從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對論的啟示

項其杰

從經(jīng)典力學(xué)到狹義相對論是物理學(xué)的巨大進步，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，對我們有什么啟示呢?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，畢業(yè)后，進入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，花大量時間去思考自然哲學(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，從小開始就一直對數(shù)學(xué)、物理學(xué)不斷追求，16歲開始思考有關(guān)相對論的問題，26歲建立了狹義相對論。

從兩人的成長歷程來看，共同的特點是有興趣，從小就對科學(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論的想象力的同時，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，我們可以認識到，培養(yǎng)多種興趣，無論對于學(xué)習(xí)，或是其它事情，都會有極大的好處。

從經(jīng)典力學(xué)的建立中，我們可以認識到數(shù)學(xué)對于物理學(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，才能建立起嚴謹正確的體系，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、狹義相對論、廣義相對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)的嚴謹學(xué)科，物理學(xué)的這一發(fā)展模式，對于其它學(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)到狹義相對論，我們認識到了經(jīng)典力學(xué)的局限性，但是，我們也必須認識到，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，我們必須認識到，每一個理論，都會有它的局限性，我們不能因為有了新的理論而拋下舊的理論，科學(xué)研究是一代代人的積累，是一個不斷創(chuàng)新、不斷完善的過程。

建立狹義相對論，是需要無比大的勇氣的，當(dāng)時，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)時沒有任何一個人敢對它說聲“不”字，而要推翻以太，推翻絕對時空觀，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，而事實證明，這一種精神是非常重要的，是推動科學(xué)發(fā)展的實在因素，比如哥白尼、伽利略、布魯諾……

我們還必須認識到，狹義相對論是時代的產(chǎn)物，是物理學(xué)發(fā)展到這一程度必然的產(chǎn)物，麥克斯韋的電動力學(xué)無法滿足伽利略相對性原理，因此，必須引入狹義相對性原理，引入洛侖茲變換，從而使經(jīng)典力學(xué)和電動力學(xué)統(tǒng)一起來，這一過程是水到渠成，一氣呵成，因此，我們必須清楚地認識到物理學(xué)的發(fā)展歷程，它不單是某個人的成就，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，而狹義相對論借鑒了這一方法，僅從狹義相對性原理和光速不變原理出發(fā)，構(gòu)造了完備的體系，而后來的廣義相對論，也是從等效原理和廣義相對性原理出發(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)明狹義相對論，是從其16歲時的“假如我以光速追逐一束光波而去，我會看到什么?”的臆想實驗開始的，這樣一個思考在當(dāng)時許多人看來是可笑的，沒有用處的，但是，它卻導(dǎo)致了狹義相對論的誕生，而在后來的廣義相對論建立過程中，愛因斯坦的“升降機實驗”又孕育了廣義相對論，所有這些臆想實驗，表面看來是可笑的，不切實際的，但往往能夠?qū)е滦吕碚摰恼Q生，因此，平常時我們也不妨去思考一下那么不切實際的、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)到狹義相對論，我們應(yīng)該體會到物理學(xué)的魅力，它的靈活性、趣味性，我們應(yīng)該認識到，其實物理是一個充滿想象的世界，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)該保持這樣一種認識，去享受物理，感知物理。