相对论百年故事

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具体描述

  百年前由爱因斯坦一手建立的宇宙图象与典范
  百年后中文世界首部本土创作之相对论科普着作
  ★荣获2016吴大猷科普奖银签奖


  一百年前,也就是1915年的11月25日,爱因斯坦发表「重力场方程式」,并进而完成了「广义相对论」。这是迄今为止影响人类文明进程至为重大的科学突破,让我们得以有系统地了解这个化育万物的神祕宇宙。

  黑洞、宇宙膨胀、重力波……这些深奥的宇宙故事,其实与我们的日常生活息息相关。没有「广义相对论」协助修正地面与太空中的时间流逝差异,GPS就不可能帮我们找到正确的目的地。科学,看似遥远,其实很近。

  适逢相对论百年纪念,中央研究院余海礼教授召集国内多位相对论学者,共同完成了《相对论百年故事》。本书系百年以来,中文世界首部本土创作之相对论科普着作,全书运用生动、简易的叙事方式,搭配多幅精彩图片,深入浅出地解释复杂的科学概念,其中包括银河中黑洞的生成与死亡、宇宙初开的故事,以及我们最终的命运等。借由推动正确的科普知识来破解误解与谬论,启发我们对于科学的兴趣与理性思维的能力。
宇宙的低语:从星辰到量子纠缠 一本探索我们如何理解宇宙基本规律的史诗之旅 导言:当我们仰望星空时 自古以来,人类便对头顶的夜空充满好奇。那些闪烁的光点,不仅是遥远的恒星,更是我们理解自身在宇宙中位置的线索。然而,我们对这些现象的理解,经历了一场又一场深刻的革命。本书并非聚焦于某一个特定的理论,而是以时间为轴线,串联起那些奠定现代物理学基石的伟大思想和关键人物,呈现一幅关于人类认知不断拓展的宏伟画卷。 我们将从亚里士多德的朴素宇宙观开始,那时,地球是宇宙的中心,天体的运动遵循着完美的圆形轨道。这种直觉上“合理”的模型统治了人类思维近两千年。直到哥白尼的日心说,才将我们从宇宙的中心推开,引发了第一次关于宇宙结构认知的巨大震动。 第一部:机械世界的精确蓝图——牛顿的遗产与挑战 在伽利略和开普勒的观测与计算之上,艾萨克·牛顿构建了一个宏大而优雅的框架——经典力学。这本书将详细解析牛顿第二定律如何支配着行星的运行、潮汐的起落,以及地上的抛体运动。我们不仅会探讨万有引力定律的发现过程,更会深入研究它在随后的两个世纪里如何成为物理学的“圣经”,精确地预测着天体的位置,支撑着工业革命的蒸汽与齿轮。 然而,任何伟大的理论都有其边界。本书将细致描绘在十九世纪末期,经典物理学遭遇到的两个主要“危机点”:一是水星轨道的微小异常,二是黑体辐射和光电效应的理论困境。这些看似微不足道的“瑕疵”,实则是通往全新物理学大门的钥匙。 第二部:光、电与场的交响——电磁学的统一 在经典物理学的辉煌时期,法拉第和麦克斯韦的合作,将电与磁这两股看似不相关的力量统一在了一套简洁而优美的方程组中。我们将详细梳理麦克斯韦方程组的物理意义,它如何预言了电磁波的存在,并揭示了光本身就是一种电磁波的现象。 这一部分的重点在于理解“场”的概念如何取代了超距作用的神秘性。