1cc885d5_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&110& data-rawheight=&150& class=&content_image& width=&110&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&这里只定性讨论一下理想情况：热力学平衡态，光源和介质都只有黑体辐射，光源热力学温度是 &img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=T_%5Ctext%7Bs%7D& alt=&T_\text{s}& eeimg=&1&&，介质热力学温度是 &img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=T_%5Ctext%7Bm%7D& alt=&T_\text{m}& eeimg=&1&&。&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=T_%5Ctext%7Bs%7D%5Cgg+T_%5Ctext%7Bm%7D& alt=&T_\text{s}\gg T_\text{m}& eeimg=&1&&，就比如恒星（数千到数万 K）和星际云（&100 K）；或者白炽灯泡的手电（3000 K）和大气（300 K）。此外，介质的体量比光源大很多个数量级。&/p&&p&套用基尔霍夫定律【式1】，可以得到&/p&&p&&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=%5Cfrac%7B%5Cmathrm%7Bd%7DB_%5Cnu%28T_%5Ctext%7Bs%7D%29%7D%7B%5Cmathrm%7Bd%7Dl%7D+%3D+-%5Ckappa_%5Cnu+B_%5Cnu%28T_%5Ctext%7Bs%7D%29+%2B+%5Ckappa_%5Cnu+B_%5Cnu%28T_%5Ctext%7Bm%7D%29& alt=&\frac{\mathrm{d}B_\nu(T_\text{s})}{\mathrm{d}l} = -\kappa_\nu B_\nu(T_\text{s}) + \kappa_\nu B_\nu(T_\text{m})& eeimg=&1&&
【式2】&/p&&p&而黑体辐射的光谱，大家知道，温度越高，高频段的辐射强度就越强。&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-18ed3a4d552fd697c29b9e239aacd761_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&580& data-rawheight=&360& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&580& data-original=&https://pic2.zhimg.com/v2-18ed3a4d552fd697c29b9e239aacd761_r.jpg&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&在短波区（可见光、近红外），&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=B_%5Cnu%28T_%5Ctext%7Bs%7D%29%5Cgg+B_%5Cnu%28T_%5Ctext%7Bm%7D%29& alt=&B_\nu(T_\text{s})\gg B_\nu(T_\text{m})& eeimg=&1&&，【式2】右侧第一项主导，因为有一个负号，表现出来就是介质在吸收光。&br&在长波区（毫米波、微波），&img src=&//www.zhihu.com/equation?tex=B_%5Cnu%28T_%5Ctext%7Bs%7D%29%5Cll+B_%5Cnu%28T_%5Ctext%7Bm%7D%29& alt=&B_\nu(T_\text{s})\ll B_\nu(T_\text{m})& eeimg=&1&&，【式2】右侧第一项主导，因为有一个正号，表现出来就是介质在辐射光。&/p&&p&这正是天文中所观测到的星际云的情况。下图是一个星云的照片，左侧是红外，右侧是 1.22 mm 长的电波（CS 谱线）。可以看到，红外下黑暗的星云，在电波段反而明亮。&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-0d9f67e45fadfb5a94178_b.jpg& data-size=&normal& data-rawwidth=&592& data-rawheight=&276& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&592& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-0d9f67e45fadfb5a94178_r.jpg&&&figcaption&图片来源：UEC/NAOJ ALMA Discovers Large &Hot& Cocoon around a Small Baby Star&/figcaption&&/figure&&p&我们的地球也一样，白天接受太阳光的照耀，地表和大气都得到加热，而夜间又将这些能量以红外波的形式发射出去。所以，你的手电微弱的光芒，如果被大气中的尘埃和分子吸收了的话，最终也会变成更长波长的光，再次向宇宙深处前进。&/p&&h2&&b&5.综上&/b&&/h2&&p&只要光源足够亮，发散角足够小，它就有能力在宇宙中行走很长的距离。如果突然熄灭光源，之前发出去的光本身也不会立刻消失。当年阿波罗计划在月球表面放置的镜子，就是为了反射激光来测量地月距离的。一束脉冲激光打出去，要等待约 2.5 秒才能受到回音。可以想象，如果故意让激光不打中月球，而是像太空射去，那么它肯定能够前进更久，直到变得过于黯淡。&br&此外，以上的理想化模型处理，并不关心光源是什么，无论它是手电，还是遥远的星光。只要够明亮，就能划破黑暗。&br&以上。&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-b4d55a817dedc1dbfa689_b.jpg& data-size=&normal& data-rawwidth=&477& data-rawheight=&480& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&477& data-original=&https://pic2.zhimg.com/v2-b4d55a817dedc1dbfa689_r.jpg&&&figcaption&阿波罗15号在月面放置的反射镜阵列。图片来源：NASA&/figcaption&&/figure&
--- 有更新，我发现我熬夜写的回答没写完。更新请看倒数第二段 ---
的回答没有错，但是太抽象了，缺少很多细节。而楼下有一些信口雌黄的，懒得跟你撕逼。题主的问题涉及光与物质作用的很多方面。先说简单的情形（
从前做的装X用文字版表情包。&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/182434fad4b2f233e0adbc8c0f57d732_b.png& data-rawwidth=&370& data-rawheight=&350& class=&content_image& width=&370&&&/figure&1，不要回答！X3&br&&br&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/4ebb9b62f7ec7e_b.png& data-rawwidth=&400& data-rawheight=&200& class=&content_image& width=&400&&&/figure&2，已阅 狗屁不通&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/37b87a2d1bad_b.png& data-rawwidth=&370& data-rawheight=&160& class=&content_image& width=&370&&&/figure&&br&3，烧死他 用文火&br&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/6d78fe019c137b2a46bade_b.png& data-rawwidth=&750& data-rawheight=&60& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&750& data-original=&https://pic3.zhimg.com/6d78fe019c137b2a46bade_r.png&&&/figure&&br&4，佛祖保佑我主脱离苦海&br&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/8026dbe20ef87b6ef3613_b.png& data-rawwidth=&500& data-rawheight=&160& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&500& data-original=&https://pic4.zhimg.com/8026dbe20ef87b6ef3613_r.png&&&/figure&&br&5，消灭人类暴政！