學(xué)一點(diǎn)相對(duì)論

[摘 要] 人類今天的文明，是與創(chuàng)建經(jīng)典力學(xué)牛頓及創(chuàng)建相對(duì)論愛(ài)因斯坦，分不開的。科學(xué)家共同特征：不受思想束縛和堅(jiān)持自然科學(xué)的研究方法。

[關(guān) 鍵 詞] 物理；相對(duì)論；經(jīng)典力學(xué)

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）17-0137-01

什么是相對(duì)論呢？有人舉例說(shuō)：開會(huì)的時(shí)候，那個(gè)會(huì)特?zé)o聊，你會(huì)覺(jué)得時(shí)間變慢。相反，當(dāng)你跟一個(gè)帥哥或美女去約會(huì)，時(shí)間總是過(guò)得很快。

如果讓學(xué)生舉出熟悉科學(xué)家的姓名，無(wú)論是文科還是理科，無(wú)論大學(xué)生還是中學(xué)生，大多數(shù)人都會(huì)說(shuō)“牛頓、愛(ài)因斯坦”。

在職業(yè)院校，應(yīng)該了解一點(diǎn)相對(duì)論。一說(shuō)相對(duì)論，就想到愛(ài)因斯坦，說(shuō)愛(ài)因斯坦還是從牛頓談起。

一、牛頓經(jīng)典力學(xué)

牛頓經(jīng)典力學(xué)在低速、宏觀領(lǐng)域取得了巨大的成就。從地面上的物體到宇宙中的天體都遵循經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律。有一些物理概念是平凡的。但是平凡的物理概念卻往往不是簡(jiǎn)單的。比如，“什么是時(shí)間？什么是空間？什么是相對(duì)？時(shí)間和空間可以說(shuō)是最常見、最平凡的概念了。給它下個(gè)定義，沒(méi)有恰當(dāng)?shù)拇鸢浮?/p>

在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓寫到“絕對(duì)空間，就其本性來(lái)說(shuō)，與任何外在的情況無(wú)關(guān)，始終保持著相似和不變”。“絕對(duì)的、純粹的數(shù)學(xué)的時(shí)間，就其本身和本性來(lái)說(shuō)，均勻地流逝而與任何外在的情況無(wú)關(guān)。”在牛頓體系中時(shí)間、空間和外在的情況，是相互獨(dú)立的、絕對(duì)的。

大家知道“現(xiàn)在是8點(diǎn)鐘”我們指的是北京時(shí)間，那么紐約時(shí)間就不是8點(diǎn)了，時(shí)間是相對(duì)的。

1632年伽利略出版了他的名著《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》。書中講述了“薩爾維阿帝的大船”的問(wèn)題。一艘大船，在大海里勻速運(yùn)動(dòng)，你無(wú)法從其中任何一個(gè)現(xiàn)象來(lái)確定船是在運(yùn)動(dòng)還是停著不動(dòng)。薩爾維阿帝的大船道出了一條極為重要的真理：從船中發(fā)生任何一個(gè)現(xiàn)象，你無(wú)法確定船是在運(yùn)動(dòng)還是停著不動(dòng)。在從牛頓經(jīng)典力學(xué)到相對(duì)論的發(fā)展中，伽利略相對(duì)論原理不需要任何修正，成為狹義相對(duì)論的基本原理之一。

二、從牛頓定律到愛(ài)因斯坦相對(duì)論

在牛頓經(jīng)典力學(xué)中時(shí)和空是絕對(duì)的，但在相對(duì)論中卻都變成相對(duì)的了。

1905年，愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的論文發(fā)表三個(gè)月，他又寫了一篇不到兩千字的論文《一個(gè)物體的惰性與它所包含的活潑性有關(guān)系嗎？》他認(rèn)為：物體的惰性就是物體的活潑性的量度。

