這本書(shū)一共講了三個(gè)部分的內(nèi)容，第一部分我們重點(diǎn)談到了，是人類的好奇心和求知欲，帶來(lái)了科學(xué)思維的出現(xiàn)，讓人類和其他動(dòng)物在思維上逐漸拉開(kāi)差距。我們從占星術(shù)發(fā)展出了天文學(xué)，從煉金術(shù)發(fā)展出了化學(xué)等等。第二部分的內(nèi)容，我們講到了，亞里士多德開(kāi)創(chuàng)了人類理性的思維，而伽利略則開(kāi)創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)精神。

01

從伽利略此后的幾百年，我們的各門學(xué)科得到了飛速發(fā)展，尤其物理學(xué)發(fā)展到牛頓力學(xué)理論問(wèn)世以后，幾乎所有物理學(xué)家都認(rèn)為，物理學(xué)研究已經(jīng)接近尾聲。當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們甚至認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)基本建成，剩下的工作只不過(guò)是修修補(bǔ)補(bǔ)而已。而不協(xié)調(diào)的只有物理學(xué)天空上小小的'兩朵烏云'。但是正是這兩朵烏云卻揭開(kāi)了物理學(xué)革命的序幕：一朵烏云下降生了量子論，緊接著從另一朵烏云下降生了相對(duì)論。量子論和相對(duì)論的誕生，使整個(gè)物理學(xué)面貌為之一新。而這兩朵烏云都和一個(gè)人有密切的關(guān)系，他就是愛(ài)因斯坦。

1879年出生于德國(guó)猶太家庭的愛(ài)因斯坦，在瑞士專利局工作期間發(fā)表了三篇對(duì)當(dāng)今物理學(xué)影響深遠(yuǎn)的論文，其中最為著名的就是關(guān)于相對(duì)論的了，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是狹義相對(duì)論。那你知道什么是狹義相對(duì)論，它又是怎么顛覆牛頓的定律的呢？

02

在解釋相對(duì)論之前，我們要了解個(gè)前提條件，就是在此之前，物理學(xué)家麥克斯韋已經(jīng)證明光速是恒定的，而且光速的恒定是跟測(cè)量者的位置和速度都是沒(méi)關(guān)系的。也就是說(shuō)，不管你是坐在飛機(jī)上測(cè)試，還是站在原地測(cè)試光速，它的速度總是恒定的大約是30萬(wàn)公里每秒。有了這個(gè)前提，讓我們來(lái)了解一下神奇的狹義相對(duì)論。

想象一下，你正在火車站的月臺(tái)上，一列火車呼嘯而過(guò)，火車的速度假設(shè)是100米/秒。一名乘客在火車上以每秒5米的速度往前走，在月臺(tái)上的你看來(lái)，這名乘客的移動(dòng)速度是105米每秒。這個(gè)很好理解，就是火車的移動(dòng)速度加上你的移動(dòng)速度。這完美符合牛頓力學(xué)里最基本的速度疊加原理。但是問(wèn)題來(lái)了，如果這個(gè)時(shí)候，火車上行走的不是你，而是光呢？比如你在火車上打開(kāi)手電筒，那這時(shí)候在月臺(tái)上的你，觀察到的光的速度是不是變成，光速再加上火車移動(dòng)的速度了呢？那不是大于光速了？這和前面講的光的速度，在任何位置測(cè)量都是恒定不變的原理就矛盾了呀。給大家三秒鐘再回憶和思考一下剛才的邏輯。

03

那愛(ài)因斯坦是如何解釋這個(gè)矛盾的呢？

我們都知道，速度等于距離除以時(shí)間，而麥克斯韋的理論又說(shuō)光的速度是固定的，這就告訴我們?cè)跍y(cè)量距離和時(shí)間時(shí)，不會(huì)存在普遍的一致性。也就是說(shuō)移動(dòng)的物體的時(shí)間和距離都會(huì)變，但它們的比值，也就是光速是恒定不變的。愛(ài)因斯坦表示，世界上沒(méi)有通用的鐘表或者通用的米尺，所有這樣的測(cè)量都取決于觀察者的運(yùn)動(dòng)。我們每個(gè)人觀察和測(cè)量的結(jié)果只不過(guò)是我們自己的個(gè)人觀點(diǎn)，而不是一個(gè)所有人都認(rèn)同的事實(shí)。這就是愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的精髓。

