























提到“相对论”,很多人不禁会联想到“时间旅行”、“虫洞”和满黑板的数学公式。理论物理由于其抽象性,通常给人们一种“高深莫测”的感觉。而“相对论”作为其中最具代表性的理论,经过众多科幻作品的演绎,在大众视野中更具神秘色彩。
然而爱因斯坦却告诉我们,即使是高中毕业的知识背景,再加上一点毅力和耐心,也能对“相对论”有充分和正确的认识。《相对论》这本书正是爱因斯坦以自己研究相对论的思路为线索,将相对论的完整思想深入浅出地展现给读者。正如爱因斯坦在序言中所说的:“通过读者本书,希望读者们在启发性的思考中渡过一段快乐的时光。”
对相对论有所了解的人都听说过“时间膨胀”、“尺缩效应”和“质能方程”等等名词,但很多人也许都有和我一样的想法:爱因斯坦当年是如何产生这些天马行空的想法的?相对论中提及的很多现象在当时甚至无法观测到,爱因斯坦是如何验证这些理论的呢?爱因斯坦真的是神一般的天才吗?
越神化爱因斯坦,越使人们觉得科学遥不可及。
在书中,爱因斯坦首先介绍了一些基础概念。然后从“光速不变原理“和“相对性原理“的矛盾切入主题,原文用“表面抵触”来形容这种矛盾。经过一系列浅显易懂的举例和推理,爱因斯坦向读者解释了他如何解决这种矛盾,并且把他们作为狭义相对论的两条基本原理(或者称为“基本假设”)。“相对性原理”并非爱因斯坦首次发现的,早在 17 世纪,伽利略就提出了相关概念。“光速不变”也在当时由“麦克斯韦方程组”和“迈克尔逊–莫雷实验”分别从理论和实验中证实。甚至“尺缩效应”和“洛仑兹变换”都在洛仑兹研究光在“以太”中的传播中提出了。原来爱因斯坦也是站在前人的肩膀上完成了“狭义相对论”的推演和证明。
随后爱因斯坦又介绍了他如何根据这两条基本原理,推理出“时间膨胀”等结论。看完狭义相对论的部分,我闭上眼睛,合上书:“哦!原来如此!”我从天才的理论背后,看到了触手可及的科学思维。原来如此高深莫测的理论物理学定理,也是这样一点一点推理和论证的。
在介绍广义相对论时,书中有这么两段话:
我们根据广义相对论发现:每颗绕日运行的行星,其在椭圆轨道都必然以上述方式转动;对水星之外的行星而言,这种转动都太小了,无法被现今所能达到的观测灵敏度探测到;但是对水星而言,这个数值达到了每世纪43",结果也与观测严格相符。
除此之外,迄今只能从广义相对论得出两个可以用观测检验的推论:光线因太阳重力场而发生弯曲;来自巨大星球的光谱线与在地球上以类似方式产生的光谱线相比,出现了位移现象。从广义相对论得出的这两个推论都已被证实了。
这两段虽是平铺直叙,但我能想象到,爱因斯坦在得知广义相对论的推论被观测证实后,内心是何等激动。
这本科普书,没有使用华丽的图表和精美的动画。它没有试图让你用三五分钟就看懂相对论,而是把读者拉到爱因斯坦的身边,听他娓娓道来,让读者爱上科学。
附言:爱因斯坦的《相对论》原书名为《Relativity: The Special and the General Theory》。此书的中文译本有很多,本文参考的是广东科技出版社出版的《相对论:狭义与广义相对论》。
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