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第一章穿越
穿越这个话题是大众普遍感兴趣的,但其背后是有重要的科学依据的,本章将以时空穿越为主题,将其科学原理——狭义相对论为大家展示清楚,从而使大众了解穿越的本质。本章形式多样,采用了情景剧的形式来展示穿越可能带来的后果,在科学上对时间悖论,以及向未来穿越、向过去穿越解释清楚。没有深奥的物理公式和复杂的数学推理,都是从原理出发来解释现象的。
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●1.1开篇
本节是课程宣传的片头。
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●1.2时间机器、时间悖论
本节是情景剧,假设了如果穿越可行,且未来科技发展到了这个层面,利用时间胶囊给未来人留下信息而发生的故事。
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●1.3光速不变原理
本节详细讲述了相对论的两个前提,重点讲述了光速不变原理,可以得到不同参考系之间时间不一致的结论,使得穿越在理论上产生了可能。注重了与牛顿力学的区别,以及现实的实验验证。
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●1.4相对性原理
本节讲述的是相对性原理,介绍了四维的空时图,详细阐述了相对论中可能是最让人头疼的双生子佯谬,学完本节,相对论两大前提就已经完全覆盖,可以说已经了解了狭义相对论。
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●1.5穿越的心里需求
本节用浅显的假设,对回到过去的穿越进行了解读,指出其不可能的原因,从而总结了时空穿越的结论。在现实中,相对论已经在航天、导航等方面有着重要应用,也指出了大众对穿越期待的心理因素。
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第二章科学概述
人类社会目前的发展,都得益于自然科学的推动,我们有着可能是有史以来最为舒适和便捷的生活,本章将带领大家一探自然科学本身,通过对科学本质的了解,可以加强自身的逻辑能力和理性思维,并用科学的角度来审视生活和工作中发生的事情。自然科学描述的是自然的规律,只有对规律有所了解,才能更好的认识世界,才能进一步发挥创新力和创造力。
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●2.1花絮
本节是课程拍摄的NG花絮。
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●2.2科学的定义、分类与特点
本节重点介绍了科学应该具有的性质,可证伪性,并且通过可证伪性,对思维体系中的命题和推理进行了介绍。
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●2.3科学的两大支柱
科学具有两大支柱,逻辑推理和实验观察,两者缺一不可。本节重点阐述了科学这两大支柱,以及相互之间的关系,它们对推动科学的不可或缺的作用,以及科学的发展路线。
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●2.4科学的作用
本节讲述的是科学的作用,具体列举了一些科学对于现实世界的发展案例,包括我国很多新的科技成果。目前我们社会发展都依赖于科学,相信未来的发展也是离不开科学的。
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●2.5科学的真善美以及局限性
本节介绍了科学的局限性,指出科学必须有适用范围,比如牛顿只适用于宏观低速情况,相对论与量子力学的不兼容等,虽然科学不能解释世界上所有的问题,但是,我们的世界还是因科学而不断发展。一个根植于科学特征的理论,在框架内能够很好的解释所有的现象,就是一个好的科学理论,即便它到了别的范围并不适用。
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第三章东西方古代科学
本章的话题是东西方古代科学,并且管中窥豹,让大家对东西方古代文明有一些认知。以东西方人探索世界本源为线索,阐述了历史上的独立发展的两条科技脉络,后来东西方文化交融,共同对世界的发展做出了贡献。本章采用古装对话模式,讨论了大家耳熟能详的五行、中医、四元素、炼金等历史上重要而有趣的事实,带大家回顾东西方文明在历史长河中留下的熠熠生辉的瑰宝。
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●3.1东西方的交流
这是一节cosplay的小短剧。
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●3.2东西方古代科技
本节从东西方古代人类对世界本源的探索开始,讨论了东西方文明朴素的唯物主义元素学说,分别是西方的四元素说和东方的五行说,并展示了两种学说对两种文明的影响。
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●3.3五行和四元素
西方的四元素学说,发展出了西方的炼金术;东方的五行说,发展出了东方的炼丹术,并展示了对当时乃至现在的影响。
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●3.4医术之争
本节争论的焦点在医学,西方以四元素为基础,由希波克拉底构筑了古代西方医学;而东方在大量的临场实验和经验积累中摸索出了属于东方的中医。两者都延续到了现在。
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●3.5文化交融
本节讲述了东西方科技在各自发展后,也通过丝绸之路等方式,有了文化的交融,从而产生出火花,对近代科学的建立,起了奠基性的作用。
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第四章光
本章主要介绍的是光,是人类获取世界信息的最主要渠道,从最古老人类经验总结出来的几何光学定律,以及持续时间长达几百年的光本质的争论,全面而系统的为大家展示光的方方面面,同时,本章也引入了实验,用实验的方式来展示光的有趣现象,也论证了科学需要逻辑和实验的共同推动。
