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普通人通读广义、狭义相对论需要多长时间?

 Zsy20151225 2017-11-29

这个完全取决于学习相对论人的物理基础,数学基础,还有理解能力。

一个高中理科毕业的中等偏上水平的人,如果方法得当,专心去学,把狭义相对论的基本理论搞清楚,估计只需要1到3周,假设每天学习理解4小时以上。

但是要是想把广义相对论弄懂个七八成,还是按上面的假设,没有个三五年的高强度学习,基本不可能。绝大多数人都没有这样的毅力,理解力和数学功底。换句话说,多数人一辈子都不可能学会广义相对论。可以这么说,如果你连硕士研究生统一考试都过不了,连这样的毅力和智商都没有,那基本就不要去奢望广义相对论了(我也很不幸就是这样的人群)。

下面就谈谈狭义相对论。要是看看科普书,背背公式定理,可能几个小时就感觉会了一点,那不算理解。多数人都是停留在这个水平,他们知道运动的尺缩短,运动的钟变慢,知道光速是极限,仅此而已。要真正理解狭义相对论,必须是完全搞清楚里面的细节。比如彻底搞明白什么叫参考系,彻底转变思想,认识到时间的“同时”是相对的,能够解释“双生子佯谬”。看过很多头条上关于相对论的回答和评论,发现90%的人都没有理解高速运动时间变慢到底是相对于谁来说的。这个“谁”不是一个人,而是一个参考系。理解参考系,没有几个小时的时间是不可能理解的。

下面分享一下我的经验,供大家参考。我看过很多关于相对论的书,有科普的,包括什么号称是个人就能看懂的《时间简史》,还有果壳宇宙,还有其他五六本科普书。也大致浏览过一些科班的专业教材。发现都不是特别容易理解,要么就是科普书,说的太浅显,只说结果没有过程和细节,要么就是太过于专业,一上来就整一堆公式,看着头大。我真正让我茅塞顿开的是两本书。一本是张三慧的力学,这是我当年的大学教材,现在还经常拿出来翻。它关于狭义相对论的章节只有40多页,建议前半部分要一个一个字看,一个公式都不要漏掉。不多,坚持把前20页看完,就入门了。这个难度刚好适合具有高中学历的普通人。不像科普书,一个公式都没有,也不像专业书,通篇都是公式。另一本是我最近才发现的,叫《闵氏几何与狭义相对论》,看完后真的是大彻大悟啊!我看的所有相对论书籍和网上文章评论,从来没有一个像本书一样说的透彻又好理解的。看本书也只需要高中学历,最多再加上一点高等数学的基础(大学一年级水平)。我虽然会高数,但是看本书的时候,涉及高数一律跳过,基本不影响理解。看了本书前几章,基本上就可以彻底搞清楚两个相对运动参考系各自眼中的世界了。普通的文章和科普书中,从来都是只谈一个人(或一个参考系)眼中的世界。比如高速运动的钟变慢,到底谁变慢了,你的钟是几点,我的钟是几点,总共有几个钟,钟是如何运动的,相信很少有文章讲清楚过的。而用本书的所谓的闵氏几何或闵氏空间或闵可夫斯基空间,用世界线一画,太清楚太直观了!比一万字的叙述和100个公式都强大!所谓一图胜千言。

理解狭义相对论,必须理解相对性。甲相对于乙作高速运动,甲声称乙高速运动,钟变慢了变年轻了。那么在乙的眼中,甲又何尝不是高速运动钟变慢变年轻呢?如何理解这种相对性?到底是甲变慢了还是乙变慢了?不可能同时都变慢吧?要理解这些,就需要花点功夫了,如果用我刚推荐的那两本书,保证你能彻底搞清楚。然后,随着学习,当把双生子佯谬(双胞胎掉头回家后到底谁更年轻)真正搞清楚后,基本就可以认为得到了狭义相对论的精髓了。是否理解双生子佯谬也就成了一个关键的转折点,分水岭。至于相对论中的质量变大,动能,动量,还有什么质能方程,对于普通科学爱好者,远远没有时间膨胀那么有意义,不理解也无所谓了。

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