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、時間和物質(zhì)的方式。他認識到，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)時間并不像牛頓(Isaac Newton)所認為的那樣是絕對的，而是相對的。在運動系統(tǒng)中，時間的流逝是不同的。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，愛因斯坦還認識到，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?   愛因斯坦并不認為他的公式對描述粒子的相互作用會有用，可是我們已經(jīng)看到，在適當?shù)臅r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)湮沒成兩個光子，或者通過兩個光子碰撞而產(chǎn)生一對正負電子。核反應堆中能量的產(chǎn)生也是愛因斯坦公式的直接應用。    在本書中，我以愛因斯坦、牛頓和一位名叫哈勒爾的現(xiàn)代物理學家三人對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為，這樣可以更好地描述一個人在了解相對論(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習相對論的方法，而且也能用這種方法去學習相對論。愛因斯坦的理論對于我們理解這個世界是非?；镜模總€人至少都應該知道它的主要思想。正因為如此，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

一個簡單的數(shù)學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論的基本思想，其中著名的質(zhì)能方程幽那。在人們認識自然界的物質(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方程所描述的物理原理，因此后者通過前者而改變了整個世界。
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教授。他們代表了物理學發(fā)展的三個不同時代。通過《改變世界的方程(牛頓愛因斯坦和相對論)》中三人之間生動活潑的對話，讀者可以切身領(lǐng)會相對論的時空觀，比如光速不變性原理、時間延緩和空間收縮。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，著名理論物理學家與科普作家。1971年在慕尼黑工業(yè)大學獲得博士學位。曾經(jīng)在斯坦福大學、加州理工學院和歐洲核子研究中心工作，1980年受聘成為慕尼黑大學索末菲教授(Sommerfeld
Chair)，2008年退休。他與蓋爾曼合作多年，共同為量子色動力學——描述強相互作用的理論——做出了意義深遠的奠基性工作。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。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  牛頓和絕對空間
第三章  邂逅牛頓
第四章  關(guān)于光的對話
第五章  牛頓與愛因斯坦相會
第六章  光速乃自然常量
第七章  事件、世界線和佯謬
第八章  時空中的光
第九章  時間延緩
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  時空之奇妙
第十四章  質(zhì)量的時空性質(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
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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)的物理量都是相對的。比如，人馬上就能感覺到加速。閉著眼睛坐在汽車里，當汽車改變速度即當它加速或減速時，我們立刻就能感覺到。當汽車加速時，我們被推回到我們的座位；作為加速作用的結(jié)果，我們開始意識到力。這個力出現(xiàn)是因為每個物體都想保持它的運動狀態(tài)不變。如果這么做受到阻礙，就會出現(xiàn)一種所謂慣性力來阻止加速。如果我們現(xiàn)在取一輛運動著的并在加速的汽車做我們的參考系，我們會注意到，原來靜止的物體，比如擱置在汽車儀表板上的鉛筆，便不會呆在原處。由于是取決于加速的程度，它們將向后滑動。慣性力的出現(xiàn)清楚地表明，我們處理的并不是一個慣性系。在加速參考系中，物體一般不會沿直線運動；它往往會沿著相當復雜的曲線運動。來源于加速作用的慣性力可以被測量，因此表示它不取決于參考系。物體的加速度有絕對的含義，與物體的速度不同，后者是相對的并且因此依賴于參考系?，F(xiàn)在讓我們回到牛頓絕對空間的思想。我們剛才已經(jīng)看到，對每個慣性系而言，存在無窮多種相對于第一個系統(tǒng)做勻速直線運動的其他慣性系。這些系統(tǒng)中的哪一個可以說是從牛頓的意義上描述了絕對空間昵？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？因為空間通過其中的物質(zhì)及通過物體置于其間的諸多方式顯現(xiàn)出來。對牛頓來說，絕對空間的思想有種幾乎是神秘的、甚至是宗教的含義；對他而言，它代表一種可以與上帝相比的完全令人滿足的精神。我們會認為諸如絕對空間等性質(zhì)只有上帝才擁有。

編輯推薦

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

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