世界属于三体！&br&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/f_b.png& data-rawwidth=&570& data-rawheight=&120& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&570& data-original=&https://pic1.zhimg.com/f_r.png&&&/figure&6，你们是虫子&br&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/52a4b2ae3e60bc5ccf37_b.png& data-rawwidth=&570& data-rawheight=&120& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&570& data-original=&https://pic4.zhimg.com/52a4b2ae3e60bc5ccf37_r.png&&&/figure&7，这是计划的一部分&br&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/a6caffa1e6426ccb36fe47_b.png& data-rawwidth=&570& data-rawheight=&120& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&570& data-original=&https://pic4.zhimg.com/a6caffa1e6426ccb36fe47_r.png&&&/figure&8，我是你的破壁人&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/cac9ff529f0fe3c2a2351_b.png& data-rawwidth=&500& data-rawheight=&120& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&500& data-original=&https://pic2.zhimg.com/cac9ff529f0fe3c2a2351_r.png&&&/figure&9，主不在乎&br&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/ddab156b4dafea551a12e4b_b.png& data-rawwidth=&570& data-rawheight=&130& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&570& data-original=&https://pic4.zhimg.com/ddab156b4dafea551a12e4b_r.png&&&/figure&10，傻孩子们，快——跑——啊！&br&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/47faa2eea80a_b.png& data-rawwidth=&570& data-rawheight=&160& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&570& data-original=&https://pic3.zhimg.com/47faa2eea80a_r.png&&&/figure&&br&&br&11，毁灭你 与你有何相干？&br&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/de73bd476ecf6ada65d5aacee3eaaaef_b.png& data-rawwidth=&570& data-rawheight=&120& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&570& data-original=&https://pic4.zhimg.com/de73bd476ecf6ada65d5aacee3eaaaef_r.png&&&/figure&&br&12，黑，真他妈的黑啊&br&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/aee2bb4e3d9acea13a9dd_b.png& data-rawwidth=&500& data-rawheight=&120& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&500& data-original=&https://pic2.zhimg.com/aee2bb4e3d9acea13a9dd_r.png&&&/figure&&br&13，一切都会逝去 只有死神永生&br&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/90dd8fcf493ea33f785943_b.png& data-rawwidth=&700& data-rawheight=&100& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&700& data-original=&https://pic4.zhimg.com/90dd8fcf493ea33f785943_r.png&&&/figure&14，孩子，看看你干了什么？&br&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/32da951e3bd463b466f0a_b.png& data-rawwidth=&570& data-rawheight=&200& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&570& data-original=&https://pic3.zhimg.com/32da951e3bd463b466f0a_r.png&&&/figure&15，我需要一块二向箔 清理用&br&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/db20d50a6ed5c516cfff23_b.png& data-rawwidth=&570& data-rawheight=&140& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&570& data-original=&https://pic4.zhimg.com/db20d50a6ed5c516cfff23_r.png&&&/figure&16，亲爱的 我们在末日等你&br&&br&对，你没猜错，现在，我们是同志了。
从前做的装X用文字版表情包。1，不要回答！X3 2，已阅 狗屁不通 3，烧死他 用文火 4，佛祖保佑我主脱离苦海 5，消灭人类暴政！世界属于三体！ 6，你们是虫子 7，这是计划的一部分 8，我是你的破壁人9，主不在乎 10，傻孩子们，快——跑——啊！ 11，毁灭你 …
