相对论是什么意思,相对论在生活中的例子

首页 > 美食 > 作者:YD1662024-04-04 01:05:26

所以说后世的物理学家对爱因斯坦都是极为恭敬的,我引用杨振宁先生对爱因斯坦的评价,说

爱因斯坦是一个特立独行的思想者,他无畏、独立、富有创造性,并且执着。

执着,说得客观一点就是固执。这几样和爱因斯坦能做出这么多伟大成就有什么关系呢?我个人觉得是有关系的,因为一个人只有自己干活的时候他才能给出学问整体的框架,因为他自己在战斗,他必须对问题有整体的把握,而这是一个人面对着一个庞大的研究对象能够得出一个有用的理论的必然前提要求。如果你只是做一个大工程里面的一小块事情,你是不可能给出关于整个框架的高层次的理论的,所以说你一定要对整体有把握。这让我想起来了当年奥本海默作为曼哈顿工程的首席科学家的时候,坚持他的科学家和工程师必须长期在一起互相交流,而同时期的军代表格里菲斯中将就要求科学家和工程师不要互相乱窜,因为当你被间谍拿下的时候,知道的越少泄密的就越少。奥本海默坚持学术交流的理由是每个科学家和工程师都要对工程有全面的了解,只有每个人都是对这么一个大的事业有全面了解的时候,他才是有创造力的,这是非常重要的观点。

爱因斯坦为什么能取得这样的成就?有些人在一些书里面随便会提到一个词叫“科学革命”、“物理革命”等等,其实革命很难,我们注意到哥白尼的“日心说”据说是对“地心说”的革命,可是你去读哥白尼的书,哥白尼的“日心说”描述行星参照系原点还在地球上,所以说革命就是往前挪一步就是很难的事情,更别提出现所谓体系上的革命。而我们说广义相对论,爱因斯坦之所以能够创造广义相对论,我个人觉得是在于他所生活的环境里提供了他创造所需要的哲学、所需要的数学和启发他的数学进步。哲学方面,康德、莱布尼兹、马赫;数学方面,黎曼、高斯、希尔伯特、诺特,还有线性代数创始人格拉斯曼。格罗斯曼这个人写过一本书《展开的学问》,印了 600 册,没卖出去过,但是变成了理工科必须学的学问叫线性代数,现在价值连城,也提醒我们科学院领导能资助一些一百年有用的书。

所以人家能够做出这样一些伟大的成就,真的是在于他所处的环境里有丰富的营养,有他创造所需要的一些元素。所以我想说物理学是一条思想的河流,是连续的河流。马赫也曾经对一些人说,对科学革命这样一些概念进行过批判,他说过

在物理学里面,如果你看到了革命,那就说明你知道的少。

我举一个简单的例子,如果大家看我们中国农村用木头做的独轮车,和现在运动员用的赛车,两个车往一起比你就会发现这绝对是革命,可是你把这中间每一年发展出来的三轮车,两轮车放在一起,你会发现是一个连续的变化,你知道的少,你才看到了革命,你知道的多你就知道人家的思想改进,思想的连续性。爱因斯坦作为一个科学史上的现象,绝对是值得我们值得研究学习的,作为科学现象也值得研究。我想说真的是永恒的爱因斯坦老师,永恒的相对论。

相对论是什么意思,相对论在生活中的例子(33)

相对论是什么呢?我个人的感慨是德式严谨,开普勒、高斯这些人和意式浪漫的完美结合,包括伽利略、里奇这些人,冥冥之中有某些天意在里面。大家记住,爱因斯坦的狭义相对论一开始就在讲电磁感应现象两个描述的不对称,可是爱因斯坦为什么对这个问题那么熟?你会注意到一个很有趣的现象,爱因斯坦上初中的时候他的父母是跑到意大利北部开厂子的,开电机厂,他们家有的就是线圈和磁铁。他们那时候选的是直流电机方案,爱因斯坦到了意大利跟着父母待一段时间,没办法,到瑞士接着上中学。一个留守儿童怎么去上学,你会发现很有趣了,爱因斯坦上初中以前的时候是对欧几里得几何感兴趣的,在他家吃饭的犹太人教的他,他上中学也是在一个犹太人家蹭饭吃。犹太人让陌生人到家里吃饭,你要给人家吃饱,这是他们圣经里说的,这是犹太民族聪明的地方。为什么这么多人做事业的时候缩手缩脚的,就是一旦我要是做的倾家荡产了以后,我们家孩子怎么办,所以做事情很谨慎。可是人家说别人家的孩子,到你家要给别人家孩子吃饱,这样就把每个家庭孩子的存活问题上升到一个群体,一个社区的问题,也就是说我们每个人做事业的时候,完全不必在意事业的成败,因为当我做事业做败了,倾家荡产的时候,我少吃一点,我不用担心我们家孩子挨饿,这绝对是解放一个民族创造力的重要举措。

所以我们读他们这些故事的时候会注意到一个现象,他们做小学生、中学生的时候,有大学生在他们家蹭饭影响着他,他需要的时候可以到人家蹭饭,教人家小孩。

爱因斯坦到瑞士去上学,吃在人家,瑞士是什么样的国家?那么多的数、流体力学、刚体力学,都是产生于瑞士,后来的量子力学、相对论也都产生于瑞士。瑞士的官方语言除了法语、德语还有什么?意大利语。这一点,意大利人发展了、推广相对论所需要的数学,而爱因斯坦和列维-齐维塔交流的时候是感到非常亲近的,著名描述弯曲时空的里奇张量的“里奇”本意竟然就是“弯曲”,这真的是冥冥中自有天意的感觉。有一种力量叫氛围,而对孩子,或者教育最好的方式是什么?就是熏陶

我曾经跟许多小朋友讲报告,跟家长讲报告的时候我就说过一句话,怎么教育孩子?就是让他们到有学问的地方去,让他们到有学问的人身边去,这才是最好的教育。

相对论是怎样的学问?

