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图说相对论 精选

已有 2779 次阅读 2017-11-13 08:43 |个人分类:物理|系统分类:科研笔记


   以前见过一本图解量子力学,把各种波函数都画出来,其他的都忘了。最近又见一本图说相对论(An Illustrated Guide to Relativity,Cambridge University Press, 2010),作者是Virginia Tech 物理系的竹内老师(Tatsu Takeuchi)。看前言才知道原为日文本,还有中译本(台湾版)。作者在日文版前言里引老爱的画作为本书的理由:物理理论都应该能简单描述,让小朋友也能理解。(All physical theories, their mathematical expressions notwithstanding, ought to lend themselves to so simple a description that even a child could understand them.)这是一个良好的愿望,像希尔伯特要把四维几何说给街头路人一样,也许能一步步实现,却不能作为解说理论的标准——例如地球绕着太阳转,现在我们可以让小朋友明白了;但电子的自旋却不容易普及。至于相对论(狭义的),竹内老师认为,我们不用方程也能更深地理解(狭义)相对论(one can develop a deeper understanding of the theory by avoiding the use of equations altogether)。其实很多老师早就建议在中学开相对论课,不知现在是不是有了——只怕习惯了旧传统老课本的老师赶不上趟。

   相对论有着先天的图形化优势。其实,老爱原始的观测化描述和他老师的四维时空(Minkowski几何),本来就是相对论的图说,后来的图说没什么超越,竹内老师的书也是老老实实跟着走。看两个图,大概能知道它的风貌。



 图形能解说相对论的“运动学”部分(归结为两个坐标系的读数比较),但这容易令人感觉“测量”是相对论的核心。相对论的“测量先驱”爱丁顿(Arthur Stanley Eddington)在《相对论的数学理论》(The Mathematical Theory of Relativity, 时根据他为法文版《空间、时间和引力》写的数学附录扩编而成的,初版于1923年)也是大谈物理量的测量(虽然最终与自然律联系起来),但我想那是老爱不喜欢的——海森堡曾认为相对论的测量问题与量子论是一样的,老爱否定了。

   图形似乎也不能将相对论作为场论的意义表现出来,我就没见过谁画过运动物体的电动力学。相对论的“另一面”,就不好图说说给小朋友听了。



 




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