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《人人能懂得相对论》是由两位英国物理学教授著写的,他们用最简单的语言讲述爱因斯坦的时空理论,并呈现它深奥的美。让我们看到物理的浪漫,读来深入浅出,即使没有物理基础去阅读,也会读得津津有味。
除了领略物理学家如何思考自然构建物理理论,更重要的是学会提出质疑,做一个有挑战精神的人,用科学清扫内心的偏见,这样才能更加客观观察世界,也有利于自己人文性视角的拓展。走出常识的蒙蔽,远离内心的偏见,不仅于科学行之有效,对文学不也一样具有有益性吗?
爱因斯坦的狭义相对论是关于空间和时间的理论,其核心是无法超越的光速,也叫宇宙的上限速度,如果光速能被超越,那我们就可以拥有现实中的哆啦A梦,穿越到过去的时刻。这是科幻小说里常见的情景,真实的宇宙却并不是这样,爱因斯坦就证实了这样的宇宙世界:空间和时间并不像它们看起来那样,遥远的未来大门敞开,过去被牢牢锁死。
我们难以想象地球是在巨大的宇宙中流浪的星体,没关系,连古代最伟大的思想家亚里士多德也认为地球是静止的,要看透本质不是简单的事,实际上地球既不是静止的,也不是宇宙中心,而是围绕太阳公转的球体。只有相对于其他物体时,谈论运动才有意义。我们可以这样理解,当你坐在高铁里读书,书在你手里,你把它放在桌上,书就会和你保持固定距离,书相对于你并没有运动,但对于窗外某棵树,这本书却是随着高铁在轨道上运动。又如,我们坐在静止的高铁上,旁边站台的火车缓缓驶出车站,这一瞬间,我们会感到自己好像在移动。这是空间和运动的联系。
科学家麦克斯韦偶然发现了光的本质,光从太阳发出,在空间中穿行,到达地球,抵达遥远的恒星,甚至跨越星系。光的本质就是电磁波,电磁场以可测量的速度穿越黑暗,进入眼睛,让我们看到周围的世界,这一重大发现毫不亚于爱因斯坦的发现,爱因斯坦最终也证明大自然站在麦克斯韦这边,尽管曾经麦克斯韦关于光速恒定被认为是物理学上空的一朵乌云,甚至对牛顿力学存在潜在攻击。
麦克斯韦给了爱因斯坦灵感,通过研究证明,对于真实的火车来说,其速度远不及光速,这种影响微乎其微,但又存在着,在一个想象的世界里,火车以接近光速的速度在一条长长的轨道上疾驰,这种效果将被放大,以至于站在月台上的人会感觉自己变老得快些。实验结论显示:时间是可拉伸的,它流失的快慢因人而异,取决于他们的运动状态。若几十亿年后的未来,我们无法再依赖太阳给的温暖热量,倘若那时我们人类还未灭绝,那必须要设法逃离地球家园,前往其他行星。
依照爱因斯坦理论,我们可以建一艘飞船,以非常接近光速的速度飞向太空,就可缩短恒星间的距离。也许可以用短短50年时间飞往距我们将近300万光年的邻近仙女座星系,艰巨的任务在于怎样为飞船提供动力来达到如此快的速度。若有幸成为仙女座探险队的一员,花费100年时间往返的旅程,地球上的居民就已生活了600万年了,遥想到时候,祖先的文明是否依然存在?在爱因斯坦为我们提供的这个匪夷所思的世界里,我们感受到物理的无限可能和独特浪漫。
卡尔维诺在《宇宙奇趣全集》里有个短篇小说,他想象遥远的过去某个先辈每晚乘船横渡大洋,与月亮相遇,借助梯子爬上月亮,久而久之,月亮慢慢远离大地,梯子的长度已经不够,爱月亮的人不得不在困于月球和回到地球之间做出选择,这个奇幻故事也有着浪漫性,其中暗含着不变性和物理量守恒之间的深刻联系。物理学家们在探寻不变性,尽管大道至简,却深藏不露。
如大爆炸理论之父勒梅特所言:“可以把宇宙的演化比作刚刚结束的烟花表演,几条烟丝、几块灰烬和几缕烟雾。站在冰冷的灰烬旁,我们缅怀迟暮的太阳,并试图回忆那早已逝去的创世时的辉煌。”
《人人能懂得相对论》带我们走进一段非凡的旅程,进入时空的世界,万有引力是时空几何的一种特性,弯曲的时空引力理论完美的表达了让爱因斯坦着迷的等价原理,许多物理学家认为爱因斯坦的广义相对论是最美的自然科学理论。愿我们敞开心灵,在奇迹中欣赏这些无限可能。
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