[每周一书] 了解世界的样子《七堂极简物理课》

少年时代的爱因斯坦曾度过一年无所事事的时光。很可惜,现在很多青少年的父母经常会忘记这样一个道理:一个没有“浪费”过时间的人终将一事无成。那时候,爱因斯坦因为受不了德国高中的严苛教育而中途辍学,回到了他位于意大利帕维亚的家中。

那个时候正是 20 世纪初,意大利工业革命刚刚开始,他的工程师父亲正在波河平原上建造第一批发电站。而爱因斯坦则在阅读康德的著作,偶尔去旁听帕维亚大学的课程——他听课只是为了好玩,既不注册学籍,也不参加考试。但正是这看似儿戏的行为使他成为真正的科学家。

后来,他去了苏黎世大学读书,开始全身心地投入到物理学的研究中。几年后的 1905 年,他向当时最负盛名的科学期刊《物理学年鉴》投寄了三篇文章,这三篇文章中的任何一篇都足以让他获得诺贝尔奖。其中第一篇指出了原子的存在,第二篇则奠定了量子力学的基础——我在下一课里会细说,而在第三篇中他提出了第一个相对论,也就是我们今天所说的“狭义相对论”。这个理论说明了对每个人来说,时间的流逝速度可以不一样——如果一对双胞胎中的一个人以高速运动,那么两人的年龄将不再相同。

爱因斯坦很快成为著名的科学家,收到了很多大学的聘书。即便是这样,仍然有些事让他心绪不宁——尽管他提出的相对论立刻获得了一片赞誉,但它与我们对引力的了解,也就是自由落体的认知产生了矛盾。他在写一篇总结相对论的论文时发现了这个问题,于是对伟大的物理学之父牛顿那著名的“万有引力”学说提出了质疑:我们能否修正一下这个理论,让它不再与新生的相对论水火不容?

为此他陷入了深思,并花了十年时间来解决这个问题。在这十年里,他疯狂研究,反复尝试,不断犯错,陷入混沌。他发表过错误的论文,有过各种灵光乍现的想法,也曾误入歧途。终于,在 1915 年 11 月,他发表了一篇论文,给出了完整的解答——这是一个全新的引力理论,他称之为“广义相对论”,这是他的杰作。伟大的苏联物理学家列夫·朗道(Lev Landau)称之为“最美的理论”。

世界上有许多感人至深、无与伦比的伟大作品,比如莫扎特的《安魂曲》、荷马的《奥德赛》、西斯廷礼拜堂的穹顶画、莎士比亚的《李尔王》……想要领悟这些作品的妙处,都要经历一个从头学起的过程,但最终获得的回报将是百分之百美的享受。其实,除了美感之外,这些作品还能为我们提供一个观察世界的全新视角。广义相对论,这颗爱因斯坦的明珠,正是这样一件杰作。

我还记得自己对这个理论初有心得时的激动心情。那是大学最后一年的夏天,在卡拉布里亚大区孔多弗里城的一片海滩上,我沐浴在希腊风情的地中海艳阳下。因为没有学校课业的打扰,学生在假期里往往能更专注地学习。我当时正在研读一本书,书页的边缘都被老鼠咬烂了。每当我忍受不了博洛尼亚大学那些无聊的课程时,就会跑回位于翁布里亚山区的家中。我的家不成样子,有点嬉皮风格,我每天晚上都会用这本书堵住那些可怜的小动物的洞口。此刻,我时不时地从书页中抬起头来,看看面前波光粼粼的大海,我仿佛看到了爱因斯坦想象中弯曲的时空。

这简直就像魔法一样:宛如一位朋友在我耳边低声细语,告诉我一个不同凡响却又不为人知的真相,瞬间揭开了遮蔽真实的面纱,展现出一个更简洁、更深刻的秩序。自从得知地球是圆的,像疯狂的陀螺一样旋转之后,我们就认识到事实并非如表面所见。每当我们瞥见事实新的一面时,都会激动不已,这意味着又有一层面纱要被揭开了。

在历史的长河中,我们的知识领域里先后出现过很多次飞跃,但爱因斯坦完成的这次飞跃或许是无与伦比的。这是为什么呢?首先是因为一旦我们掌握了其精髓,这个理论便简洁得惊人。下面我来简要地叙述一下……

注:上文节选自本书章节“第一课 最美的理论”。

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原作名: Sette Brevi Lezioni di Fisica
作者:[意] 卡洛·罗韦利
译者: 文铮 / 陶慧慧
评分:8.3

《七堂极简物理课》是写给那些对现代科学一无所知或知之甚少的朋友们的。这七堂课将带领读者领略 20 世纪物理学革命中最令人着迷的领域,以及这场革命开启的疑问和奥秘。因为科学不仅告诉我们如何更深入地理解这个世界,也会向我们展示未知的世界有多么广阔。

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