《相對論究竟是什麼》:改變對時間和世界認識的理論

2020-12-06 果凍雙雙

「世界上可能只有12個人能夠看懂相對論。」

讀書時,文科的我不假思索地被愛因斯坦的這句話所勸退,自認為理科基因匱乏的自己必然不在這12個人之中,故而從未試圖了解相對論的一絲一毫。

在翻開《相對論究竟是什麼》這本入門科普書之前,我對相對論最多的了解便是那段玩笑話:

——論時間在火爐旁與在愛人身旁的不同,一刻度日如年,一刻時光如梭。(讀完這本相對論科普書之後發現,這玩笑和相對論其實沒有一絲一毫的關係,捂臉……)

相對論產生的理論基礎

一個人在勻速行進的遊輪上是運動著的還是靜止著的呢?

對於這個問題,我們需要找一個坐標系來判斷。

拋開坐標系單純談論速度是沒有意義的,速度是相對而言的。

所有運動都是相對的,遊輪上的人相對於遊輪是靜止的,但相對於地面是運動的。

如果不跳出自己的坐標系向外看,我們無法通過任何物理實驗區分運動和靜止,無法測得自己的運動速度。

現代物理學之父伽利略首先提出速度都是相對的,勻速直線運動和靜止沒有本質區別。這便是「伽利略的相對論」。

「所有的慣性坐標系滿足完全相同的物理規律,它們之間都是對等的,沒有哪個是特殊的。它們之間的運動是相對的。」

故而作者萬維鋼指出相對論亦是「不特殊論」,無論你的速度有多快,你的坐標系都不特殊。

牛頓三大定律表明勻速直線運動和靜止都沒有力的作用,所以在遊輪和地面的物理定律是一樣的。

麥克斯韋用麥克斯韋方程組來描寫所有的電磁現象,計算出電磁波的傳播速度,發現這個數值和光速相同,由此大膽預言,光即電磁波。

隨後科學家發現光速在任何坐標系都是不變的,否定了光有不同速度的以太學說。

以上眾多科學家的理論為愛因斯坦的相對論打下了基礎作業。

相對論是一種認識世界的物理理論

1905年被稱為「愛因斯坦奇蹟年」,在這一年裡,在專利局當助理鑑定員的愛因斯坦利用業餘時間發表了六篇論文。

在《論運動物體的電動力學》中提出狹義相對論,在《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》通過狹義相對論證明了質量就是能量。

愛因斯坦的相對論是伽利略相對論的延伸,即「不用限制於力學,你不管做什麼實驗都無法判斷自己是運動還是靜止的」。

狹義相對性原理表明,在任何慣性系下力學規律都是不變的。

狹義的意思是特殊的,具有一定條件的相對論,它只在慣性系下成立。

過了十年,愛因斯坦又提出了廣義相對論。

廣義的意思是一般的、普遍的、無限制條件的相對論,即在任何參考系下,物理規律都是不變的。

相對論涉及時間膨脹、長度收縮、「同時」是相對的等物理知識。

在此不一一贅述了,因為一篇文章也實在難以傳遞清楚,大家可以找來相關的書籍閱讀。

《相對論究竟是什麼》是一本淺顯好讀的相對論入門書籍。

作者文字流暢清晰,將複雜的知識體系一點點掰開,把晦澀內容往簡單裡講往通俗裡講,書中還穿插了不少有趣的小故事小知識。

當然理解起來是因人而異,對於我這類文科生兼物理學渣來講,還是需要一定時間和精力去真正理解這些物理定律。

至於知道相對論對大家日常生活中有什麼作用,我一時還真講不清。

對我而言,相對論代表著空曠的未知世界和對事物的好奇心,讓我看到了一點日常世界之外的輪廓。

在一地雞毛蒜皮的日子中,在盯孩子寫作業的焦躁中,在被瑣事纏身的時刻中,恍然覺察世界並不是我們看到的那樣,時間空間也不是我們想像的那樣。

世界其實更廣闊更豐富,而我們日常的糾結躊躇是否可以稍微從肩頭卸下一些呢。

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