愛(ài)因斯坦到底是如何創(chuàng)立相對(duì)論的?以太跟相對(duì)論到底有什么關(guān)系?邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)在相對(duì)論的創(chuàng)立過(guò)程中到底扮演了什么角色?光速不變和相對(duì)性原理為什么難以協(xié)調(diào)?尺縮、鐘慢只是我們的視覺(jué)效應(yīng)嗎?質(zhì)能方程E=mc²只在核反應(yīng)里才有效嗎,我們又該如何正確地理解質(zhì)能方程?
作者會(huì)站在初學(xué)者的角度,用平實(shí)的語(yǔ)言和縝密的邏輯帶領(lǐng)大家進(jìn)入愛(ài)因斯坦的精神世界,讓中學(xué)生也能在相對(duì)論的世界里盡情地遨游。
強(qiáng)烈推薦給對(duì)世界充滿(mǎn)好奇心的8-120歲的少年。
寫(xiě)相對(duì)論的書(shū)很多,為啥強(qiáng)烈推薦長(zhǎng)尾君的這本《什么是相對(duì)論》呢?
1、長(zhǎng)尾君是從初學(xué)者的角度,追根溯源,抽絲剝繭,重現(xiàn)當(dāng)年愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)相對(duì)論的過(guò)程,一步步推導(dǎo)展示給你看,是讓你從根上明白相對(duì)論到底是怎么回事!
2、輕松、幽默、接地氣一向是長(zhǎng)尾君的行文風(fēng)格,這本《什么是相對(duì)論》也不例外,高深莫測(cè)的理論,復(fù)雜多變的應(yīng)用,長(zhǎng)尾君通過(guò)巧妙的類(lèi)比讓其平易近人,令人讀起來(lái)極度舒適!
3、費(fèi)曼學(xué)習(xí)法讓人更容易變成學(xué)霸,長(zhǎng)尾君即是通過(guò)費(fèi)曼學(xué)習(xí)法把相對(duì)論啃下來(lái),這本《什么是相對(duì)論》就是他學(xué)習(xí)的結(jié)果,從中你能體會(huì)費(fèi)曼學(xué)習(xí)法的厲害之處,想成為學(xué)霸的中小學(xué)生讀者不妨也讀讀。
長(zhǎng)尾君一向是惜墨如金,他的輸出是精益求精,一出手必是精品!去讀就是了,相信書(shū)沒(méi)讀完,你就會(huì)變成他的粉絲。
為了給狹義相對(duì)論作鋪墊,我先給大家介紹了麥克斯韋方程組。為了讓中小學(xué)生能更好理解麥克斯韋方程組,我又寫(xiě)了微積分,現(xiàn)在終于可以正式談一談狹義相對(duì)論了。
為什么講狹義相對(duì)論要先講電磁理論呢?
愛(ài)因斯坦發(fā)表狹義相對(duì)論的論文叫《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》,一般電動(dòng)力學(xué)教材的最后一章也會(huì)講狹義相對(duì)論。這一來(lái)一去,你就知道它們的關(guān)系不一般了。
那這跟牛頓又有什么關(guān)系呢?
牛頓建立了上知天文下知地理的力學(xué)體系,日月星辰、潮起潮落都遵循他的定律,這是第一次工業(yè)革命的基石;麥克斯韋方程組則包含了一切經(jīng)典電磁學(xué)的東西,他還發(fā)現(xiàn)了電磁波,這是第二次工業(yè)革命的基礎(chǔ)。
牛頓和麥克斯韋的理論在各自領(lǐng)域都獲得了巨大的成功,是經(jīng)典物理學(xué)的兩座豐碑。但是,如果你試圖把它們?nèi)诤显谝黄?用統(tǒng)一的目光看待它們,立即就會(huì)出現(xiàn)不可調(diào)和的矛盾。
為了解決這些矛盾,愛(ài)因斯坦進(jìn)行了艱苦卓絕的探索,并最終創(chuàng)立了狹義相對(duì)論。
這種情境,很像現(xiàn)在的廣義相對(duì)論和量子力學(xué)。
當(dāng)我們使用廣義相對(duì)論處理引力問(wèn)題,處理恒星和宇宙的演化時(shí)非常好用(可以忽略量子效應(yīng)),當(dāng)我們使用量子力學(xué)處理電磁力、強(qiáng)力、弱力的問(wèn)題時(shí)也非常好用(引力太弱,可以忽略)。
但是,當(dāng)我們碰到那些又重又小的東西(比如黑洞和宇宙初期),無(wú)法忽略引力和量子效應(yīng)中的任何一個(gè)的時(shí)候,就必須結(jié)合廣義相對(duì)論和量子力學(xué),這一結(jié)合就出大問(wèn)題了。
廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的不兼容是當(dāng)今物理學(xué)一等一的大事,這種情況跟百年前牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁學(xué)的不兼容很相似。兩種理論能夠在各自領(lǐng)域工作良好,就證明它們至少包含了某種正確性,而一結(jié)合就出問(wèn)題,說(shuō)明我們還是忽略了某些關(guān)鍵的東西。
那么,牛頓力學(xué)和麥克斯韋電磁學(xué)之間的矛盾是什么? 為什么它們無(wú)法兼容? 有什么關(guān)鍵的東西被忽略了,愛(ài)因斯坦又是如何發(fā)現(xiàn)的? 為什么是年輕的愛(ài)因斯坦先發(fā)現(xiàn)了這個(gè),其他物理學(xué)家卻總是差那么一點(diǎn)?
