相對論原理(復刻精裝版)

Selections from The Principle of Relativity

  • 館長推薦 ☆★★★★
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商品訊息

  • 追蹤分類 ?
  • 作者:愛因斯坦 追蹤作者 ?
  • 出版社:大塊 追蹤出版社 ?
  • 出版日:2019/3/11
  • ISBN:9789862139653
  • 適讀年齡:全齡適讀
  • 定價:300
  • 特價:79237
  • 紅利可抵: 7

內容簡介

霍金逝世週年紀念
天文學+物理學經典(復刻精裝版)
五百年來,中文版第一次出齊
霍金 主編、導讀


霍金首度將五位科學巨人的經典名作完整收錄在這套《站在巨人肩上》,霍金還為他的前輩逐一精心撰寫了傳記文章,介紹他們的生平與著作,就像牛頓所說的:「如果說我看得比別人遠,那是因為我站在巨人的肩上」,一代傳一代。

綜觀科學史,愛因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)或許是唯一能與牛頓相提並論的人,但天才並不總是顯而易見的。小學時的校長曾對愛因斯坦的父親這麼說過:「他幹什麼都不會有什麼出息的!」不過愛因斯坦後來還是成為有史以來最偉大的理論物理學家。就像牛頓對我們理解引力所做出的貢獻一樣,愛因斯坦的相對論無疑是探索與理解宇宙漫長歷史中最重要的思想,影響所及,改變了你我對於時空的看法。在他單槍匹馬所創立的廣義相對論中,時空不僅是彎曲的,而且是動力學的,那意味著宇宙本身的形狀與歷史充滿著各種可能。愛因斯坦曾說:「理論的真理在你的心智中,不在你的眼睛裡。」他一生也是這樣致力於用他的思想而不是他的感官來探尋宇宙的奧祕。愛因斯坦不僅使二十世紀的科學思想發生了革命,他本身也超越了二十世紀。

目錄

關於英文文本的說明
前言
愛因斯坦生平與著作

論動體的電動力學
物體的慣性與它所含的能量有關嗎
關於引力對光傳播的影響
廣義相對論的基礎
哈密頓原理和廣義相對論
根據廣義相對論對宇宙學所做的考查
引力場在物質的基本粒子結構中擔負重要的作用嗎

序/導讀

【前言】霍金

「如果說我看得比別人更遠,那是因為我站在巨人的肩上。」伊薩克•牛頓在一六七六年致羅伯特•胡克的一封信中這樣寫道。儘管牛頓在這裏指的是他在光學上的發現,而不是指他關於引力和運動定律的更重要的工作,但這句話仍然不失為一種適當的評論——科學乃至整個文明是累積前進的,它的每項進展都建立在已有的成果之上。這就是本書的主題,從尼古拉•哥白尼提出地球繞太陽轉的劃時代主張,到愛因斯坦關於質量與能量使時空彎曲的同樣革命性的理論,本書用原始文獻來追溯我們關於天的圖景的演化歷程。這是一段動人心魄的傳奇之旅,因為無論是哥白尼還是愛因斯坦,都使我們對自己在萬事萬物中的位置的理解發生了深刻的變化。我們置身於宇宙中心的那種特權地位已然逝去,永恆和確定性已如往事雲煙,絕對的空間和時間也已經被橡膠布所取代了。

難怪這兩種理論都遭到了強烈的反對:哥白尼的理論受到了教廷的干預,相對論受到了納粹的壓制。我們現在有這樣一種傾向,即把亞里斯多德和托勒密關於太陽繞地球這個中心旋轉的較早的世界圖景斥之為幼稚的想法。然而,我們不應對此冷嘲熱諷,這種模型決非頭腦簡單的產物。它不僅把亞里斯多德關於地球是一個圓球而非扁平盤子的推論包含在內,而且在實現其主要功能,即出於占星術的目的而預言天體在天空中的視位置方面也是相當準確的。事實上,在這方面,它足以同一五四三年哥白尼所提出的地球與行星都繞太陽旋轉的異端主張相媲美。

伽利略之所以會認為哥白尼的主張令人信服,並不是因為它與觀測到的行星位置更相符,而是因為它的簡潔和優美,與之相對的則是托勒密模型中複雜的本輪。在《關於兩門新科學的對話》中,薩耳維亞蒂和薩格利多這兩個角色都提出了有說服力的論證來支持哥白尼,然而第三個角色辛普里修卻依然有可能為亞里斯多德和托勒密辯護,他堅持認為,實際上是地球處於靜止,太陽繞地球旋轉。

直到克卜勒開展的工作,日心模型才變得更加精確起來,之後牛頓賦予了它運動定律,地心圖景這才最終徹底喪失了可信性。這是我們宇宙觀的巨大轉變:如果我們不在中心,我們的存在還能有什麼重要性嗎?上帝或自然律為什麼要在乎從太陽算起的第三塊岩石上(這正是哥白尼留給我們的地方)發生了什麼呢?現代的科學家在尋求一個人在其中沒有任何地位的宇宙的解釋方面勝過了哥白尼。儘管這種研究在尋找支配宇宙的客觀的、非人格的定律方面是成功的,但它並沒有(至少是目前)解釋宇宙為什麼是這個樣子,而不是與定律相一致的許多可能宇宙中的另一個。

