從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對(duì)論的啟示

項(xiàng)其杰

從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對(duì)論是物理學(xué)的巨大進(jìn)步，其中涉及到兩位重要的科學(xué)家，從這兩位科學(xué)家的身上我們能發(fā)現(xiàn)有什么共性的特點(diǎn)，對(duì)我們有什么啟示呢?讓我們先從這兩位科學(xué)家談起。

牛頓，在中學(xué)時(shí)代寄宿在一位藥劑師家中，學(xué)習(xí)到了很多化學(xué)、物理知識(shí)，畢業(yè)后，進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，花大量時(shí)間去思考自然哲學(xué)，光學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域，最終23歲發(fā)明了微積分，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)。

愛因斯坦，從小開始就一直對(duì)數(shù)學(xué)、物理學(xué)不斷追求，16歲開始思考有關(guān)相對(duì)論的問題，26歲建立了狹義相對(duì)論。

從兩人的成長(zhǎng)歷程來看，共同的特點(diǎn)是有興趣，從小就對(duì)科學(xué)孜孜不倦的追求，很早就開始思索科學(xué)問題，我們應(yīng)該學(xué)習(xí)他們那種如饑似渴、鍥而不舍、永不放棄的精神，

我們驚嘆萬(wàn)有引力和狹義相對(duì)論的想象力的同時(shí)，不禁要問它們的來源，關(guān)于兩人的傳記多次提到音樂，牛頓愛好風(fēng)管，愛因斯坦愛好小提琴，音樂是科學(xué)研究的催化劑，我們可以認(rèn)識(shí)到，培養(yǎng)多種興趣，無論對(duì)于學(xué)習(xí)，或是其它事情，都會(huì)有極大的好處。

從經(jīng)典力學(xué)的建立中，我們可以認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)對(duì)于物理學(xué)的重要性，數(shù)學(xué)，是一門古老而又極其成熟的學(xué)科，它建立在邏輯推理的基礎(chǔ)上，幾乎是無懈可擊，而其它學(xué)科，只有建立在數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)形式去表述自身，才能建立起嚴(yán)謹(jǐn)正確的體系，經(jīng)典力學(xué)正是用這一種數(shù)學(xué)方法，從而取得了無比輝煌的成就，而后來的量子論、狹義相對(duì)論、廣義相對(duì)論無不不是建立在數(shù)學(xué)語(yǔ)言的基礎(chǔ)之上，從而使得物理學(xué)迅速成為一門僅次于數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)科，物理學(xué)的這一發(fā)展模式，對(duì)于其它學(xué)科，比如化學(xué)，生物等等，我們都有借鑒之處。

從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對(duì)論，我們認(rèn)識(shí)到了經(jīng)典力學(xué)的局限性，但是，我們也必須認(rèn)識(shí)到，經(jīng)典力學(xué)曾經(jīng)取得無比輝煌的成就，它是不能也是不可能被拋棄的，它仍將在它適用的范圍內(nèi)大放光彩，我們必須認(rèn)識(shí)到，每一個(gè)理論，都會(huì)有它的局限性，我們不能因?yàn)橛辛诵碌睦碚摱鴴佅屡f的理論，科學(xué)研究是一代代人的積累，是一個(gè)不斷創(chuàng)新、不斷完善的過程。

建立狹義相對(duì)論，是需要無比大的勇氣的，當(dāng)時(shí)，物理學(xué)處于一片混亂之中，老一代的物理學(xué)家在尋找種種嘗試去拯救經(jīng)典力學(xué)，特別是以太，當(dāng)時(shí)沒有任何一個(gè)人敢對(duì)它說聲“不”字，而要推翻以太，推翻絕對(duì)時(shí)空觀，沒有勇氣是不行的，因此，我們應(yīng)該學(xué)習(xí)愛因斯坦那種追求真理、不畏權(quán)威、勇往直前的精神，而事實(shí)證明，這一種精神是非常重要的，是推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的實(shí)在因素，比如哥白尼、伽利略、布魯諾……

我們還必須認(rèn)識(shí)到，狹義相對(duì)論是時(shí)代的產(chǎn)物，是物理學(xué)發(fā)展到這一程度必然的產(chǎn)物，麥克斯韋的電動(dòng)力學(xué)無法滿足伽利略相對(duì)性原理，因此，必須引入狹義相對(duì)性原理，引入洛侖茲變換，從而使經(jīng)典力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一起來，這一過程是水到渠成，一氣呵成，因此，我們必須清楚地認(rèn)識(shí)到物理學(xué)的發(fā)展歷程，它不單是某個(gè)人的成就，從而，我們也不能盲目、一昧地夸大愛因斯坦的成就，

狹義相對(duì)論的體系簡(jiǎn)單明了，非常值得我們借鑒，從盡量少的假設(shè)出發(fā)，從而推出所有的解，這是歐氏幾何的公理體系，而狹義相對(duì)論借鑒了這一方法，僅從狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)沓霭l(fā)，構(gòu)造了完備的體系，而后來的廣義相對(duì)論，也是從等效原理和廣義相對(duì)性原理出發(fā)，建立了完備的框架，這一思想，不僅是在物理學(xué)上，特別是在其它學(xué)科，更是值得我們借鑒。

可以說，愛因斯坦發(fā)明狹義相對(duì)論，是從其16歲時(shí)的“假如我以光速追逐一束光波而去，我會(huì)看到什么?”的臆想實(shí)驗(yàn)開始的，這樣一個(gè)思考在當(dāng)時(shí)許多人看來是可笑的，沒有用處的，但是，它卻導(dǎo)致了狹義相對(duì)論的誕生，而在后來的廣義相對(duì)論建立過程中，愛因斯坦的“升降機(jī)實(shí)驗(yàn)”又孕育了廣義相對(duì)論，所有這些臆想實(shí)驗(yàn)，表面看來是可笑的，不切實(shí)際的，但往往能夠?qū)е滦吕碚摰恼Q生，因此，平常時(shí)我們也不妨去思考一下那么不切實(shí)際的、看起來非常低能的事情，而多思考也是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的首要因素。

從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對(duì)論，我們應(yīng)該體會(huì)到物理學(xué)的魅力，它的靈活性、趣味性，我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，其實(shí)物理是一個(gè)充滿想象的世界，它和游戲一樣引人人勝，因此，在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中，我們應(yīng)該保持這樣一種認(rèn)識(shí)，去享受物理，感知物理。