從經典力學到狹義相對論的啟示

項其杰

從經典力學到狹義相對論是物理學的巨大進步，其中涉及到兩位重要的科學家，從這兩位科學家的身上我們能發現有什么共性的特點，對我們有什么啟示呢?讓我們先從這兩位科學家談起。

牛頓，在中學時代寄宿在一位藥劑師家中，學習到了很多化學、物理知識，畢業后，進入劍橋大學三一學院，花大量時間去思考自然哲學，光學和數學領域，最終23歲發明了微積分，創立了經典力學。

愛因斯坦，從小開始就一直對數學、物理學不斷追求，16歲開始思考有關相對論的問題，26歲建立了狹義相對論。

從兩人的成長歷程來看，共同的特點是有興趣，從小就對科學孜孜不倦的追求，很早就開始思索科學問題，我們應該學習他們那種如饑似渴、鍥而不舍、永不放棄的精神，

我們驚嘆萬有引力和狹義相對論的想象力的同時，不禁要問它們的來源，關于兩人的傳記多次提到音樂，牛頓愛好風管，愛因斯坦愛好小提琴，音樂是科學研究的催化劑，我們可以認識到，培養多種興趣，無論對于學習，或是其它事情，都會有極大的好處。

從經典力學的建立中，我們可以認識到數學對于物理學的重要性，數學，是一門古老而又極其成熟的學科，它建立在邏輯推理的基礎上，幾乎是無懈可擊，而其它學科，只有建立在數學的基礎上，用數學形式去表述自身，才能建立起嚴謹正確的體系，經典力學正是用這一種數學方法，從而取得了無比輝煌的成就，而后來的量子論、狹義相對論、廣義相對論無不不是建立在數學語言的基礎之上，從而使得物理學迅速成為一門僅次于數學的嚴謹學科，物理學的這一發展模式，對于其它學科，比如化學，生物等等，我們都有借鑒之處。

從經典力學到狹義相對論，我們認識到了經典力學的局限性，但是，我們也必須認識到，經典力學曾經取得無比輝煌的成就，它是不能也是不可能被拋棄的，它仍將在它適用的范圍內大放光彩，我們必須認識到，每一個理論，都會有它的局限性，我們不能因為有了新的理論而拋下舊的理論，科學研究是一代代人的積累，是一個不斷創新、不斷完善的過程。

建立狹義相對論，是需要無比大的勇氣的，當時，物理學處于一片混亂之中，老一代的物理學家在尋找種種嘗試去拯救經典力學，特別是以太，當時沒有任何一個人敢對它說聲“不”字，而要推翻以太，推翻絕對時空觀，沒有勇氣是不行的，因此，我們應該學習愛因斯坦那種追求真理、不畏權威、勇往直前的精神，而事實證明，這一種精神是非常重要的，是推動科學發展的實在因素，比如哥白尼、伽利略、布魯諾……

我們還必須認識到，狹義相對論是時代的產物，是物理學發展到這一程度必然的產物，麥克斯韋的電動力學無法滿足伽利略相對性原理，因此，必須引入狹義相對性原理，引入洛侖茲變換，從而使經典力學和電動力學統一起來，這一過程是水到渠成，一氣呵成，因此，我們必須清楚地認識到物理學的發展歷程，它不單是某個人的成就，從而，我們也不能盲目、一昧地夸大愛因斯坦的成就，

狹義相對論的體系簡單明了，非常值得我們借鑒，從盡量少的假設出發，從而推出所有的解，這是歐氏幾何的公理體系，而狹義相對論借鑒了這一方法，僅從狹義相對性原理和光速不變原理出發，構造了完備的體系，而后來的廣義相對論，也是從等效原理和廣義相對性原理出發，建立了完備的框架，這一思想，不僅是在物理學上，特別是在其它學科，更是值得我們借鑒。

可以說，愛因斯坦發明狹義相對論，是從其16歲時的“假如我以光速追逐一束光波而去，我會看到什么?”的臆想實驗開始的，這樣一個思考在當時許多人看來是可笑的，沒有用處的，但是，它卻導致了狹義相對論的誕生，而在后來的廣義相對論建立過程中，愛因斯坦的“升降機實驗”又孕育了廣義相對論，所有這些臆想實驗，表面看來是可笑的，不切實際的，但往往能夠導致新理論的誕生，因此，平常時我們也不妨去思考一下那么不切實際的、看起來非常低能的事情，而多思考也是科學發現的首要因素。

從經典力學到狹義相對論，我們應該體會到物理學的魅力，它的靈活性、趣味性，我們應該認識到，其實物理是一個充滿想象的世界，它和游戲一樣引人人勝，因此，在以后的學習當中，我們應該保持這樣一種認識，去享受物理，感知物理。