物理学的进化

        《物理学的进化》是伟大的物理学家爱因斯坦的科普经典，用通俗易懂的语言、浅显的例子粗线条地描述了物理学进化的历程，同时还展现出富有启迪的科学思维和方法论。看完本书，我对科学的热情对物理的热爱倍增，对爱因斯坦的崇拜犹如滔滔江水连绵不绝，学生不才，根据书中的思路概述物理学发展的过程，作为对大师对科学的致敬。

机械观的兴起

         与哲学和宗教一样，物理学也是一套理解客观世界的观念，目标是寻求观念世界与现象世界的联系，建立符合客观现象的科学规律。

         虽然古代掌握了指南针、活字印刷等技术，有投石器、举升机等机械设备，甚至亚里士多德在2000多年前就有《力学》著作，但真正的物理学始于伽利略，伽利略的发现以及他所用的科学的推理方法标志着物理学真正的开端。科学的基石是科学的推理方法，它是一种推理分析和实验相结合的研究方式，为了解释观察到的现象，首先在假设的前提下通过分析推理得到结论，然后通过实验去验证，从而判断结论是否正确。

        物理学家根据直观感受到的运动和力的现象，发明了质量、力和惯性系的概念，通过推理和实验建立了经典力学。根据这些知识，人们解释了运动，从最小的粒子的运动到宏大的行星的运动；理解了热、温度的内涵，明白热能、动能以及能量守恒。机械观是用物质和力来理解世界的观念，世界上的一切现象都是由粒子及其粒子之间的相互作用力导致，而且这些力只与距离有关。机械观是简单的，也是有效地，因为它合理的解释了当时人们观察到的一切自然现象，当时的物理学家是自信甚至膨胀的，认为已经找到了全部的宇宙真理。

机械观的衰落

        物理学家的自信心很快就开始动摇了，他们发现机械观无法有利地解释电学和光学领域的现象。运动着的带电体对磁针的作用力不仅与距离有关，而且还与带电体的速度有关。这种力对磁针既不排斥也不吸引，而且垂直地作用在连接针与带电体的直线上。在光学中，大家赞成光的波动说，波在由彼此间有机械力相互作用着的粒子所组成的介质中传播，这是一种力学的概念，但传播光的介质是什么，它的力学性质如何，无法用机械观回答。

        现代物理学家的知识比19世纪的物理学家的更广更深，但他们的疑惑和困难也比从前更广更深，这些困难太大了，以致于最后不得不放弃机械观。

场和相对论

        当法拉第做完那个伟大的实验发现感生电流现象时，物理学家一定惊呆了，自然界比他们想象的更复杂更奇妙。为了更方便地解释电磁现象，物理学家发明了场的概念，场的概念如此的成功，以致于到后来不只是个虚拟的可有可无的概念，而是一个跟实在的物质一样的实体，是一个看不见的固有存在的实体。关于电磁场的定律的定量的数学描述都总括在麦克斯韦方程组中，这些方程的提出是牛顿时代以来物理学上最重要的一个事件，它把电场和磁场的变化联系起来，定量地描述了一切电磁场的现象，并揭示了电磁波，正确的判断光也是一种电磁波。机械观难以解释的现象，被建立在场概念基础上的电磁学观念解决。

        另一边，看似坚固无比的经典力学大厦，更是被爱因斯坦的相对论重建。适用于惯性坐标系的狭义相对论，建立在两个基本假设上：在所有相互做匀速直线运动的坐标系中，物理定律都相同；光速永远不变。从这两个假设中推导出，时间是相对的，空间也是相对的，即时间和物体都是可变的，运动着的物体时间会变长且在运动方向会变短，很颠覆认知，据说当时全世界能理解相对论的不超过5个人。相对论发明了时-空连续区概念，从此世界不再仅仅是三维的，时间也是一个可变量，世界变成了四维，坐标系的转换包括时间参数。喜欢跑步的人显得年轻，是不是因为运动着的物体时间会拉长的原因，开玩笑，相对论只适用于光速级别的高速运动。狭义相对论改变了力学定律，从此牛顿定律的适应再加了个条件，只适用于低速的惯性系。另外，狭义相对论发现了原来完全独立的质量和能量之间的关系，即是有名的E=mc2质能方程，开启了人类的核能时代。从相对论观念看质量具有能，能也具有质量，就是说同一个胖子在38°C体温时会比36.5°C时重一些。进一步的，伟大的爱因斯坦提出了广义相对论，即在任何坐标系下都适用的物理学定律，在假设惯性质量和引力质量相等条件下，广义相对论更深入地分析了时-空连续区，分析了引力问题，建立了引力场的新的定律，并且揭示了我们世界的非欧几里得的几何性质，在非欧几何里，三角形的内角之和不等于180°，广义相对论重新定义了世界的几何特性。

       物理学的发展既摧毁了旧概念，又创立了新概念，绝对的时间和惯性坐标系被相对论抛弃了，所有现象的背景不再是一维的时间连续区和三维的空间连续区，而是全新的时-空连续区。要整理和理解现象，重要的不是领会物体的行为，而是领会位于物体之间的场的行为。在新的物理学观念中，世界有两种实在：场和实体。

量子物理学

      在量子理论中，基本的粒子是非连续性的，只能是基本量子的倍数。量子物理学放弃基本粒子个体规律而直接说明支配集体的统计规律，对事件的客观描述提升到概率波的描述，量子力学揭示自然的非连续性和统计的规律。新的更困难的问题出现了，这些问题直到现在还没有弄清楚。

         纵观物理学的进化，可以看出越来越向着更抽象、更复杂、更深奥的方向发展，作为智商和物理一般般的学生，我多么的希望经典力学就是宇宙的终极规律，而不是让人看着头大的相对论、量子力学。可是客观实在是不以人的意志为转移的，如果科学的目标是建立可以寻求于观察的现象一致的理论，我们必须抛弃自身的执着和偏见，也正是由于人们不断地否定自身否定科学，才不断地拓展了科学的疆域。与19世纪自信地认为找到宇宙真理的物理学家不同，科学是一本永远也写不完的书，每一个重大进展都带来了新的更复杂的问题。科学的发展永无止尽，人类的认知也将永无止尽，这正是科学的魅力所在，人类的希望所在。