狹義相對(duì)論認(rèn)為時(shí)間不是絕對(duì)的，每個(gè)人的時(shí)間都有微小的差別。愛(ài)因斯坦指出，隨著物體線性運(yùn)動(dòng)速度的加快，時(shí)間會(huì)變慢。后來(lái)使用同步原子鐘已證實(shí)了這個(gè)結(jié)論的正確性，將一個(gè)鐘表留在地面上，而攜帶另一個(gè)以很快速度移動(dòng)，如在飛機(jī)上，然后進(jìn)行比較，靜止的鐘表總比另一個(gè)稍微快一點(diǎn)。不僅移動(dòng)物體的時(shí)間會(huì)變慢，它的長(zhǎng)短也會(huì)變短。愛(ài)因斯坦指出，任何物體以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其長(zhǎng)度將會(huì)縮短為零。

現(xiàn)在我們知道，牛頓的力學(xué)體系其實(shí)是有它的適用范圍的，它只能在低速宏觀的條件下使用，而當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候牛頓的力學(xué)就會(huì)時(shí)效，因?yàn)樗c光速恒定的原理矛盾了，這時(shí)候我們要用相對(duì)論力學(xué)來(lái)修正它。我們也可以理解為，牛頓力學(xué)是相對(duì)論力學(xué)在速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)候的一個(gè)特例。

愛(ài)因斯坦不僅創(chuàng)立了相對(duì)論，還提出光量子假說(shuō)和解決了光電效應(yīng)問(wèn)題，并在1921年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。愛(ài)因斯坦被公認(rèn)為是繼伽利略、牛頓以來(lái)最偉大的物理學(xué)家。1999年12月26日，愛(ài)因斯坦被美國(guó)《時(shí)代周刊》評(píng)選為“世紀(jì)偉人”。

04

說(shuō)完了相對(duì)論，接著讓我們簡(jiǎn)單了解一下什么是量子力學(xué)。如果說(shuō)牛頓的物理系統(tǒng)是宏觀世界的物理學(xué)，那么量子理論就是微觀世界的物理學(xué)。牛頓的力學(xué)理論認(rèn)為，所有物體的運(yùn)動(dòng)變化都是可以精確測(cè)量的，世界就像精確運(yùn)行的鐘表，而量子力學(xué)顛覆了這種觀念，帶來(lái)了重要的“不確定性”思維。

量子力學(xué)為什么帶來(lái)了不確定性？我們講到舉一個(gè)例子，比如你現(xiàn)在的客廳里有一只貓，我們通常認(rèn)為，一個(gè)物體的存在有一個(gè)確定的空間位置，這種存在，是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的、是客觀的，要么這只貓?jiān)诳蛷d，要么不再，總之它不可能既在客廳，又不在客廳，這是我們通常認(rèn)為不可能的，而在微觀世界的量子理論看來(lái)，這種情況是真實(shí)存在的。

你是不是覺(jué)得非常神奇？

在微觀世界里也是一樣，當(dāng)我們?cè)噲D去測(cè)量電子的位置時(shí)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)根本無(wú)法辦到，因?yàn)槲覀儨y(cè)量這一動(dòng)作，會(huì)影響電子的位置，也就是電子的位置是隨著我們的觀察而隨機(jī)變化的。在微觀世界，粒子的運(yùn)動(dòng)變化是完全隨機(jī)和具有不確定性的。當(dāng)然這樣的現(xiàn)象不僅你不相信，就連愛(ài)因斯坦也不敢相信，他不相信在規(guī)律變化的世界里，還存在者一種隨機(jī)和不確定性的世界觀，于是有了那句名言：上帝從不擲骰子。

