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图解狭义相对论

 王天神 2017-02-14

前言


在爱因斯坦提出狭义相对论的前夕,经典物理的理论大厦虽然辉煌灿烂,却也不乏幽灵般的闪现:首先是麦克斯韦的电磁方程组并不适用于伽利略变换,另外,人们普遍认为以太是传播电磁波的介质,可是验证以太存在的迈克尔—莫雷实验却失败了。19世纪末20世纪初,有的人想缝缝补补,继续沿着经典物理的轨迹做着迷梦,可是有的人却保持着清醒,他摇了摇头,说不是这样的,这就是爱因斯坦。


参考书籍:

《狭义与广义相对论浅说》,阿尔伯特·爱因斯坦;北京大学出版社;

《物理学与人类文明》,盛正卯,叶高翔,浙江大学出版社;


作为物理理论,爱因斯坦的相对论有很深的数学背景,这通常为常人仰之不及;但这并不妨碍爱因斯坦的深入民心的形象。可能对于很多人来说,爱因斯坦就是物理学的代言人。《狭义与广义相对论浅说》是爱因斯坦亲自操刀的科普著作,书的开篇是一系列顽童般的质疑,质疑的都是已有定论的观念。我从他的质疑中,找到了当年自己上学时的疑惑,禁不住暗暗想道:“原来爱因斯坦也和我上学时想的一样!”,可是,这位“顽童”却是口齿伶俐思维清晰,而且天天胡思乱想不好好上学,于是成为了天才;而我呢,却是乖乖上学,于是成为了一个普通人——其实差别根本不是这样啦!


爱因斯坦上学的时候的确让老师头疼,而且他也不喜欢学校,然而事实证明,他对学校的格格不入正是他的天才头脑的保护网。在他的胡思乱想中诞生了许多鼎鼎大名的“思想实验”——其实就是换了一个好听的说法——比如他乘着一束光去观察另一束光,那么光就成为了驻波,这和麦克斯韦的理论不符;再就是引发广义相对论的著名的“电梯实验”。科学的精神就是敢于质疑的精神,大胆的提出自己的想法,并经过严密的逻辑进行论证。虽然想法很容易被抨击——爱因斯坦提出“狭义相对论”后,物理学界对之诟病连连,连诺贝尔物理奖也只小气的彰显了他于“光电效应”的贡献,但爱因斯坦根本不管别人怎么说——1915年,爱因斯坦又完成了“广义相对论”。双“论”合璧,大大提高了理论自洽性,加之各种奔着找茬去的实验反而一一验证了理论,推了波助了澜,爱因斯坦的相对论从此在人类文明中熠熠生辉不息。


至于相对论对我们有什么用呢?对我而言,也许永远没有机会去用相对论去解决什么实际的物理问题的机会,但是它提供了一种认识论,在这认识论的引导下,你会觉得你赞同这个理论,是因为确实感到跑起来的时候比走起来的时候要过得漫长;如果有一天这个理论和你的切身感受不相符,那么就大胆的质疑和论证吧——这恰如爱因斯坦和玻尔(Niels Bohr)之间旷日持久的论战一样,也因于与自身感觉相悖,爱因斯坦淡出了炙手可热的量子视线。有人因此说爱因斯坦固步自封,但我更愿认为,爱因斯坦的坚持和放弃都有着坚实的基础和不竭的源头。


霍金说,哲学已死,只是哲学的工作,现在由理论物理学家主要承担。如爱因斯坦顽童般的质疑和对于“永恒”的问题的思考,这些是人类普遍共有的能力,孩童们也许并不明白宇宙是什么样子,看到星空心中涌起的感觉,也未必说的清,但这并不影响这感觉留下长长的回响。


—— The Real End——

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