很久之前看過《七堂極簡物理課》，以極快的速度翻完了蛋铆，對于典型的文科生來說馋评，這是一本極佳的科普讀物，把高深的相對論刺啦、量子力學(xué)留特、熱力學(xué)……把空間、時間與宇宙，以簡潔明了的方式蜕青，向大眾科普苟蹈。
之所以會二次翻閱，是在聽萬維剛的音頻右核，他講道：如果非要以文科生與理科生的角度來凝望星空汉操，那么當(dāng)文科生在凝望星空試圖遣詞造句用華麗的辭藻贊美宇宙時，理科生在想的也許僅僅只是光譜蒙兰。你也許覺得很煞風(fēng)景磷瘤，但光譜絕對是一個偉大到讓人熱血沸騰的發(fā)現(xiàn)。
物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)搜变，每個化學(xué)元素都有自己唯一的光譜采缚，拿光一照，就知道它有什么成分挠他，于是物理學(xué)家立刻分析了太陽的元素——?dú)浒獬椤⑻肌⒀踔城帧⒌衬亍⑩}……只有一個元素地球上沒有，那就是氦拢军，不過元素周期表里已經(jīng)為它留了位置楞陷，并且人類已然可以合成這種元素。這說明什么呢茉唉？——假使有一天外星人真的駕駛著UFO固蛾，那么制作UFO的原材料，都是用“普通”元素制造的度陆，而且這也意味著艾凯，早期宇宙的原子物理學(xué)，跟我們現(xiàn)在懂傀，是一樣的趾诗，這么一想，普天之下蹬蚁，莫非“物理學(xué)的王土”恃泪。
物理學(xué)發(fā)展至今，有許多我們至今沒有辦法解釋的缚忧，重大基礎(chǔ)理論的對撞沖突悟泵，比如《七堂極簡物理課》開篇的兩章杈笔，20世界物理學(xué)最偉大的兩顆明珠——廣義相對論與量子力學(xué)闪水。我想作者將之放在第一篇章，也正是基于這樣的考慮：相對論與量子力學(xué)不可能同時正確。
牛頓描述引力說球榆，任何兩個物體都相互吸引朽肥，其引力大小與每個物體的質(zhì)量成比例。物體做直線運(yùn)動持钉，直到有一個引力使它偏離軌道彎曲衡招。牛頓的理論在太陽系中很成功，但在強(qiáng)引力場下失效每强。（比如黑洞就是一個強(qiáng)引力場）
1905年始腾，愛因斯坦提出了“狹義相對論”：時間的流速可以不一樣。
這里可以參考知乎朱松清對于相對論的解釋空执，便于理解：物理學(xué)最早的對稱性是伽利略對稱浪箭，或伽利略變換只是空間坐標(biāo)的變換，與時間無關(guān)辨绊，意味著在此基礎(chǔ)上的牛頓定律通過它對任何不同運(yùn)動狀態(tài)的觀察者而言是不變的奶栖。這種變換和不變性意味著物理定律對不同慣性系統(tǒng)的對稱性。
但麥克斯韋把電和磁統(tǒng)一成一組方程后门坷，問題出來了宣鄙，光速可以從其方程里算出來，而且實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)光速是個常量默蚌，與觀測者的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)冻晤。
通過光速不變，愛因斯坦推論出高速運(yùn)動的時間膨脹绸吸，空間收縮明也，甚至E=MC2，愛因斯坦宣布世界的一切事物都是以光速在時空中運(yùn)動惯裕。高速運(yùn)動的系統(tǒng)里意味他在時間里的運(yùn)動比靜止系統(tǒng)的慢温数，因?yàn)樗跁r間里的運(yùn)動有些轉(zhuǎn)移到空間了，所以他的鐘會變慢蜻势。進(jìn)而推論假如系統(tǒng)在時間里的運(yùn)動完全轉(zhuǎn)移到空間來了撑刺，系統(tǒng)在空間的運(yùn)動速度就達(dá)到最大速度。進(jìn)而推論到以光速在空間運(yùn)動的系統(tǒng)握玛，沒有一點(diǎn)在時間運(yùn)動够傍，因此光子不會老，從大爆炸出來的光子到今天依然一樣挠铲，在光速下冕屯，沒有時間的流逝。
這時需要引進(jìn)洛侖茲變對稱性拂苹，它的基本意思是這樣的安聘，一個物理定律對不同的慣性系都有不變的形式結(jié)構(gòu)，同時在不同的慣性系看來光速是不變量。
愛因斯坦用洛侖茲變換檢驗(yàn)和改造了牛頓力學(xué)浴韭，使之成為洛侖茲不變的力學(xué)理論——狹義相對論丘喻。“所謂相對論念颈，與其說是一種理論泉粉，不如說是對物理理論的一種很合理很基本很公理化的要求”，就是要求物理理論要滿足洛侖茲不變性榴芳。愛因斯坦對上帝思想的直覺判斷嗡靡，他相信上帝的思想和美學(xué)極其簡單，它不過就是要求上帝的旨意不能因時因地因人而異窟感，于是這個簡單得不能再簡單的要求演繹出特別費(fèi)解和深奧的理論叽躯。但再費(fèi)解的東西也必須能被理解，比如肌括，光速是常量点骑，如果一個奔跑的人（速度為V）向你拋來一個光速(c)的蘋果，按常理蘋果速度是V+c 的話谍夭，那么會出現(xiàn)什么情況呢黑滴？你將先看到飛來的蘋果，后看到投擲的動作紧索。