我们不再需要想象两个物体之间存在着看不见的绳索来传递力,而是理解空间本身被一种看不见的介质——电磁场——所占据和弯曲。我们将讨论十九世纪末对“以太”的探索,以及那些最终导向更深刻变革的实验,例如迈克尔逊-莫雷实验,它们像无声的警钟,预示着时间的相对性即将到来。 第三部:时空的新尺度——速度与引力的重塑 我们不会止步于对既有理论的颂扬,而是要深入剖析那些推翻了“绝对时间”和“绝对空间”假设的思想实验。本书将以清晰的叙述,带领读者理解如何通过同时性的相对性、尺缩效应和时间膨胀来构建一个新的、更加一致的宇宙视图。 随后的篇章将转向引力本身的本质。我们不再将引力视为一种瞬时的作用力,而是理解为物质对时空几何结构的弯曲。从弯曲时空的概念出发,本书将探讨广义相对论如何完美解释了水星轨道的进动,并预测了光线在引力场中的偏折,为日食观测提供了关键的验证。此外,我们还将简要介绍广义相对论在现代宇宙学中的应用,如黑洞的存在性预测及其在引力波探测中的重要性。 第四部:微观世界的奇异舞蹈——能量的量子化与不确定性 当物理学家深入到物质的最微小尺度时,他们发现熟悉的直觉完全失效了。本书将聚焦于量子理论的起源——普朗克对黑体辐射的假设,以及爱因斯坦对光电效应的解释,这两者共同将能量的概念从连续的河流变成了不连续的“小包裹”(量子)。 接下来的部分将深入到波尔的原子模型,解释了为什么电子只存在于特定的能级上。然后,我们将探讨德布罗意物质波的概念,即粒子也具有波的属性,这为后来的量子力学奠定了基础。 我们将重点分析海森堡的不确定性原理。这不是一个关于测量技术不佳的陈述,而是宇宙本身固有的一个基本限制——我们不可能同时精确知道一个粒子的位置和动量。这本书将详细阐述这种内在的概率性如何取代了经典物理学中决定论的确定性。 第五部:相互关联的现实——叠加态与量子信息 本书的后半部分将转向量子力学的成熟形态——薛定谔方程,以及它所描述的奇异现象。我们将探讨叠加态的概念,一个粒子可以同时处于多种可能状态的奇特境地,直到被观测的那一刻。 我们将详细讨论量子纠缠这一现象,被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”。我们将深入理解两个粒子如何能够以一种超越时空限制的方式相互关联,无论它们相距多远。这不仅是理论物理的深刻挑战,也是通往下一代信息技术(如量子计算和量子加密)的理论基石。 结语:开放的边界与未解之谜 现代物理学的两大支柱——广义相对论(描述宏观引力)和量子场论(描述微观基本粒子)——虽然各自取得了巨大的成功,但在描述黑洞中心或宇宙大爆炸的瞬间时,它们却无法和谐共存。本书的最后,将引导读者思考当前物理学前沿的重大挑战:如何构建一个统一的“万有理论”(Theory of Everything),融合引力与量子力学。从弦理论到圈量子引力,这些仍在探索中的领域,揭示了人类求知欲的永不止息。 这本书旨在提供一个全景式的视角,展示人类如何通过数学、实验和纯粹的想象力,一步步揭开了宇宙运行的深层规律。它不是一个公式手册,而是一部关于人类智慧如何面对已知边界、并勇敢跨越的精彩历史。

