聊聊狭义相对论-第3部分
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
这一年，牛顿出版了他的光辉巨作——《自然哲学之数学原理》。
在这一元典中，他提出了奠定经典力学基础的牛顿运动三大定律以及万有引力定律。
关于牛顿运动三大定律，诸位在课堂上肯定是接触过、了解过的，因而，你完全可以跳过去，它不会影响我们后面的旅程。在这里，我还是要把它写下来，因为它是人类思想的精华和巅峰。
牛顿第一定律（惯性定律） 每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态。
牛顿第二定律 运动的变化正比于外力，变化的方向沿外力作用的直线方向。
牛顿第三定律 每一种作用都有一个相等的反作用；或者，两个物体间的相互作用总是相等的，而且指向反向。（引自《自然哲学之数学原理》）
而牛顿的万有引力定律说的是：任意两个有质量的物体间都存在着相互吸引的力，其大小与两物体的质量之积成正比，与其距离之平方成反比。
自然语言的描述是抽象的，这就与追求精确的科学的目的相悖，这就产生了矛盾。有矛盾就必须解决矛盾，无论在社会中，还是历史中，甚至生活中，这都是不变的解决事情的方法。因此，在科学中也不例外。而锦囊是——用数学语言。
只有数字才能定量地描述一件事或物。打个比方，如果说“这块石头很重”，但是究竟有多重呢？不同的人会有不同的理解。但换成说“这快石头重达100公斤”，那么大家就能取得这块石头很重的统一认识了。这就是数字，或者在扩大一些——数学语言的优势所在。
同样的道理，这个万有引力究竟有多大呢？自然语言很难说得清楚。
要是写成数学式子，运用数字来去描述的话，就相当的直接、明了。
F=GMm/r2
这是万有引力的数学表达式。其中，M、m是两物体的质量，用具体数字代替。r是他们的距离，还是代表某个数字。G是常量，等于6。67×10…11（牛米2/千克2）。
于是，质量均为1千克的两个物体，相距1米的话，我们可以很快地将这些具体数字代入上面那条式子中，运用计算法则得到他们之间的万有引力大小——6。67×10…11牛。大家就能清楚得达成了共识。
如果用自然语言来描述的话，诸位试一下，看看有没有困难。
从中我们可以体会到，数学式子也不过是一种描述事物的语言，它没有什么可怕的。它是人们在解决矛盾过程中的必然结果。而且，它还具有比平常语言的优越性。拥有它，驾弩它，是人类智慧的象征，是一个人素质的体现。
希望一些朋友能够放下对数学的恐惧，而给予它一个正确的对待，还予它一个公正的评价。这不也是我们的责任吗？
人，不能因为个人爱恨，而失去对事物的公平对待。
生活如此，科学亦如此。
好，咱们继续前行。
一开始不被人信服、理解，在嘲讽中成长，最后赢得世人无上的赞赏和荣耀。
这是诸多理论的必由之路。
万有引力定律也不例外。然而，历史的车轮滚滚前行，每一样事物最终都会得到它应有的位置。
1781年，英国天文学家威廉·赫歇耳利用望远镜发现了太阳系的第七大行星——天王星。所有人都在期待下一颗行星的登场，然而一无所获。
1821年，人们在计算和观察中发现，天王星的轨道与牛顿万有引力定律的预言有很大偏差，什么原因呢？
一个可能，牛顿错了。
另一个可能，牛顿是对的。如果是这样的话，那就应该有一个未知的天体影响了天王星的运动。
何去何从？历史的判决还是交给实验。
在这千钧一发的时刻，英国剑桥大学学生亚当斯（嘿嘿，牛顿的校友，或者师弟）和法国天文学家勒维烈分别独自经过辛苦的计算，得到了这个未知天体的参数。
1846年9月23日，柏林天文台。漆黑的夜晚。两个青年屏住呼吸，小心翼翼地对准了他们计算得到的位置。