&p&长文多图预警，感谢 &a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@何沁&/a& 帮忙排版）&/p&&p&太阳物理专业的，怒答一记。&/p&&p&与大家想象的不同，按照现在的主流理论，太阳表面各种火焰状结构的形成机制，是磁重联，并不是核聚变。&/p&&p&给题主配一张图。宇宙中熊熊燃烧的火球，我们的太阳：&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/ee3d2bccb6f_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&开始之前，先澄清一个问题。&/p&&p&有答主提到，太阳不是燃烧，因此这个问题根本就没有意义，也没有讨论的必要。&/p&&p&但事实上，将太阳类比成燃烧的火焰是有根据的。&/p&&p&原因至少有两个：&/p&&p&1.从物质构成上来说，火焰、核聚变和太阳大气有深刻的相似之处。&/p&&p&如 &a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@凌晨晓骥&/a& 所说，火焰本质上是一团电离气体。&/p&&p&在适当的条件下，可燃物发生氧化反应，氧化反应提供的能量使气体电离。电离气体中激发态电子向低能级跃迁，跃迁过程发出可见光，形成我们所看到的火焰。&/p&&p&太阳大气，也同样是一团电离气体。&/p&&p&从这个角度来说，太阳就是一团悬浮在宇宙中的超大的火焰，说太阳在燃烧，并没有什么不妥。&/p&&p&我们称这种电离气体状态为「等离子体态」。&/p&&p&常见的等离子体见下图：&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/1dbf1a3699deabe0a9a8bfc727f4c16d_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&其中，横纵坐标分别是物质密度和温度，从图中可以对这些物质的参数有一个直观的了解。&/p&&p&（右下角是人类可以生存的参数环境）&/p&&p&注意火焰、日冕[01]、磁约束聚变和太阳核心在图里的位置。&/p&&p&从图中可见，日冕跟火焰的密度相近，但是温度要高4个数量级，达到数百万度。&/p&&p&[01]&br&&i&日冕，即太阳大气的最外层。&br&
太阳大气跟日冕的关系，做个不恰当的比喻的话，可以类比成，火焰和外焰之间的关系&/i&&/p&&p&2.从观测来说，太阳表面确实可以观测到大量的火焰状结构。&/p&&p&先普及一下太阳物理的背景知识。&/p&&p&太阳结构可以简单分为太阳内部和太阳大气两部分[02]。&/p&&p&[02]&br&&i&这样划分是因为，太阳内部是不透明的。&/i& &i&使用光学和射电手段观测太阳的话，只能看到太阳大气，看不到太阳内部。&/i& &i&
所以从观测上说，太阳内部和太阳大气是截然不同的。&br&
在不考虑日震学的情况下，太阳物理主要就是太阳大气物理。&/i&&/p&&p&其中，太阳大气从里到外，又被人们分为光球层、色球层和日冕三层。&/p&&p&光球层和色球层是很薄的[03]，温度也比较低[04]。&br&日冕的厚度则可以达到好几个太阳半径，温度猛增至数百万度。&/p&&p&[03]&br&&i&
光球层：500 公里&/i& &i&色球层：2000 公里&/i&&/p&&p&[04]&br&&i&
约6000度&/i&&/p&&p&光球层、色球层和日冕，其结构如下图所示：&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/0ffa8fbda5bf77f694efc_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&太阳大气中可以产生极为复杂和剧烈的现象。如延伸数十万公里，像拱门一样的日珥；相当于数百亿颗百万吨极氢弹爆炸的耀斑；对地球影响最大的日冕物质抛射等。更细致观测的话，还可以看到大量的针状物和微耀斑。&/p&&p&日面上的这些结构确实会给人一种“火焰”的直观印象。&/p&&p&那么，如何解答题主的疑问呢？&/p&&p&火焰的能量产生机制，我们知道是氧化反应。可是，宇宙中没有氧气，太阳大气是靠什么机制，来维持太阳表面火焰状结构的能量呢？&/p&&p&看到这个问题，大家的第一反应可能会觉得是核聚变。确实，太阳核心的核聚变，是太阳能够维持几十亿年发光发热的最终能量来源。&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@吴俊吴俊&/a&、 &a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@Sekiimo&/a& 等答主已经从这个角度回答了问题。&/p&&p&但是，具体到恒星表面火焰状结构的形成机制，则不可能跟核聚变产生关系。&/p&&p&光球和色球温度太低，根本不可能达到产生核聚变的温度；日冕温度虽高，但过于稀薄，甚至可以用无碰撞粒子模型来描述，更加不可能产生足够的轻核汇聚。&/p&&p&&b&在太阳上，核聚变只能发生在高温高密度的太阳核心。&/b&&/p&&p&如下图所示，光子从太阳核心，传递到太阳表面，需要经过太阳内部的对流区和辐射区。&/p&&p&传递时间长达上百万年，无法直接影响太阳表面的活动。&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/4f0d30ed2588229caed47d70fa7cc886_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&光子之所以要花上百万年的时间，才能走完从核心到表面那几十万千米的路程，是因为这趟旅程，对光子来说太艰难了！在辐射区，光子会被不断的吸收和重新辐射；在对流区，光子会跟物质反复碰撞，走出一条极其曲折的路径。&/p&&p&下图是光子在对流区的无规行走：&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/dd0b500aaae7ccec981aec62_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&如果不是核聚变的话，这些火焰状结构的本质究竟是什么？&/p&&p&我们的主角，磁重联出场了~&/p&&p&（有评论问到这个词的读法。重在这里读chong，取磁场重新联接的意思）&/p&&p&我们往往倾向于忽视磁场的能量，这是合理的，因为我们在地球上所感受到的磁场实在太低调了╮(╯_╰)╭&/p&&p&每个人，每时每刻，都处在地球磁场中。&/p&&p&可对普通人来说，地磁场除了使指南针偏转、让高纬度偶尔出现一次极光之外，也就没有其他的影响了。&/p&&p&原因呢，很简单，除了地磁场本身的强度比较弱之外，更重要的是，地球上的物质绝大部分都处于电中性状态，无法被磁场影响。&/p&&p&下图是地磁场，中间的小球是地球。&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/395cf44c054dac04deb2f3_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&与地磁场的低调不同，太阳的磁场环境完全不一样。&/p&&p&太阳表面的物质处于高电导率等离子体状态，受&b&磁冻结效应&/b&的支配。&/p&&p&这里的“冻结”不是温度低的意思，通俗的讲，是说磁感线跟物质冻结在一起，物质如何运动，磁感线就如何运动。&/p&&p&这是什么意思呢？为了让大家对这个概念有一个直观的印象，放一张图。&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/1316dee455ba68b33d58eb8_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&这是太阳表面的磁拱。&/p&&p&从图中可以清晰的看到，物质沿着环状磁力线排布，形成拱形的细丝状结构。&/p&&p&这些沿着磁力线的细丝状物质，被磁感线绷得紧紧的，其密度，要比周围的背景密度大三至四倍。&/p&&p&由于太阳不同纬度的物质自转速度不同，且太阳内部和外部大气之间，总是有物质对流，太阳表面的磁场，就会随着物质运动，不断的扭曲、缠结；像弹簧一样，不断的存储能量，最终形成磁绳等极度扭曲的磁结构。&/p&&p&见下图：&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/9e51f0d53c0c70d0bced5_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&弹簧扭曲过度的话，会断裂，猛地弹开把能量都释放出来，磁场也是如此。&br&当在很狭窄的空间区域内，出现方向相反的磁场时，磁场线碰到一起会发生湮灭，将原本扭曲的磁力线重新排布。在此过程中，大量的磁能释放了出来。&/p&&p&这就是磁重联。