改變世界的方程

前言

1905年，年輕的愛因斯坦改變了我們思考空間、時(shí)間和物質(zhì)的方式。他認(rèn)識(shí)到，要理解為什么光速在所有參考系中都相同，唯一的方式就是假設(shè)時(shí)間并不像牛頓(Isaac Newton)所認(rèn)為的那樣是絕對(duì)的，而是相對(duì)的。在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，時(shí)間的流逝是不同的。而且，剛體的長度也不是恒定的，而是變化著的，這種現(xiàn)象被稱為洛倫茲收縮(Lorentz contraction)。此外，愛因斯坦還認(rèn)識(shí)到，物質(zhì)和能量在本質(zhì)上是相同的。根據(jù)他的著名公式E=mc2，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰俊?   愛因斯坦并不認(rèn)為他的公式對(duì)描述粒子的相互作用會(huì)有用，可是我們已經(jīng)看到，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候愛因斯坦的公式甚至還描述了電子及其反粒子(即正電子)湮沒成兩個(gè)光子，或者通過兩個(gè)光子碰撞而產(chǎn)生一對(duì)正負(fù)電子。核反應(yīng)堆中能量的產(chǎn)生也是愛因斯坦公式的直接應(yīng)用。    在本書中，我以愛因斯坦、牛頓和一位名叫哈勒爾的現(xiàn)代物理學(xué)家三人對(duì)話的形式描述了愛因斯坦的思想。我之所以選擇這種形式是因?yàn)?，這樣可以更好地描述一個(gè)人在了解相對(duì)論(theory of relativity)的過程中所遇到的困難。在這方面我效仿了伽利略(Galileo Galilei)，他在1632年出版的《關(guān)于兩大世界體系的對(duì)話》一書中采用了類似的形式。    我希望中國讀者能喜歡牛頓學(xué)習(xí)相對(duì)論的方法，而且也能用這種方法去學(xué)習(xí)相對(duì)論。愛因斯坦的理論對(duì)于我們理解這個(gè)世界是非?；镜模總€(gè)人至少都應(yīng)該知道它的主要思想。正因?yàn)槿绱?，我希望本書在中國能有許多讀者。    哈拉爾德·弗里奇    2004年10月于慕尼黑

內(nèi)容概要

一個(gè)簡單的數(shù)學(xué)方程果真能夠改變世界嗎？它究竟隱含著如何深邃的物理意義？作者以簡明清新、通俗易懂的文筆講述了狹義相對(duì)論的基本思想，其中著名的質(zhì)能方程幽那。在人們認(rèn)識(shí)自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之中扮演了核心的角色。原子彈爆炸的巨大能量來源正是基于這個(gè)方程所描述的物理原理，因此后者通過前者而改變了整個(gè)世界。
哈拉爾德·弗里奇所著的《改變世界的方程(牛頓愛因斯坦和相對(duì)論)》的主要內(nèi)容是以虛擬的三人討論的形式來表述的，參與者包括艾薩克·牛頓、阿爾伯特·愛因斯坦和一位虛構(gòu)的名叫阿德里安·哈勒爾的理論物理學(xué)教授。他們代表了物理學(xué)發(fā)展的三個(gè)不同時(shí)代。通過《改變世界的方程(牛頓愛因斯坦和相對(duì)論)》中三人之間生動(dòng)活潑的對(duì)話，讀者可以切身領(lǐng)會(huì)相對(duì)論的時(shí)空觀，比如光速不變性原理、時(shí)間延緩和空間收縮。而質(zhì)能關(guān)系的出現(xiàn)則加深了我們對(duì)物質(zhì)世界的理解：核裂變、核聚變、粒子與反粒子的產(chǎn)生和湮沒等等不可思議的現(xiàn)象，都是物質(zhì)和能量之間相互轉(zhuǎn)化的例證。

