[科普中國(guó)]-《七堂極簡(jiǎn)物理課》

你知道最美的科學(xué)理論是什么嗎？

摘自：《七堂極簡(jiǎn)物理課》

少年時(shí)代的愛因斯坦曾度過(guò)一年無(wú)所事事的時(shí)光。很可惜，現(xiàn)在很多青少年的父母經(jīng)常會(huì)忘記這樣一個(gè)道理：一個(gè)沒有“浪費(fèi)”過(guò)時(shí)間的人終將一事無(wú)成。那時(shí)候，愛因斯坦因?yàn)槭懿涣说聡?guó)高中的嚴(yán)苛教育而中途輟學(xué)，回到了他位于意大利帕維亞的家中。那個(gè)時(shí)候正是20世紀(jì)初，意大利工業(yè)革命剛剛開始，他的工程師父親正在波河平原上建造第一批發(fā)電站。而愛因斯坦則在閱讀康德的著作，偶爾去旁聽帕維亞大學(xué)的課程——他聽課只是為了好玩，既不注冊(cè)學(xué)籍，也不參加考試。但正是這看似兒戲的行為使他成為真正的科學(xué)家。

后來(lái)，他去了蘇黎世大學(xué)讀書，開始全身心地投入到物理學(xué)的研究中。幾年后的1905年，他向當(dāng)時(shí)最負(fù)盛名的科學(xué)期刊《物理學(xué)年鑒》投寄了三篇文章，這三篇文章中的任何一篇都足以讓他獲得諾貝爾獎(jiǎng)。其中第一篇指出了原子的存在，第二篇?jiǎng)t奠定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)——我在下一課里會(huì)細(xì)說(shuō)，而在第三篇中他提出了第一個(gè)相對(duì)論，也就是我們今天所說(shuō)的“狹義相對(duì)論”。這個(gè)理論說(shuō)明了對(duì)每個(gè)人來(lái)說(shuō)，時(shí)間的流逝速度可以不一樣 ——如果一對(duì)雙胞胎中的一個(gè)人以高速運(yùn)動(dòng)，那么兩人的年齡將不再相同。

愛因斯坦很快成為著名的科學(xué)家，收到了很多大學(xué)的聘書。即便是這樣，仍然有些事讓他心緒不寧——盡管他提出的相對(duì)論立刻獲得了一片贊譽(yù)，但它與我們對(duì)引力的了解，也就是自由落體的認(rèn)知產(chǎn)生了矛盾。他在寫一篇總結(jié)相對(duì)論的論文時(shí)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，于是對(duì)偉大的物理學(xué)之父牛頓那著名的“萬(wàn)有引力”學(xué)說(shuō)提出了質(zhì)疑：我們能否修正一下這個(gè)理論，讓它不再與新生的相對(duì)論水火不容？為此他陷入了深思，并花了十年時(shí)間來(lái)解決這個(gè)問題。在這十年里，他瘋狂研究，反復(fù)嘗試，不斷犯錯(cuò)，陷入混沌。他發(fā)表過(guò)錯(cuò)誤的論文，有過(guò)各種靈光乍現(xiàn)的想法，也曾誤入歧途。終于，在1915年11月，他發(fā)表了一篇論文，給出了完整的解答——這是一個(gè)全新的引力理論，他稱之為“廣義相對(duì)論”，這是他的杰作。偉大的蘇聯(lián)物理學(xué)家列夫?朗道（Lev Landau）稱之為 “最美的理論”。

世界上有許多感人至深、無(wú)與倫比的偉大作品，比如莫扎特的《安魂曲》、荷馬的《奧德賽》、西斯廷禮拜堂的穹頂畫、莎士比亞的《李爾王》……想要領(lǐng)悟這些作品的妙處，都要經(jīng)歷一個(gè)從頭學(xué)起的過(guò)程，但最終獲得的回報(bào)將是百分之百美的享受。其實(shí)，除了美感之外，這些作品還能為我們提供一個(gè)觀察世界的全新視角。廣義相對(duì)論，這顆愛因斯坦的明珠，正是這樣一件杰作。我還記得自己對(duì)這個(gè)理論初有心得時(shí)的激動(dòng)心情。那是大學(xué)最后一年的夏天，在卡拉布里亞大區(qū)孔多弗里城的一片海灘上，我沐浴在希臘風(fēng)情的地中海艷陽(yáng)下。因?yàn)闆]有學(xué)校課業(yè)的打擾，學(xué)生在假期里往往能更專注地學(xué)習(xí)。我當(dāng)時(shí)正在研讀一本書，書頁(yè)的邊緣都被老鼠咬爛了。每當(dāng)我忍受不了博洛尼亞大學(xué)那些無(wú)聊的課程時(shí)，就會(huì)跑回位于翁布里亞山區(qū)的家中。我的家不成樣子，有點(diǎn)嬉皮風(fēng)格，我每天晚上都會(huì)用這本書堵住那些可憐小動(dòng)物們的洞口。此刻，我時(shí)不時(shí)地從書頁(yè)中抬起頭來(lái)，看看面前波光粼粼的大海，我仿佛看到了愛因斯坦想象中彎曲的時(shí)空。

這簡(jiǎn)直就像魔法一樣：宛如一位朋友在我耳邊低聲細(xì)語(yǔ)，告訴我一個(gè)不同凡響卻又不為人知的真相，瞬間揭開了遮蔽真實(shí)的面紗，展現(xiàn)出一個(gè)更簡(jiǎn)潔、更深刻的秩序。自從得知地球是圓的，像瘋狂的陀螺一樣旋轉(zhuǎn)之后，我們就認(rèn)識(shí)到事實(shí)并非如表面所見。每當(dāng)我們瞥見事實(shí)新的一面時(shí)，都會(huì)激動(dòng)不已，這意味著又有一層面紗要被揭開了。

……

未完待續(xù)

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意大利物理學(xué)家卡洛?羅韋利

以無(wú)法抗拒的優(yōu)美，引領(lǐng)你了解我們所棲居世界的真相詩(shī)意地講述相對(duì)論，量子力學(xué)，宇宙的結(jié)構(gòu)，空間的顆粒，時(shí)間的真相……

《七堂極簡(jiǎn)物理課》

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