著者信息

作者简介

中华民国重力学会 主编


  学会的宗旨及任务,乃在推动各个相关的重力事业及研究。
  编译重力图书及发行期刊,修订重力名词。
  奖励重力科学着述及发明,参加及举办国内外重力科学活动。
  联系国际重力科学活动及国际重力学家。
 
作者(依姓氏笔划排列)

卜宏毅

  
(中研院天文及天文物理所博士后研究)

江袓永

  
(国立中央大学物理系副教授)

余海礼

  (中央研究院物理研究所研究员)

李沃龙

  (国立台湾师范大学物理系助理教授)

巫俊贤

  (东吴大学物理系副教授)

林世昀

  (彰化师大物理系教授)

林俊钰

  (国家实验研究院高速网路与计算中心副研究员)

曹庆堂

  (淡江大学物理系教授)

陈江梅

  (国立中央大学物理系教授)

许祖斌

  (成功大学物理系教授)

游辉樟

  (成功大学物理系副教授)

聂斯特

  
(国立中央大学物理系教授)

图书目录

序一:广义相对论一百年/余海礼
序二:迎向第二个百年/游辉樟
序三:历史回顾与展望/中华民国重力学会
 
1 广义相对论百年史 / 聂斯特、陈江梅
探索新视界:广义相对论的发展 
物理与数学的火花:广义相对论诞生 
爱因斯坦的预言:光线弯曲与观测 
宇宙的动、静与宇宙常数项 
重力波存在吗? 
统一场论的追求 
重力能量──对称与守恆 
 
2 宇宙学百年回顾 / 李沃龙、巫俊贤
我的位置决定我的星空 
牛顿的绝对空间 
空间几何大不同 
爱因斯坦的弹性空间 
看似不存在的宇宙常数 
光的红移:德西特效应 
弗里德曼的宇宙演化论 
膨胀的宇宙与创世纪 
空间膨胀的标准模型? 
宇宙大霹雳的发现 
大霹雳宇宙仍有后遗症 
顾史的暴胀宇宙 
量子起伏与宇宙微波 
空间扰动的波澜:重力波 
南极观测:太初重力波的测量 
宇宙真的有起点? 
宇宙原来可以理解! 
 
3 黑洞 /卜宏毅、林世昀、曹庆堂
黑洞概念的萌芽 
史瓦西的数学精确解 
奇异的史瓦西时空与事件视界 
神祕的中心奇异点 
带电的黑洞──两个视界 
潘朵拉的盒子──克尔的旋转黑洞 
黑洞的观测证据 
黑洞与吸积流 
黑洞喷流──壮观的宇宙风景
错综复杂的黑洞生态系统 
寻找黑洞的直接证据 
黑洞热力学 
黑洞资讯弔诡 (information paradox) 
黑洞互补性与防火墙 
黑洞辐射的观测与实验 
为何世间多杞人
 
4 重力波与数相对论 /林俊钰,游辉樟
广义相对论与重力波 
如何观测重力波 
重力波捎来宇宙的讯息 
数值相对论:计算宇宙的奥秘 
解开自然的法则
 
5 物理中的时空概念 / 江袓永
从牛顿开始 
质「点」是主角 
弯曲的时空与场 
有场论便毋需质点 
量子物理像要改变一切 
「气一元论」──时空就是一切 
微观的世界──量子时空 
不断发展的时空观 
 
6 时间、广义相对论及量子重力 / 余海礼、许祖斌
牛顿、苹果与月亮 
爱因斯坦和他的诺贝尔奖 
时间存在与否? 
四维时空对称与量子重力势不两立 
广义相对论扑朔迷离的一面 
时间起源自量子重力 
古典时空重建 
杞人「忧天」有道理 
重力与标准模型中的杨─密场的类比 
宇宙的初生与时间箭头的方向 
 
延伸阅读与参考文献

图书序言

序一

广义相对论一百年


  百年前,英国哲学家罗素应梁启超、张东荪等人的邀请,首次把当时萌芽不久的爱因斯坦关于牛顿万有引力的新典范──广义相对论(简称广相)介绍到中国。经过了数代人的努力与承传,百年后的今天,我们这一代的广相研究社群,终于能够广泛地在广相各个相关领域及议题中,诸如弯曲时空的黑洞物理、起始数据问题、数值广相、时空的哲学分析及重力的量子化……等问题上,做出点以致面的历史性贡献。
 
  百年来用英文(及其翻译)书写有关广相的科普书虽不致于汗牛充栋,却也不胜枚举;但以原生的中文广相科普阐述台湾广相研究社群创作的结果,却是科普史上的首次。 本书的结集出版,不单是台湾广相研究社群(或更广义地称作重力研究社群)在继往开来的行动中的里程碑,更是一次向世界自信地展现自我观点的实现。本书除了是介绍广相的一般科普书借,我们也自我期许,将本书视为人类文明史上一本重要的历史文献。
 