&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/f1b5edc1cd4cabef200b4d7912eb79bc_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&上几张卡通图，可以看的更清晰一点。&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/10eaa71ceb8e7f77f56aff82c641122b_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/e6e29ca950d47b4dae0d490c_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/9a43abe6b4abcc73b5a2cb_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&&b&按照现有的理论，磁重联，是太阳表面所有高能现象的来源。&/b&&/p&&p&不再多说，上图。&/p&&p&注意看磁力线纠缠的地方。&/p&&p&耀斑爆发：&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/8d2ac37c985c76e875d51c_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&日冕物质抛射：&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/cf28ec4738442fdce4f25_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&日珥：&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/1aafb54b48d2f5d0b41e91a_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&地磁尾重联：&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/d46ba7f6c5b9c33f87453fda_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&太阳风磁重联对卫星的影响：&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/ecb4dbb86dcd3_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&磁暴发生时，太阳风暴与输电线的相互作用[06]&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/f0d48c615cf9f1_b.jpg& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&[06]&br&&i&
多谢 &a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@乔小海&/a& 指正，太阳风暴对输电线的影响，并不是通过磁重联，&br&而是通过影响地磁场来产生强地磁感应电流，从而使变压器发生半波饱和。&br&不过这幅图很酷，就还是保留在这里了&/i&&/p&&p&&br&&/p&&p&====理工生福利：为什么会有磁冻结效应？====&/p&&p&应评论要求放上公式，不想看公式的，可直接跳过~~&/p&&p&0.首先是参数范围。&/p&&p&磁冻结效应只发生在电导率极大的理想等离子体中。太阳大气在大多数情况下，都可以满足这种条件。但在地球上，这种条件很少出现！&/p&&p&1.根据安培定律，磁场的旋度，有电流与之对应：&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/541abe3fcfc1d8aabdc1ce_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&2.根据运动方程，电场和磁场，共同影响带电粒子的运动，因此电流与电场以及磁场有关：&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/f7cfcee73f1f72_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&3.通过这两个方程，我们可以得到磁场演化的微分方程：&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/eb5d4ddccea6ca7e97c4_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&4.如果电导率无限大，磁场的&b&扩散项&/b&（&i&右边第二项&/i&）被消掉，就只剩下&b&冻结项&/b&（&i&右边第一项&/i&）了。&/p&&p&如下所示：&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/f8d8a7a0_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&这时电磁场中的电离流体（&i&即磁流体&/i&）会表现出如下行为：&/p&&p&a.起初位于某根磁力线上的流体质点，以后将一直位于该磁力线上；&/p&&p&b.通过与流体一起运动的任意曲面的磁通量守恒。&/p&&p&这就是磁冻结效应。&/p&&p&====================================&/p&&p&&br&&/p&&p&对于一些大家提到的问题的回复：&/p&&p&一、&/p&&p&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@张晓光&/a&&/p&&p&Q （太阳）自转的能量从哪里来？和内部核聚变的关系能否讲讲&/p&&p&A 这是个好问题。&/p&&p&太阳的自转，叫做&b&较差自转&/b&（&i&不要吐槽这个名字。。&/i&）。&/p&&p&什么意思呢，是说太阳不同的纬度，自转角速度不同。&/p&&p&这种现象，是流体星体所特有的。&/p&&p&正常的固态星体，因为是刚体啦，不同纬度的自转角速度都是一样的。&br&其自转角速度来自于星体形成时积累的相角，之后由于角动量守恒，就一直转下去了（&i&当然这个要深挖，也有一堆东西可说的。&/i&）&/p&&p&对于太阳这样的流体星体，无法维持一致的转动速度，而只要有速度差异，就有持续不断的耗散。&/p&&p&维持较差自转的能量，来自于星体内部的对流运动。&/p&&p&那对流是怎么产生的呢？简单说就是高温高密的核心物质向外流动了~~&/p&&p&所以这个关系是这样的：&/p&&p&太阳核心核聚变产生能量 》进入辐射区》产生对流 》维持较差自转 》较差自转通过太阳发电机产生太阳磁场 》太阳磁场能量通过磁重联释放&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&二、&/p&&p&@刘洋&/p&&p&Q 你说的磁场扭曲断裂，是不是会产生成对的太阳黑子？「太阳耀斑喷射的带有强磁场的气团」就是磁场碎片嘛？&/p&&p&A 黑子是太阳上，磁场比较强的地方，双极黑子确实伴随着很强的反向磁场。&/p&&p&黑子的产生机制比较复杂。&/p&&p&有的黑子很稳定，有的很快就消失了，未必是磁场扭曲断裂产生的。&/p&&p&一般认为，黑子的形成与磁流浮现机制有关。&/p&&p&如下图所示：&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/ee5aa33d8bbdee5e1c055_b.png& class=&content_image&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&环形磁场在对流的不稳定性下，向上浮，直到满足静力学平衡为止。&/p&&p&此时，环足点处（&i&图中黑块&/i&）形成双极黑子。&/p&&p&太阳耀斑喷射的带有强磁场的气团，气团会带着磁场一起跑，这也是磁冻结效应的体现。&/p&&p&……&/p&&p&三、&/p&&p&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@吧扎嘿&/a&&/p&&p&Q 日冕是大气最外层，几百万度，光球层是大气最内层，6000度，是什么原因导致内凉外热，而且差那么大？&/p&&p&A 这也是个好问题，可惜我无法给出确定的答案。。。&/p&&p&因为，日冕反常加热问题是太阳物理中的一个非常重要的未解决问题。&/p&&p&围绕这个问题提出的相关理论太多了，如耀斑加热、阿尔文波加热等等，至今没有达成一致。