每一次新的科学理论诞生,都会带来一场理论的冲击。可是在这场新理论的冲击波中,不同的科学家有着不同的命运。达尔文提出进化论,受到上帝教徒的猛烈抨击;哥白尼提出日心说,险些被火烧死;现在被我们广泛接受的大陆漂移学说,魏格纳在提出之时也是受尽辱骂。
爱因斯坦却是幸运的,他颠覆了物理学开山鼻祖牛顿提出的经典时空观,却幸运地赶上了天有异象,验证了自己的理论并得到了学术界的认可。
爱因斯坦的一生充满传奇,他的相对论更是物理学上的一朵奇葩。
前物理学家,现科学作家万维钢所著《相对论究竟是什么》这本书,从理论物理的发展历史出发,为我们讲述爱因斯坦和他的相对论。
相对论的诞生居然是一场看破红尘的旅程
人生有三重境界,一是看山是山,看水是水,二是看山不是山,看水不是水,三是看山还是山,看水还是水。到了第三重算是看破了红尘。
万维钢指出,物理学就是一场看破红尘的旅程。普通人每天过日子,看太阳升起落下,看璀璨星空,看山川河流静静流动,可物理学家却偏要看破这一切的本质。天狗食日是日食现象,太阳的升起落下遵循着行星运行的规律,而我们所见到的光也有着相应的特性。
我们的祖先崇拜天空,创造了很多关于上天的故事,比如天庭王母、牛郎织女的鹊桥之约等等。天空对我们来说本来是很神秘的存在,古人还要祭天求得风调雨顺,可是物理学家却看破宇宙的本质。天空还是那片天空,只不过不再神秘。
相对论的诞生也是如此。一个物体,最初我们看到的它就是静态的,是完完全全的它,可当它运动起来,在我们的眼里,就因为远近有了大小之分,而它运动的声音也有了高低之分,那么运动的物体还是原来的物体吗?不,他们还是原来的物体,只不过我们更理解它的本质了。
世界上的万事万物,都在不断地变化,这样的相对论颇有那句“人不可能两次踏进同一条河流”的哲学意味。
这一观点恰恰拓展了牛顿力学,牛顿经典时空观认为,不管是静止的物体还是运动的物体,周围的时间空间都不会因为物体而发生变化。可相对论时空观却认为时间和空间与物体的运动状态有关。那么当时空发生变化时,我们该怎么办?
这种感觉就好像是,我们在一个运动的球里走动,天旋地转。那么相对论会让我们头晕目眩吗?
相对论究竟有哪些让人感到不可思议的地方?
书中介绍了很多有意思的相对论。相对论的一个重要结论是,在同一个坐标系下看是同时发生的两件事,在另外一个坐标系看就可能不是同时的了。也就是说,你的当下只是你在自己坐标系下的一个幻觉,在别人看来你的当下与他的当下,完全没有牵扯。
更神奇的是相对论还暗藏长寿的秘诀。相对论可以让一个运动物体的时间变慢,这个效应叫做时间膨胀。一个人若是从地球坐飞船,飞向遥远的星球,由于飞船上的时间比地球上的慢,一个人经历的时间要比地球上的人少得多,寿命居然不费吹灰之力地就被延长了。
在广义相对论中,时空还可以是弯曲的。整个时空就好像一个蹦蹦床,而物体在上面运动会带来蹦蹦床的形状变化。而这个物体的质量越大,自身的尺寸越小,蹦蹦床的弯曲程度就越大。目前最大,最弯的蹦蹦床要数黑洞,我们看到的黑洞内部没有光线射出,是一条有去无回的路,就好像一团泥沼,吸住了周边的时空。
这么一看相对论确实让人有点眩晕。但是在眩晕的世界里不迷失自己的判断力,才是真正的英雄。而爱因斯坦,无疑是那个真正的英雄。
真正的英雄打开潘多拉的魔盒后,还能保持镇定
爱因斯坦的相对论并不是一蹴而就的,它虽然颠覆了牛顿的理论,却在牛顿经典力学的基础上进行了传承和创新。
相对论就像一个潘多拉的魔盒,打开之后是铺天盖地的奇妙宇宙世界。周围的时空会弯曲,人的寿命可以延长……
可爱因斯坦从不止步于已有的发现,除了时空的特殊性,他还提出光并不像水流一样连续流动,而是一小份一小份的光子,也就是现在我们说的量子。量子属于微观的领域,而之前的相对论属于宏观的领域。
可惜的是,爱因斯坦首先提出量子概念,却没能把量子理论发扬光大。量子力学的世界里没有确定性,只讲概率,爱因斯坦不相信,他说上帝不会掷骰子。
他反对不确定的量子力学,认为哪怕是微观世界,物理定律也完全可以计算一切。只是一直到1955年离世,他也没能统一宏观和微观的理论。
《相对论究竟是什么》这本书中用浅显易懂的语言介绍了爱因斯坦探索研究相对论的一生,虽然最后他并没有找到统一宏观和微观的物理计算方法,但是它的相对论带给我们一个奇妙的宇宙世界,原来我们的身边无时无处都在变动。
而我们能做的或许是在变动之中,保持镇定,不沾沾自喜。科学研究一直在向前发展,爱因斯坦之后有颠覆思维的量子力学,之后一定还有更多刷新认知的新发现。潘多拉的魔盒打开了,但是学习的脚步不该停下。