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读《七堂极简物理课》有感(后记上)

已有 1577 次阅读 2022-7-30 10:12 |系统分类:科研笔记

        还有一个经典的例子是当年大数学家外尔研究规范场论时,将黎曼几何中向量平行移动过程中方向的改变,推广为大小尺度也改变。他把论文寄给普鲁士科学院,当稿件寄到爱因斯坦手里时,爱因斯坦的评价是“数学上的天才之举,物理上没有意义”。因为平时移动过程中向量大小的改变会导致原先一对等长的标准尺和一对同步的标准钟,沿着不同的路径从A走到B时,尺的长度和钟的快慢将有所不同,因此无法分辨哪个是标准尺,哪个是标准钟。这使得物理测量成为了泡影,因此动摇了“物理学是以测量为基础的实验科学”这一根基。

        3. 但大多时候我们发现真正经典的理论,经过实验和应用的大浪淘沙最终保留下来的方程和公式往往都具有极高的美学价值,如以下例子。

        (1)统一电、磁、光的麦克斯韦方程组是如此的优美,让人不禁感叹可能是出自上帝的手笔。因此当麦克斯韦方程组导出的光速不变与伽利略变换相矛盾时,物理学家们基于其高度的美学价值笃信了麦氏方程组,而将伽利略变换推广为洛伦兹变换。

        (2)广义相对论中的爱因斯坦引力场方程不但简洁优美,其深刻的物理内涵:物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动,将小到行星、恒星,大到星系、宇宙都掌控其中。爱因斯坦依据引力场方程计算出因太阳质量对周围时空产生的弯曲效应,会导致遥远恒星发出的光发生偏转,计算结果比牛顿万有引力定律多一倍。1919年当爱丁顿爵士借助日食得到了与爱因斯坦预言相符的观测数据并传回柏林时,普鲁士科院科学家们在科学年会上对爱因斯坦表达了衷心的祝贺、报以了热烈掌声。但爱因斯坦却一脸平静的说:“实验结果当然是那样,如果不是的话,我宁愿相信上帝错了,也不相信广义相对论如此优美的理论会有问题。”这是何等的自信与霸气,这种底气应该来自于爱因斯坦对美的笃信。

        (3)为了建立相对论量子力学方程,年轻的狄拉克发现解出了具有负能量的解,这种事情是之前曾从未有过的。还是出于对美的信仰,使得狄拉克预言了存在一种与电子其它物理属性相同,但电荷相反的全新粒子。就像任何一项颠覆性发现一样,开始的几年时间狄拉克同样遭到质疑乃至嘲笑。但最终科学的历史又一次证明,美的东西确实富有强大的生命力,因为在1932年,安德森(最早应该是中国科学家赵忠尧)在宇宙射线中找到了狄拉克预言的电子的反物质——正电子。



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