前言

 我是大一時（三年前）讀的這本書，當(dāng)時就反復(fù)讀了好幾遍，并記錄了每個章節(jié)的重要知識點。

    高中時就對近代物理學(xué)的兩大理論——相對論和量子力學(xué)，感到震撼與癡迷。一方面，這兩個理論深深地改變了我的世界觀。讓我知道了原來我們所處的世界，包括光、時間、空間等等看似簡單的概念，并沒有那么簡單。除了收獲了新知識，另一方面，也讓我了解了許多相關(guān)的物理學(xué)史，從中獲得了許多做人做事的啟發(fā)，比如敢于挑戰(zhàn)權(quán)威、不能拘泥于傳統(tǒng)的思維模式、充分發(fā)揮想象力等等。

    所幸《大學(xué)物理》教材上對這兩個理論有比高中教材更深入的剖析，比如公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)等等。結(jié)合教材上的內(nèi)容以及自己的思考，我對這本書上的知識點給了一些補充與批注，當(dāng)然其中一定會有謬誤，希望高手可以指出。

    不過，想要深刻理解其中的內(nèi)容，我等凡人還是無法達(dá)到，至少數(shù)學(xué)功底還差得遠(yuǎn)。因此能夠?qū)W習(xí)到其中的皮毛，并有自己的心得體會，那也就值了！?

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譯者序：

1、最近10年（相對于2004年）的觀測已經(jīng)確認(rèn)宇宙的年齡約為137億年。

2、科學(xué)家認(rèn)為宇宙是開放的，并永遠(yuǎn)膨脹下去，且其膨脹率正在不斷增大。也就是說，宇宙的膨脹不僅沒有因物質(zhì)的萬有引力而減緩，反而由于在宇宙中存在某種暗能量而加速。至于暗能量的機制是什么，這是當(dāng)代宇宙學(xué)的最大課題之一。

第一章——思索宇宙

1、除了太陽，最近的恒星是比鄰星（也叫半人馬α星），相距約4光年。

第二章——宇宙演化的圖象

1、一個簡單的事實證明地球是“圓”的：一艘從地平線上駛來的帆船，它的桅桿和船帆最先顯露出來，隨后才是船身。

2、肉眼只能觀察到這5顆行星：水星、金星、火星、木星和土星。

第三章——科學(xué)理論的本性

1、任何自然科學(xué)理論可以說都只是一個“假說”。在這個意義上，它都只能是暫時的“正確”，因為你不能證明它是永遠(yuǎn)正確的（不管實驗的結(jié)果有多少次與這個理論吻合，你都永遠(yuǎn)不能斷定下一次的實驗結(jié)果還與它吻合）。另一方面，一旦找到任何一個與該理論不吻合的實驗結(jié)果，就足以將它證偽。然后，我們就必須拋棄或修正它。

第四章——牛頓之宇宙

第五章——相對論

1、麥克斯韋理論意味著，電磁波（以光為代表）以某種固定速度（即光速）行進(jìn)。而這很難與牛頓理論中不存在靜止的絕對標(biāo)準(zhǔn)的觀點相一致。因此，人們提出存在一種稱為“以太”的物質(zhì)。它無處不在，包括真空，并認(rèn)為光相對于以太的速度是不變的。然而，邁克耳孫-莫雷實驗證實了以太根本不存在。

2、相對論使絕對時空的觀念壽終正寢，也讓我們必須接受：時間不能完全和空間分離，而是和它相結(jié)合，形成一個稱為“時空”的客體。

3、1905年愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論，成功解釋了為什么光速在任何慣性系中對所有觀測者都是相同的。同時也提出了一切物體的速度不能超越光速，包括引力傳播的速度，而這與牛頓引力論（引力以無限大的速度傳播）不相協(xié)調(diào)。直到1915年，他才又提出了一個更具革命性的理論——廣義相對論。

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附：對質(zhì)能方程*的正確理解

1、正確理解E與m的具體含義：當(dāng)物體靜止時，m表示靜止質(zhì)量，E表示靜止能量；當(dāng)物體運動時，m表示運動質(zhì)量，E表示靜止能量加上動能。

2、a.質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化。b.原子核的質(zhì)量虧損現(xiàn)象不滿足質(zhì)量守恒定律。這兩個說法都是錯誤的！

正確理解是：在發(fā)生核聚變或核裂變（實際上這兩種核反應(yīng)都是由比結(jié)合能小的原子核轉(zhuǎn)變?yōu)楸冉Y(jié)合能大的原子核的過程）時，結(jié)合能（也叫核能）被釋放，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為了光子的運動質(zhì)量（光子無靜止質(zhì)量，其運動質(zhì)量計算公式為 **，且光子只有動能）。注：結(jié)合能的概念其實很廣泛，比如多個原子在形成分子時也會釋放出結(jié)合能，但是這種結(jié)合能與多個核子在形成原子核時的能量相比小很多，通常忽略不計。因此，上述的結(jié)合能也叫核能。

3、另外，必須注意：在經(jīng)典力學(xué)中，物體的動能公式是***。而在相對論中，物體的動能公式是****。當(dāng)物體的運動速度v遠(yuǎn)小于光速c時，物體的運動質(zhì)量近似為靜止質(zhì)量，因此相對論中的動能公式就能被經(jīng)典力學(xué)中的動能公式替代。

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第六章——彎曲空間

1、球面上任意兩點之間的最短距離（也叫測地線）是這兩點與球心所確定的圓周上的劣?。ɑ虬雸A）。所以，在一張平面地圖上，兩點之間的最短距離并不是這兩點所確定的線段。