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●4.1理科生也有女朋友...吗
本节情景剧为大家展示的是光的一些性质,有女友的男生请勿模仿。
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●4.2 光与数字三
本节是光的几何定律,包括了光的直线传播,独立传播以及反射折射定律,介绍了几何定律的一些应用。
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●4.3光的本性之争
本节介绍了光的本质,在长达数百年间,光是一种微粒还是一种波动,一直是科学家们争论的焦点,最早微粒说优势,后来波动说胜利,到最后,光的本性是两者皆有,也就是波粒二象性。真理确实是越辩越明。
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●4.4玩会儿光吧
本节通过若干实验,为大家展示了光的颜色组成,全反射,折射等这些光学的基本性质,通过实验加强对光基本概念和性质的了解。
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●4.5现代光学应用
本节谈到了光的作用,光是信息的载体,也是人类获取信息的最重要媒介,因此光学的突破基本上都会带来人类革命性的飞跃,历史如此,当今也如此。
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第五章原子结构
本章沿袭第三章的话题,从现代科学角度来探讨了世界的组成,从典型的概念,原子,来描述组成这个绚丽多彩世界的本源。原子是一个历史遗留概念,今天我们已经很明确,它不是基本结构,但确实是一个重要的承上启下的结构,通过原子,我们可以往宏观方向发展,构成分子,也可以往微观方向推理,了解夸克、电子这些目前认为的基本粒子,为大家带来基本的量子力学。
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●5.1薛定谔的滚
本剧是第四章的延续,也是量子力学中非常重要概念的展示。
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●5.2原子结构模型——承上启下
本节重点介绍了原子的结构,并指出目前可能大家对原子普遍的一些误解,通过对原子结构的剖析,指出构成宏观世界的方式,是原子学说和元素学说的有机结合。
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●5.3那些比原子还小的东西
本节开始将原子进行了解剖,深入原子内部,介绍了构成物质的基本粒子,其中重点介绍了夸克,以及其构成质子中子的方式,这是无法直接观测但可以用推理来构筑理论的经典案例,同时,也介绍了一些其它基本粒子以及标准模型理论。
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●5.4量子世界的幽灵
本节介绍了简单的量子力学,通过通俗的语言和浅显的比喻,对量子世界与宏观世界的不同进行了深入解读,介绍了自旋、隧穿等量子现象,指出量子力学的根本在于测不准原理(也称不确定性原理),并详细阐述了量子力学的概率描述,解释了薛定谔的猫以及量子纠缠。
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●5.5原子的应用
本节涉及到了原子层面的科学在当今世界的应用,介绍了质能方程和原子弹,以及反物质的预言与应用等。
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第六章苹果有毒
本章进入化学层面,对原子构筑分子的方式进行了介绍,在分子层面,可以形成物质的性质,我们世界的诸多物质基本都是由分子构成物质性质的最小单位。在分子层面,以毒药为线索阐明了分子对世界万物以及人类的作用,也对毒品的危害进行了深入剖析。
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●6.1白雪公主
本节是耳熟能详的白雪公主,吃下毒苹果后的新演绎。
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●6.2分子简介
本节介绍了原子组成分子的形式,并介绍了分子在构成我们目前世间万物的基础性作用,以及其化学性质的表现方式。
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●6.3毒药
本节介绍了毒药,介绍了相关历史,对其进行了分类小结,并且阐述了毒药对于人类发展中产生的积极作用。
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●6.4 毒品
本节讲述了毒品的危害,通过对成瘾性,以及对人体神经系统的伤害,指出了毒品对人体的重大危害,并将我国对毒品的相关法规和政策进行了简单介绍。
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●6.5化学造就良药
化学是合成新物质的学科,可以千变万化,本节沿袭前几节的内容,以合成药物为线索,介绍了人类对药物研究的历史,同时也介绍了化学分子构成的微观本质。
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第七章密码、起源
生命是人类永恒的话题,科学是建立在生命生存的基础之上的。本章会带领大家探讨生命的奥秘,从现代生命科学视角,以基因为核心,介绍人类探究生命的历程,以及人类对自身研究的历程。同时,对进化的本质进行了梳理,并对人类的产生进行了探讨。
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●7.1象牙塔的大哲人
探讨了哲学三大终极问题,也是人类的终极问题。
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●7.2生命密码
本节介绍了现代生命科学中对生命的理解,从DNA的角度,解释了生物的生长与遗传性质,介绍了基因,阐述基因对于生命体的核心作用,同时也指出了基因突变的概念。