在牛頓力學(xué)體系中，能量的吸收和釋放是連續(xù)的，物質(zhì)可以吸收任意大小的能量。后來(lái)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，其實(shí)能量真實(shí)的吸收和釋放，只能夠以某個(gè)的量級(jí)為最小單位，一份一份的吸收和釋放，并不是連續(xù)的，這就導(dǎo)致了牛頓力學(xué)在大尺度上和實(shí)驗(yàn)符合的很好，但在小尺度上偏差很大，所以微觀世界粒子的運(yùn)動(dòng)變化并不遵循牛頓的經(jīng)典理論。所以薛定諤在普朗克的量子理論體系上建立了薛定諤方程，從而開(kāi)辟了量子力學(xué)。當(dāng)然量子力學(xué)非常艱深，我們只是粗略和簡(jiǎn)單地描述了一下，具體的我們就不展開(kāi)了。

量子論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一。量子論給我們提供了新的關(guān)于自然界的表述方法和思考方法。量子論揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，為原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。它能很好地解釋原子結(jié)構(gòu)、原子光譜的規(guī)律性、化學(xué)元素的性質(zhì)、光的吸收與輻射等。量子理論也成為了包括計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星和手機(jī)以及所有電器技術(shù)的基礎(chǔ)理論，為人類科技的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

05

牛頓的力學(xué)理論讓我們以為，世界像鐘表一樣精確運(yùn)行，我們對(duì)自然是完全可以掌控和計(jì)算的；而量子理論告訴我們，人類已知的東西是有限的，微觀世界充滿了隨機(jī)性，我們已知的物質(zhì)只占到了宇宙的5%，還有95%我們根本不知道是什么，我們也無(wú)法控制，宇宙是一個(gè)充滿非凡秘密的地方，有太多未知的可能，唯有通過(guò)人類的好奇心和求知欲去探索和發(fā)現(xiàn)。

好了，這本書(shū)的內(nèi)容我們就介紹到這來(lái)，讓我們來(lái)簡(jiǎn)單回顧一下今天的內(nèi)容。

首先，我們講到了，人類從幾百萬(wàn)年前的大猩猩開(kāi)始，經(jīng)歷了直立人、智人，最后一批智人進(jìn)化成了我們現(xiàn)在的人類，在這一系列進(jìn)化過(guò)程中，人類不僅進(jìn)化出了發(fā)達(dá)的大腦，還讓我們掌握了語(yǔ)言和文字，而且更重要的讓我們發(fā)展出了更高級(jí)別的思維能力，思維能力的差異讓我們 和其他物種拉開(kāi)了差距，從而站到了地球食物鏈的頂端，而這一切的背后，人類的好奇心和求知欲是驅(qū)動(dòng)科學(xué)思維出現(xiàn)的源泉和根本，也就是人類不僅會(huì)問(wèn)為什么，而且還會(huì)去探尋問(wèn)題的答案。

其次，我們講到了，從人類開(kāi)創(chuàng)了科學(xué)思維以后，人類文明得到了空前進(jìn)步，我們也展開(kāi)了對(duì)宇宙全方面的求知和探索。從天文學(xué)、物理學(xué)、到化學(xué)和生物學(xué)，人類求知和探索的腳步從未停歇，人類的科學(xué)思維也從以亞里士多德的定性研究，逐漸演變到了以伽利略為代表的定量研究，也就是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)研究。這使得人類探索世界更進(jìn)一步，甚至有人認(rèn)為，到了牛頓的力學(xué)理論，我們對(duì)于世界的探索已經(jīng)接近尾聲，離解開(kāi)上帝最后一塊面紗越來(lái)越近了。而實(shí)時(shí)證明并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。

最后，我們講到了，以愛(ài)因斯坦為代表的近現(xiàn)代科學(xué)家們開(kāi)創(chuàng)了相對(duì)論和量子論，打開(kāi)了人類探索世界的新領(lǐng)域。在相對(duì)論的帶領(lǐng)下，我們才意識(shí)到，牛頓的力學(xué)體系只是在低速宏觀下的特殊狀態(tài)，在高速的狀態(tài)下，事物的運(yùn)動(dòng)變化并不遵循牛頓的運(yùn)動(dòng)定律；而在微觀世界，我們的世界觀再一次被顛覆了，和牛頓力學(xué)描述的宏觀世界不同，量子力學(xué)所描述的微觀世界具有高度的不確定性。我們才意識(shí)到，人類對(duì)宇宙的認(rèn)知還只是冰山一角，還有更加廣闊的未知領(lǐng)域等待著我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>