  广相乃是对关于我们赖以生存的波澜壮濶的宇宙本身,及其中抽象的时间、空间学问的研究,既真实又基本。书中的文章,除了呈现广相神祕有趣的各个面向外,更试图架构一幅超越百年前由爱因斯坦一手建立的宇宙图象及典范;尤其是在关于能量密度及时间的概念上,更是直指广相内在的矛盾核心,尝试一举解开其内在的逻辑谬误。
 
  书中每位作者都尽最大可能地运用最简单有趣的言词及例子,介绍广相的各种深奥问题及概念;但我们认为当真理简单到不能再简单时,就不应刻意强求简单,以致扭曲了真理的本貌。同时,本书作为一份历史文献,也就无可避免地牵涉到一些超越我们这个时代的概念;读者如一时无法消化,可以默记心中,时间终将会让今日难以完全言喻的真理,在日后呈现真相。为了弥补可能的缺失,未来的一年内,只要国内超过三十人的读书会向中华民国重力学会提出解说申请,我们承诺将派出会员解说书中内容。
 
  感谢大块文化鼎力相助,出版这可能赔本的集子。当然,这集子说不定会成为读者们将来的传家墨宝。

中华民国重力学会理事长
中央研究院物理研究所研究员
余海礼

序二

迎向第二个百年


  广义相对论是20世纪对人类文明影响最大的自然科学理论之一,今年是爱因斯坦创立广义相对论的一百週年。
 
  在这个非同寻常的一百年内,广义相对论取得了意想不到的、令人惊喜的长足发展和进步。首先,作为以实验为基础的物理学的一个重要分支,广义相对论从刚刚创建时的三大经典实验验证开始,百年来已经非常漂亮地经受住了每一个实验的检验,大获全胜,当前及不久的将来,精度更高和难度更大的许多实验还将继续进行。其次,从上个世纪60年代用黑洞成功地解释类星体开始,加上爱因斯坦方程在宇宙学中的成功应用,广义相对论已经愈来愈被天文学家所重视。第三,随着GPS的推广应用,狭义和广义相对论已经进入了人们的日常生活。可以预期,人类高精密测量技术的发展,将很快地实现重力波的直接探测。届时,重力波测量将和电磁波测量一起为人们带来宇宙的资讯,特别是早期宇宙和黑暗宇宙部分的资讯。回想这一系列的发展,让我们联想到一个个伟大的名字:爱因斯坦、希尔伯特、爱丁顿、史瓦西、克尔、邦迪、弗里德曼、钱卓塞卡、霍金、潘若斯……。
 
  台湾和中国大陆近年来对广义相对论与相对论天体物理学的研究,也取得了巨大的进展。中国学者沈志强利用VLBI,精确观测到了银河系中心超大质量黑洞的情况;台湾学者马中佩发现了当时所知道的最大质量的两个黑洞,每个质量约为太阳的100亿倍;中国学者吴学兵更是在距离地球128亿光年处,发现120亿个太阳质量的黑洞。这一系列激动人心的发现,既显示了我们在广义相对论与相对论天体物理学研究中的长足发展,也预示着广义相对论与相对论天体物理学,接下来在自然科学发展中的蓬勃势头。
 
  为了纪念广义相对论创建一百週年,中华民国重力学会编写并出版了这本文集。虽然只包含六篇短文,但都具有很高的阅读价值:〈广义相对论百年史〉一文,讲述了爱因斯坦与合作者创建广义相对论的历程,一个个故事让我们重温前辈们发展基础理论的艰辛。〈宇宙学百年回顾〉除了回顾大霹雳学说的缘起,更前瞻地预测了太初重力波所扮演的重要方向与角色。〈黑洞〉一文介绍了广义相对论、天文学、量子力学、量子重力、资讯理论、凝态物理等物理学中的基本问题,如何与黑洞关联到一起。重力波是广义相对论除黑洞外的另一个重要理论预言,〈重力波与数值相对论〉一文清晰地描述了如何结合数值相对论和重力波探测仪器,以直接测量重力波的原理和方法。什么是时间,什么是空间?〈时间、广义相对论及量子重力〉和〈物理中的时空概念〉两篇短文,为我们提出了精彩的思辨性讨论。
 
