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从牛顿到爱因斯坦:人类物理帝国的建立之路

经典物理学的奠基

从牛顿到薛定谔,从经典物理学再到现代物理学,人类的物理学大厦究竟是如何被一步步建立起来的?故事还要从16世纪讲起。1564年,欧洲诞生了一位伟大的人物,他就是伽利略。通过比萨斜塔思维实验,它证明了亚里士多德的落体观念,更重要的是引入了科学推理和实验,为物理学的发展指出了方向。而就在伽利略去世一年后,也就是1643年,经典力学的鼻祖牛顿诞生了。1687年他发表了自然哲学的数学原理,总结了近代天体和地面力学的成就,并提出了力学的三大定律和万有引力定律。此书一发表,便在当时引起了极大的轰动,这标志着经典力学已经成为一个完整的理论体系,并开始不断走向成熟。

1831年,人类历史上发生了一件永远都值得被铭记的事情,物理学家法拉第在这一年发现了电磁感应理论,一场重大的工业革命悄然到来,人类从蒸汽时代开始向电气化时代迈进。而历史似乎也早已注定,就在这一年,另一个即将带领人类迈入电气化时代的人降生了,他的名字叫做麦克斯韦。1873年,麦克斯韦出版了科学名著电磁理论,并系统全面的阐述了电磁场理论。而力学与电磁学也逐渐成为后来经典物理学中最重要的两根支柱。

经典物理学的完善与危机

那么在力学与电磁学之间又存在着怎样的关系呢?早在1785年,法国物理学家库伦就深入研究了在两个电荷物体之间所产生的力。到了1895年,洛伦兹发现运动电荷在磁场中会受到力,而光波和热辐射也是电磁波。于是,在19世纪末,力学、电磁学、光学、热学变成了一个整体。这是经典物理学曾达到的最高点,同时也是经典物理学开始谢幕的最后时刻。

1900年4月27日,凯尔文男爵在英国皇家学会上发表了演讲,认为在经典物理学上空漂浮着两朵乌云。同年12月14日,普朗克在德国物理学会上公布了其推算来的普朗克黑体公式 这标志着量子力学的诞生

现代物理学的突破与统一尝试

1905年,爱因斯坦发表了狭义相对论,提出了四维时空结构与相对时空观,这可以圆满的解释莫雷实验,自此现代物理学的大门开始缓缓打开。但令人疑惑的是,虽然相对论和量子力学都近乎完美,但他们之间却存在着本质上的冲突,那到底谁才是真理呢?1916年,爱因斯坦在创立广义相对论后,一直专注于引力、强力、弱力、电磁力,想利用相对论来实现宇宙四大基本力的大一统,可惜却未能成功。

到了20世纪50年代,杨振宁提出了杨米尔斯理论,并发展成为标准模型,强力、弱力和电磁力才终于达成统一。但这其中还是无法包容万有引力,而量子力学下的大一统也最终没能完全实现。从伽利略到爱因斯坦,再到后来的杨振宁,从宏观到高速再到后来的微观,物理学的更迭与发展使我们的生活几乎发生了翻天覆地的变化。但现代物理学的前进却步履艰难。

其实在经典物理学和现代物理学中,最底层的物质假设和时空假设具有本质上的区别。所以能否做出这样一种尝试,让我再次选择经典物理学的基础假设,而对原有内容做出小小的修复,使其能同时包容相对论和量子力学?那是否可以找到另一条新的出路,并可以完美解决眼前的冲突、分歧与疑惑?人类对真理的探求永远是从已知到未知,从推理到实验,但这个世界的真相,万物的规则,会不会本来就并不复杂,而是相对简单?或许你可以在这本书中找到答案,我是舰长,我一直都在。

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