這就是新時(shí)代標(biāo)志之一的著名公式：E=mc2

在牛頓力學(xué)中，慣性和活力之間、質(zhì)量和能量之間，是相互獨(dú)立的，沒(méi)有關(guān)系的。在相對(duì)論中，質(zhì)量和能量是物體的統(tǒng)一力學(xué)性質(zhì)的兩個(gè)不同方面。由這個(gè)公式可以知道即使物體靜止時(shí)，其能量也不為零，而是：E=mc2。這個(gè)能量稱為靜能。

牛頓經(jīng)典力學(xué)使我們認(rèn)識(shí)了身邊遠(yuǎn)小于光速的萬(wàn)物運(yùn)動(dòng)的道理。尤其萬(wàn)有引力理論，幾乎是一種無(wú)往而不勝的理論了。但在廣義相對(duì)論中，牛頓經(jīng)典力學(xué)必須修正。

在廣義相對(duì)論中，牛頓給出的引力具體表達(dá)式已經(jīng)不是嚴(yán)格正確了。和伽利略一樣，愛(ài)因斯坦也設(shè)計(jì)了一個(gè)理想模型來(lái)分析問(wèn)題，不過(guò)伽利略喜歡斜面，愛(ài)因斯坦喜歡電梯。在電梯理想模型中，科學(xué)家觀測(cè)任何問(wèn)題的力學(xué)現(xiàn)象，都看不到任何引力的跡象。

我們可以在任何一個(gè)局部范圍找到一個(gè)參考系，在其中引力的作用全被消失。引力的本性就在于引力能在某一個(gè)參考系中局部地消除。這就是在電梯理想模型中抽象出來(lái)的一個(gè)引力的基本性質(zhì)——等效原理。

等效原理保證在任何時(shí)刻、任何空間必定存在一個(gè)愛(ài)因斯坦電梯，電梯中的一切現(xiàn)象好像宇宙間沒(méi)有引力一樣。

廣義相對(duì)論認(rèn)為：引力的作用在于決定各局部慣性系之間的聯(lián)系。愛(ài)因斯坦經(jīng)過(guò)努力最后總結(jié)出引力方程。

在愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中，空間、時(shí)間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是相互作用著的。

從牛頓經(jīng)典力學(xué)到現(xiàn)代物理系，它們有共同特征：

1.“太”基本，“太”抽象。有一些物理概念是平凡的。但是平凡的物理概念卻往往不是簡(jiǎn)單的。比如，“什么是時(shí)間？什么是空間？什么是相對(duì)？”這些問(wèn)題對(duì)于人們?nèi)粘ｊP(guān)心的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，似乎是另一個(gè)世界的事。但是就是這些問(wèn)題，是任何現(xiàn)實(shí)世界的東西所代替不了的。

2.科學(xué)的研究方法。物理問(wèn)題是抽象的，但絕不是空談。物理理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的研究方法是十分科學(xué)的。

3.都有自然科學(xué)家的胸懷。愛(ài)因斯坦是一位崇尚理性、崇尚科學(xué)崇高胸懷的代表。

回顧從亞里士多德到牛頓再到愛(ài)因斯坦，牛頓解決了許多亞里士多德沒(méi)有解決的問(wèn)題，但也留下了自己的困難。愛(ài)因斯坦解決了牛頓理論中的一些問(wèn)題，但也帶來(lái)了新的問(wèn)題……人類兩千年不停地探索，期待這些答案，但卻不會(huì)有最終的答案。

中專生應(yīng)當(dāng)具備起碼的科學(xué)精神，了解必備的科學(xué)知識(shí)，掌握基本的科學(xué)方法。物理學(xué)作為研究自然界最普遍規(guī)律的科學(xué)，對(duì)世界觀形成所起的作用是最直接的。物理學(xué)的研究方法是科學(xué)方法的典型代表。

最后，引用《史記》里的一句話“高山仰止，景行行止，雖不能止，然心往之”結(jié)束本文。

參考文獻(xiàn)：

趙中立.紀(jì)念愛(ài)因斯坦譯文集[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1979.