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        從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對(duì)論的啟示

        2012-04-29 11:11:54項(xiàng)其杰
        新高考·高一物理 2012年2期
        關(guān)鍵詞:愛因斯坦物理學(xué)廣義

        項(xiàng)其杰

        從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對(duì)論是物理學(xué)的巨大進(jìn)步,其中涉及到兩位重要的科學(xué)家,從這兩位科學(xué)家的身上我們能發(fā)現(xiàn)有什么共性的特點(diǎn),對(duì)我們有什么啟示呢?讓我們先從這兩位科學(xué)家談起。

        牛頓,在中學(xué)時(shí)代寄宿在一位藥劑師家中,學(xué)習(xí)到了很多化學(xué)、物理知識(shí),畢業(yè)后,進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院,花大量時(shí)間去思考自然哲學(xué),光學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域,最終23歲發(fā)明了微積分,創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)。

        愛因斯坦,從小開始就一直對(duì)數(shù)學(xué)、物理學(xué)不斷追求,16歲開始思考有關(guān)相對(duì)論的問題,26歲建立了狹義相對(duì)論。

        從兩人的成長歷程來看,共同的特點(diǎn)是有興趣,從小就對(duì)科學(xué)孜孜不倦的追求,很早就開始思索科學(xué)問題,我們應(yīng)該學(xué)習(xí)他們那種如饑似渴、鍥而不舍、永不放棄的精神,

        我們驚嘆萬有引力和狹義相對(duì)論的想象力的同時(shí),不禁要問它們的來源,關(guān)于兩人的傳記多次提到音樂,牛頓愛好風(fēng)管,愛因斯坦愛好小提琴,音樂是科學(xué)研究的催化劑,我們可以認(rèn)識(shí)到,培養(yǎng)多種興趣,無論對(duì)于學(xué)習(xí),或是其它事情,都會(huì)有極大的好處。

        從經(jīng)典力學(xué)的建立中,我們可以認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)對(duì)于物理學(xué)的重要性,數(shù)學(xué),是一門古老而又極其成熟的學(xué)科,它建立在邏輯推理的基礎(chǔ)上,幾乎是無懈可擊,而其它學(xué)科,只有建立在數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上,用數(shù)學(xué)形式去表述自身,才能建立起嚴(yán)謹(jǐn)正確的體系,經(jīng)典力學(xué)正是用這一種數(shù)學(xué)方法,從而取得了無比輝煌的成就,而后來的量子論、狹義相對(duì)論、廣義相對(duì)論無不不是建立在數(shù)學(xué)語言的基礎(chǔ)之上,從而使得物理學(xué)迅速成為一門僅次于數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)科,物理學(xué)的這一發(fā)展模式,對(duì)于其它學(xué)科,比如化學(xué),生物等等,我們都有借鑒之處。

        從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對(duì)論,我們認(rèn)識(shí)到了經(jīng)典力學(xué)的局限性,但是,我們也必須認(rèn)識(shí)到,經(jīng)典力學(xué)曾經(jīng)取得無比輝煌的成就,它是不能也是不可能被拋棄的,它仍將在它適用的范圍內(nèi)大放光彩,我們必須認(rèn)識(shí)到,每一個(gè)理論,都會(huì)有它的局限性,我們不能因?yàn)橛辛诵碌睦碚摱鴴佅屡f的理論,科學(xué)研究是一代代人的積累,是一個(gè)不斷創(chuàng)新、不斷完善的過程。

        建立狹義相對(duì)論,是需要無比大的勇氣的,當(dāng)時(shí),物理學(xué)處于一片混亂之中,老一代的物理學(xué)家在尋找種種嘗試去拯救經(jīng)典力學(xué),特別是以太,當(dāng)時(shí)沒有任何一個(gè)人敢對(duì)它說聲“不”字,而要推翻以太,推翻絕對(duì)時(shí)空觀,沒有勇氣是不行的,因此,我們應(yīng)該學(xué)習(xí)愛因斯坦那種追求真理、不畏權(quán)威、勇往直前的精神,而事實(shí)證明,這一種精神是非常重要的,是推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的實(shí)在因素,比如哥白尼、伽利略、布魯諾……

        我們還必須認(rèn)識(shí)到,狹義相對(duì)論是時(shí)代的產(chǎn)物,是物理學(xué)發(fā)展到這一程度必然的產(chǎn)物,麥克斯韋的電動(dòng)力學(xué)無法滿足伽利略相對(duì)性原理,因此,必須引入狹義相對(duì)性原理,引入洛侖茲變換,從而使經(jīng)典力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一起來,這一過程是水到渠成,一氣呵成,因此,我們必須清楚地認(rèn)識(shí)到物理學(xué)的發(fā)展歷程,它不單是某個(gè)人的成就,從而,我們也不能盲目、一昧地夸大愛因斯坦的成就,

        狹義相對(duì)論的體系簡單明了,非常值得我們借鑒,從盡量少的假設(shè)出發(fā),從而推出所有的解,這是歐氏幾何的公理體系,而狹義相對(duì)論借鑒了這一方法,僅從狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)沓霭l(fā),構(gòu)造了完備的體系,而后來的廣義相對(duì)論,也是從等效原理和廣義相對(duì)性原理出發(fā),建立了完備的框架,這一思想,不僅是在物理學(xué)上,特別是在其它學(xué)科,更是值得我們借鑒。

        可以說,愛因斯坦發(fā)明狹義相對(duì)論,是從其16歲時(shí)的“假如我以光速追逐一束光波而去,我會(huì)看到什么?”的臆想實(shí)驗(yàn)開始的,這樣一個(gè)思考在當(dāng)時(shí)許多人看來是可笑的,沒有用處的,但是,它卻導(dǎo)致了狹義相對(duì)論的誕生,而在后來的廣義相對(duì)論建立過程中,愛因斯坦的“升降機(jī)實(shí)驗(yàn)”又孕育了廣義相對(duì)論,所有這些臆想實(shí)驗(yàn),表面看來是可笑的,不切實(shí)際的,但往往能夠?qū)е滦吕碚摰恼Q生,因此,平常時(shí)我們也不妨去思考一下那么不切實(shí)際的、看起來非常低能的事情,而多思考也是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的首要因素。

        從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對(duì)論,我們應(yīng)該體會(huì)到物理學(xué)的魅力,它的靈活性、趣味性,我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,其實(shí)物理是一個(gè)充滿想象的世界,它和游戲一樣引人人勝,因此,在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中,我們應(yīng)該保持這樣一種認(rèn)識(shí),去享受物理,感知物理。

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