从经典力学到狭义相对论的启示

项其杰

從经典力学到狭义相对论是物理学的巨大进步，其中涉及到两位重要的科学家，從这两位科学家的身上我们能发现有什么共性的特点，对我们有什么启示呢?让我们先從这两位科学家谈起。

牛顿，在中学时代寄宿在一位药剂师家中，学习到了很多化学、物理知识，毕业后，进入剑桥大学三一学院，花大量时间去思考自然哲学，光学和数学领域，最终23岁发明了微积分，创立了经典力学。

爱因斯坦，從小开始就一直对数学、物理学不断追求，16岁开始思考有关相对论的问题，26岁建立了狭义相对论。

從两人的成长历程来看，共同的特点是有兴趣，從小就对科学孜孜不倦的追求，很早就开始思索科学问题，我们应该学习他们那种如饥似渴、锲而不舍、永不放弃的精神，

我们惊叹万有引力和狭义相对论的想象力的同时，不禁要问它们的来源，关于两人的传记多次提到音乐，牛顿爱好风管，爱因斯坦爱好小提琴，音乐是科学研究的催化剂，我们可以认识到，培养多种兴趣，无论对于学习，或是其它事情，都会有极大的好处。

從经典力学的建立中，我们可以认识到数学对于物理学的重要性，数学，是一门古老而又极其成熟的学科，它建立在逻辑推理的基础上，几乎是无懈可击，而其它学科，只有建立在数学的基础上，用数学形式去表述自身，才能建立起严谨正确的体系，经典力学正是用这一种数学方法，從而取得了无比辉煌的成就，而后来的量子论、狭义相对论、广义相对论无不不是建立在数学语言的基础之上，從而使得物理学迅速成为一门仅次于数学的严谨学科，物理学的这一发展模式，对于其它学科，比如化学，生物等等，我们都有借鉴之处。

從经典力学到狭义相对论，我们认识到了经典力学的局限性，但是，我们也必须认识到，经典力学曾经取得无比辉煌的成就，它是不能也是不可能被抛弃的，它仍将在它适用的范围内大放光彩，我们必须认识到，每一个理论，都会有它的局限性，我们不能因为有了新的理论而抛下旧的理论，科学研究是一代代人的积累，是一个不断创新、不断完善的过程。

建立狭义相对论，是需要无比大的勇气的，当时，物理学处于一片混乱之中，老一代的物理学家在寻找种种尝试去拯救经典力学，特别是以太，当时没有任何一个人敢对它说声“不”字，而要推翻以太，推翻绝对时空观，没有勇气是不行的，因此，我们应该学习爱因斯坦那种追求真理、不畏权威、勇往直前的精神，而事实证明，这一种精神是非常重要的，是推动科学发展的实在因素，比如哥白尼、伽利略、布鲁诺……

我们还必须认识到，狭义相对论是时代的产物，是物理学发展到这一程度必然的产物，麦克斯韦的电动力学无法满足伽利略相对性原理，因此，必须引入狭义相对性原理，引入洛仑兹变换，從而使经典力学和电动力学统一起来，这一过程是水到渠成，一气呵成，因此，我们必须清楚地认识到物理学的发展历程，它不单是某个人的成就，從而，我们也不能盲目、一昧地夸大爱因斯坦的成就，

狭义相对论的体系简单明了，非常值得我们借鉴，從尽量少的假设出发，從而推出所有的解，这是欧氏几何的公理体系，而狭义相对论借鉴了这一方法，仅從狭义相对性原理和光速不变原理出发，构造了完备的体系，而后来的广义相对论，也是從等效原理和广义相对性原理出发，建立了完备的框架，这一思想，不仅是在物理学上，特别是在其它学科，更是值得我们借鉴。

可以说，爱因斯坦发明狭义相对论，是從其16岁时的“假如我以光速追逐一束光波而去，我会看到什么?”的臆想实验开始的，这样一个思考在当时许多人看来是可笑的，没有用处的，但是，它却导致了狭义相对论的诞生，而在后来的广义相对论建立过程中，爱因斯坦的“升降机实验”又孕育了广义相对论，所有这些臆想实验，表面看来是可笑的，不切实际的，但往往能够导致新理论的诞生，因此，平常时我们也不妨去思考一下那么不切实际的、看起来非常低能的事情，而多思考也是科学发现的首要因素。

從经典力学到狭义相对论，我们应该体会到物理学的魅力，它的灵活性、趣味性，我们应该认识到，其实物理是一个充满想象的世界，它和游戏一样引人人胜，因此，在以后的学习当中，我们应该保持这样一种认识，去享受物理，感知物理。