总结一下相对论是怎么样的学问,包括朴素相对论,开普勒 1602 年就应用了,这是我 2018 年瞎编的名字。朴素相对论指的是时空的平移,在相当多的时候是不提的,只有时空平移的时候才是庞加莱的群,虽然简单,但是数学上没有它是不完整的,而且认识到这一点的开普勒做出了很伟大的成就。

相对论是什么意思,相对论在生活中的例子(34)

伽利略相对论是 1632 年阐述的,是 1909 年命名的。狭义相对论创建于 1905 年,广义相对论创立于 1915 年,very special relativity 是 2006 年 Cohen Glashow 提出来的,Total Relativity 是 2004 年提出来的,谈到了牛顿的水桶实验,并谈到广义相对论把方程分成引力场方程和测地线方程,本身还是留有遗憾等等问题时出现的这个词。

最后给大家总结一下相对论是怎样的学问,

对一门学问最好的纪念就是准确地学它。

道可道,非常道,指望我这2个小时的讲座让你知道什么是相对论,非常不现实,我也从来没有这种打算。所以请大家要想知道相对论,请大家去读爱因斯坦以及那些创造爱因斯坦的人的文献的人。你学习所采用的文献,或者你当老师给学生推荐教科书的层次反映了你本身的知识层次,这一点非常重要。

如何学习相对论

相对论是什么意思,相对论在生活中的例子(35)

给大家推荐一些相对论的书,第一个当然是爱因斯坦本人的论文和他的《相对论的意义》(The meaning of Relativity),还有狭义相对论、广义相对论的书。为什么呢?是人家本尊的著作,尤其爱因斯坦德文、英文相当棒,读来也是享受。

他自己写自己的学问可能不客观,也可能会太谦虚,所以我们要看他的老朋友的,就是 Max Born 的《Einstein’s Relativity》,他是爱因斯坦同时代的人,他绝对是以老朋友,以调侃、批评、欣赏的态度来谈论这个问题,很值得看。

第三本书是 Weyl 的《空间、时间、物质》(Raum-Zeit-Materie)这个书,有很多版本,这是关于时空的,带有哲学性的思考,人家有这样的学问才能指向规范场论。

第四本书是狄拉克晚年在美国写的这本《广义相对论》(General theory of Relativity),这本书有多薄呢?69 页,但是这本书非常棒,把广义相对论和微分几何的精髓写得很好,也难怪杨振宁先生夸狄拉克说他的文章是“秋水文章不染尘”,不啰嗦一句,但是该教会的都教给你了。

再往下 1979 年诺贝尔奖的得者 Weinberg,《引力与宇宙学》(Gravitation and Cosmology)绝对是非常好的书。

另外一个关于相对论很有名的人就是 Wald。Wald 有个学生是北京师范大学的梁灿彬先生。Wald 的《General Relativity》这本书是我看了封面觉得一定要拥有的一本书,封面设置得很酷,就是绿苹果下面上面一个桌子,桌子上铺着一个白布。看到苹果想到引力问题,苹果表面是一个弯曲的曲面,弯曲上面能放个平桌子,这就是微分几何的局域分析的概念,你就知道这是引力加上微分几何的学问,我觉得这个封面设计的实在太酷了,我的这本书就是想学它,当然学得不像。

Carroll 这本书是偏数学的,还有比较简单但是比较全面的,我今年出版的《相对论少年版》,我把相对论发展史上所有我能找到的文献都清楚的列出来了,如果你要想学相对论的话,这本书也许是可以当做一个入门书的,当然这已经是学相对论的下限了,再低就学的不像样子了。

#结语

量子力学难学吗?可以说难学,也可以说好学,我们这个岁数的人都看过一个很古老的电影,就是河南豫剧电影《朝阳沟》,里面有非常著名的一句唱

庄稼活说难学也好学,人家咋样咱咋样

学相对论,量子力学也是人家咋样咱咋样就行了,不要觉得难。像我这样的人,我 1982 年就上大学了,到现在才敢做一个关于相对论的报告,花了三四十年的时间,说话我们一般智商的人坚持时间够了也能讲一讲相对论,当然你想了解多深入是不太容易的。但是我总觉得,我们中国人里面的聪明人还是多的,人家当年有 20 多岁的青年能够创造的学问,咱们今天在这样一个科学昌明,通讯发达的时代还学不会么?所以请大家有空的时候也读一读,说不定是能学会的,大家可以学起来,尤其爱因斯坦英文文章本身是非常好的。

整理:Shiny、凡tron、xx、cc

校对:NKXXX、凡tron

编辑:NKXXX

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