&/p&&p&我们组里面就有人靠这个问题吃饭的。。&/p&&p&感兴趣的话，可以关注这个问题：&/p&&p&&a href=&http://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&太阳的大气层由里到外分成光球、色球、日冕三大层次，它们的温度是依次增加的，原因是什么？ - 物理学&/a&&/p&&p&期待有生之年，可以看到这个问题的确定答案~~&/p&&p&……&/p&&p&四、&/p&&p&@唐门&/p&&p&Q 第一次听说太阳物理专业。。。。&/p&&p&A 唉，人类太空殖民速度太慢了啊。。&/p&&p&要是太阳系空间，到处都是空间站、货运飞船、殖民点、电磁中继器和深空探测器。&/p&&p&太阳物理绝对是最热门的专业你信不信！&/p&&p&……&/p&&p&五、&/p&&p&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@陈三三&/a&&/p&&p&Q 能用人造磁体模拟吗？&/p&&p&A 如果说模拟真实太阳活动的话。。没钱呀。。&/p&&p&那些做实验室模拟的，几米直径的设备就是大设备了。&/p&&p&太阳直径百万千米，一个日珥能塞进去十几个地球，大家感受下。。&/p&&p&……&/p&&p&六、&/p&&p&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@关文凯&/a&&/p&&p&Q「日冕的厚度则可以达到好几个太阳半径」不能理解。太阳不是个球体吗？日冕层的厚度能超过太阳半径？我糊涂了！&/p&&p&A 这里的太阳半径，没有算太阳大气，就像地球半径，不计算地球大气一样。&/p&&p&……&/p&&p&七、&/p&&p&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@Finnegans Wake&/a&&/p&&p&Q 感觉好厉害……其实我很好奇人们是怎么研究和观察太阳的呢？单是能区分出光球层和色球层这一点就觉得很不可思议……毕竟我觉得一般来说人类连发个接近太阳的探测器都很少有&/p&&p&A 确实，太阳观测卫星大都在地球轨道上，很少有接近太阳直接绕太阳转的探测器。&/p&&p&那些绕太阳转的探测器，如两颗STEREO卫星，也躲在地球绕日轨道附近。&/p&&div class=&highlight&&&pre&&code class=&language-text&&Heliocentric distance (AU) ：
&/code&&/pre&&/div&&p&&br&&/p&&p&观测太阳的手段，主要有卫星观测，和地面太阳望远镜观测两种。&/p&&p&其中地面观测，只能观测可见光和射电波段，卫星观测则可以覆盖全波段。&/p&&p&另外，也有对太阳高能粒子的探测。&/p&&p&这个谈细节的话，可以单独写一篇文章了，我不是做观测的，就不多说啦~~&/p&&p&光球层和色球层的区别的话。。这个很有意思。&/p&&p&光球层，可以理解成人们能直接看到的太阳，最里面的那一层，再往里面就不透明了。&/p&&p&做个不恰当的类比的话，光球层相当于地球的地表。&/p&&p&人们接收到的，宁静太阳的辐射，主要来自于光球层。&/p&&p&通过肉眼看太阳时，人们看到的太阳表面，也就是光球层。&/p&&p&色球层在地球上用肉眼是不能直接看到的，因为色球的辐射会被大气层散射掉。&/p&&p&人们最早看到色球层，是在日全食的时候。这时候，光球层的强辐射被遮挡，观测者能用肉眼看到，太阳圆面周围，有一层非常美丽的、玫瑰红色的辉光。这就是色球层。&/p&&p&八、&/p&&p&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@罗之睿&/a&&/p&&p&Q 答主不知道看过《三体》这本科幻小说没有，其中有一个说法，希望答主能给看看是不是合理。&br&太阳可以让充当放大电磁信号的作用，将能够穿透太阳对流层的低能电磁波，放大很多倍重新释放出去。具体参见《三体 地球往事》第 23 章 红岸之五。&br&当然毕竟是科幻小说中间出现的内容，很可能是虚构，我这门外汉，也只能投靠答主，来满足一下求知欲了，如果找不到书可以私信，我发你。&/p&&p&A 哈哈，这个我要答。&/p&&p&《三体》我是从高三开始在《科幻世界》上追连载的哦。&/p&&p&大刘有的科幻构想是纯脑洞的，比如说，太阳对辐射的放大作用。。&/p&&p&除了《三体》里，太阳当了叶文洁的电磁波放大器之外，《全频带阻塞干扰》里还有一个宇宙飞船冲进太阳里，引发超级太阳风暴挽救中国命运的设定。&/p&&p&真要从太阳物理的角度来分析的话，我只能很遗憾的说，完全没有可能的……&/p&&p&这就像往大海里洒一滴水，就引发了全球海啸一样荒谬……&/p&&p&btw，这种傻傻的问题我也问过的。&/p&&p&曾经问过做银河系射电观测的同学，如果把你们的射电望远镜对准太阳会发生什么？她告诉我，会被烧坏…………………………&/p&&p&（为什么没去问做太阳射电观测的同学呢，因为我觉得雷达峰射电望远镜既然是以搜索外星文明为目的，应该跟我们做银河系巡天的望远镜更像。。）&/p&&p&九、&/p&&p&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@大缺弦&/a&&/p&&p&Q 谢谢答主的回复。第一个问题还是有些不理解。&br&等离子气体从激发态回到基态时放出能量，产生我们看到的火焰。&br&那么既然日冕的气体本来就是完全电离的，那为什么还说是磁重联现象导致的火焰呢？&/p&&p&A 这里是我的问题，这个地方没说明白，先在这里解释一下，以免让大家误解。&br&正文改起来比较麻烦，回头再改。&/p&&p&大致是这样的。&/p&&p&题主的问题比较模糊，可以理解成&b&恒星整体发光发热的机制&/b&，也可以理解成&b&恒星表面火焰状结构的形成机制&/b&。我是从后面这种理解入手答的。&/p&&p&太阳表面可以分为「&b&宁静太阳&/b&」和「&b&太阳活动区&/b&」两部分。&/p&&p&「宁静太阳」就是不考虑太阳表面的，活动爆发情况的稳定太阳。&/p&&p&在这种模型下，有光球、色球、日冕这些壳层划分，日冕高温完全电离，光球低温部分电离等等。这些构成了一个稳定的等离子体球。这样的等离子体，其球状稳定结构的形成，与日核的核聚变机制密不可分。&/p&&p&在这种模型下，不需要考虑磁重联。&/p&&p&答案里提到的「太阳表面的火焰状结构」主要指的是「太阳活动区」情况，即在「宁静太阳」的背景上，发生的剧烈高能活动。&/p&&p&这些活动的机制是磁重联。&/p&&p&……&/p&&p&十、&/p&&p&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@赵晗&/a&&/p&&p&Q 理工科真倒霉，不止要做生产力，还要给没有生产力的人科普。&br&（后者本来属于没生产力的错误，结果怎么成理所应当的了？）&/p&&p&A 终于有人提这个问题了。&/p&&p&有这个疑问的人想必不在少数，多说一点。&/p&&p&科普的意义是什么？&/p&&p&我不想说提高全人类科学素养之类空泛的话，做科研的很少真心在意这个，这也不是普通科研人员应承担的责任。&/p&&p&只从一个理性的普通科研人员的角度来说，科普（&b&对你本人&/b&）的意义是什么？&/p&&p&毫不夸张的说，&b&科普直接影响一门学科的生存&/b&，最终当然也会影响到你的科研经费。&/p&&p&最明显的例子，是&b&转基因&/b&。&/p&&p&我不想在这里涉及转基因双方的争执，只想说，转基因技术已经有几十年的历史了。&/p&&p&如果有科研人员能早点写出，像卡尔.萨根和斯蒂芬.霍金那样影响力的转基因科普书，而不是任由媒体和好莱坞大片，一遍又一遍的给大众洗脑的话，挺转者至少不需要这么辛苦的跟反转者一句句争执基本概念了。&br&（道金斯的《自私的基因》倒是很出名，但个人认为在妖魔化基因技术上，是起了推动作用的。只是个人看法，欢迎生物专业同学打脸。）&/p&&p&你说社会上的反转基因者再多，也影响不了你的饭碗？OK，你肯定不是相关方向的。&/p&&p&答主是学天文的，跟生物没关。&/p&&p&但我至今还记得 2014 年崔永元（此处的身份是人大代表）在两会期间的反转基因提案，引起了「热议」。&/p&&p&即使后来中共高层公开表态支持转基因，反转基因仍愈演愈烈，得到了大批民众的支持。知乎上相关讨论很多，不多说了。&/p&&p&想想看，如果哪天反转提案通过了，所有那些拿转基因科研经费的人怎么活？&/p&&p&问题到底出在哪呢？中国的普通民众都无可救药不可理喻吗？&/p&&p&说句实在话，我们做天文的，研究的东西跟国计民生关系实在不大，不像做转基因的，辛辛苦苦为普通人提高粮食产量谋求福利。