一個簡單的數(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論的基本思想,其中著名的質(zhì)能方程E = mc 2在人們認(rèn)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。
本書的主要內(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)展的三個不同時代。通過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。
1905 年,年輕的愛因斯坦(Albert Einstein)改變了我們思考空間、時間和物質(zhì)的方式。他認(rèn)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(rèn)為的那樣是絕對的,而是相對的。在運(yùn)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(rèn)識到,物質(zhì)和能量在本質(zhì)上是相同的。根據(jù)他的著名方程E = mc 2,質(zhì)量可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰。愛因斯坦并不認(rèn)為他的方程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(dāng)?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(fù)電子。核反應(yīng)堆中能量的產(chǎn)生也是愛因斯坦方程的直接應(yīng)用。在本書中,我以愛因斯坦、牛頓和一位名叫哈勒爾(Adrian Haller)的現(xiàn)代物理學(xué)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?yàn),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》(Dialogue on the Two Chief1改變世界的方程World Systems)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)相對論的方法,而且也能用這種方法去學(xué)習(xí)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(yīng)該知道它的主要思想。正因?yàn)槿绱耍蚁M緯谥袊苡性S多讀者。
哈拉爾德·弗里奇
2004 年10 月于慕尼黑
哈拉爾德·弗里奇(Harald Fritzsch),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(Som?merfeld Chair),2008 年退休。他與蓋爾曼合作多年,共同為量子色動力學(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》(Quarks)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。
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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