一本人人能读懂的“相对论”

说起相对论,许多人的反映可能和我一样,什么是相对论?更有甚者或许连相对论这词都没有听过,但有一句话,大家肯定都听过。

伟大的爱因斯坦发现了这个世界的奥秘——世间万物都是相对的,没有什么是绝对的。

很熟悉,对不对?而且对于这句话,你也从来没有怀疑过,对不对?

然而汪洁在《时间的形状:相对论史话》这本书中,开篇就点出这是在给爱因斯坦抹黑。

事实上,爱因斯坦在晚年一直很不喜欢别人把他的理论叫做“相对论”,他觉得他自己这个理论叫做“不变论”,因为他的理论中最重要的部分是那些数学方程式中的不变量。而爱因斯坦的相对论都是从“在任何惯性系中,所有物理规律保持不变”和“在真空中光的传播速度恒定不变”这两条原理上发展而来的。

那为什么不叫“不变论”而要叫“相对论”呢?那我们就得跟随作者汪洁的视角去探索那些我们不曾知道的真相。

汪洁在《时间的形状:相对论史话》这本书中,并没有谈及非常多高深的物理概念,而是有很多天马行空般的小故事。用诙谐幽默的语言和戏剧化的桥段,向读者阐释了相对论、时空弯曲、黑洞虫洞、多维空间、万物理论、超弦理论等等物理学界的重要理论。

相对论的提出,既是爱因斯坦天才头脑的创见,也是科学发展的必然。即使没有这个爱因斯坦提出相对论,一定还会有下一个爱因斯坦会提出,只不过科学就会稍微延缓一下发展的脚步。

十九世纪五十年代,麦克斯韦建立了描述电磁现象的完美的麦克斯韦方程组,通过此方程组,麦克斯韦计算出了电磁波的速度,没想到这个速度就是光在真空中的传播速度,由此麦克斯韦认定光也是一种电磁波。在这里,光的速度是由公式直接推导得出,已是隐含了光速恒定的概念。

之后,著名的迈克尔逊-莫雷实验证明了真空中根本没有“以太”这种光的传播介质。这个实验对当时的科学界具有相当的震动,因为那时还是牛顿经典时空一统天下的时候,光的速度那时已是众人皆知,不过按照牛顿经典理论,光的速度一定是相对于某个不动的物体,这个不动的物体被大家假象为是真空中一种静止不动的介质——以太,以太是光传播的介质,同时又相对于光速恒定,这样,牛顿的经典时空就非常完美了。

然而迈克尔逊-莫雷实验的结果让科学家们如鲠在喉,因此被称为二十世纪飘在科学界的两朵乌云之一(另一朵是黑体辐射实验,引发了量子理论的诞生)。

如何解释迈克尔逊-莫雷实验的结果成了当时的一件大事,此时年轻的爱因斯坦大胆假设,认为光的速度并不需要参照物,而是一个常数,并在此基础假设上建立了辉煌的相对论。

这就解释了为什么叫“不变论”比“相对论”来的更贴切,因为相对论的基础都是在恒定的因素上演变而来。当我们知道这个基本原理之后,我们在去分析广义相对论、狭义相对论,就能更好的理解相对论的整个体系。

相对论是研究时间、空间、运动这三者关系的理论体系的总称,它是这一百多年来人类最伟大的两个理论之一(还有一个是量子理论)。地球自转,日出东方,这些看似寻常的事情,其实都是时间的表达形式。

本书中除了相对论,奥卡姆剃刀原理给我的启发最大。

什么是奥卡姆剃刀原理?

如果你发现一个很奇怪的现象,要对它进行解释就不得不做很多假设,可能不同的解释需要不同的假设,而根据奥卡姆剃刀原理,那个需要假设最少的解释往往是最接近真相的解释。

作者用《皇帝的新衣》来举例说明。看到皇帝在大街上光着身子行走的奇怪现象时,每个人的假设都不同。

1、假设皇帝身上穿着一件世界上最华美的衣服;

2、假设只有聪明人才能看到这件衣服;

3、假设我是蠢人,所以我看到没穿衣服的皇帝;

4、假设皇帝根本没穿衣服,所以我看到的就是光着身子的皇帝。

有4种假设,根据奥卡姆剃刀原理,第4种假设最少,所以最有可能接近真相。这也就说明如果某个条件是不能被我们感知和检测到的,那么和没有这个条件根本就是等价的。

这个原理是人类智慧的精华,也是帮助我们看清这个纷繁迷乱世界的“第三只眼”,所以在很多物理学研究中,基本都遵循这个原理,才有可能让我们更加接近真相。

而这个原理,对于我们普通人的生活来说,就是能够让我们对任何自己不知道、不明白的东西,当人云亦云的时候,能够保有迟疑的态度,从而剥开迷雾,看清事物的真相。

《时间的形状:相对论史话》这本书中还有许多各式各样的原理,可能你都看不懂,但哪怕只要你看懂一个原理,这个原理就可以受用终生。我想这也是作者写这本书,想传递给读者最有价值的部分。

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