可是为什么天文这边造卫星造望远镜花那么多钱又没有实利，普通人似乎还都很支持呢？&/p&&p&我能想到的很重要的一个原因，是托了卡尔.萨根和斯蒂芬.霍金们的福，是无数精美的纪录片制作者的功劳，是大量天文论坛版主、天文馆工作人员和业余天文爱好者的默默影响。&/p&&p&一句话，是因为天文学有做科普的悠久传统。&/p&&p&公众对你所在学科的支持，并不是理所当然的。&/p&&p&如果突然某一天，你一直在研究的课题、使用的工具或研制（制造）的产品被大量普通人反对，被认为是邪恶的不应该出现的，你会怎么想？&/p&&p&除了暗骂这群人之外，你是否会想，如果能早点跟大众好好解释，&b&最好能从他们小时候上学时候就开始影响&/b&，现在这种事就不会发生了。&/p&&p&如今，科学在大众心中的地位，实在并不乐观。当下早就不是 17 世纪、 19 世纪或 20 世纪中叶了。&/p&&p&科学日益专业化，远离直观概念，远离日常生活。&/p&&p&技术日益黑箱化，科技产品与魔法无疑。&/p&&p&如果科研人员和工程人员，本身都在刻意制造科学与大众的隔阂，那么大众普遍反科学反技术的浪潮，也就不遥远了。&/p&&p&当那一天真的到来，理工科的诸位，就自求多福吧。&/p&&p&（btw，我之前说的那句话「理工生的责任和义务难道不是做科普来让普通人更多的了解科学吗」，是为了反驳某童鞋所说的这样一句话：「我们理工生的责任和义务主要有两条，一条是为人类找到通向真理的道路，另一条是嘲笑无知者。」）&/p&&p&……&/p&&p&还有问题的话欢迎提问。&/p&&p&……&/p&&p&为了不影响正文，以前的碎碎念都放在这里&/p&&p&就两天时间，这个原本几十关注的问题，突然有这么多人点赞……&/p&&p&原来还是有这么多人关注我们太阳物理的，泪奔……&/p&&p&因为个人专业原因，碰巧能在这个问题下给大家提供一个不一样的思路。&br&既然很偶然的获得不少关注，那就借这个机会好好科普一下太阳物理吧~~&/p&&p&好多评论说原答案看不懂的，额，先说声抱歉，这个答案是知乎首答，一年多了，当时没组织好语言。既然有这么多人感兴趣，那我就再多说一点，补充一些背景说明和图片，解释几个大家困惑的问题。&/p&&p&对太阳物理感兴趣的童鞋，可以看这个：&a href=&http://www.zhihu.com/question//answer/& class=&internal&&怎样理解太阳风暴对地球的影响？ - 乔小海的回答&/a&&/p&&p&里面有对太阳物理比较详细的介绍。&/p&&p&大家的评论我都会看，但不能保证即时和一一回复，先说声抱歉哈&/p&&p&感谢 &a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@乔小海&/a&&a class=&member_mention& href=&//www.zhihu.com/people/null& data-hash=&null& data-hovercard=&p$b$null&&@Louis Stuart&/a& 在评论中的补充和建议~&/p&&p&关注的人多之后，各种类型的回答都出来了，题主也修改了问题描述。&/p&&p&本来不想评论的，实在忍不住了。&/p&&p&我很不解，理工生的责任和义务难道不是做科普来让普通人更多的了解科学吗？&/p&&p&（如果对这句话有疑问的话，请看第十条 Q&A）&/p&&p&看这个问题下好多人对题主的嘲笑，我想我能理解中国为什么会有普遍的反智倾向，科学素养的普及为什么如此艰难了。&/p&&p&我觉得题主的问题是很有价值的。而且我觉得，题主能提这个问题，就已经比那些毫无好奇心和求知欲的人好多了。&/p&&p& 补充：&/p&&p&现在来看，这个问题的答案区正常多了~&/p&&p&只有评论区还能看到当时的惨烈……&/p&&p&本来就是一个开放的问题，从化学角度（比如&i&燃烧的本质、各种氧化反应的区别、电离过程等。&/i&）、核聚变角度（比如&i&太阳数十亿年稳定燃烧的机制、太阳内部的能量传递、核聚变的机制等。&/i&）可以给出很好的回答的。&/p&&p&大家感兴趣的话，可以看其他答主从不同角度给出的答案。&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&最后，文中相当一部分图片，来自于南大天文系，罗新炼老师的课件，图侵删。&/p&&p&更多太阳物理高清图片的话……大家可以去看：&a href=&http://www.zhihu.com/question//answer/& class=&internal&&怎样理解太阳风暴对地球的影响？ - 乔小海的回答&/a&&/p&&p&我就偷个懒不再重发了&/p&
长文多图预警，感谢
帮忙排版）太阳物理专业的，怒答一记。与大家想象的不同，按照现在的主流理论，太阳表面各种火焰状结构的形成机制，是磁重联，并不是核聚变。给题主配一张图。宇宙中熊熊燃烧的火球，我们的太阳： 开始之前，先澄清一个问题。有答…
谢邀。&br&有可能。荷兰物理学家Gerard 't Hooft是1999 年诺贝尔物理学奖获得者，他为自学理论物理的人开列了一份书单，可以见&a href=&//link.zhihu.com/?target=http%3A//blog.sciencenet.cn/blog-.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&科学网-转载：理论物理学的自学书单 - 周旭的博文&/a&。&br&&br&此网站（仍在建设中，才刚刚起步）是为年轻的学生，或者任何人，和所有象我一样为真正的科学探索的挑战而激动不已的人，以及那些象我一样决心用他们的大脑来发现我们所处的世界中的新事物的人——所准备的。简而言之，此网站是为那些决定将全身心投入理论物理并且是自学的人而准备。&br&我常常收到这样的来信——本意甚好但毫无用处——是那些业余物理学家写来的，他们相信自己解决了世界难题。他们之所以相信自己仅仅是因为他们根本没有弄明白现代物理中解决问题的真正方法。如果你真的想为物理规律的理论解释作出贡献（如果你成功了，那的确是非常激动人心的事！）你就需要懂得许多东西。首先，要了解问题的真正所在。大学里教授的科学课程都是绝对必要的，因此，你首先应该做的就是进入一所大学并尽你所能吸收一切知识。但如果你还很年轻，仍然在中小学阶段，仍然在忍受那些为孩子准备的称之为科学的传奇故事，这不能满足你的求知欲该怎么办呢？如果你已经年纪较长，再也不愿意到大学念书，你又会怎么办呢？&br&如今，从互联网上搜集你所需要的一切知识已经成为可能。问题是，网上的垃圾非常多。会不会漏掉那些少得可怜的而对你真正有用的页面呢？我非常清楚需要教哪些东西给刚入门的学生。列出那些绝对必需的课程名称与专题是很容易的，我已经在后面列出了。我的目的是在网上找到那些真正有用的文章和书籍，最好是能够下载的。这样说来，成为一名理论物理学家的成本不会超过一台能接入互联网的计算机、一台打印机、大量的纸张和笔。不幸的是，我还不得不建议你去购买课本，但很难在这里给出建议；或许将来的网站上会有。让我们首先实现最低限度的需要。后面列出的科目是必须要学习的。任何的疏漏都将得到惩罚：失败。相信我吧：你不要读到后就相信它——应该检验它。你可以尝试其它的途径，尽你所能去试。你会一再惊讶地发现，那些家伙所做的已经是最聪明的了。最好的课本都有练习。做做这些练习，看看你能否全部理解。尽量达到这种程度：你能发现大量的印刷错误，微小的错误，直到更重要的错误，设想你会有更好的方式来写这些教材。&br&我可以告诉你一些自己的经验。我非常幸运的是周围有许多非常棒的老师（本人注：不一定一对一的训练，但是确实需要一个非常好的学术交流环境），这一点帮助了我防止误入歧途，直到我获得诺贝尔奖。但我没有互联网。我要努力成为你们的老师，这是件非常艰巨的任务。我正请求学生、同事及教师来帮助我完善这个站点。此站点目前仅仅是为那些希望成为理论物理学家的人——不是普通的那些人，而是那些非常棒的、下定决心去获得自己的诺贝尔奖的人——而设立的。如果你比这个目标低调，那么你就等着上完那些照本宣科的学校，然后按部就班跟着那些教书匠们把那些一小部分知识反复无聊地嚼烂之后再交给你们（文下之意，这不是为你们准备的）。这个站点是为那些有雄心壮志的人准备的。我相信任何人都能做到，只要他具备足够的知识、兴趣和决心。&br&理论物理好比一座摩天大厦，它最基础的部分就是基础数学和经典的（20世纪之前的）物理学内容。不要认为因为我们已经懂得很多，从而20世纪之前的物理学就是无关紧要的了。有了那时的坚实的基础才有了我们现在享用的知识。在你没有亲自建好地基之前，不要妄想去建立你的摩天大厦。我们摩天大厦的最初几层是由高等数学公式构成，它们是由经典物理学理论变成的漂亮公式。如果你想更进一层，这些是必须要学习的。接着，就是后面所列的许多课题。