狹義相對論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣袁辈，都只適用于慣性系，狹義相對論獲得了一片贊譽(yù)珠漂，但它與我們對引力的了解晚缩，也就是自由落體的認(rèn)知產(chǎn)生了矛盾。
愛因斯坦因此對“萬有引力”提出了質(zhì)疑：希望修正一下理論媳危，讓兩者可以共存荞彼。為此，他思考了十年待笑，最終在1915年11月鸣皂，發(fā)表了“廣義相對論”，這是他的偉大杰作：牛頓試圖解釋物體下落和行星運(yùn)轉(zhuǎn)的原因暮蹂。他假設(shè)在萬物之間存在一種相互吸引的“力量”寞缝，他稱之為“引力”⊙鲂海“引力”是如何牽引兩個相距甚遠(yuǎn)荆陆，中間又空無一物的物體呢？牛頓想象：物體是在空間中運(yùn)動的集侯，他認(rèn)為空間是一個巨大的容器被啼，所有物體在盒子里做直線運(yùn)動帜消。至于“空間”是什么，牛頓并沒有答案趟据。
愛因斯坦發(fā)現(xiàn)券犁，在一個空間的人是區(qū)分不出他是以1G的加速度飛行术健，還是在地球上汹碱，這就是等效原理——加速度和引力是等效的，這樣就可以用加速度來理解引力了荞估。
然后他發(fā)現(xiàn)了在加速度飛行飛船上的射出的光線是彎曲的咳促，而光線總是按最近的距離傳遞，進(jìn)而推論引力會導(dǎo)致空間彎曲勘伺，“質(zhì)量導(dǎo)致時空彎曲跪腹，而彎曲的時空又決定物質(zhì)的運(yùn)動”“Matter decides times and space, time and space decides the movement of matter”。這是廣義相對論的最簡單文字表述了飞醉，雖然數(shù)學(xué)上表述和求證相當(dāng)復(fù)雜冲茸。事實(shí)上他包含了及其深刻的對稱性，廣義坐標(biāo)不變性缅帘。不同的加速度時空體系轴术，測得其他體系的速度是不同的，但在本體系中的物理定律不變钦无。舉個例子逗栽，一個以近似光速運(yùn)動的粒子，在地球人看壽命是8秒失暂，此后衰變彼宠，而在粒子自身的時鐘里它自我感覺存活了2秒，在地球人看它奔跑了8倍光速的距離弟塞，在它自己看來凭峡，它只跑了2倍光速的距離。所以在洛侖茲變換下决记，同一個物理事件想罕，用不同慣性系的時鐘所測量出的運(yùn)動距離、運(yùn)動時間都不相同霉涨，但是同一個事件在不同慣性系看來不僅能推導(dǎo)相同的物理定律按价，而且能測量出相同的光速。
愛因斯坦的想法百分百天才：引力場不彌漫在空間笙瑟，因?yàn)樗旧砭褪强臻g楼镐。這就是廣義相對論的思想。
也就是說往枷，牛頓的盒子框产，也就是物體運(yùn)動的“空間”與“引力場”是同一個東西凄杯。這是一個驚人的理論，它對宇宙做了驚人的簡化：空間不再是一個有別于物質(zhì)的存在秉宿，而是構(gòu)成世界的成分之一戒突，是一種可波動、彎曲描睦、變形的實(shí)體膊存。
太陽會使得周圍的空間發(fā)生彎曲，所有地球繞著太陽旋轉(zhuǎn)忱叭，呈現(xiàn)一個傾斜的軌道隔崎，因?yàn)榈厍蛟谝粋€傾斜的空間中進(jìn)行運(yùn)動，就好像是彈珠在漏斗中滾動陰陽韵丑。
而量子力學(xué)與相對論存在基本矛盾爵卒，它們之間的“哲學(xué)”截然不同，量子力學(xué)解釋組成物質(zhì)的電子是沒有固定的棲身之所得撵彻，如果沒有受到打擾钓株，它甚至不會存在在一個“地方”。在量子力學(xué)中陌僵，沒有一樣?xùn)|西存在一個確定的位置轴合，除非它撞上了別的東西。更糟糕的是拾弃，這樣的撞擊是隨機(jī)的值桩，我們無法預(yù)知下一次電子的出現(xiàn)，只能計算一個概率豪椿。它在實(shí)驗(yàn)上獲得了無與倫比的成功奔坟，也改變了我們的生活（比如基于此誕生的電腦）。
因此愛因斯坦一方面提名量子力學(xué)的理論貢獻(xiàn)者爭取諾貝爾獎搭盾，承認(rèn)量子力學(xué)是物理學(xué)上的偉大進(jìn)步咳秉，但另一方面，他又不相信上帝會“擲骰子”鸯隅，這背后一定存在一個更為合理的解釋澜建。
這也正是如今的物理學(xué)家試圖努力解決的問題，這個領(lǐng)域被稱為“量子引力”蝌以，來統(tǒng)一物理學(xué)的“世界觀”炕舵。
作為一個從初中開始物理學(xué)就非常苦手的人跟畅，《七堂極簡物理課》給了我很大的經(jīng)驗(yàn)感咽筋，它讓我對物理有無限期待，我想從這之后徊件，當(dāng)我再次仰望星空奸攻，看到的不再僅僅是美麗的星空蒜危。
正如作者卡洛 羅韋利說：世界上有許多感人至深、無與倫比的偉大作品睹耐，想要領(lǐng)域這些作品的妙處辐赞，都要經(jīng)歷一個從頭學(xué)起的過程，但最終獲得的回報將是百分之百美的享受硝训。