2、狹義相對論的基本原理

a.光速不變原理：在所有慣性系中（在廣義相對論中推廣到所有參考系），真空中的光速不變。

b.狹義相對性原理：在所有慣性系中，物理定律都具有相同的數(shù)學(xué)形式。這是伽利略相對性原理的推廣。

3、廣義相對論的基本原理

a.等效原理：一個均勻的引力場與一個勻加速直線運動的參考系等效。

b.廣義相對性原理：在所有參考系中，物理定律都具有相同的數(shù)學(xué)形式。這是狹義相對性原理的推廣。

4、廣義相對論的預(yù)言：水星近日點的進(jìn)動、光在引力場中的彎曲（不能理解為光受到了引力的作用而發(fā)生彎曲，因為在廣義相對論中不存在“引力”的概念?。⒁t移（包括強引力場周圍的時間比弱引力場流逝得快）、引力波等。

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思考：廣義相對論與狹義相對論相比，其“廣義”之處在哪？

1、通過等效原理將相對性原理由所有慣性系推廣到所有參考系。

2、不再認(rèn)為引力是一種力，而是時空的彎曲。

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第七章——膨脹的宇宙

1、哈勃發(fā)現(xiàn)從大多數(shù)星系獲得的光譜呈現(xiàn)紅移（主要是由于多普勒效應(yīng)，而非引力紅移效應(yīng)），并且越遠(yuǎn)的星系，遠(yuǎn)離我們的速度越快，從而發(fā)現(xiàn)了宇宙正在膨脹。

另外需要注意：多普勒效應(yīng)與引力場都會導(dǎo)致光譜紅移，但是二者的原理不同。

2、愛因斯坦于1915年表述廣義相對論時，很堅信宇宙必須是靜止的。他甚至在引力場方程中引進(jìn)一個宇宙常數(shù)來敷衍。后來，他又否定了宇宙常數(shù)，并說這是他在學(xué)術(shù)上犯下的最大錯誤。但是，最近幾年的觀測指出：宇宙的膨脹實際上不是減慢的，而是加速的。弗里德曼的三個模型中沒有一個能解釋它，這意味著愛因斯坦引進(jìn)的宇宙常數(shù)（以及它的反引力效應(yīng)）或許是正確的。

第八章——大爆炸、黑洞和宇宙的演化

1、在早期宇宙中，存在電子/正電子對碰撞創(chuàng)生光子（γ射線）和相反過程（注意不是所有光子碰撞都能發(fā)生反應(yīng)，必須是能量很高的光子）之間的平衡。隨著宇宙溫度的下降，這種平衡變得對創(chuàng)生光子有利。

1.恒星的初始燃料（氫）越多，它就會越快燃盡。因為恒星的初始燃料越多，其質(zhì)量越大，為了平衡引力，它就必須越熱，從而核聚變反應(yīng)就越快。

2.廣義相對論的局限性在于它預(yù)言了宇宙中（包括在大爆炸時）存在奇點，即密度和時空曲率無限大的位置。

第九章——量子引力

1、海森堡提出的不確定性原理（也叫測不準(zhǔn)原理）表明了我們無法在某一時刻既精確地知道粒子的速度，又精確地知道它的位置。同時，這意味著拉普拉斯決定論的終結(jié)。

2、普朗克提出“能量不是連續(xù)的，而是量子化的”，這成功解釋了黑體輻射的問題。量子力學(xué)就是從這以上兩個原理發(fā)展而來的。后來，普朗克又提出了普朗克時間、普朗克長度以及普朗克能量的概念。

3、量子力學(xué)將一種不可預(yù)測性或隨機性的不可回避因素引入了科學(xué)，但這并不意味著它限制了科學(xué)。因此，愛因斯坦的名言——“上帝不擲骰子。”不攻自破。而量子力學(xué)中，粒子都是由波（粒子的波粒二象性）來代表的。

4、單個電子在雙縫干涉實驗中仍然出現(xiàn)了干涉條紋，它與自己發(fā)生了干涉！量子力學(xué)也解釋了為什么電子的輻射不會使電子坍縮到原子核上。

第十章——蟲洞和時間旅行

1.哥德爾不完備性定理粉碎了大數(shù)學(xué)家希爾伯特對“嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)”的宏偉計劃。

2.蟲洞（又叫為愛因斯坦-羅森橋）只能維持很短的時間。

3.根據(jù)費恩曼的對歷史求和，粒子順時運動等效于反粒子逆時運動。

第十一章——自然的力和物理學(xué)統(tǒng)一

1、在量子力學(xué)中，粒子之間所有的力都是由虛粒子攜帶的。正如，引力由引力子（至今未被發(fā)現(xiàn)）的交換引起；電磁力由（虛）光子的交換引起；強核力由膠子的交換引起；弱核力由W及Z玻色子的交換引起。虛粒子永遠(yuǎn)不能直接被檢測到，但具有可測量效應(yīng)。

2、尋找一個把引力與其它力統(tǒng)一的理論的主要困難在于，廣義相對論認(rèn)為引力是時空的幾何屬性（即曲率），它沒有考慮不確定性原理。

3、在弦論中，它研究的基本對象不是粒子，而是具有長度但不具有其它維度，像一段無限細(xì)的弦的東西。

4、空間是三維的重要性：在多于三維的空間中，行星的軌道將是不穩(wěn)定的，而行星要么以螺旋線的軌道落到太陽上，要么完全逃脫它的吸引。（電子也是如此。）

5、人存原理：我們看到的宇宙之所以是這樣的，是因為我們的存在。

第十二章——結(jié)論

1、對于年份是100的整數(shù)倍的年份，有兩種情況：當(dāng)年份是400的整數(shù)倍時是閏年；是100的整數(shù)倍而不是400的整數(shù)倍時是平年。比如，公元2000年是閏年（366天），公元1900年是平年（365天）。???