最终，如果你足够疯狂，你希望建立超级困难的统一量子理论与引力场理论的统一场理论，你就需要学习广义相对论、超弦理论、M-理论、Calabi-Yau 紧致理论等等，这是目前摩天大厦的顶端。还有一些其它的顶端，比如玻色－爱因斯坦凝聚、分数量子霍尔效应等等。根据过去这些年的证明，这些也同时是非常好的诺贝尔奖级别的课题。给你一个忠告：即使你非常聪明，你仍然会在某处陷入困境。自己在网上冲浪吧，尽情找吧。告诉我你发现了什么。如果此站点帮助了某些正准备进入大学学习的人，或者激励了某些人，或者替某些人引了路，帮助他或她在科学的道路上走得更顺当，那些，我认为此站点是成功的。请回馈给我。这儿有一个列表。&br&&br&课程列表，按逻辑顺序 （并非所有内容都一定要按照此表列来进行，但此列表大概说明了这些不同课程之间的逻辑关系。某些注释比其它的要高一层次）&br&以 .ps 结尾的文件是 PostScript 文件，可以用 gsview 程序打开它们。&br&（尚在起步阶段，此页面的内容仍然非常不完善！）&br&语言：英语是一个先决条件。如果你还没有掌握它，下功夫学吧。你必须能够读、写、说及理解英语（要做好的科研，英语是必需的工具，译注），但不必要达到最好。这篇文章的糟糕英文是我写的，这已经足够了（译注：这是作者的谦虚之词）。所有出版物都是英语的。注意能够用英语写作的重要性。迟早，你将希望发表自己的结果，而人们必须能够读懂并理解你的内容。&br&法语、德语、西班牙语和意大利语或许有用，但他们不是必须的。它们不是摩天大厦的地基，所以不必要担心。你的确需要希腊字母。希腊字母用得非常多。学会它们的名字，否则当你口头表达时会把自己弄糊涂。现在开始点严肃的内容。不要抱怨这些东西看起来很多。诺贝尔奖不是靠吹灰之力就能获得的，并且要记住，所有这些东西加起来至少需要我们学生五年的强化学习（至少有位读者对此很惊讶，他/她认为自己在五年时绝对不可能全部掌握；事实上，我是就那些计划花费其大部分时间用于这些学习的人而言的，并且还需要有一些基本的智力。&br&基础数学：你熟悉数字、加法、减法、平方根等等内容吗？&br&自然数：1, 2, 3, ...&br&整数： ..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, ...&br&有理数（分数）： ... .., , ...&br&实数： Sqrt(2)=1.4142135..., π=3...., ε=2.7182818... &br&复数： 2+3i, eia=cosa + i sina, ... 他们非常重要！&br&集合论：开集， 紧致空间， 拓扑&br&你或许会惊讶，他们在物理中的确很有用！&br&［旁注：在这儿寻找更多的网上课程！（比你所需要的更多） ］&br&代数方程。近似处理。级数展开：泰勒级数。解带复数的方程。三角函数： sin(2x) = 2 sin(x) cos(x) ，等等。&br&无穷小量。微分。基本函数（sin, cos, exp）的微分。积分。可能的话，基本函数的积分。微分方程组。线性方程组。傅立叶（Fourier）变换。复数的使用。级数收敛。&br&复平面。柯西（Cauchy）定理和路径积分（这个现在很有意思）。Gamma 函数（学习它们的特性是种享受）。高斯（Gaussian）积分。概率论。&br&偏微分方程。狄里克雷（Dirichlet）和纽曼（Neumann）边界条件。&br&［旁注：&br&Dave E. Joyce 的三角函数课程&br&这是必须的内容，James Binney 教授的复数课程&br&上面的内容这儿（差不多）全有！（K. Kubota, Kentucky）。同时参考 Chris Pope 的课堂笔记：Methods1-ch1, Methods1-ch2 &br&复平面、柯西定理和路径积分（G. Cain, Altanta）］&br&这些是针对初学者的。某些专题是实际是作为整个课程来学习的。这些内容的大部分是物理理论的非常重要的组成。你没有必要先要学习完全部内容才开始后续课程，但要记住要回来完成那些第一轮学习时漏掉的内容。&br&经典力学：静力学（力，张量）；流体力学。牛顿定律。&br&行星的椭圆轨道。多体系统。&br&最小作用量原理（Least Action Principle）。哈密顿（Hamilton）方程。拉格朗日量（千万别跳过——非常重要！）。&br&谐振子。摆。&br&泊松（Poisson）括号。&br&波动方程。液体和气体。粘滞性。纳维－斯托克斯（Navier-Stokes）方程。粘滞力与摩擦力。&br&［旁注：&br&一组来自哈佛的很棒的笔记&br&关于拉格朗日量和哈密顿方程的更多资料］&br&光学：&br&折射和反射。&br&透镜和镜子。&br&望远镜和显微镜。&br&波传导概论。&br&多普勒（Doppler）效应。&br&波叠加的惠更斯（Huijgen）原理。&br&波前（Wave fronts）。&br&焦散线（Caustics）。&br&［旁注：A. A. Louro 的光学课堂笔记］&br&统计力学和热力学：&br&热力学第一、第二和第三定律。&br&玻尔兹曼（Boltzmann）分布。&br&卡诺（Carnot）循环。熵。热机。&br&相变。热力学模型。&br&伊辛（Ising）模型（推导到求解二维及以上的伊辛模型）。&br&［旁注： Alfred Huan 的统计力学教程］&br&普朗克（Planck）辐射定律（量子力学的前奏）。&br&［旁注： Donald B. Melrose 教授的热动力学讲座笔记］&br&（仅仅需要一些非常基本的内容）&br&&br&电子学：&br&电路。欧姆定律，电容，电感，使用复数计算它们的效应。&br&晶体管，二极管（以后再讨论它们的工作原理）。&br&&br&电磁学的麦克斯韦（Maxwell）理论：麦克斯韦定律（同质和异质）&br&介质中的麦克斯韦定律。边界条件。求解如下情况的方程：&br&真空和单一介质（电磁波）；&br&腔中（波导）；&br&边界处（折射和反射）&br&其中vector potential and gauge invariance 非常重要&br&电磁波的发射和吸收&br&光由于物体形成的散射&br&&br&［旁注：&br&W. J. Spence, 电磁学 &br&Bo Thide 的电磁场理论课本（高等） &br&Jackson 的课本中习题解：第1部分 / 第2部分 ］&br&计算物理&br&&br&甚至最纯粹的理论家他也会对计算物理的某些方面感兴趣。&br&［旁注：&br&James Kelly Angus, 针对理科学生的 Mathematica &br&MacKinnon, 计算物理］&br&Prof. Mathews' projects on Numerical Analysis&br&&br&&br&量子力学（非相对论）：&br&坡尔（Bohr）原子。&br&德布罗意（De Broglie）关系（能量－频率，动量－波数）。&br&薛定鄂（Shr?dinger）方程（包括电势和磁场）。&br&艾伦菲斯特（Ehrenfest）定理。&br&箱中的单粒子。&br&氢原子，详细的求解。塞曼（Zeeman）效应。斯塔克（Stark）效应。&br&量子谐振子。&br&算符：能量，动量，角动量，产生和湮灭算符。算符间的对易规则。&br&量子力学散射理论导论。S矩阵。放射性衰变。&br&［旁注：&br&量子力学和狭义相对论导论，Michael Fowler&br&另一个导论 &br&Niels Walet 的量子力学讲座（Manchester），笔记&br&Lecture Notes on QM from MIT&br&lecture notes&br&］&br&原子和分子：&br&化学键。&br&轨道。&br&原子和分子光谱。&br&光的发射和吸收。&br&量子选择规则。&br&磁动量。&br&凝聚态物理：&br&晶体。&br&布拉格（Bragg）反射。&br&晶簇（Crystal groups）。&br&介电和抗磁常数。&br&布洛赫（Bloch）谱。&br&费米（Fermi）能级。&br&导体，半导体和绝缘体。&br&比热。&br&电子和空穴。&br&晶体管。&br&超导。&br&霍尔（Hall）效应。&br&［旁注： Chetan Nayak 的凝聚态物理笔记（UCLA）］&br&&br&原子核物理：&br&同位素&br&放射性&br&裂变与聚变&br&Droplet model&br&原子核量子数&br&·
Magic nuclei&br&·
Isospin&br&·