  广义相对论的第一个一百週年即将逝去,我们将迎来广义相对论的第二个一百週年。崇尚科学、追寻真理的读者们,定能在本文集的鼓舞和影响下,回顾前辈们发展科学理论的艰辛历程,循着他们的脚步不断前进,继往开来,进一步挖掘时间和空间的深刻含义,揭开黑洞特别是奇异点的奇妙面纱,探索宇宙演化的深层奥祕。我相信,在这个即将到来的新的一百週年里,海崃两岸的青年读者们,定能与世界同行一起为发展广义相对论与相对论天体物理学辛勤研究,携手合作,共创佳绩。

成功大学物理系副教授
游辉樟
 
序三

历史回顾与展望


  20世纪影响人类文明最大的自然科学理论之一就是广义相对论的发现。今年是爱因斯坦创立广义相对论一百週年。为了纪念这一重大的自然科学进展,台湾重力研究团体编写了本文集。
 
  本文集包括对广义相对论的历史回顾,对黑洞和现代宇宙学的综述,对重力波和数值相对论的介绍,以及对物理学中时空概念与量子重力的探讨。
 
  中央大学物理系的聂斯特(James Nester)教授和陈江梅教授,对广义相对论百年历史做了非常精彩的回顾。该文讲述了爱因斯坦同其合作者建立广义相对论的历程,介绍了爱因斯坦和希尔伯特独立发现爱因斯坦方程的故事;他们也曾为争论谁先发现爱因斯坦方程而不愉快过,最终他们的友谊战胜了争执,两人在爱因斯坦方程建立过程中不可磨灭的贡献,也获得人们的公认。本文还讲述了观测重力场弯曲光线的故事,宇宙学常数在广义相对论理论发展历程中的戏剧化过程,以及重力波存在性问题的曲折讨论历程。重力能量在广义相对论中是一个非常微妙的问题,文中描述了爱因斯坦探讨这个问题的故事。统一场论是爱因斯坦在建立广义相对论后投入极大精力研究的课题,作者亦讲述了爱因斯坦关于统一场论研究的一系列故事。
 
  黑洞是广义相对论理论最重要的概念性预言之一。黑洞理论的研究发展到今天,广义相对论、量子力学、量子重力、资讯理论、凝态物理等物理学中的基本问题,均与黑洞有所关联。在天文观测中,超大质量黑洞和恆星级质量黑洞的存在已得到确认。而且黑洞被认为是宇宙中诸如类星体等天体的能量来源,黑洞是高能吸积、喷流等的核心动力。此外,黑洞的成长还被认为与同星系的演化、以及宇宙的大尺度结构形成间有着密切的关系。中研院天文及天文物理研究所的卜宏毅研究员、彰化师范大学物理系的林世昀教授和淡江大学物理系的曹庆堂教授,对黑洞的这一系列问题做了极好的综述。该文从黑洞概念在广义相对论中的出现开始讲起,一步一步深入到黑洞的事件视界、黑洞的奇异点等艰深的理论问题。接下来并对天文观测的黑洞做了介绍,描述黑洞同吸积盘和喷流的关系,最后更对黑洞热力学以及黑洞资讯等问题做了深入介绍。
 
