為什麼E=mc2? 人人都能讀懂的相對論

2020-11-24 鳳凰網

核心提示:愛因斯坦徹底地改變了人類的時空觀。幾乎宇宙所有的奧秘都隱含於相對論中,人類也因此對時間旅行的奧秘、原子裂變的巨大能量、宇宙的起源和終結、黑洞和暗能量都有了全新的認識,他的理論激勵世人始終不懈地努力,以求最終解開這些奧秘。偉大神奇的相對論終於脫下艱澀難懂的外衣向讀者走來。歐洲核子研究中心兩位頂級科學家用輕鬆易懂的語言帶你一同暢遊相對論的奇幻世界。

鳳凰衛視5月9日《開卷八分鐘》,以下為文字實錄:

梁文道:我們過去四天跟大家介紹了一些關於愛因斯坦的小說,關於他生平的書。但是始終我們不能夠迴避的是到底愛因斯坦說過了什麼,做過了什麼,我指的是在學術上面。當然大家都聽過相對論,大家也都聽過E=mc2這麼有名的一個方程式。然而直到今天,就像我們之前所講的,還並不是一般中學畢業的人都能夠隨便搞得懂。

我跟很多人聊過,發現大家平常對相對論的理解,其實還是很模糊的,可能說得一些有名的段子,一些故事或者那個方程式,但整體而言,它到底是什麼東西?它對現代物理學又構成什麼樣的影響?在這裡面有什麼樣的作用呢?這就很難講了,為什麼會這麼困難?主要的理由就是因為當代物理學給我們描繪了一個很違反我們日常生活常識的這麼一個事件。

舉一個簡單的例子,其實理論上我們現在人人都在光速行進之中,怎麼講呢?那是我們知道我們正在以光速整體的邁向著銀河中心的黑洞進發,但是為什麼我們感覺不到我們像是在光速之中行動呢?那麼這時候我們就需要有一個新的時空框架來理解我們所生存的這個世界了。

那麼你可以想像得到,像這樣的講法,大家會覺得聽起來很匪夷所思,那麼於是我們就需要一些很好的入門書幫助我們如何突破我們既有對時間跟空間的常識,一步一步地深入到當代物理圈裡的核心問題之中。

給大家介紹的這本書《為什麼E=mc2?》,這本書其實我現在手上拿的是臺灣版,但早在兩年前大陸就已經,長江文藝出過簡體版。那麼大家可以看一看,是我認為我過去幾年其中一個讀到關於當代物理學解釋得最好的一本科普書籍。

那麼它的作者,很值得介紹,它兩個作者,一個是福肖,福肖是一個物理學家,在英國曼徹斯特大學任教。另外還有一個,這個人也許大家平常在網上,看電視節目可能看過他,考克斯,這個考克斯是什麼人呢?他是英國皇家學會研究院,也任教在曼徹斯特大學,還是歐洲核子研究組織的成員,那麼負責大型強子對撞機的超導環場探測器實驗。

為什麼他那麼有名呢?你們看看他的樣子,大家就猜的出來了,他曾經是英國一個樂團,一個樂隊,這個樂隊也不是什麼很沒名氣的小樂隊,而是真的出過唱片,還攻戰過top 40榜上面的一個搖滾樂隊。他在那個搖滾樂隊裡面當鍵盤手,那麼由此可見,他簡直是有搖滾歌手或者搖滾樂手氣質般的一個物理學家,真的非常罕見。

那麼我覺得更難的是,他們兩個人在這本書做到了一個,在我看來不是每個人都能做到的事情。什麼樣的事情呢?就是終於把這個書名講的E為什麼等於mc2,這個方程式解說清楚了,而要解說清楚這個東西,你要走的路是漫長的。好在我們兩個作者都是很好的導遊,他帶著我們從什麼地方開始走呢?居然是從亞尼士多德開始,從亞尼士多德講的那種固定的空間的觀念,運動的觀念,怎麼樣被伽利略改變,讓我們相信這個世界上沒有所謂的絕對運動,只有相對運動。比如說你坐飛機、你坐火車,你坐火車離開的時候,對你來講,那麼到底是你在運動呢?還是站在月臺上看著你的人在運動呢?這就取決於你站在哪樣的相對位置來觀看。

因此從這樣的時候開始,我們人類傳統的對於時空的一種直覺的觀念,開始慢慢慢慢改變。然後他們接下來,講完伽利略怎麼樣挑戰了絕對運動的想法之後,那麼把空間的概念改變之後,接著就來看時間了。看時間他們居然也能夠跳到很遠古,從法拉第的電磁實驗開始做,然後就講到了馬克斯韋爾、麥克斯韋爾怎麼樣做了他的一個磁場的一個,關於電磁場的一個學說。最早的提出了對於光速的測定是多少,那麼甚至還指出了光速永遠都是恆定的。

那麼這時候就讓我們發現傳統物理學的矛盾開始出現了。就如果說,所有的運動都是相對的,那麼到底怎麼可能會有一種東西的速度像光速,是永遠恆定的呢?那是不可能的。那麼於是在這一點上,我們終於接上了愛因斯坦的出現了。

好,那麼剛才各位聽這些,也許會聽我這麼講,完全對物理學,或者中學沒怎麼讀自然科學,你可能會聽得已經頭,眼花繚亂,沒關係,你看下這本書,人家講的是非常清楚的。

那麼除了他們的文筆很好、很幽默之外,有時候我甚至要形容他們是浪漫的。我發現很多讀者讀這本書都覺得這本書寫得很浪漫。為什麼很浪漫呢?的確有很多物理學的想像,本來就可以很浪漫,本來就可以是一個很美的文學的靈感的來源。

舉個例子,這裡面提到了,月球為什麼會不斷的每年四公分的速度遠離地球?那麼這裡面就牽涉到了月球跟地球之間的相互影響,引力上的相互影響。那麼但是呢?他們說著說著就講到了義大利著名小說家,我很喜歡小說家卡爾維諾。他寫的這個短篇故事叫《月亮的距離》,靈感真正是來自於這樣的現象,在這個故事裡面作家想像在遠古的某個時候,我們的祖先每天晚上都能坐船穿越海洋到達月亮停靠的地方,並且用梯子就能爬到月球的表面,然而隨著月亮不斷的遠離地球,終於有一天晚上,那些喜歡月亮的人們必須面對一個選擇,是永遠待在月亮上與世隔絕,或是永遠告別月亮返回地球呢?那麼這聽起來是不是很奇妙,但你會覺得科學上講很無稽,然而這麼一個無稽的想像,卻是來自於表面上可能更無稽的一些物理世界裡面的規律。

那麼更重要是這本書呢,我覺得他們完全不迴避方程式,很多科普書儘量避免給大家太多的數學。那麼這本書倒是坦坦白白、老老實實地告訴大家,如果你沒搞懂數學上的方程式,他們的作用他們的意義的話,你就很難搞懂相對論。但是最了不起的地方是,他們居然連這個工作也都解釋得清清楚楚。然後最後讓我們看到E=mc2這個方程是直到今天帶給我們的意義,就引伸到了最近幾年大家非常喜歡談的,覺得談得很紅,但是大家談得不清不楚的。比如說希格斯粒子,也就所謂的上帝粒子,原來這整個二十世紀的物理學史,都居然可以從問這個問題開始出發,為什麼E=mc2。

《開卷八分鐘》鳳凰衛視中文臺播出【節目專區】

主持人:梁文道【主持人專區】

首播時間:周一至周五1705-1715

重播時間:周二至周六0025-0035

 

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