老兄，是这里吗？
我看有点像！
确定一点，好像……
我说兄弟呀，是它吧……应该是的！
我没有眼花吧？
……
历史翻开新的一页，在上面重重地写上：1846年9 月23日，亚当斯和勒维烈发现了人类的第八颗行星——海王星。
牛顿胜利了！
数学胜利了！
人类胜利了！
这是一次理论预言的光辉典范。人类用他们对大自然的理解和自己的逻辑能力，窥见了上帝的运作秘密！
我们有理由为自己自豪！
我们有理由为自己喝彩！
海王星的发现极大地支持了万有引力定律，人们逐渐消除了对它的怀疑，并在它的指引下，继续像未知领域进发！
回到牛顿身上。
由于在科学上的造诣，尤其是《自然哲学之数学原理》的发表之后，牛顿受到众人的仰慕，震惊了全世界。各国的科学家、元首和贵族都纷纷慕名前来拜访，甚至以见过牛顿为荣。（看来研究科学，赚得也不错……）
“噢，兄弟，俺今天跟牛兄打了个招呼！”一语既出，众人连忙低头哈腰，一脸敬畏的神情。
这或许是当时的一个场面。
牛顿还担任了剑桥大学的卢卡斯数学教授（现在坐镇这一职位的是大物理学家霍金），并且当选为英国皇家学会会长（曾经是胡克的高椅）。
除了这些在科学界的荣耀之外，牛顿在政界混得也不赖。
1689年，国会议员；1696年，造币局总监；1701年，国会议员；1705年，受女王册封成为爵士。
与此同时，牛顿的嘴皮子也不闲着。为了争夺微积分的发明权，牛顿一直跟莱布尼茨纠缠不清，争论不休。（莱布尼茨是德国人，他与牛顿关于微积分发明权的争论也成了数学界的一桩公案，现在认为，莱布尼茨与牛顿各自独立发明了微积分，两人都是微积分的创始人。）
研究炼金术、上帝和《圣经》，也是牛顿后半世的重要节目。（这个……）
牛顿还是个“钻石王老五”，终生未娶。（搞科学得献身哪！）
苹果树下。
一丝夕阳的余晖微弱地透过苹果树叶的空隙，隐约地照在一本画了很多几何曲线的书上。
牛顿拖着疲倦的身子靠在树边，看着手里的——是自己的心血——《自然哲学之数学原理》。
一幕幕往事涌上了心间。
曾经我被父亲抛弃……
曾经我在外祖母手把手下学习、写字……
曾经我跟那位同学决斗……
曾经我在这棵苹果树下……
曾经我与胡克争吵……
曾经我在多少个不眠夜晚挑灯书写《自然哲学之数学原理》……
曾经我接受无上的荣耀……
曾经我被陛下授予爵士……
曾经我与莱布尼茨论剑……
曾经我……
哎——奔波一生，荣誉万千！心中困惑，不知遂否？
牛顿抬起头，长吁了一口气。
可惜，炼丹术还没有结果。可惜，我还没有找到上帝的足迹。可惜，流数（微积分）的优先权还在争论。可惜，当年与胡克的针锋……
一阵微风吹过，翻动了书页，最后停在开头的几页上。
这一页写的不是别的，上面正是第一定律：
每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态。
牛顿看了一下，脸上闪过一丝微笑。他想，
只是，不知，我的定律会不会遇到外力呢？几百年后它还是现在的状态吗？
……
1727年3月20日，牛顿离开人世，享年85岁。英国王室在西敏寺大教堂为这位人类最伟大的科学家举行了国葬。
或许，牛顿是睿智的，他敏锐地觉察到了他的理论的危机。
不过，现在我们还是先来看看牛顿以后物理学的发展。
牛顿运动定律和万有引力定律的建立，标志着完整的经典力学体系的形成，人们第一次统一了那么广阔的物理帝国，从天上到地下，从地球到遥远的恒星，无不划进我们的疆域之中。从此以后，物理学成为了一门成熟的自然科学，繁衍生息，一直到今天。
在这一点上，牛顿功不可磨。
围绕着牛顿建立起来的经典力学体系，后来的物理学家们先后从动量、能量角度描述了牛顿定律，从17世纪到19世纪，陆续建立起了分析力学、刚体力学、弹性力学、流体力学……
