這是一部徹底顛覆經(jīng)典物理學(xué)觀念的創(chuàng)世之書。它否定了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀,創(chuàng)立了關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論。
這是一部用智慧發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)建了宇宙新秩序的書。它揭示了宇宙所具有的超乎尋常的秘密:同時(shí)性和相對(duì)性,鐘慢和尺縮效應(yīng),水星的近日點(diǎn)異動(dòng),光譜紅移等。
這是一部為核物理、航天科學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)的書。其質(zhì)能公式E=mc2所示原子蘊(yùn)藏的巨大能量,在成為新興能源的同時(shí),也變成了懸在人類頭頂之上的達(dá)摩克利斯之劍。運(yùn)用這一理論所發(fā)現(xiàn)的黑洞和暗能量讓我們?cè)絹碓浇咏钪嫫鹪磁c終結(jié)的真想。
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他的教誨惠及全球,
那本屬于私有之物,
早已傳遍人間,
他正如天際的明星,
無盡的光芒與他永伴。
——歌 德
在世界上所有的科學(xué)雜志中,最受收藏家歡迎的單本雜志是1905年第17卷《物理學(xué)年鑒》,因?yàn)檫@上面發(fā)表了愛因斯坦的三篇論文:對(duì)M.普朗克量子理論進(jìn)行首次實(shí)驗(yàn)性證實(shí)的《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》、考察布朗運(yùn)動(dòng)的《關(guān)于熱的分子運(yùn)動(dòng)論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運(yùn)動(dòng)》,以及提出時(shí)空新理論的《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》。前者因?yàn)椤肮怆娦?yīng)定律的發(fā)現(xiàn)”而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);后者建立了狹義相對(duì)論,并由此推導(dǎo)出了那個(gè)著名的質(zhì)能方程:E= mc2。
愛因斯坦(1879—1955年),現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。生于德國(guó)烏爾姆。1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)并入瑞士籍。1905年獲蘇黎世大學(xué)博士學(xué)位。曾在瑞士聯(lián)邦專利局工作。1909年任蘇黎世大學(xué)理論物理學(xué)副教授,1911年任布拉格大學(xué)教授。1913年任德國(guó)威廉皇家物理研究所所長(zhǎng)、柏林大學(xué)教授,并當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士。1932年受希特勒迫害離開德國(guó),1933年10月定居美國(guó),到普林斯頓大學(xué)任教,直到去世。
愛因斯坦把伽利略力學(xué)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理擴(kuò)展開來,使之包括所有物理定律,又把觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)得來的光速不變也提升為公理。如果兩者同時(shí)成立,不同的慣性系的各個(gè)坐標(biāo)之間必然存在一種確定的數(shù)學(xué)關(guān)系,這就是洛倫茲變換。通過這種變換,他推導(dǎo)出,運(yùn)動(dòng)的尺子要縮短,運(yùn)動(dòng)的鐘要變慢,任何物體的運(yùn)動(dòng)速度都不能超過光速。自然現(xiàn)象在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面顯示出統(tǒng)一性。這就是“狹義相對(duì)論”。
1916年,愛因斯坦發(fā)表了《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》,這標(biāo)志著廣義相對(duì)論的誕生。愛因斯坦發(fā)現(xiàn),現(xiàn)實(shí)的有物質(zhì)存在的空間,不是平坦的歐幾里得空間,而是彎曲的黎曼空間;空間的彎曲程度取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布狀況,空間曲率就體現(xiàn)為引力場(chǎng)的強(qiáng)度。這就否定了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。廣義相對(duì)論實(shí)質(zhì)上是一種引力理論,它把幾何學(xué)與物理學(xué)統(tǒng)一起來,用空間結(jié)構(gòu)的幾何性質(zhì)來表述引力場(chǎng)。愛因斯坦提供了三個(gè)可供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的推論。第一是水星近日點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),這在當(dāng)時(shí)就得到完滿解決。第二,在強(qiáng)引力場(chǎng)中,時(shí)鐘要走得慢些,因此從巨大質(zhì)量的星體表面射到地球上的光的譜線,必定顯得要向光譜的紅端移動(dòng)。這在1925年得到觀測(cè)驗(yàn)證。第三,光線在引力場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)。這在第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的對(duì)日全食的觀測(cè)中得到了驗(yàn)證。正因?yàn)槿绱,廣義相對(duì)論頃刻間聞名于世。
