聊聊狭义相对论-第3部分

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！


　　　　人，不能因为个人爱恨，而失去对事物的公平对待。　
　　　　生活如此，科学亦如此。　
　　　　好，咱们继续前行。　


　一开始不被人信服、理解，在嘲讽中成长，最后赢得世人无上的赞赏和荣耀。　
　　　　这是诸多理论的必由之路。　
　　　　万有引力定律也不例外。然而，历史的车轮滚滚前行，每一样事物最终都会得到它应有的位置。　
　　　　1781年，英国天文学家威廉·赫歇耳利用望远镜发现了太阳系的第七大行星——天王星。所有人都在期待下一颗行星的登场，然而一无所获。　
1821年，人们在计算和观察中发现，天王星的轨道与牛顿万有引力定律的预言有很大偏差，什么原因呢？　
　　　　一个可能，牛顿错了。　
　　　　另一个可能，牛顿是对的。如果是这样的话，那就应该有一个未知的天体影响了天王星的运动。　
　　　　何去何从？历史的判决还是交给实验。　
　　　　在这千钧一发的时刻，英国剑桥大学学生亚当斯（嘿嘿，牛顿的校友，或者师弟）和法国天文学家勒维烈分别独自经过辛苦的计算，得到了这个未知天体的参数。　
　　　　1846年9月23日，柏林天文台。漆黑的夜晚。两个青年屏住呼吸，小心翼翼地对准了他们计算得到的位置。　
　　　　老兄，是这里吗？　
　　　　我看有点像！　
　　　　确定一点，好像……　
　　　　我说兄弟呀，是它吧……应该是的！　
　　　　我没有眼花吧？　
　　　　……　
　　　　历史翻开新的一页，在上面重重地写上：1846年9　月23日，亚当斯和勒维烈发现了人类的第八颗行星——海王星。　
　　　　牛顿胜利了！　
　　　　数学胜利了！　
　　　　人类胜利了！　
　　　　这是一次理论预言的光辉典范。人类用他们对大自然的理解和自己的逻辑能力，窥见了上帝的运作秘密！　
　　　　我们有理由为自己自豪！　
　　　　我们有理由为自己喝彩！　
　　　　海王星的发现极大地支持了万有引力定律，人们逐渐消除了对它的怀疑，并在它的指引下，继续像未知领域进发！　


　回到牛顿身上。　
　　　　由于在科学上的造诣，尤其是《自然哲学之数学原理》的发表之后，牛顿受到众人的仰慕，震惊了全世界。各国的科学家、元首和贵族都纷纷慕名前来拜访，甚至以见过牛顿为荣。（看来研究科学，赚得也不错……）　
　　　“噢，兄弟，俺今天跟牛兄打了个招呼！”一语既出，众人连忙低头哈腰，一脸敬畏的神情。　
　　　　这或许是当时的一个场面。　
　　　　牛顿还担任了剑桥大学的卢卡斯数学教授（现在坐镇这一职位的是大物理学家霍金），并且当选为英国皇家学会会长（曾经是胡克的高椅）。　
　　　　除了这些在科学界的荣耀之外，牛顿在政界混得也不赖。　
　　　　1689年，国会议员；1696年，造币局总监；1701年，国会议员；1705年，受女王册封成为爵士。　
　　　　与此同时，牛顿的嘴皮子也不闲着。为了争夺微积分的发明权，牛顿一直跟莱布尼茨纠缠不清，争论不休。（莱布尼茨是德国人，他与牛顿关于微积分发明权的争论也成了数学界的一桩公案，现在认为，莱布尼茨与牛顿各自独立发明了微积分，两人都是微积分的创始人。）　
　　　　研究炼金术、上帝和《圣经》，也是牛顿后半世的重要节目。（这个……）　
　　　　牛顿还是个“钻石王老五”，终生未娶。（搞科学得献身哪！）　


苹果树下。　
　　　　一丝夕阳的余晖微弱地透过苹果树叶的空隙，隐约地照在一本画了很多几何曲线的书上。　
　　　　牛顿拖着疲倦的身子靠在树边，看着手里的——是自己的心血——《自然哲学之数学原理》。　
　　　　一幕幕往事涌上了心间。　
　　　　曾经我被父亲抛弃……　
　　　　曾经我在外祖母手把手下学习、写字……　
　　　　曾经我跟那位同学决斗……　
　　　　曾经我在这棵苹果树下……　
　　　　曾经我与胡克争吵……　
　　　　曾经我在多少个不眠夜晚挑灯书写《自然哲学之数学原理》……　
　　　　曾经我接受无上的荣耀……　
　　　　曾经我被陛下授予爵士……　
　　　　曾经我与莱布尼茨论剑……　
　　　　曾经我……　
　　　　哎——奔波一生，荣誉万千！心中困惑，不知遂否？　
　　　　牛顿抬起头，长吁了一口气。　
　　　　可惜，炼丹术还没有结果。可惜，我还没有找到上帝的足迹。可惜，流数（微积分）的优先权还在争论。可惜，当年与胡克的针锋……　
　　　　一阵微风吹过，翻动了书页，最后停在开头的几页上。　
　　　　这一页写的不是别的，上面正是第一定律：　
　　　　每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态。　
　　　　牛顿看了一下，脸上闪过一丝微笑。他想，　
　　　　只是，不知，我的定律会不会遇到外力呢？几百年后它还是现在的状态吗？　
　　　　……　
　　　　1727年3月20日，牛顿离开人世，享年85岁。英国王室在西敏寺大教堂为这位人类最伟大的科学家举行了国葬。　