有些科學家會說,這種失敗只是暫時的,當我們找到終極的統一理論時,它將唯一地決定宇宙的狀態、引力的強度、電子的質量和電荷等。然而,宇宙的許多特徵(比如我們是在第三塊岩石上,而不是第二塊或第四塊這一事實)似乎是任意和偶然的,而不是由一個主要方程式所規定的。許多人(包括我自己)都覺得,要從簡單定律推出這樣一個複雜而有結構的宇宙,需要借助於所謂的「人擇原理」,它使我們重新回到了中心位置,而自哥白尼時代以來,我們已經謙恭到不再作此宣稱了。人擇原理基於這樣一個不言自明的事實,那就是在我們已知的產生(智慧?)生命的先決條件當中,如果宇宙不包含恆星、行星以及穩定的化合物,我們就不會提出關於宇宙本性的問題。即使終極理論能夠唯一地預測宇宙的狀態和它所包含的東西,這一狀態處在使生命得以可能的一個小子集中也只是一個驚人的巧合罷了。

然而,本書中的最後一位思想家阿爾伯特•愛因斯坦的著作卻提出了一種新的可能性。愛因斯坦曾對量子理論的發展起過重要的作用,量子理論認為,一個系統並不像我們可能認為的那樣只有單一的歷史,而是每種可能的歷史都有一些可能 性。愛因斯坦還幾乎單槍匹馬地創立了廣義相對論,在這種理論中,空間與時間是彎曲的,並且是動力學的。這意味著它們受量子理論的支配,宇宙本身具有每一種可能的形狀和歷史。這些歷史中的大多數都將非常不適於生命的成長,但也有極少數會具備一切所需的條件。這極少數歷史相比其他是否只有很小的可能性,這是無關緊要的,因為在無生命的宇宙中,將不會有人去觀察它們。但至少存在著一種歷史是生命可以成長的,我們自己就是證據,儘管可能不是智慧的證據。牛頓說他是「站在巨人的肩上」,但正如本書所清楚闡明的,我們對事物的理解並非只是基於前人的著作而穩步前行的。有時,正像面對哥白尼和愛因斯坦那樣,我們不得不向著一個新的世界圖景做出理智上的跨越。也許牛頓本應這樣說,「我把巨人的肩用做了跳板。」

試閱

【內文試閱】
論動體的電動力學(1905)
大家知道,馬克士威電動力學——像現在通常為人們所理解的那樣——應用到運動的物體上時,就要引起一些不對稱,而這種不對稱似乎不是現象所固有的。比如設想一個磁體與一個導體之間的電動力的相互作用。在這裏,可觀察到的現象只與導體和磁體的相對運動有關,可是按照通常的看法,這兩個物體之中,究竟是這個在運動,還是那個在運動,卻是截然不同的兩回事。如果是磁體在運動,導體靜止著,那麼在磁體附近就會出現一個具有一定能量的電場,它在導體各部分所在的地方產生一股電流。但是如果磁體是靜止的,而導體在運動,那麼磁體附近就沒有電場,可是在導體中卻有一電動勢,這種電 勢本身雖然並不相當於能量,但是它——假定這 所考慮的兩種情況中的相對運動是相等的——卻會引起電流,這種電流的大小和路線都同前一情況中由電力所產生的一樣。

諸如此類的例子,以及企圖證實地球相對於「光媒質」運動的實驗的失敗,引起了這樣一種猜想:絕對靜止這個概念,不僅在力學中,而且在電動力學中也不符合現象的特性,倒是應當認為,凡是對力學方程式適用的一切座標系,對於上述電動力學和光學的定律也一樣適用,對於第一級微量來說,這是已經證明了的。我們要把這個猜想(它的內容以後就稱之為「相對 原理」)提升為公設,並且還要引進另一條在表面上看來同它不相容的公設:光在真空裏總是以一確定的速度c傳播著,這速度同發射體的運動狀態無關。由這兩條公設,根據靜體的馬克士威理論,就足以得到一個簡單而又不自相矛盾的動體電動力學。「光以太」的引用將被證明是多餘的,因為按照這裏所要闡明的見解,既不需要引進一個具有特殊性質的「絕對靜止的空間」,也不需要給發生電磁過程的真空中的每個點規定一個速度向量。

這裏所要闡明的理論——像其他各種電動力學一樣——是以剛體的運動學為根據的,因為任何這種理論所講的,都是關於剛體(座標系)、時鐘和電磁過程之間的關係。對這種情況考慮不足,就是動體電動力學目前所必須克服的那些困難的根源。


廣義相對論的基礎(1916)
A. 對相對性公設的原則性考查
§1.對狹義相對論的評述
狹義相對論是以下面的公設為基礎的(而伽利略—牛頓的力學也滿足這個公設):如果選取一個座標系K,使物理定律參照於這個座標系得以最簡單的形式成立,那麼對於任何另一個相對於K做勻速平移運 的座標系K',這些定律也同樣成立。這條公設我們叫它「狹義相對性原理」。「狹義」(speziell)這個詞表示這條原理限制在K'對K做勻速平移運 的情況,但K'同K的等效 並沒有擴充到K'對K做非勻速運動的情況。

因此,狹義相對論同古典力學的分歧,不是由於相對性原理,而只是由於真空中光速不變的公設,由這公設,結合狹義相對性原理,以大家都知道的方法,得出了同時性的相對性,洛倫茲變換,以及同它們有關的關於運動的剛體和時鐘

詳細資料

詳細資料

    • 編/譯者
    • 范岱年、許良英
    • 語言
    • 中文繁體
    • 規格
    • 精裝
    • ISBN
    • 9789862139653
    • 分級
    • 普通級
    • 開數
    • 25開15*21cm
    • 頁數
    • 144
    • 出版地
    • 台灣
    • 適讀年齡
    • 全齡適讀

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