很小的时候,看过一个笑话。公交车突然刹车,一名男士没站稳,不小心撞到旁边的女士。女士恶狠狠地说:“德性!”但男士笑着解释道:“是惯性。”当时还没有学物理,我没能理解这个笑话的意思。后来才知道,男士所说的惯性是指运动中的一种惯性变化,这是物理学广泛内容中的沧海一粟。对于物理学的认识,我只停留在它对物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科内容,可以说是妥妥的物理学渣。
没想到,最近看了一本《欢迎来到物理学的世界》,才发现原来物理学是了解整个宇宙的工具,是探索并对世界的阐述。在物理学的世界里,一切万物可以无限大或无限小。比如说,物质的最小单位,从原子到电子;在电子的结构中,又拆解到电子云包裹着原子核;原子核的内部还有质子和中子;这还不算,夸克和轻子是构成质子和中子的基本单位。夸克与原子的比例是怎样的呢?书中解释说,如果把一个原子放大成一栋房子的大小,夸克所在的一个质子或中子之内的容量,就只有一粒盐大小。要知道原子本身已经超微小了,一杯水能装下的原子,数量比分装全世界的海水要用的杯子还多。这些物质结构相互聚集在一起的力量,对于原子间来说是电磁力,而对于质子和中子来说,虽然它们相互排斥,但是让它们粘黏在一起的力量是“强核力”和“弱核力”。这是微观尺度的物理现象。相反,来到宇宙尺度时,天体之间的力量就是引力。
说到引力,大家都不会感到陌生,因为引力让我们人类能够立足地球。如果离开地球,我们就会失重,漂浮起来,就像宇航员上太空的样子。但引力的发现为我们带来了更奇妙的探索。从牛顿通过被树上掉下来的苹果撞到头,发现地球吸引力开始,物理学家就开始对力的观察和研究。除了地吸引力,还有轨道引力。我们如何想象力量,力永远是恒久不变的吗?经过爱因斯坦广义相对论的理论指导,对于空间和时间的理论也更加精准。牛顿说,空间和时间是真实存在的,不依赖于其中的物质和能量。而爱因斯坦则认为,物体所受引力的强度,就是对其周围时空曲率的一种衡量。这就是狭义相对论的结论。时间不是绝对的,时间的流逝速度并非对每个人来说都一样。实际上,引力场越强,时间走得越慢。例如我们如今所知的黑洞,就是一个超级引力场,时间在黑洞边缘就被停止了。爱因斯坦的观点是,引力场就是一个真实的物理事物,它能弯曲、延展和波动。它比电磁场更为根本:电磁场需要引力场才能存在,因为没有引力场就没有时空。
我们生活的空间、时间和引力在物理学的解读下,与物质和能量彼此密不可分。《欢迎来到物理学的世界》这本书,让我突然拔高思维,有种俯瞰时空、质能不一样的尺度。这本书作者吉姆·阿尔-哈利利,是核物理专家、量子生物学家,英国皇家学会、物理学会等多个奖项的获得者和科普专家。书中解读了人们既熟悉又陌生的物理学三大支柱:相对论,包括广义相对论和狭义相对论;量子力学和热力学;以及空间和时间的理论。作者用他多年的广泛经验,深入浅出地讲述了物理学的陌生和惊奇。正如他所描述的,依照物理学展现的来描绘世界图景时,需要准备画布,而这幅画布就是空间和时间。也就是说,宇宙中发生的一切,都可以归结为在空间中的某一处和世纪的某一刻发生的事件。而物理学的三大支柱足以解说一切的来龙去脉。
原来连订单量最低的学渣,只需要《欢迎来到物理学的世界》也能迈进物理学的世界。
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