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●7.3解密计划
本节讲述了人类在追求“我是谁”问题上的努力,详细介绍了世纪之交的人类基因组计划,探索人类自己的基因,对于揭示人类本身奥秘,解决疑难杂症等方面均有着重要的贡献。
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●7.4生物进化
本节对生命的起源进行了讨论,从最开始的有机物产生未解之谜的探讨,到生命诞生的情形,以及生物进化的机制等,这些问题可能都没有答案,但可以从科学的视角来逐渐接近真相。
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●7.5人类起源
对生命的探讨终究离不开人,本节讨论了人类的产生,虽然目前人类进化的化石存在断层,依旧可以从基因的角度,来给出人类起源的最合理的解释。
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第八章电磁兄弟
电的大规模使用改变了人类的生活方式,人类在几千年的文明中,用电的历史仅仅一百多年,但我们已经离不开它,这是科技对人类影响案例,因此,本章探讨了电的本质,以及与电密切相关的磁也一并介绍,对电磁性质进行介绍的同时,也为大家展示了人类在追求电磁本质道路上曲折而有趣的历史。
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●8.1电与磁的日常
本节是著名一个二次元的延伸。
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●8.2电的那些事儿
本节介绍了电的相关性质,也介绍了人类对电的探索的历史,展示了电对当今社会的重大意义,也是生命体的基本构成。
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●8.3 磁也来凑热闹
本节介绍了磁的性质以及与电之间的关系,对地球磁场每天保护人类进行了解读,同时介绍了人类对磁现象的研究历史,以及它在目前生活中担任的不可或缺的角色。
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●8.4磁悬浮、超导、电磁弹射
本节介绍了磁悬浮的原理,包括了常导型和超导型,然后介绍了超导,并对其原理进行了解释,也复习了量子纠缠,最后是对电磁弹射的一个简单介绍。
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●8.5量子计算机、纳米机器人
本节用电子自旋解释了巨磁电阻效应以及在计算机行业的应用,并对未来量子计算机在原理层面进行展示,指出其颠覆性的运算能力,复习量子世界的运行规律与经典世界的不同,最后介绍了纳米机器人,是未来的发展趋势,也可能会是一把双刃剑。
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第九章世界末日
世界末日是一个古老的话题,贯穿千年,本章将带领大家纵览那些可能毁灭人类文明的因素,这些因素可能来自于自然界,也可能来自于人类本身,因此,我们需要关注自然,同时,发展科技也要时刻警醒,更好的提升人类自己运用科学的智慧,将目光放得更远,延续宇宙中人类文明的烛光。
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●9.1大战千年虫
本节是对1999年12月31日,千年虫事件的一本正经胡说八道。
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●9.2人类本身的影响
本节从人类自身角度出发,谈论了人类本身对文明可能产生的破坏,在某种程度上,科学本身没有善与恶,只是一种工具,但使用科学的人有,因此,我们不仅要发展科技,也要注重科学伦理,将科学最终的目标以及运用科学的智慧发展的更好。
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●9.3自然界带来的末日
本节从自然的角度阐释了自然界对文明可能带来的末日,无论是从天文还是地质,人类拥有文明的时间在地球上只是瞬间,自然界的重大周期性变化,对人类文明可能造成毁灭性打击,所以我们对自然需要有更清晰的了解。
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●9.4末日预言
如果地球上发生了无法避免的灾难性事件,我们将目光投向宇宙空间,寻找新的栖息地,为此,把目标锁定在了邻居火星上,当然,这是一项浩大的工程,以此来告诉大家,比起殖民火星,保护好地球其实简单很多。
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●9.5末日情结的解读
本节剖析了人类所拥有的末日情结,相比于自然的力量,人类目前还是相对渺小的,当然,运用好科技,人类就能不断的发展;同时,本节也对一些比较著名的末日预言进行了解读,希望大家可以明白,谣言止于智者。
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第十章外星人
外星人是大众非常感兴趣的一个课题,无论是UFO还是美国51区都是很多人耳熟能详的话题,甚至美国总统大选都以此来吸引民众的关注。本章将从科学的角度,带领大家全方位的探索外星人这个话题,相比于传说或者杂谈,科学才是探索未知世界最有力的工具,本章希望给大家展示如何用科学的方法来探索未知的领域。
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●10.1 新闻播报
外星人入侵的新闻播报。
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●10.2费米悖论
本节介绍了对外星人研究的基础理论,费米悖论。费米通过计算得到宇宙中到处都是外星人的结果与现实不符,因此从若干方面进行分析,其中主要介绍了宇宙生命等级。
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●10.3大沉默
本节是费米悖论的推论,大沉默。在宇宙飞行能耗太高的情况下,如果存在外星人,可以通过电磁讯号进行沟通,但目前我们地球上没有收到过任何来自智慧生物的信号,原因是什么呢?
