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第一章中
我们成功说明了亚里士多德的直观时空观是一个沉重的负担
也就是说
空间不是一个固定不变或绝对的结构
它仅给事物提供了一个发生的场所
我们读到了伽利略已经领会到持有绝对空间的观念是没有意义的
但他仍然坚持对时间的观念
上一章中
我们进入了十九世纪
接触了法拉第和麦克斯韦的物理学
了解到光是一种电磁场
这是优美的麦克斯韦方程组揭示的
这些都会导致什么结果呢
如果抛弃绝对空间的观念
那么用什么来替代它
绝对时间的观念崩溃又是什么意思呢
我们在本章中给出解答
毫无疑问
爱因斯坦是现代科学的标志人物
他蓬乱的白发和不穿袜子的样子几乎成了一个教授的标准形象
因此
出现在孩子画作中的科学家形象经常是一个白发老人
然而
本书中的思想是由一个年轻人提出的
二十世纪之交
在思考空间和时间本质时
爱因斯坦才不过二十岁出头
他成立了家庭
有一个年轻的妻子
那时他没在大学或研究机构任职
却经常与几个朋友聚在一起讨论物理问题
时常到深夜
爱因斯坦显得有点远离主流学术团体
现代人倾向于将他视为一个大获全胜的独行侠
这导致一个不幸的后果
这给某些疯子提供了榜样
他们认为自己单枪匹马发现了一种新的宇宙理论
却不明白为什么没有人听他们的
事实上
尽管爱因斯坦的学术生涯开始的并不轻松
但他却与科学界有着非常密切的联系
令人奇怪的是
他坚持探索那个时代重要的科学问题
却没有取得大学的学术职位
二十一岁时
他从瑞士联邦理工学院毕业
取得了科学和数学专业教师的资格
随后担任了一系列临时教职
为撰写博士论文争取了时间
一九零一年
在瑞士北部沙夫豪森的一所私立学校任教时
他向苏里奇大学提交了博士论文
却遭到拒绝
那次挫败之后
他搬到了博尔尼
在瑞士专利局开始了三等技术专家的职业生涯
这时
他拥有相对稳定的收入和自由
这成就了他一生中成果最多的几年
历史上任何一个科学家在同样短暂的时间内都无法企及
这本书主要讲述一九零五年奇迹年中爱因斯坦完成的工作
这一年
他首先写下了一等于MC平方
并因此获得了博士学位
他完成了一篇关于光电效应的论文
后来他因此获得了诺贝尔奖
一九零六年
爱因斯坦还在专利局工作
他因彻底改变我们对宇宙的看法而被提升为二等技术专家
一九零八年
他终于在博尔尼获得了一个合适的学术职位
这让人忍不住去想
如果那些年爱因斯坦没有把物理学当做业余爱好
他会取得什么成就
他总是满怀深情的回首博尔尼的往事
在上帝难以捉磨中
爱因斯坦的传记作者兼朋友亚伯拉罕
帕伊斯对爱因斯坦在专利局的日子做出了形容
他写道
那是他最接近于人间天堂的日子
因为他有时间思考物理学
在通往e等于MC平方的道路上
爱因斯坦的灵感来自麦克斯韦方程组
他的数学美给他留下了深刻的印象
促使他去认真对待光速不变的结论
光速不变具有科学基础
不具有太大争议
因为麦克斯韦方程组是以法拉第的实验作为基础的
是什么让我们挑起了纷争呢
阻碍我们前进的只是一种偏见
这种偏见使我们无法接受这样的事实
即
无论我们以多快的速度追赶
所追物体的速度都保持不变
若你以四十英里每小时的速度行驶
此时一辆汽车以五十英里每小时的速度从身旁经过
很明显
你会看到这辆车以十英里每小时的速度开走
如果我们接受爱因斯坦的观点
认为身边的光速不随我们行走的速度而改变
那么前面原本显而易见的结论将是一种偏见
我们必须承认常识的误导性
抵制这种偏见
跟随爱因斯坦
看看光速不变会带给我们什么结论
爱因斯坦狭义相对论的核心是两个假设
用物理的话来说
是两个公理
公理是假定为真的命题
基于公理
我们得以推演出结论
然后在现实世界中用实验来检验这些结论
运用公理是一个古老的记忆
最早可以追溯到古希腊
采用公理的方法
欧几里得在几何原本中发展了一套现在仍在学校讲授的几何体系
其中他对公理的方法的应用广为人知
根据五条公社
欧几里德建立了他的几何学
他还认为这五条公社是不言而喻的
然而
随后我们便会看到
欧几里得几何仅仅是许多可能几何体系中的一种
它适用于像桌面这样的平直空间用来描述地球表面的几何学就不属于欧几里得几何
而是由另一套完全不同的公理定义的
我们很快还会碰到另外一种重要的几何学
例子
时空几何学
对照自然检验
通过公理得出结论是重要的一个环节
古希腊人没能广泛使用
否则的话
今天的世界会是另外一番景象
早在十一世纪
这个简单步骤被穆斯林科学家使用
到十六世纪和十七世纪
已在欧洲生根发芽
最终
在实验的支持下
科学迅速发展
技术的进步和繁荣也随之而来
爱因斯坦第一个公理是麦克斯韦方程组成立
即无论光源或观察者如何运动
光总是以相同的速度在真空运动
他的第二条公理主张遵循伽利略的说法
即任何实验都不能用来标识绝对运动
有了这两个命题作为武装
我们就可以像优秀的物理学家那样继续去探索了
爱因斯坦的理论源于他的两个公理
理论的最终检验标准却是他预测和解释实验结果的能力
科学一向如此
搬用费曼的话来说
概括起来讲
我们通过以下步骤寻找新的规律
首先 猜猜看
然后基于猜测计算出结果
看看这个基于猜测的定律后面蕴含的结论
接着将结果与大自然实验或经验进行对比
通过与观测结果直接对比来判断猜测是否可行
如果与实验不一致
那么理论就猜错了
这简短的一句话
是科学的关键
这跟你的猜测有多美没有关系
跟你多聪明
你是谁
叫什么也没关系
只要与实验不符
就是错的
就是这样
这则绝妙的话
摘录于费曼在一九六四年的一次演讲
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