  宇宙论是广义相对论一个成功应用的典范。广义相对论在宇宙论中的应用,把一个曾经只能用神学探讨的话题,变成一个自然科学的课题。结合人类高新技术的发展,宇宙学发展到今天已变成高精密宇宙学。到目前为止,宇宙学已获得1978年的宇宙微波背景、2006年的宇宙微波背景各向异性、2011年的宇宙加速膨胀三项诺贝尔物理学奖。台湾师范大学的李沃龙教授和东吴大学物理系的巫俊贤教授所着的宇宙学短文,从哥白尼原理谈起,通过对时空概念的引入,介绍现代宇宙学的发展。文中对宇宙学常数问题、加速膨胀问题、宇宙大尺度结构形成问题等,做了生动的讲解;还对宇宙起源的大霹雳问题做了深入介绍,该问题不仅是个宇宙学问题,还把量子理论和重力理论连到了一起。同时,早期宇宙产生的重力波,很可能在不久的将来被观测到,届时,这些测量结果将改变当前量子重力理论纯理论研究的状态。我们也可以预期,到时很可能会有很多新的物理展现出来。
 
  重力波是广义相对论除黑洞外另一重要的理论预言。如聂斯特教授和陈江梅教授所描述,重力波存在性在理论上的探讨,于历史上有过非常曲折的经历。最终邦迪等人的论述确定了其原则上的存在性。后来泰勒等人通过双脉冲星观测,提出重力波存在的间接证据;泰勒等也因此而获得诺贝尔物理学奖。可惜的是,至今还没有重力波信号的直接观测结果。在这广义相对论建立一百週年之际,世界上重力波探测最灵敏的探测器Advanced LIGO已基本建立完毕。其测量精度可达到10的负23次方,逼近量子力学的标准极限,实现了人类空前的高精度长度测量。预期在接下来的几年时间内,重力波信号将被直接观测到。国家实验研究院高速网路与计算中心的林俊钰研究员和成功大学物理系的游辉樟教授,对重力波做了极好的、饶有趣味的通俗性介绍。为了提高重力波探测的能力,增强硬体的测量灵敏度是一个方面;在既定硬体的基础上,建立好的重力波波源模型,是提高重力波探测能力的另一方面。现实的重力波源涉及超强重力场、强动态时空区域,而且几乎无对称性存在。这些特点使得数值计算的方式,成为重力波波源建模的几乎唯一可行办法。但即使是数值计算,爱因斯坦方程依然是极难处理的问题。数值相对论这个研究方向也应运而生。如何让数值计算稳定、让计算具有高精度、让计算具有高效率以满足实际波源建模的需要,是数值相对论研究的核心问题。林俊钰研究员和游辉樟教授对这些问题做了深入浅出的描述。
 
  狭义相对论是协调电动力学方程与伽利略变换的矛盾而产生的理论;广义相对论是协调牛顿万有引力理论和狭义相对论劳仑兹变换间的矛盾而产生的理论。但广义相对论特有的时空观同量子力学之间的矛盾,至今仍是一个谜。中研院物理所的余海礼研究员和成功大学物理系的许祖斌教授,为我们讲述了时间、广义相对论及量子重力的故事,带着我们回顾了爱因斯坦建立广义相对论过程中,关于时间的思辨。该文也为我们描述了鲜为人知的、爱因斯坦的诺贝尔奖同中国上海的不解之缘。广义相对论的时空观同量子力学的矛盾是突出的,该文为我们介绍了一种新的思考方式,也许量子重力比时间的概念更基本,时间只是量子重力自然而然的结果?!余海礼研究员和许祖斌教授在该问题上提出了非常精彩的思辨性讨论。
 
  广义相对论的时空概念优美而引人入胜。但同时,像余海礼研究员和许祖斌教授讲述的那样,这个时空概念的玄妙又让人捉摸不透。什么是时间,什么是空间?中央大学物理系的江袓永教授为我们探讨了物理学中的时空概念,对牛顿的时空观做了深入介绍,并探讨了质点动力学描述同牛顿时空观的关系。江教授接下来描述了广义相对论的时空观,并探讨了该时空观同场论动力学的内禀关系。通过对比场论动力学与质点动力学,他比较了牛顿时空观和广义相对论时空观的直观性。两者的直观性有所不同,但作为确定性的存在,两者的直观性是人们容易理解和接受的。相反地,量子物理世界的不确定性,把问题完全推向了不可理解。量子重力理论的时空观,势必同量子物理的不确定性相关联。江袓永教授为我们讲述了这种不确定性时空观的理论思辨。
 
