《七節極簡物理課》

《七節極簡物理課》

作者：【意】卡洛·羅韋利

出版社：湖南科學技術出版社

內容簡介：

在本書中，意大利物理學家卡洛·羅韋利，用詩一般簡潔優美的語言，向讀者講述了20世紀以來現代物理學最偉大的理論發現：相對論，量子力學，宇宙的結構，空間的顆粒，時間的本質……

這七堂課的經歷，仿佛一次冒險、一場偉大的旅行，充滿著年輕、好奇、詩意與感動，為我們打開了一個奇妙的物理學的世界，也帶我們輕盈飛過重重障礙，窺見科學的深刻與美麗。沒有繁瑣的方程，只有詩意的講述，即使沒有科學背景的人也能輕松讀懂。

試讀章節

世界上有許多感人至深、無與倫比的偉大作品，比如莫扎特的《安魂曲》、史詩《奧德賽》、西斯廷禮拜堂的穹頂畫、莎士比亞的《李爾王》……想要領悟這些作品的偉大之處，都要經歷一個從頭學起的過程，但最終獲得的回報將是百分之百美的感受。其實，除了美感以外，這些作品還能為我們提供一個觀察世界的全新視角。廣義相對論，愛因斯坦的這顆掌上明珠，正是這樣一件偉大的作品。

我還記得自己對這個理論初有心得時的激動心情。那是大學最后一年的夏天，在卡拉普里亞大區孔多弗里城的一片海灘上，我沐浴在地中海古希臘文明的陽光下。學生在假期中往往能更專注地學習，因為沒有學校課業的打擾。我當時正在研讀一本邊緣已被老鼠咬爛了的書，這本書之所以會成這樣，是因為每當我忍受不了博洛尼亞大學那些無聊的課程時，就會跑回位于翁布里亞山區的家中，我的家不成樣子，有點嬉皮風格，我每晚都會把這本書堵在那些可憐小動物們的洞口。此刻，我時不時把目光從書上移開，看看面前波光粼粼的大海:我仿佛看到愛因斯坦想象中的時空發生了彎曲。

這簡直就像魔法一樣：宛如一位朋友在我的耳邊低聲細語，告訴我一個不同凡響卻又遲遲未被發現的真理，突然間，他揭開了真理的面紗，把真理最為簡單卻又最為深刻的一面展現在我的面前。自從我們得知地球是圓的，像一個瘋狂的陀螺一樣旋轉時，就認識到這個真理并沒有我們想象的那么簡單，每次當我們隱約有一些新的發現時，都會激動不已，這意味著又有一層面紗被揭開了。

眾所周知，人類有過不計其數的飛躍，接連出現在歷史的長河中，但愛因斯坦完成的這次飛躍或許是無與倫比的。這是為什么呢？首先因為，我們一旦掌握了原理，那么這個理論就會簡單得令人驚嘆。下面我來簡要地概述一下他的思想：

牛頓已設法解釋了物體下落和行星運轉的原因，他假設在萬物之間存在一種相互吸引的“力量”，他稱之為“重力”。那么這個力是如何牽引兩個相距甚遠而彼此之間又沒有任何介質的物體的呢？這位偉大的科學之父并沒有給出答案，對此他顯得謹慎小心，未敢大膽展開想象。牛頓還提出了物體在空間中運動的假設，他認為空間就是一個巨大的空容器，一個能裝下宇宙的大盒子，也是一個碩大無朋的框架，所有物體都在其中做著直線運動，直到有一個力使它們改變方向。至于“空間”，或者說牛頓想象的這個可以容納世界的容器是由什么做成的，牛頓也沒有給出答案。

就在愛因斯坦出生前的幾年，兩位英國大物理學家——法拉第和麥克斯韋——為牛頓這個冰冷的世界添加了新鮮的內容：電磁場。所謂“電磁場”，是指一種無處不在的真實存在，它可以傳遞無線電波，使之布滿整個空間，它可以震顫，也可以波動，就像起伏的湖面一樣。它還可以將電力“四處傳播”。愛因斯坦從小就對電磁場十分著迷，這種東西可以讓爸爸修建的發電廠里那些發電機運轉起來，很快他懂得了，就像電一樣，重力也應該是由一種場來傳播的，宇宙間也應該存在一種類似于“電場”的“重力場”。于是他便開始潛心研究這個“重力場”是如何構成的，應當用怎樣的公式對其進行描述。