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●10.4人类的探索
本节从人类的视角说明了人类主动探索外星人的行为,包括了发射航天器,发送讯号,寻找宜居行星等科学活动,从而为人类自己打开了探索宇宙的大门。
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●10.5成为外星人
如果从宇宙视角,其实人类也是外星人的一类,本节展示的是在目前科技基础上,人类可以进行更深远的宇宙探索,随着未来科学发展到极致,相信人类会成为外星人,将自己送向宇宙。
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第十一章宇宙
“一个民族,有一群仰望星空的人,这个民族才有希望;一个民族,只关注脚下的事情,注定没有未来”,本章进入宇宙,详细介绍了宇宙中最重要的天体恒星,包括其后产生的白矮星,中子星,以及神秘的黑洞;也介绍了宇宙学前沿的理论,宇宙大爆炸以及宇宙膨胀。
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●11.1牛郎织女
牛郎织女如果真的在牛郎星和织女星,会发生的故事。
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●11.2夜空为什么是黑的?
本节从奥伯斯佯谬开始,夜空是黑色的就说明宇宙不会是无限大且静止的,因此,宇宙大爆炸和宇宙膨胀,这两个宇宙学前沿,其实和我们每天见到的夜空有着密切的联系。
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●11.3恒星 星系
本节介绍了宇宙中最重要的天体,恒星,它们是宇宙能量的来源,是不同元素产生的起点,恒星的稳定是万有引力和核聚变的平衡,恒星聚集在一起形成了星系,乃至超星系团。
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●11.4恒星的演化与结局
恒星有自己的生命周期,本节详细介绍了恒星的演化,两个重要极限将恒星的结局分为了三类,分别是白矮星、中子星和黑洞,近几年,包括引力波,事件视界望远镜等与黑洞有关的话题再次成为热点,本节展示的是这些天体背后的科学原理。
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●11.5观星
本节讲述的是一个古老的话题,星座,作为从古巴比伦开始,持续了五六千年的话题,其背后是否有着科学依据,以及星座的由来,演变,在历史上产生的影响等。
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第十二章科学家们
本章从课程的五个部分,物理、化学、生命、环境、天文,分别介绍了在各自领域有着突出贡献的五位科学家,不仅展示了他们的生平及科学贡献,也讨论了在科学之外对人类产生的深远影响。
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●12.1致谢
结尾的部分,按惯例是致谢。
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●12.2牛顿
本节介绍的是牛顿,他对物理学,乃至整个科学做了奠基性的工作,展示了他的发现与思维过程,同时,也介绍了他在道德品格上的狭隘,破除伟人一定是高大全的教育模式。
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●12.3 拉瓦锡
本节介绍的是拉瓦锡,他对西方破除四元素学说,进入现代化学起着决定性的作用,还包括了统一世界的度量等工作,也介绍了他所在的风起云涌的法国大革命时代与他整个人生的命运。
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●12.4薛定諤
本节介绍了薛定谔,量子力学的奠基者之一,同时,他在生命科学领域的前瞻性工作,影响了很多生命科学的工作者,包括了现代生命科学之父,沃森和克里克。
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●12.5奥本海默
本节介绍的是奥本海默,也就是著名的原子弹之父,从军事的角度,他为人类做出了巨大的贡献,但他一直背负着愧意,认为自己打开了潘多拉魔盒,这位在天文学上也有重大贡献的科学家拥有着传奇的一生。
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●12.6爱因斯坦
本节介绍的是爱因斯坦,这位可能是妇孺皆知的科学家,从他的思维出发介绍了广义相对论的核心思想,重点展示了他在宇宙学领域的贡献,同时,也展示了他在人类发展问题上对世人的建议。