或许，牛顿是睿智的，他敏锐地觉察到了他的理论的危机。　
　不过，现在我们还是先来看看牛顿以后物理学的发展。　
　牛顿运动定律和万有引力定律的建立，标志着完整的经典力学体系的形成，人们第一次统一了那么广阔的物理帝国，从天上到地下，从地球到遥远的恒星，无不划进我们的疆域之中。从此以后，物理学成为了一门成熟的自然科学，繁衍生息，一直到今天。　
　在这一点上，牛顿功不可磨。　
　围绕着牛顿建立起来的经典力学体系，后来的物理学家们先后从动量、能量角度描述了牛顿定律，从17世纪到19世纪，陆续建立起了分析力学、刚体力学、弹性力学、流体力学……　
　19世纪，物理学除了在经典力学领域的所向披靡外，在其他的方面也战绩斐然。　
　英国物理学家麦克斯韦分别于1856年、1861年和1865年发表了三篇划时代的论文，建立起坚如磐石的经典电磁学理论，其中提出了著名的麦克斯韦方程组，被誉为上帝的诗篇，构建了经典电磁学的完美架构。　
或许，我们应该来看一下这又一位充满神奇色彩的英国天才。


伟大的奥斯特发现了电流的磁效应，再加上伟大的安培的开创工作，两位先贤描绘了电磁大厦的草图。　
　伟大的法拉第用电磁感应定律为大厦奠定了坚实的基础。　
　而伟大的麦克斯韦在竣工那天，以电磁学方程组为它剪彩，标志大厦的最终落成。　
　乌尔河在碧绿的田野中辗转迂回，静静地流向远方。帕顿教堂肃静而又高耸，倒映在平静清澈的肯湖中。一切的一切，都是那么的恬适而美丽。　
　1831年，在母亲40岁那年，麦克斯韦在爱丁堡来到了人间。虎父无犬子。父亲是一个律师，同样也是皇家学会的会员，这也使得小麦克斯韦能够经常跟着老爸去听一下科学讲座，即使不一定听懂，但是小麦克斯韦无疑受到了这种气氛的熏陶。　
　8岁时，母亲撒手离开人世，享年48岁。（注意这个！）　
　小时候的麦克斯韦并不惹人喜欢。一身不入流的奇装异服，再加上看上去有点呆呆的样子，往往成了同学们的笑柄。不过，古语有云“天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身”。在磨难中长大，往往更能考验一个人的意志，挺过来了就是英雄！　
　有这么一个有趣的故事。一天，小麦克斯韦对着一瓶菊花写生，结果纸上竟然画满了三角形的叶子，圆形、椭圆形的花朵！（How　can　he　do　it　like　that？）父亲是个明眼人，早就发现了他的数学天赋，提前辅导他学习了几何，还有代数。是的，英雄的光芒即将要照亮人间！　
　还未满15岁，麦克斯韦就竟然在《爱丁堡皇家学会学报》上发表了一篇数学论文！讨论了如何最简便地画出椭圆来。要知道，学报平时都是只发表大师级的论著，一个小孩竟然能够在这样的学报上占有一席之地，好生了得！　
　1850年，麦克斯韦进入牛顿的母校——剑桥大学学习，师从霍普金斯，四年后以优异成绩结束学业，留校两年，主攻电磁理论和颜色理论。　
　一颗亮星移入英国上空，似乎即将有一些不寻常的事情发生……