Yukawa theory&br&&br&［旁注： Five lectures on Nuclear Theory by D. B. Kaplan&br&A A primer in nuclear theory by J. Dobaczewski ］&br&&br&&br&等离子体物理：&br&磁流体动力学。&br&阿尔文（Alfvén）波。&br&&br&［旁注： Introduction to plasma physics by R. Fritzpatrick ］&br&&br&高等数学：&br&群论，及群的线性表示。&br&李（Lie）群论。&br&矢量和张量。&br&更多求解（偏）微分方程和积分方程的方法。&br&极值原理和基于此原理的近似处理方法。&br&差分方程。&br&产生函数。&br&希尔伯特空间。&br&泛函积分导论&br&&br&&br&［旁注：See John Heinbockel, Virginia. &br&See Chr. Pope: Methods2§&br&Mathematics textbooks list&br&G.'t Hooft: Lie groups in Physics, (now also in English) + exercises&br&For Lie Groups, see also the last section of Chr. Pope's lectures (under &General Relativity&)&br&The special functions and polynomials(PDF) (just understand the principles&br&）］&br&狭义相对论：&br&洛伦兹（Lorentz）变换。&br&洛伦兹收缩，&br&时间膨胀。&br&E=mc^2 。&br&四维矢量和四维张量。&br&麦克斯韦方程的变换规则。&br&相对论多普勒效应。&br&［旁注：Peter Dunsby 的张量和狭义相对论讲座 , Prof. Firk's book on Special Relativity&br&］&br&高等量子力学：&br&希尔伯特空间。&br&原子跃迁。&br&光的发射和吸收。&br&受激发射。&br&密度矩阵。&br&量子解释。&br&贝尔（Bell）不等式。&br&相对论量子力学方向：狄拉克（Dirac）方程，精细结构。&br&电子和正电子。&br&超导的 BCS 理论。&br&量子霍尔效应。&br&高等散射理论。&br&色散理论。&br&微扰展开。&br&WKB近似，极值原理。&br&玻色－爱因斯坦凝聚。&br&超流体氦。&br&［旁注： Michigan 的量子力学（高等）笔记］&br&唯象理论：&br&亚原子粒子（介子，重子，光子，轻子，夸克）和宇宙射线；材料性质和化学；核的同位素；相变；天体物理（行星系，恒星，星系，红移，超新星）；宇宙学（宇宙模型，膨胀宇宙学说，微波背景辐射）；探测技术。&br&&br&［旁注Lecture notes on phenomenology by R. Casalbuoni&br&Paolo Franzini's notes on elementary particles ］&br&&br&广义相对论：&br&度规张量。&br&时空曲率。&br&爱因斯坦的引力方程。&br&施瓦茨查尔德（Schwarzschild）黑洞；&br&李斯纳－挠茨陶姆（Reissner-Nordstr?m）黑洞。&br&近日点移动。&br&引力透镜。&br&宇宙模型。&br&引力辐射。&br&［旁注：&br&G. 't Hooft 的导论和练习 &br&其它的： Sean M. Carrol 的广义相对论讲座笔记&br&Chr. Pope, Geometry and Group Theory, PS, PDF］&br&量子场论：&br&经典场论：标量场，狄拉克－旋量场，杨－密斯（Yang-Mills）矢量场。&br&相互作用，微扰展开。自发对称破缺，戈德斯通（Goldstone）模式，黑格斯（Higgs）机制。&br&粒子和场：福克（Fock）空间。反粒子。费曼（Feynman）规则。π介子和核的盖尔曼－列维（Gell-Mann-Lévy）Σ模型。圈图。么正性，因果性和色散关系。重整化（泡利－维拉斯，Pauli-Villars；维数重整化）。量子规范理论：规范固定，法捷也夫－波波夫（Faddeev-Popov）行列式，斯拉夫诺夫（Slavnov）恒等式，BRST对称。重整化群。渐近自由。&br&［旁注： Pierre van Baal 的量子场论笔记］&br&孤立子，Skyrmions。磁单极和瞬子（instanton）。夸克禁闭机制。1/N 展开。算符乘积展开。贝塔－萨佩塔（Bethe-Salpeter）方程。标准模型的建立。 P 和 CP 破缺。 CPT 定理。自旋和统计关联。超对称。&br&超弦理论。&br&［旁注：&br&导论和练习 &br&E. Kiritsis' Introduction to Superstring Theory&br&A more general site for superstrings&br&］&br&可以到这儿找更多的教程笔记。&br&书籍。在理论物理各个专题都有很多的好书。&br&Classical Mechanics:&br&Classical Mechanics - 3rd ed. - Goldstein, Poole & Safko&br&Classical dynamics: a contemporary approach - Jorge V. José, Eugene J. Saletan&br&Classical Mechanics - Systems of Particles and Hamiltonian Dynamics - W. Greiner&br&Mathematical Methods of Classical Mechanics, 2nd ed. - V.I. Arnold&br&Mechanics 3rd ed. - L. Landau, E. Lifshitz&br&Statistical Mechanics:&br&L. E. Reichl: A Modern Course in Statistical Physics, 2nd ed.&br&R. K. Pathria: Statistical Mechanics&br&M. Plischke & B. Bergesen: Equilibrium Statistical Physics&br&L. D. Landau & E. M. Lifshitz: Statistical Physics, Part 1&br&S.-K. Ma, Statistical Mechanics, World Scientific&br&Quantum Mechanics:&br&Quantum Mechanics - an Introduction, 4th ed. - W. Greiner&br&R. Shankar, Principles of Quantum Mechanics, Plenum&br&Quantum Mechanics - Symmetries 2nd ed. - W. Greiner, B. Muller&br&Quantum Mechanics - Vol 1&2 - Cohen-Tannoudji&br&J.J. Sakurai, Advanced Quantum Mechanics, Addison-Wesley&br&Electrodynamics:&br&J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd ed., Wiley & Sons.&br&Electromagnetic Fields And Waves - lorrain and corson&br&Classical Electrodynamics - W. Greiner&br&Introduction to Electrodynamics - D. Griffiths&br&Quantum Electrodynamics - 3rd ed., - W. Greiner, J. Reinhardt&br&Optics:&br&Principles of Optics - M.Born, E. Wolf&br&Principles Of Nonlinear Optics - Y. R. Shen&br&Thermodynamics:&br&Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics 2ed - H. Callen&br&Thermodynamics and statistical mechanics - Greiner, Neise, Stoecker&br&Solid State Physics:&br&Solid State Physics - Ashcroft, Neil W, Mermin, David N&br&Introduction to Solid State Physics 7th edition- Kittel, Charles&br&Special Relativity:&br&Classical Mecha