從此，一個非同凡響的理念產生了，這純粹是天才的想法：重力場不會在空間中“傳播”，因為它本身就是空間。這就是廣義相對論的概念。

其實，牛頓的那個物體運動的“空間”與這個傳播重力的“重力場”有異曲同工之妙。

這是一個驚世駭俗的理論，對宇宙做了驚人的簡化：空間不再是一種有別于物質的東西，而是宇宙中的一種“物質”元素，一種可以波動、彎曲、變形的實體。我們所在的空間不再像一個無形的堅硬框架，而是像一個容易變形彎曲的巨大軟體動物。太陽會使其周圍的空間發生彎曲，其實地球并非是在一種神秘力量的牽引下繞著太陽旋轉，而是正在一個空間中直線行進，只不過這個空間發生了傾斜。這就好像一個小球在漏斗中轉圈：漏斗中間并不會產生什么神秘的“力量”，小球會轉圈是由于漏斗壁彎曲的本質造成的。所以無論是行星繞著太陽轉，還是物體下落，都是因為空間發生了彎曲。

那么又該如何描述這種空間的彎曲呢？十九世紀最偉大的數學家、“數學王子”卡爾·弗里德里希·高斯已經寫出了描述二維空間彎曲表面（比如小山丘的表面）的公式。他還讓自己的得意門生推導出三維或者多維空間的公式。這位學生就是伯恩哈德·黎曼，他寫了一篇重量級的博士畢業論文，但論文里面討論的東西看起來全然無用。這篇論文的結論是任何一個彎曲空間的特征可以用數學的方法來描述，如今我們將這種方法稱為黎曼曲面，用大寫的“R”來表示。后來愛因斯坦也寫了一個公式說明這個R和物質的能量是成比例的，也就是說：空間在有質量的地方才發生彎曲。就這么簡單。這個公式只有半行的長度，僅此而已。空間的彎曲是一種觀點，也是一個公式。

然而在這個公式中卻蘊含著一個光彩奪目的宇宙。從此，人們開啟了廣義相對論這一神奇的寶藏。這一連串神乎其神的預言看似瘋子的妄想，然而卻都得到了實驗的證實。

插畫/屈苗苗（長沙市周南中學）

（在現代物理學描繪的幅宏大畫卷中，人類究竟扮演了什么角色？難道我們也只是由量子和粒子構成的嗎？如果是這樣，我們的價值、夢想、情感又是什么呢？……如果你想知道答案，就請加入十幾歲學生QQ群：284949290。在這里，我們將一同體驗閱讀的樂趣！）

讀后感

科學的過程就是不斷地推翻前人的結論并提出一個更加better的結論與公式。而往往它們的差別，存在于一些細微之處，有的人看得見，有的人看不見。 也許，在不久的將來，我們中有人能夠完成愛因斯坦所沒有完成的統一場論。

——張伯洋（長沙市第一中學2014屆畢業生，現就讀于美國密蘇立大學）

少了枯燥的長篇理論，多了豐富的趣味及想象。在這本書中，我見證了小小的一條理論經是如何經過數道“工藝”加工而產生，也領略了愛因斯坦心底的奇妙世界。也許閑暇時翻一翻此類文章，用思考的方式汲取前人的經驗，從全新的角度看世界，你會發現科學理論果真是美麗的。

——周蔚然（長沙市明德中學K419班）

與現在各大小說一言不合就是百萬字的趨勢不同，《七節極簡物理課》卻在“極簡”二字下功夫。把抽象的物理知識通過極簡的語言說出來，用形象的語言為我們解讀了艱澀的物理原理，構建出了物理的大框架，更讓我們得以窺見科學世界的美妙。

——王杰（湖南師大附中博才實驗中學1425班）

讀到《七節極簡物理課》，我忽然感到萬分欣喜，像被愛琴海溫柔的水波輕撫。恍惚中看見海水折射出炫麗的陽光將我們引入物理世界的大門。他把高深的理論簡單淺顯地呈現，重新點燃了我們對于探索世界本質的熱情。余既得見真理，又何故不歡喜？

——周科（長沙鐵路第一中學2013屆畢業生，現就讀于哈爾濱工程大學）