“對(duì)不起,牛頓! 愛因斯坦幽默地說。1687年,牛頓出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》,推翻了神學(xué)千年的根基,建立了完整而嚴(yán)密的經(jīng)典力學(xué)體系。兩個(gè)多世紀(jì)以后,愛因斯坦建立了相對(duì)論。
“為核能開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ),開創(chuàng)了現(xiàn)代科學(xué)的新紀(jì)元,被公認(rèn)為是自伽利略、牛頓以來最偉大的科學(xué)家、物理學(xué)家!1999年12月26日,愛因斯坦被美國(guó)《時(shí)代周刊》評(píng)為“世紀(jì)偉人”。
提及《相對(duì)論》,愛因斯坦曾不無自豪地說,世界上可能只有12個(gè)人能夠看懂《相對(duì)論》,但是世界上卻有幾十億人借此明白沒有什么是絕對(duì)的。愛因斯坦一生都不贊成將《相對(duì)論》應(yīng)用于物理學(xué)之外,但這是他的意志無能為力的,無論是他健在時(shí)還是逝世后,《相對(duì)論》都在不斷被引向文學(xué)、藝術(shù)、哲學(xué)、宗教等幾乎所有學(xué)科。
阿爾伯特·愛因斯坦(1879-1955年),猶太裔物理學(xué)家,現(xiàn)代物理學(xué)的奠基人,相對(duì)論的創(chuàng)立者,同伽利略、牛頓共享盛譽(yù)。
1905年獲蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位,曾在蘇黎世工業(yè)大學(xué)擔(dān)任教授。1913年起,任柏林威廉皇帝物理研究所所長(zhǎng)和柏林洪堡大學(xué)教授,并當(dāng)選為普魯士皇家科學(xué)院院士。1933年在英國(guó)期間,被格拉斯哥大學(xué)授予榮譽(yù)法學(xué)博士學(xué)位。1940年加入美國(guó)國(guó)籍。1921年因發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
目 錄
相對(duì)論簡(jiǎn)史(代序)?
伯格曼說相對(duì)論
愛因斯坦自述
第 1 章?狹義相對(duì)論
1.1?幾何命題的物理意義
1.2?坐標(biāo)系
1.3?經(jīng)典力學(xué)中的空間和時(shí)間
1.4?伽利略坐標(biāo)
1.5?相對(duì)性原理(狹義)
1.6?經(jīng)典力學(xué)中的速度相加定理
1.7?光的傳播定律與相對(duì)性原理的表面抵觸
1.8?物理學(xué)的時(shí)間觀
1.9?相對(duì)性的同時(shí)性
1.10?距離概念的相對(duì)性
1.11?洛倫茲變換
1.12?量桿和鐘在運(yùn)動(dòng)時(shí)的行為
1.13?速度相加法則?斐索實(shí)驗(yàn)
1.14?對(duì)相對(duì)論啟發(fā)作用的評(píng)估
1.15?一般相對(duì)論的普通結(jié)果
1.16?經(jīng)驗(yàn)和狹義相對(duì)論
1.17?閔可夫斯基四維空間
第 2 章?廣義相對(duì)論
2.1?狹義和廣義相對(duì)性原理
2.2?重力場(chǎng)
2.3?慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等是廣義相對(duì)性公設(shè)的論據(jù)
2.4 經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)有哪些不能令人滿意的方面
2.5 對(duì)廣義相對(duì)性原理的幾個(gè)推論
2.6 在旋轉(zhuǎn)的參考物體上鐘和量桿的行為
2.7 歐幾里得和非歐幾里得連續(xù)區(qū)域
2.8 高斯坐標(biāo)
2.9 狹義相對(duì)論的空間—時(shí)間連續(xù)區(qū)可當(dāng)作歐幾里得連續(xù)區(qū)
2.10?廣義相對(duì)論的空間—時(shí)間連續(xù)區(qū)不是歐幾里得連續(xù)區(qū)
2.11?廣義相對(duì)性原理的精確表述
2.12?以廣義相對(duì)性原理為基礎(chǔ)解決地心引力問題
第 3 章?對(duì)整個(gè)宇宙的思考
3.1?在宇宙論中牛頓理論的困難
3.2?“有限”而“極大”的宇宙的可能
3.3?以廣義相對(duì)論為依據(jù)的空間結(jié)構(gòu)
3.4?對(duì)“以廣義相對(duì)論為依據(jù)的空間結(jié)構(gòu)”的補(bǔ)充
附 錄
廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)證實(shí)
相對(duì)論與空間問題
什么是相對(duì)論
理論物理學(xué)的基礎(chǔ)
科學(xué)與文明
愛因斯坦生平大事年表