《七節(jié)極簡物理課》

作者：【意】卡洛·羅韋利

出版社：湖南科學(xué)技術(shù)出版社

內(nèi)容簡介：

在本書中，意大利物理學(xué)家卡洛·羅韋利，用詩一般簡潔優(yōu)美的語言，向讀者講述了20世紀(jì)以來現(xiàn)代物理學(xué)最偉大的理論發(fā)現(xiàn)：相對論，量子力學(xué)，宇宙的結(jié)構(gòu)，空間的顆粒，時間的本質(zhì)……

這七堂課的經(jīng)歷，仿佛一次冒險(xiǎn)、一場偉大的旅行，充滿著年輕、好奇、詩意與感動，為我們打開了一個奇妙的物理學(xué)的世界，也帶我們輕盈飛過重重障礙，窺見科學(xué)的深刻與美麗。沒有繁瑣的方程，只有詩意的講述，即使沒有科學(xué)背景的人也能輕松讀懂。

試讀章節(jié)

世界上有許多感人至深、無與倫比的偉大作品，比如莫扎特的《安魂曲》、史詩《奧德賽》、西斯廷禮拜堂的穹頂畫、莎士比亞的《李爾王》……想要領(lǐng)悟這些作品的偉大之處，都要經(jīng)歷一個從頭學(xué)起的過程，但最終獲得的回報(bào)將是百分之百美的感受。其實(shí)，除了美感以外，這些作品還能為我們提供一個觀察世界的全新視角。廣義相對論，愛因斯坦的這顆掌上明珠，正是這樣一件偉大的作品。

我還記得自己對這個理論初有心得時的激動心情。那是大學(xué)最后一年的夏天，在卡拉普里亞大區(qū)孔多弗里城的一片海灘上，我沐浴在地中海古希臘文明的陽光下。學(xué)生在假期中往往能更專注地學(xué)習(xí)，因?yàn)闆]有學(xué)校課業(yè)的打擾。我當(dāng)時正在研讀一本邊緣已被老鼠咬爛了的書，這本書之所以會成這樣，是因?yàn)槊慨?dāng)我忍受不了博洛尼亞大學(xué)那些無聊的課程時，就會跑回位于翁布里亞山區(qū)的家中，我的家不成樣子，有點(diǎn)嬉皮風(fēng)格，我每晚都會把這本書堵在那些可憐小動物們的洞口。此刻，我時不時把目光從書上移開，看看面前波光粼粼的大海:我仿佛看到愛因斯坦想象中的時空發(fā)生了彎曲。

這簡直就像魔法一樣：宛如一位朋友在我的耳邊低聲細(xì)語，告訴我一個不同凡響卻又遲遲未被發(fā)現(xiàn)的真理，突然間，他揭開了真理的面紗，把真理最為簡單卻又最為深刻的一面展現(xiàn)在我的面前。自從我們得知地球是圓的，像一個瘋狂的陀螺一樣旋轉(zhuǎn)時，就認(rèn)識到這個真理并沒有我們想象的那么簡單，每次當(dāng)我們隱約有一些新的發(fā)現(xiàn)時，都會激動不已，這意味著又有一層面紗被揭開了。

眾所周知，人類有過不計(jì)其數(shù)的飛躍，接連出現(xiàn)在歷史的長河中，但愛因斯坦完成的這次飛躍或許是無與倫比的。這是為什么呢？首先因?yàn)?，我們一旦掌握了原理，那么這個理論就會簡單得令人驚嘆。下面我來簡要地概述一下他的思想：

牛頓已設(shè)法解釋了物體下落和行星運(yùn)轉(zhuǎn)的原因，他假設(shè)在萬物之間存在一種相互吸引的“力量”，他稱之為“重力”。那么這個力是如何牽引兩個相距甚遠(yuǎn)而彼此之間又沒有任何介質(zhì)的物體的呢？這位偉大的科學(xué)之父并沒有給出答案，對此他顯得謹(jǐn)慎小心，未敢大膽展開想象。牛頓還提出了物體在空間中運(yùn)動的假設(shè)，他認(rèn)為空間就是一個巨大的空容器，一個能裝下宇宙的大盒子，也是一個碩大無朋的框架，所有物體都在其中做著直線運(yùn)動，直到有一個力使它們改變方向。至于“空間”，或者說牛頓想象的這個可以容納世界的容器是由什么做成的，牛頓也沒有給出答案。

就在愛因斯坦出生前的幾年，兩位英國大物理學(xué)家——法拉第和麥克斯韋——為牛頓這個冰冷的世界添加了新鮮的內(nèi)容：電磁場。所謂“電磁場”，是指一種無處不在的真實(shí)存在，它可以傳遞無線電波，使之布滿整個空間，它可以震顫，也可以波動，就像起伏的湖面一樣。它還可以將電力“四處傳播”。愛因斯坦從小就對電磁場十分著迷，這種東西可以讓爸爸修建的發(fā)電廠里那些發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來，很快他懂得了，就像電一樣，重力也應(yīng)該是由一種場來傳播的，宇宙間也應(yīng)該存在一種類似于“電場”的“重力場”。于是他便開始潛心研究這個“重力場”是如何構(gòu)成的，應(yīng)當(dāng)用怎樣的公式對其進(jìn)行描述。

