走近费曼丛书:费曼讲物理：相对论

作者简介

理查德·费曼（Richard Feynman，1918-1988）出生在纽约市的法洛克维，1942年在普林斯顿大学获得博士学位。在第二次世界大战期间，他对发展原子弹做出过重要贡献。战后费曼曾先后在康奈尔大学和加州理工学院教书。1965年，他因量子电动力学方面的研究荣获诺贝尔物理学奖。除了作为一个科学家外，费曼在不同时期还曾是故事大王、艺术家、邦戈鼓手和密码破译专家。

内容简介

在这一章中，我们将介绍一个在物理学的术语中被叫做物理定律的对称性的问题。“对称性”这个词在这里是在一种特别的含义下被使用的，因此需要对它作出界定。一件事物什么时候是对称的呢—我们该如何定义它呢？当我们拿起一幅对称的图画时，它的一边总是与另一边相同。赫尔曼·外尔教授曾经给对称性下过这样的定义：如果能够让一件事物经历某个操作，而且它在经历了这个操作之后看上去没有任何变化，就说这件事物是对称的。比如说，如果我们观赏一个左右对称的花瓶，那么，让它绕垂直轴转过180°，它看上去就与原来一模一样。关于对称性的定义，我们将采用外尔的更普遍的形式，我们将用这种形式讨论物理定律的对称性。 设想我们在某个地方建造一台由许多不同部件组成的机器，各个部件之间有大量错综复杂的相互作用，还有相互之间有作用力的活蹦乱跳的小球，如此等等。接下来设想我们在另外某个地方建造完全同类型的装置，每个部件都与原来的一模一样，相同的尺寸、相同的取向，除了水平地移动了一段距离外一切相同。然后，如果我们在严格一致地相同的初始状态下开动两台机器，我们要问：某台机器与另外一台机器会完全一样地运转吗？它们会严格对应地实现所有动作吗？有充分的理由认为答案是否定的，原因是，如果我们建造机器的地点选择不当，它就会有可能被安装在某个围墙中，来自围墙的干扰就有可能使机器的运转失灵。 物理学中所有的观念都需要我们具备关于它们的应用的常识；它们并不是纯粹的数学观念或者抽象概念。当我们说将机器移到新的地点后现象相同这句话时，必须明白自己在说什么。我们的意思是指我们移动各种我们认为是相互关联的物体；假如现象不一样，我们认为是由于某些相关的东西没有被移过去，那就得再把它找出来。假如我们一直都找不到这种东西，那就得断言物理定律不具有这种对称性。另一方面，假如物理定律确实具有这种对称性，我们就可以找到它（我们预料能找到它）；环顾四周，我们就会发现，比如说，围墙正在影响着我们的机器。根本的问题在于，假如我们把事物确定得足够明确，假如所有的必不可少的力都被包括在机器之中，假如所有相关的部件都被从一个地点移到另一个地点，那么，这些规律是否会一样呢？机器是否会以相同的方式运转呢？ 显然，我们想要做的事情是移动所有的设备和基本影响，但并不是世界上所有的物体——行星、恒星等，因为如果我们这样做了，我们就会由于显而易见的理由重现相同的现象，这个理由就是，我们正好回到开始时的状态。不，我们不能移动所有的物体。不过，实践表明，只要我们对所要移动的事物有一定的了解，机器就会运转。换句话说，假如我们不把机器上安装再围墙里面，假如我们知道外力的起因，并设法把这些力也移走，那么，这部机器在某个地点就会象在另一个地点一样以相同的方式运转。 ？比尔·盖茨第一次看到费曼讲物理的演讲影像，喜欢得不得了，连着看了两次才罢休，盖茨称费曼为：此生未遇之良师。 ？这是费曼著名的《物理学讲义》中专门讲相对论的内容，他将艰深的概念化解为简单的、可以理解的词句，让物理学看上去不那么遥远。 ？《费曼讲物理:相对论》是《费曼讲物理：入门》的“续集”，相对论是20世纪物理学中影响最深远的里留你，它引发了从黑洞到虫洞，从原子能到时间反常等多项革命性的发现，而费曼把它讲得非常深入人心。 这本书里运用了一些数学方法，对于理科生，并不算难；对于非物理专业的人士，它和《费曼讲物理：入门》一样，引人入胜。