第161夜 相对论

“猫头鹰的万花筒（..）”

！

20世纪的物理学彻底改造了牛顿的世界图景。

这些新的改变是今天众多新技术的基础。

我们对世界理解的深化基于两个理论：广义相对论与量子力学。

这二者都要求我们大胆地重新审视关于世界的传统观念：相对论中的时间与空间；量子理论中的物质与能量。

在本书的这一部分，我会详细讲述这两种理论，尝试阐明它们的核心意义，凸显它们带来的概念革命。

20世纪物理学的奇妙由此展开。

深入研究与理解这些内容是一次迷人的冒险。

这两个理论——相对论与量子力学——为我们今天建立量子引力理论奠定了基础，也是我们继续前行的基石。

爱因斯坦还是个小男孩时，麦克斯韦方程组才出现几十年，但意大利已经进入了工业革命，他父亲制造的涡轮机与变压器就是以这些方程为基础的。

阿尔伯特是个反抗权威的人。

他的父母把他留在德国读高中，但他觉得德国的教育体系太过死板，又充满军国主义。

他无法忍受学校的权威，于是放弃了学业。

他随父母去了意大利的帕维亚（Pavia），游手好闲了一段时间。

之后他去了瑞士学习，最初却未能如愿进入苏黎世理工学院。

大学毕业后他没能找到一个研究员的职位，但为了和心爱的姑娘在一起，他在伯尔尼的专利局找了份工作。

这份工作并不需要一位物理系的研究生，但它给了阿尔伯特充裕的思考与独立工作的时间，毕竟这是他自年幼起就在做的事：他会阅读欧几里得的《几何原本》、康德的《纯粹理性批判》，而非学校里教的那些东西。

跟随别人的脚步无法到达新的地方。

二十五岁时，爱因斯坦给《物理学年鉴》投了三篇文章，每一篇都足以让他获得诺贝尔奖，每一篇都是帮助我们理解世界的支柱。

我之前谈到过第一篇文章，年轻的阿尔伯特在这篇文章中计算了原子的大小，并且在二十三个世纪后证明了德谟克利特的观点是正确的：物质即微粒。

第二篇文章是爱因斯坦最负盛名的——他介绍了相对论——本章就会专门介绍相对论。

实际上，有两种相对论。

爱因斯坦投递的信封中装的是阐述第一种相对论的论文：现在称之为“狭义相对论”

。

在介绍爱因斯坦最重要的理论——广义相对论之前，我要先介绍狭义相对论，因为它阐明了时间和空间的结构。

狭义相对论非常精妙，从概念上很难理解，比广义相对论理解起来还要难。

读者朋友们，如果后面几页读起来感觉很深奥难懂，请不要泄气。

这个理论第一次揭示了牛顿的世界观并不只是遗漏了什么东西，而是需要被彻底改造——以一种完全有悖于常识的方式。

这是第一次真正的飞跃，修正了我们关于世界最本能的认知。

延展的现在牛顿与麦克斯韦的理论看起来以一种微妙的方式相互矛盾。

麦克斯韦方程组给定了一个速度：光速。

但牛顿力学与存在恒定速度不相容，因为牛顿方程里包含的是加速度，而非速度。

在牛顿物理学中，速度只能是一个物体相对于另一物体而言的。

伽利略强调说，地球相对于太阳是在运动的，即便我们感知不到这个运动，因为我们通常所说的“速度”

是物体“相对于地球”

的速度。

我们说速度是个相对性的概念，意思是说，谈论一个物体本身的速度是没有意义的，唯一存在的速度是一个物体相对于另一物体的速度。

这就是19世纪和今天的学生学到的物理学。

但若果真如此，麦克斯韦方程组里给定的光速是相对于哪个物体而言的呢？

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