類(lèi)似地,廣義相對(duì)論和量子力學(xué)之間的矛盾是什么? 它們之間被忽略的關(guān)鍵東西又是什么? 愛(ài)因斯坦統(tǒng)一牛頓力學(xué)和麥克斯韋電磁學(xué)的工作對(duì)我們統(tǒng)一廣義相對(duì)論和量子力學(xué)又有什么啟發(fā)?
學(xué)習(xí)歷史是為了更好把握未來(lái),科學(xué)也一樣。在這本書(shū)里,我會(huì)盡力把歷史說(shuō)清楚,現(xiàn)在和未來(lái)的問(wèn)題,就交給你來(lái)慢慢琢磨了。
好,下面進(jìn)入正題。
長(zhǎng)尾君,原名張文,2018年5月開(kāi)始以長(zhǎng)尾科技之名在公眾號(hào)上發(fā)表相對(duì)論的科普文章。此后,秉著想學(xué)什么就嘗試去科普什么,只有給人講清楚了,才算學(xué)明白了的費(fèi)曼式學(xué)習(xí)態(tài)度,在以科普促學(xué)習(xí)的道路上越走越遠(yuǎn)。長(zhǎng)尾君重點(diǎn)關(guān)注物理、數(shù)學(xué)、哲學(xué)以及中小學(xué)生的科學(xué)教育,堅(jiān)持以極為通俗的語(yǔ)言和縝密的邏輯把復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題說(shuō)清楚,希望更多人能感受到科學(xué)的美麗。已出版暢銷(xiāo)書(shū)《什么是高中物理》。
第1篇相對(duì)論前夜
01 日心說(shuō)的困境
02 相對(duì)性原理
03 慣性系
04 從實(shí)驗(yàn)到定律
05 伽利略變換
06 牛頓力學(xué)與伽利略變換
07 牛頓第二定律
08 絕對(duì)時(shí)空觀(guān)
09 電磁理論的挑戰(zhàn)
10 第一種可能性
11 第二種可能性
12 新的時(shí)空觀(guān)
13 電磁波的疑難
14 光速不變?cè)?/p>
15 結(jié)語(yǔ)
第2篇相對(duì)論誕生
16 電磁疑難
17 以太
18 光行差實(shí)驗(yàn)
19 阿拉果的實(shí)驗(yàn)
20 部分曳引假說(shuō)
21 斐索流水實(shí)驗(yàn)
22 一階光學(xué)實(shí)驗(yàn)
23 一階相對(duì)性原理
24 邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)
什么是相對(duì)論(狹義篇)
目錄
25 為什么是二階?
26 實(shí)驗(yàn)的結(jié)論
27 洛倫茲和電子論
28 長(zhǎng)度收縮假說(shuō)
29 牛頓與水桶實(shí)驗(yàn)
30 馬赫與水桶實(shí)驗(yàn)
31 不存在絕對(duì)運(yùn)動(dòng)
32 電磁感應(yīng)之思
33 相對(duì)性原理
34 真正的困難
35 對(duì)應(yīng)態(tài)定理
36 時(shí)間
37 最后的沉思
38 狹義相對(duì)論
39 升級(jí)牛頓力學(xué)
40 暫時(shí)的收尾
41 從歸納到演繹
42 結(jié)語(yǔ)
第3篇質(zhì)能方程
43 從狹義相對(duì)論出發(fā)
44 動(dòng)量守恒定律
45 伽利略變換
46 牛頓力學(xué)的定律
47 洛倫茲變換
48 狹義相對(duì)論的定律
49 新的動(dòng)量
50 新的動(dòng)能
51 質(zhì)能方程
52 回到牛頓力學(xué)
53 質(zhì)量與能量
54 牛頓的質(zhì)量
55 電磁場(chǎng)的挑戰(zhàn)
56 質(zhì)量虧損
57 核反應(yīng)特殊嗎?
58 質(zhì)量是能量的量度
59 新的圖景
60 不動(dòng)的質(zhì)量
61 結(jié)語(yǔ)
第4篇閔氏幾何及常見(jiàn)的相對(duì)論效應(yīng)
62 為什么很多人覺(jué)得幾何語(yǔ)言難?
63 兩個(gè)基本假設(shè)
64 光速不變的秘密
65 歐氏幾何不變量
66 線(xiàn)元決定幾何
67 閔氏幾何與狹義相對(duì)論
68 時(shí)空?qǐng)D
69 同時(shí)的相對(duì)性
70 兩個(gè)坐標(biāo)系
71 尺縮效應(yīng)
72 閔氏幾何的線(xiàn)長(zhǎng)
73 校準(zhǔn)曲線(xiàn)
74 雙生子佯謬
75 雙生子佯謬的幾何解釋
76 世界線(xiàn)和固有時(shí)
77 雙生子佯謬之完結(jié)篇
78 結(jié)語(yǔ)
拓 展 閱 讀
01 斐索流水實(shí)驗(yàn),以太理論和相對(duì)論的交鋒
02 當(dāng)相對(duì)論說(shuō)動(dòng)尺收縮時(shí),它是如何測(cè)量的?
03 從雷擊火車(chē)實(shí)驗(yàn)看同時(shí)的相對(duì)性
04 相對(duì)論里時(shí)間是相對(duì)的,會(huì)破壞因果律嗎?
05 聽(tīng)說(shuō)一切物體在時(shí)空中的速度都是光速c?
06 光子沒(méi)有質(zhì)量為什么有能量?
參考文獻(xiàn)