作者簡介

哈拉爾德·弗里奇，著名理論物理學(xué)家與科普作家。1971年在慕尼黑工業(yè)大學(xué)獲得博士學(xué)位。曾經(jīng)在斯坦福大學(xué)、加州理工學(xué)院和歐洲核子研究中心工作，1980年受聘成為慕尼黑大學(xué)索末菲教授(Sommerfeld
Chair)，2008年退休。他與蓋爾曼合作多年，共同為量子色動(dòng)力學(xué)——描述強(qiáng)相互作用的理論——做出了意義深遠(yuǎn)的奠基性工作。他在大統(tǒng)一理論、味相互作用理論等許多領(lǐng)域都具有原創(chuàng)性的重要貢獻(xiàn)。他的科普暢銷書被譯成多種文字，其中《夸克》一書的中譯本擁有眾多讀者。在20世紀(jì)80年代，他制作的名為“微觀世界”的電視系列片在德國常播不衰，影響廣泛。

書籍目錄

內(nèi)容提要
作者簡介
中文版序言
英文版序言
引言
第一章  牛頓與真理之海
第二章  牛頓和絕對(duì)空間
第三章  邂逅牛頓
第四章  關(guān)于光的對(duì)話
第五章  牛頓與愛因斯坦相會(huì)
第六章  光速乃自然常量
第七章  事件、世界線和佯謬
第八章  時(shí)空中的光
第九章  時(shí)間延緩
第十章  快μ子壽命更長
第十一章  雙生子佯謬
第十二章  空間收縮
第十三章  時(shí)空之奇妙
第十四章  質(zhì)量的時(shí)空性質(zhì)
第十五章  改變世界的方程
第十六章  太陽的能量
第十七章  阿拉莫戈多閃電
第十八章  隱藏在核子中的能量
第十九章  神秘的反物質(zhì)
第二十章  對(duì)基本粒子感到驚奇
第二十一章  物質(zhì)衰變嗎？
結(jié)語
引文出處
推薦讀物
術(shù)語表

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：然而，并不是所有與速度有關(guān)的物理量都是相對(duì)的。比如，人馬上就能感覺到加速。閉著眼睛坐在汽車?yán)?，?dāng)汽車改變速度即當(dāng)它加速或減速時(shí)，我們立刻就能感覺到。當(dāng)汽車加速時(shí)，我們被推回到我們的座位；作為加速作用的結(jié)果，我們開始意識(shí)到力。這個(gè)力出現(xiàn)是因?yàn)槊總€(gè)物體都想保持它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。如果這么做受到阻礙，就會(huì)出現(xiàn)一種所謂慣性力來阻止加速。如果我們現(xiàn)在取一輛運(yùn)動(dòng)著的并在加速的汽車做我們的參考系，我們會(huì)注意到，原來靜止的物體，比如擱置在汽車儀表板上的鉛筆，便不會(huì)呆在原處。由于是取決于加速的程度，它們將向后滑動(dòng)。慣性力的出現(xiàn)清楚地表明，我們處理的并不是一個(gè)慣性系。在加速參考系中，物體一般不會(huì)沿直線運(yùn)動(dòng)；它往往會(huì)沿著相當(dāng)復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)。來源于加速作用的慣性力可以被測(cè)量，因此表示它不取決于參考系。物體的加速度有絕對(duì)的含義，與物體的速度不同，后者是相對(duì)的并且因此依賴于參考系?，F(xiàn)在讓我們回到牛頓絕對(duì)空間的思想。我們剛才已經(jīng)看到，對(duì)每個(gè)慣性系而言，存在無窮多種相對(duì)于第一個(gè)系統(tǒng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)的其他慣性系。這些系統(tǒng)中的哪一個(gè)可以說是從牛頓的意義上描述了絕對(duì)空間昵？像牛頓那樣，談及不依賴于物質(zhì)而且不受其影響的絕對(duì)空間有任何意義嗎？存在沒有物質(zhì)的空間嗎？或者倒不如說物質(zhì)是空間存在的原因，不是嗎？因?yàn)榭臻g通過其中的物質(zhì)及通過物體置于其間的諸多方式顯現(xiàn)出來。對(duì)牛頓來說，絕對(duì)空間的思想有種幾乎是神秘的、甚至是宗教的含義；對(duì)他而言，它代表一種可以與上帝相比的完全令人滿足的精神。我們會(huì)認(rèn)為諸如絕對(duì)空間等性質(zhì)只有上帝才擁有。

編輯推薦

《改變世界的方程:牛頓、愛因斯坦和相對(duì)論》是世紀(jì)人文系列叢書?開放人文之一。

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