  本文集正好赶在爱因斯坦创立广义相对论一百週年之际。崇尚科学、追寻真理的读者们,定能在本文集的带领下,回顾前辈们发展科学理论的艰辛历程,循着他们的脚步继续往前,追寻时间、空间的奥祕,探索黑洞神奇的时空结构;循着重力波携带的资讯,探索宇宙演化的奥祕。

中华民国重力学会

图书试读

1 广义相对论百年史
聂斯特、陈江梅
 
爱因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)是少数具有极高公众知名度的伟大物理学家,美国的《时代杂志》(Times)在1999年推选他为「世纪伟人」(person of the century)。爱因斯坦在物理学上做出了许多划时代的贡献,例如1905年,年轻的他就独立完成了许多开创性的成果,其中有关光电效应(photoelectric effect)的论文,则是开启量子物理(quantum physics)大门的关键性成果,也使他获得了1921年诺贝尔物理奖的桂冠;他是在前往日本访问途中,于开往中途停靠点上海的旅行船上获知此消息。
 
然而,对一般大众来说,爱因斯坦最着名的研究成果就是相对论。他在1905年完成了「狭义相对论」(special relativity),讨论等速运动系统的物理特性,其中由光速不变性的假设所推论出来的「时间膨胀」(time dilation)、「长度缩收」(length contraction)等等奇特效应,可以说是理论物理中十分令人着迷的现象。不过,综观爱因斯坦的科学成就中,描述重力作用的「广义相对论」(general relativity),毫无疑问的是物理学中最激动人心的智慧结晶,让我们听听来自三位诺贝尔奖得主物理学家对广义相对论的赞誉:
 
狄拉克(Paul Dirac, 1902-1984)说:「这可能是有史以来最伟大的科学发现。」玻恩(Max Born, 1882-1970)说:「广义相对论的基础对我而言,直到现在仍然是人类思维上有关自然的最伟大壮举,是哲学洞察力、物理直觉和数学技巧最惊人的组合。」朗道(Lev Landau, 1908-1968)则说:「它应该代表全部现有的物理理论中最美丽的部分。」
 
2015年是广义相对论的100週年诞辰,在这个值得纪念的时间点,我们将借由这篇文章,介绍一些关于广义相对论的发展历史。对于爱因斯坦的生平事蹟,坊间已出版了许多非常好的传记书籍,我们将不再多所着墨。此外,爱因斯坦的研究课题所包含的领域很广泛,本文将只着重于爱因斯坦在广义相对论及其相关领域研究的思路历程,至于他在其他领域的重要工作,则不在本文的讨论范围。
 
探索新视界:广义相对论的发展
 
爱因斯坦在大学时期是一个相当古怪的学生,常常翘课、成绩并不突出,最后勉强达到毕业门槛;他大部分的时间和精力,均致力于独立研究物理学中最前沿的问题。爱因斯坦自己说过,他旷课的时间绝大部分待在家里,以宗教狂热的热诚学习理论物理。至于考试,爱因斯坦则依赖他的同学格罗斯曼(Marcel Grossmann, 1878-1936)在上课时所作的笔记。

用户评价

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这本书的标题《相对论百年故事》,让我产生了一种非常强烈的情感连接。百年,这是一个多么漫长的时间跨度,它承载了多少智慧的沉淀,多少思想的碰撞。我深信,一本能够讲述“百年故事”的书,必然不会是浅尝辄止的科普读物,而是有着深刻的内涵和丰富的历史积淀。我希望它能够带领我回顾相对论从诞生之初的惊世骇俗,到如今被广泛接受并深刻影响我们生活的每一个角落的完整历程。我想了解,那些曾经被质疑、被反对的理论,是如何凭借其强大的解释力和预言能力,最终赢得科学界的认可。同时,我也期待书中能展现出相对论对后续科学发展,乃至我们日常生活所带来的深远影响,比如GPS定位、核能的利用等等,这些都是我们生活中耳熟能详的例子,能看到理论与实践之间的联系,将是令人兴奋的。