從此，一個非同凡響的理念產(chǎn)生了，這純粹是天才的想法：重力場不會在空間中“傳播”，因?yàn)樗旧砭褪强臻g。這就是廣義相對論的概念。

其實(shí)，牛頓的那個物體運(yùn)動的“空間”與這個傳播重力的“重力場”有異曲同工之妙。

這是一個驚世駭俗的理論，對宇宙做了驚人的簡化：空間不再是一種有別于物質(zhì)的東西，而是宇宙中的一種“物質(zhì)”元素，一種可以波動、彎曲、變形的實(shí)體。我們所在的空間不再像一個無形的堅(jiān)硬框架，而是像一個容易變形彎曲的巨大軟體動物。太陽會使其周圍的空間發(fā)生彎曲，其實(shí)地球并非是在一種神秘力量的牽引下繞著太陽旋轉(zhuǎn)，而是正在一個空間中直線行進(jìn)，只不過這個空間發(fā)生了傾斜。這就好像一個小球在漏斗中轉(zhuǎn)圈：漏斗中間并不會產(chǎn)生什么神秘的“力量”，小球會轉(zhuǎn)圈是由于漏斗壁彎曲的本質(zhì)造成的。所以無論是行星繞著太陽轉(zhuǎn)，還是物體下落，都是因?yàn)榭臻g發(fā)生了彎曲。

那么又該如何描述這種空間的彎曲呢？十九世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家、“數(shù)學(xué)王子”卡爾·弗里德里希·高斯已經(jīng)寫出了描述二維空間彎曲表面（比如小山丘的表面）的公式。他還讓自己的得意門生推導(dǎo)出三維或者多維空間的公式。這位學(xué)生就是伯恩哈德·黎曼，他寫了一篇重量級的博士畢業(yè)論文，但論文里面討論的東西看起來全然無用。這篇論文的結(jié)論是任何一個彎曲空間的特征可以用數(shù)學(xué)的方法來描述，如今我們將這種方法稱為黎曼曲面，用大寫的“R”來表示。后來愛因斯坦也寫了一個公式說明這個R和物質(zhì)的能量是成比例的，也就是說：空間在有質(zhì)量的地方才發(fā)生彎曲。就這么簡單。這個公式只有半行的長度，僅此而已?？臻g的彎曲是一種觀點(diǎn)，也是一個公式。

然而在這個公式中卻蘊(yùn)含著一個光彩奪目的宇宙。從此，人們開啟了廣義相對論這一神奇的寶藏。這一連串神乎其神的預(yù)言看似瘋子的妄想，然而卻都得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

插畫/屈苗苗（長沙市周南中學(xué)）

（在現(xiàn)代物理學(xué)描繪的幅宏大畫卷中，人類究竟扮演了什么角色？難道我們也只是由量子和粒子構(gòu)成的嗎？如果是這樣，我們的價值、夢想、情感又是什么呢？……如果你想知道答案，就請加入十幾歲學(xué)生QQ群：284949290。在這里，我們將一同體驗(yàn)閱讀的樂趣?。?/p>

讀后感

科學(xué)的過程就是不斷地推翻前人的結(jié)論并提出一個更加better的結(jié)論與公式。而往往它們的差別，存在于一些細(xì)微之處，有的人看得見，有的人看不見。 也許，在不久的將來，我們中有人能夠完成愛因斯坦所沒有完成的統(tǒng)一場論。

——張伯洋（長沙市第一中學(xué)2014屆畢業(yè)生，現(xiàn)就讀于美國密蘇立大學(xué)）

少了枯燥的長篇理論，多了豐富的趣味及想象。在這本書中，我見證了小小的一條理論經(jīng)是如何經(jīng)過數(shù)道“工藝”加工而產(chǎn)生，也領(lǐng)略了愛因斯坦心底的奇妙世界。也許閑暇時翻一翻此類文章，用思考的方式汲取前人的經(jīng)驗(yàn)，從全新的角度看世界，你會發(fā)現(xiàn)科學(xué)理論果真是美麗的。

——周蔚然（長沙市明德中學(xué)K419班）

與現(xiàn)在各大小說一言不合就是百萬字的趨勢不同，《七節(jié)極簡物理課》卻在“極簡”二字下功夫。把抽象的物理知識通過極簡的語言說出來，用形象的語言為我們解讀了艱澀的物理原理，構(gòu)建出了物理的大框架，更讓我們得以窺見科學(xué)世界的美妙。

——王杰（湖南師大附中博才實(shí)驗(yàn)中學(xué)1425班）

讀到《七節(jié)極簡物理課》，我忽然感到萬分欣喜，像被愛琴海溫柔的水波輕撫。恍惚中看見海水折射出炫麗的陽光將我們引入物理世界的大門。他把高深的理論簡單淺顯地呈現(xiàn)，重新點(diǎn)燃了我們對于探索世界本質(zhì)的熱情。余既得見真理，又何故不歡喜？

——周科（長沙鐵路第一中學(xué)2013屆畢業(yè)生，現(xiàn)就讀于哈爾濱工程大學(xué)）