現代物理學習小記1

現代物理學習小記(1)

--大宗師

我不是學物理專業的，對於物理的了解基本上停留在高中物理，也就是所謂經典物理的水平上，對於現代物理學，最多也就是些科普性質的粗淺認識，而且不太係統，道聽途說的成分不少，所以一直想係統性的多了解一些現代物理學，尤其是相對論、量子力學、黑洞、大爆炸、宇宙學、生命和智慧的現代物理學基礎等。近來終於有了個開始，通過學習，自己感覺對現代物理學有了些係統的了解，這裏就總結一下。

1、狹義相對論

以往對於狹義相對論的理解就是速度越快，距離越短，時間越慢，還有就是每個地球人都知道的質能方程E=MC^2，但不知其所以然，以前覺著似乎隻有像愛因斯坦這種超級天才才能發明狹義相對論。但通過學習才知道，其實也沒那麽神，狹義相對論也是水到渠成的玩意兒，當時物理學的發展已經到了那一步，沒有愛因斯坦，別人也能發明，其實當時已經有至少兩個人已經十分接近了。當時麥克斯韋電磁方程組和洛倫茨變換已被發明，這兩大發明再往前走小半步，捅破窗戶紙，就是狹義相對論了。愛因斯坦就是捅破窗戶紙那一個人，他的偉大之處更在於從物理概念、哲學意義上闡述了狹義相對論，那就是光速在我們這個宇宙的絕對性：光相對於任何參照係，任你怎麽觀察，都以絕對恒定的光速運行，而空間、時間、質量、能量則都具有相對性。這個結論相當反常識，相當震撼，空間、時間、質量、能量這些是在常識裏天經地義亙古不變的近乎神聖的人們時時刻刻都會接觸到的東西、概念，說它們隻是可變的、相對的物理量，一下子怎麽也想不通，但你隻要承認了光速的絕對性，那麽空間、時間、質量、能量的相對性也就順理成章了。我私下裏覺得，光速的絕對性可能還有太多更深的內容有待挖掘，它或許能揭示我們宇宙的根本法則和本來麵目。

2、廣義相對論

狹義相對論隻是愛因斯坦的牛刀小試，廣義相對論才是愛因斯坦超級天才的體現。廣義相對論的核心思想是認為物質和能量決定了時空的幾何結構，引力其實是物質和能量造成的時空彎曲，這對於經典物理學，絕對又是一個巨大的顛覆。通過求解愛因斯坦廣義相對論的非線性偏微分方程，人們發現了幾種奇怪的解，其中著名一個是史瓦西解：在恒星暮年，如果引力坍塌至史瓦西半徑以內，就會出現引力奇點，時空彎曲得如此厲害，以至於其內部產生的光都無法逃逸，這就是大名鼎鼎的黑洞。另一個著名的則是愛因斯坦-羅森橋，又叫蟲洞，是一種連接時空中不同點的物理結構，人們想象通過蟲洞，人們或許能夠完成跨越銀河係甚至跨越時間的旅行。廣義相對論的非線性偏微分方程非常難解，不知道學界有沒有采用大型計算機對其實行數值解或模擬仿真，估計可以再現宇宙演化的每一個精彩絕倫的細節，讓我們能夠目睹宇宙從無到有，從簡至繁，從過去到未來的整個發展過程，估計現在計算機的算力可能還不夠，這就隻有等待更強大的計算機的出現了。