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读这本书,我最期待的是它能以一种非常“讲故事”的方式,将相对论这个宏大而深奥的概念,拆解成易于理解的篇章。我知道,科学的进步往往不是一蹴而就的,而是充满了无数次的尝试、失败,以及最终的顿悟。我希望这本书能够带我走进那个充满传奇色彩的科学探索之旅,去了解那些伟大的思想是如何萌芽、发展,又如何在科学界引起轩然大波的。我希望能看到那些科学家们,是如何在黑板前激烈争论,如何在咖啡馆里灵感乍现,又如何在一次次实验的失败中重新站起来。我不想看到那些冰冷、抽象的公式堆砌,而是希望能够感受到科学背后的人性光辉,以及那种对未知世界永不满足的探索精神。如果书中能穿插一些历史背景的介绍,比如当时的社会环境、科技水平,那会更加完美,因为伟大的科学理论往往与时代背景紧密相连。

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我一直认为,理解科学最好的方式,就是去了解那些发现科学的人,以及他们发现科学时的心境。这本书的标题“相对论百年故事”,恰恰满足了我对这方面的期待。我希望它能够深入挖掘爱因斯坦和他同时代科学家的生活经历,不仅仅是他们的学术成就,更重要的是他们面对困难时的勇气、克服挑战的智慧,以及在追求真理过程中的那种执着和热情。我希望能够在书中感受到那种跨越时代的智慧传承,看到科学思想是如何在不同的人之间流转,如何在岁月的长河中不断演进。这本书,或许是一次穿越时空的对话,让我有机会与那些伟大的灵魂对话,理解他们那些超越时代的思想,以及他们留给世界的宝贵财富。它不仅仅是关于科学理论,更是关于人类探索精神的赞歌。

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从《相对论百年故事》这个书名,我脑海中浮现的是一幅宏大的画卷,它描绘的不仅仅是冰冷的物理定律,更是人类智慧在时间长河中闪耀的轨迹。我渴望在这本书中,看到相对论的诞生,如同黎明时分破晓的第一缕阳光,照亮了人类认识宇宙的全新方向。我想了解,那些看似简单的方程背后,隐藏着怎样复杂而精妙的思考过程,又凝聚着多少科学家们夜以继日的钻研。我更期待,这本书能够不仅仅局限于理论的阐述,而是能够触及那些鲜为人知的故事,比如那些关于灵感的火花,那些关于学术争论的激荡,以及那些关于个人生活与科学探索交织的种种细节。我相信,透过这些生动的故事,我能够更深刻地理解相对论的意义,以及它如何悄无声息地渗透到我们生活的方方面面,改变了我们对世界的看法。

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这本书的封面设计就足够吸引人,那种淡淡的泛黄纸张质感,配上中央那个标志性的时钟图案,仿佛瞬间就将我拉回到那个充满智慧火花的年代。我一直对物理学,尤其是爱因斯坦的那些奇思妙想充满好奇,但又常常被那些复杂的数学公式望而却步。这本书的出现,就像是为我这样对科学充满向往却又略感笨拙的读者打开了一扇窗。我迫不及待地想要翻开它,去探索那些关于时间、空间、引力那些颠覆常识的伟大理论,看看它们是如何一点点被揭示,又如何一步步改变了我们对宇宙的认知。我尤其期待书中能够描绘出爱因斯坦和他那个时代科学家的生活片段,那些关于灵感迸发、关于争论辩驳、关于坚持不懈的故事,我想它们一定比任何枯燥的理论讲解都要来得生动有趣,更能触动人心。能够通过一本图书,在情感上和智力上都得到共鸣,这本身就是一件令人欣喜的事情。

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