1856年，第一道闪电划破夜空，麦克斯韦在剑桥发表了“电磁学三部曲”的第一篇——《法拉第的力线》，用矢量微分方程描述电场线，打响了数学与电学完美联姻的第一枪。　
　麦克斯韦不会忘记，那一个晴朗的下午，他敲开了法拉第的房门。两个人虽然年龄上相差了40岁，却一见如故，相见恨晚。　
　“你不应只满足于用数学来解释我的观点，而应去突破它！”前辈的话语时时回荡在麦克斯韦的耳边，不停地激励着他前进。　
　1861年，电闪雷鸣。麦克斯韦谱写了电磁学的第二部辉煌的篇章——《论物理的力线》，里面提出了两个微分方程，这就是后来麦氏方程组的雏形。同时，他还预言了电磁波的存在。　
　1865年，狂风大作。《电磁场动力学》横空出世，麦克斯韦利用拉格朗日和哈密顿的方法，给出了未来将以自己的大名命名的方程组，并且证明了电磁波的传播速度就等于光速（熟悉的朋友一定很清楚，这个速度就等于真空电容率与真空磁导率之积的平方根的倒数。），光就是电磁波！（伟大的预言！1887年，赫兹在实验室证明了电磁波的存在……）　
　至此，伟大的电磁学大楼完全竣工，与之前的牛顿的大楼相互辉映，闪耀出了经典物理学的光荣。这两座金碧大厦是如此的雄伟，它们高耸入云，傲视群雄，君临天下！　
　而且，我们还可以看到，这两座大楼之间用一条高贵典雅的天梯连接起来，它们再加上那座热力学大楼，三幢雄伟神圣的建筑相互联结，相互辉映，共同构成了一座“前无古人”的经典物理学大厦。每每有人经过之时，都会情不自禁啧啧赞叹，脱帽致敬！如果那些已经逝去的曾经苦心经营这座大厦的英雄们有在天之灵的话，也会感到无上的光荣和欣慰！　
然而，上帝却和我们开了一个天大的玩笑，他将用历史告诉他的子民，正是这条天梯，将引发一次坍塌事故，以摧枯拉朽之势把这幢大厦夷为平地……　
　好，再来看一下麦克斯韦这位天才。发表了“三部曲”之后，麦克斯韦潜心写出了经典著作《电磁学通论》，这部元典相当于电磁学的百科全书，甚至可以与牛顿的《自然哲学之数学原理》相媲美。　
　麦克斯韦方程组出世后，也逃不出科学规律冥冥中的宿命——先是反对的声音此起彼伏，并没有很快得到别人的支持，大多数人都持怀疑态度。　
　麦克斯韦的晚年充满烦恼，一来自己的理论没有知音，二来妻子久病不愈，三来自己也得了肺病。　
　天妒英才。1879年11月5日，在阵痛中，麦克斯韦离开了人世，那一年，他48岁，与母亲去世的岁数相同。这似乎是他的宿命，更让我们感到苍天的无情和人间的痛苦，还有科学的“残酷”。　
　不过，麦克斯韦还是“赢得了生后名”，他被镌刻在人类历史、科学历史的丰碑上，让人类永远铭记。每当我们提起电、磁时，享受着电和磁给我们现代生活带来的方便时，让我们满怀深情地向麦克斯韦表示最最最崇高的敬意！


在结束这一章之前，还是让我们来简单回味一下热力学方面的工作，因为它也是经典物理学的一大支柱。　
　热力学的发展大致可以分为四个阶段。首先，从17世纪末到19世纪中期，在这期间，人们总结了大量的现象和事实，并轰轰烈烈地讨论了热的本质问题。特别是19世纪初期的热机理论和热功相当原理，更是已经包含了热力学的基本思想。其中，热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础。　
　第二个阶段，从19世纪到19世纪70年代。天才们发展了分子运动论和唯象热力学，但是在这时候，这两大内容还是分开的。热功相当原理与卡诺理论联姻，诞生了热力学第二定律。　
　第三个阶段，由玻尔兹曼在19世纪70年代开启，直到20世纪初。统计热力学在这个时候成长起来。　
　当然，第四个阶段已经是从20世纪30年代直到今天了，这就不应该划进经典物理学的范围了。　
　OK，让我们来瞻仰一下那些为我们留下了一大笔热力学财富的英雄、先贤们：伦福德、埃瓦特、赫斯、克劳修斯、范德瓦尔斯、迈尔、拉札尔·卡诺和萨迪·卡诺（两父子）、赫姆霍兹、焦耳、麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯、W·汤姆生、查理、盖吕萨克、能斯特、西蒙……以及为永动机奋斗的人们（没有他们的不懈努力、失败，后人就不会那么快走上正路！）。　
　当然，上面的名单还没有完全，还有一部分没有写上。总而言之，在此，借此机会，向所有的英雄们表示致敬！　
　至此，那座金碧辉煌的经典物理学大厦宣告竣工！　
　到了19世纪后半叶，可以说，无论是天上的还是地上的，无论是小到一颗石子还是大到一颗恒星，无论是力学的还是电学的，人们可以看到的一切一切物理现象，都能用经典物理学体系的理论去解释。况且，经典物理学还指导了人类的两次工业革命，创造了人类有史以来最巨大的财富，使得人类文明踏进了一个崭新的发展阶段。　
　所有所有的人，特别是一手创造了这辉煌的物理学家，都满怀深情地看着这座大厦，这座高贵的大厦，这座光辉的大厦，这座神圣的大厦。它是我们几代人倾注了毕力心血才建造起来的呀！　
　几代春秋，终成正果。　
　我想，现在，所有都应该结束了！（嘿嘿！这是多么自豪呀！）我们的工作已经完成了！当年我还是一个雄心勃勃的青年，现在已是白发苍苍的老头了，不过最重要的是，我们的夙愿终于了结了！后世们，留给你们的呀，只是一些修修补补、精确数据的工作了呀！　
　哎呀！我们就要失业了！物理学已经无事可做了，该转哪行呢！哎——忙惯了，突然清净下来，还真有点不适应呢！　
　不是吧！我的儿呀！你竟然说要立志从事物理学工作？！