19世纪，物理学除了在经典力学领域的所向披靡外，在其他的方面也战绩斐然。
英国物理学家麦克斯韦分别于1856年、1861年和1865年发表了三篇划时代的论文，建立起坚如磐石的经典电磁学理论，其中提出了著名的麦克斯韦方程组，被誉为上帝的诗篇，构建了经典电磁学的完美架构。
或许，我们应该来看一下这又一位充满神奇色彩的英国天才。
伟大的奥斯特发现了电流的磁效应，再加上伟大的安培的开创工作，两位先贤描绘了电磁大厦的草图。
伟大的法拉第用电磁感应定律为大厦奠定了坚实的基础。
而伟大的麦克斯韦在竣工那天，以电磁学方程组为它剪彩，标志大厦的最终落成。
乌尔河在碧绿的田野中辗转迂回，静静地流向远方。帕顿教堂肃静而又高耸，倒映在平静清澈的肯湖中。一切的一切，都是那么的恬适而美丽。
1831年，在母亲40岁那年，麦克斯韦在爱丁堡来到了人间。虎父无犬子。父亲是一个律师，同样也是皇家学会的会员，这也使得小麦克斯韦能够经常跟着老爸去听一下科学讲座，即使不一定听懂，但是小麦克斯韦无疑受到了这种气氛的熏陶。
8岁时，母亲撒手离开人世，享年48岁。（注意这个！）
小时候的麦克斯韦并不惹人喜欢。一身不入流的奇装异服，再加上看上去有点呆呆的样子，往往成了同学们的笑柄。不过，古语有云“天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身”。在磨难中长大，往往更能考验一个人的意志，挺过来了就是英雄！
有这么一个有趣的故事。一天，小麦克斯韦对着一瓶菊花写生，结果纸上竟然画满了三角形的叶子，圆形、椭圆形的花朵！（How can he do it like that？）父亲是个明眼人，早就发现了他的数学天赋，提前辅导他学习了几何，还有代数。是的，英雄的光芒即将要照亮人间！
还未满15岁，麦克斯韦就竟然在《爱丁堡皇家学会学报》上发表了一篇数学论文！讨论了如何最简便地画出椭圆来。要知道，学报平时都是只发表大师级的论著，一个小孩竟然能够在这样的学报上占有一席之地，好生了得！
1850年，麦克斯韦进入牛顿的母校——剑桥大学学习，师从霍普金斯，四年后以优异成绩结束学业，留校两年，主攻电磁理论和颜色理论。
一颗亮星移入英国上空，似乎即将有一些不寻常的事情发生……
1856年，第一道闪电划破夜空，麦克斯韦在剑桥发表了“电磁学三部曲”的第一篇——《法拉第的力线》，用矢量微分方程描述电场线，打响了数学与电学完美联姻的第一枪。
麦克斯韦不会忘记，那一个晴朗的下午，他敲开了法拉第的房门。两个人虽然年龄上相差了40岁，却一见如故，相见恨晚。
“你不应只满足于用数学来解释我的观点，而应去突破它！”前辈的话语时时回荡在麦克斯韦的耳边，不停地激励着他前进。
1861年，电闪雷鸣。麦克斯韦谱写了电磁学的第二部辉煌的篇章——《论物理的力线》，里面提出了两个微分方程，这就是后来麦氏方程组的雏形。同时，他还预言了电磁波的存在。
1865年，狂风大作。《电磁场动力学》横空出世，麦克斯韦利用拉格朗日和哈密顿的方法，给出了未来将以自己的大名命名的方程组，并且证明了电磁波的传播速度就等于光速（熟悉的朋友一定很清楚，这个速度就等于真空电容率与真空磁导率之积的平方根的倒数。），光就是电磁波！（伟大的预言！1887年，赫兹在实验室证明了电磁波的存在……）
至此，伟大的电磁学大楼完全竣工，与之前的牛顿的大楼相互辉映，闪耀出了经典物理学的光荣。这两座金碧大厦是如此的雄伟，它们高耸入云，傲视群雄，君临天下！
而且，我们还可以看到，这两座大楼之间用一条高贵典雅的天梯连接起来，它们再加上那座热力学大楼，三幢雄伟神圣的建筑相互联结，相互辉映，共同构成了一座“前无古人”的经�
