物理學的進化

本書首版於1938年 作者之一阿爾伯特·愛因斯坦 是顛覆經典物理學的科學領袖 讀完本書 從此驕傲宣稱自己師從愛因斯坦 因爲作者的聲望 該書評分很高 但論內容的完整深刻 此書不及理查德·德威特的《世界觀》 * 曾經 奉科學爲客觀真理 是解決一切問題的唯一工具 《世界觀》帶我認識科學哲學和科學發展史 同時摧毀了科學信仰 科學大廈的轟然倒塌 讓思想變得無所依附 產生嚴重的不確定感、懷疑和分裂 像深愛父母的人在30歲那年 知道了自己不是父母親生的一樣 撿起思想碎片重建觀念體系 過程掙扎、艱辛又漫長 但突破科學理性的偏執後 更平等看待一切“歪理邪說” 終於物極必反否極泰來 從懷疑否定一切的極端 變成了接納肯定一切 黑暗籠罩的天也變得碧空萬里 各種矛盾對立的思想體系 在頭腦中竟相安無事 靈活運用不同的思想 隨用隨取隨還 在某些瞬間 能隱隱約約感覺到 對立衝突的思想指向的是同一個方向 * 現在讀科學哲學和科學史 沒有新鮮感更沒有衝擊力 打開本書前大致能猜到 內容是從牛頓講到波爾 從萬有引力講到量子力學 但愛因斯坦的講解脈絡 和對各理論差異點的總結 有其獨到之處 科學家對世界圖景的描述幾經變化 伽利略牛頓時代的機械觀 嚴格區分物質和能量 時間和空間是絕對的 麥克斯韋時代發明場的概念 物質和能量有機統一 光和電磁波的傳播不需要介質 愛因斯坦時代推論出狹義相對論 揭示高速運動下的鐘慢尺縮效應 時空是四維連續的 廣義相對論 將物理定律推廣至任意參考系 引力被描述爲時空曲率 質量與能量是同一種東西 波爾時代的量子力學 打破了世界連續和確定的觀點 * 科學是人類智力的創造 是一系列概念的發明 不是由外在世界單獨決定 我們的主觀試圖理解客觀實在 但主客間始終有鴻溝 當我們發現新的現象 無法用舊的理論解釋時 就是科學理論進步的時機 新理論被建立舊理論被捨棄 新理論不僅需要解釋新現象 還必須在解釋舊有現象上 比舊理論更精確可靠 所以科學是一本永遠寫不完的書 它一直在自我破除再建立的路上 人類希望藉助它填滿 理念世界與現象世界間的鴻溝 雖然這條鴻溝可能無限寬 而且每一次前進都比前一次困難 但科學家始終堅定永恆的求知慾 和對世界內在和諧性的信念

#愛因斯坦誕辰145週年 今天是愛因斯坦生日，也是霍金忌日。謹以此書評紀念兩位照亮世界的人。 本書名爲《物理學的進化》，作者愛因斯坦試圖告訴讀者：“我們的目的在於用粗線條描繪出人類如何尋找觀念世界和現象世界的聯繫”，而不僅僅講述科學史。 本書第一部分回顧了現代科學的起源：五百年前伽利略提出“相對性原理”，英格蘭人牛頓在此基礎上構建了偉大的經典力學，蘇格蘭人麥克斯韋構建了電磁學理論。作爲21世紀的航天人，我們設計的每一型飛行器，用到的每一個公式、定理，至今都沒有脫離牛頓力學和麥克斯韋理論框架。 接着，26歲的瑞士專利局小職員愛因斯坦出場了，他基於伽利略“相對性原理”和邁克爾遜——莫雷實驗證實的“光速不變原理”，推導出狹義相對論。給我一張A4紙，我現在也可以僅僅根據上面兩個原理推導出狹義相對論，半張紙足矣。但在當時“時間和空間是彈性的、可變的”，這種完全突破經驗常識的觀念石破天驚！ “一塊石頭”(Ein Stein)教授再接再厲，他注意到“慣性質量”等價於“引力質量”，因而把不受力狀態下的伽利略“相對性原理”推廣到受力情況下，憑藉一己之力創建廣義相對論。很多年前，我一直不理解慣性質量與引力質量到底有什麼不同，直到有一天豁然開朗。下面書中的兩段話有助於理解兩者的差異： 1. 地球只以重力來吸引石子，對於石子的慣性質量是什麼一無所知。地球的“感召”力取決於引力質量。石子的“應驗”運動取決於慣性質量。 2. 一個落體的加速度與其引力質量成正比而增加，而與其慣性質量成反比而減小。因爲所有的落體都具有相同的不變的加速度，所以這兩種質量必定是相等的。” 本書最後一部分講到量子力學。其實愛因斯坦本人也是量子力學的創建者之一，他獲得的唯一一次諾獎就是因爲他提出“光量子”（現在改稱“光子”）理論成功解釋了“光電效應”。但隨後他成爲玻爾領導的哥本哈根學派的反對者，愛因斯坦與玻爾兩個猶太人在索爾維會議上你來我往，爭論不休。但每次都是玻爾取勝，量子力學哥本哈根學派也成爲顯學，我剛查了一下，2022年量子電動力學的預測精度已達到小數點後13位。 其實愛因斯坦與玻爾之爭不在物理學而在哲學，愛因斯坦是一位“實在論”者，他相信這個世界是可以理解的，他那句經常爲人所引用的話“這個宇宙最不可思議之處就在於，它竟然是可以理解的”就體現了“實在論”觀點。而玻爾和他的哥本哈根學派“大男孩”們，都是“實證主義者”，一個理論的預言精度達到10^-13，難道還會錯嗎？於是當愛因斯坦說“上帝不擲骰子”時，玻爾反駁道“不要試圖教上帝該做什麼”。 一百年過去了，索爾維會議盛況早已不再，愛因斯坦與玻爾的爭論依然沒有結果。物理學界只是忙着驗證廣義相對論預言的黑洞、忙着提高量子電動力學的實驗精度。不知道有生之年能不能有幸看到改變人類認知的物理學革命？ 愛因斯坦在另一個宇宙看着我們。

本來想給咱家老愛打“一般”的😏說實話，能理解老愛已經盡己所能爲讀者展現一個他所體悟到的物理世界，作爲科班出身的讀者，讀到很多地方都會會心一笑，也學到了很多深邃的物理學思想，但實際上大多數讀者很有可能是並不明白書中所述的細節。 例如對於相對論而言最重要的“洛倫茲變換”，無法依託現代動畫和後世更豐富的實驗例證，想要不依賴數學公式把它講清楚幾乎不可能，所以老愛在書裏也幾乎沒有講明白它是什麼。導致很多讀者可能get到的信息是片面的，這是成書時代的侷限，也是作爲科普文章的不成功之處，所以事實上私以爲這並不是一本適合於所有人的科普著作。 然而本書絕對是上世紀初的物理學思想的代表之作，是不可多得的物理學史經典。今年是“愛因斯坦奇蹟年”120週年，在1905年這一年間，還在專利局工作的愛因斯坦利用業餘時間一口氣發表了五篇論文，其中包含了書中提到的光電效應，布朗運動測量分子質量，以及提出了狹義相對論，每一篇都是跨時代的鉅著——很多讀者可能不知道的是，本書中很多沒有提及作者的工作，其實都是愛因斯坦自己做出來的成就。 十餘年後，量子力學異軍突起。德布羅意在愛因斯坦的啓發下提出物質波，薛定諤又在物質波的啓發下提出薛定諤方程，此後概率波和非定域實在論就出現了，成爲一直到本書成書之時愛因斯坦心中的“心不甘”，而其實時至今日我們仍在追問“上帝擲骰子嗎？” 全書最後，愛因斯坦爲物理學界留下了時代的追問，“量子物理學仍舊應該根據兩個概念：實物和場的概念。在這個意義上，它是一種二元論”，而其實就在成書的十至二十年後，量子電動力學的發展就解決了這一問題，現代量子場論已經可以將所有“實在”的本質歸納於場，而粒子只是場的“激發態”。 然而對於其它問題，量子力學的未來發展方向，廣義相對論與量子力學的結合等等，仍然是當前自然界中待揭開的奧祕。 或許回望過去一百多年來物理學的發展，羣星閃耀，物理學已經發展了許多。然而真正面對現代的物理學前沿問題，我們仍然如牛頓當年比喻的“在真理的大海前拾貝的孩子”那般手足無措。也如愛因斯坦曾說的，“宇宙最不可理解之處在於它是可被理解的。” 希望物理學繼續進化吧，向愛因斯坦致敬，向前赴後繼探索自然極限、拓展人類認識疆域的所有科學家們致敬！

這是一本不用一個公式就把物理學從伽利略時代到現代的發展講明白的大師之作。物理學的進化之路表述得非常清晰，這從目錄各章節的標題就可以看出。顯然，這本書不能替代教科書，它對以做題爲目的的知識獲取所起的作用微乎其微，但它完全可以作爲必要的課外讀物，尤其適用於那些被經典力學、電磁學的恐懼所支配的中學生。因爲這裏的文字是有溫度的，那些令人生畏的概念、理論，原來在被創造出來時是那麼令人期待，而被放棄時是那麼令人扼腕。這本書可以把冷冰冰的理論融化。更重要的是，它可以真正把各個物理理論串聯起來，以一種更高級的方式。也只有在當時最前沿理論的締造者筆下，跟着他思考的脈絡，我們才能清楚看到舊理論過渡到新理論的路徑。 即使拋開以上的“實用性”，我認爲這本書對一個人的人生觀和價值觀都有啓發。尤其是在當下追名逐利、人心浮躁的社會。 如何對待所謂舊的、落後的觀念？作者很明白舊理論（機械觀）所取得的輝煌成就，所以即使他擁抱新誕生的場論，也根本不會對機械觀落井下石。相反，他尊敬在這個發展過程中有名的無名的科學家的貢獻，他很清楚他們的問題所在，所以不畏懼提出新的理論，相對論，以挑戰經典。 如果一個到作者這種地位的科學家對於舊知識都抱有寬容之心，只不過佔了網絡發達便宜的當代人，何以炫耀新知識的優越性？更何況物理學的舊理論有些錯誤是肯定的，而我們拿來攻擊別人的新概念還不一定就是絕對正確的，或許我們應該更心平氣和一點。 對於科學工作者而言，本書的價值或許更顯而易見了，只要你看到字裏行間或明示或暗示的態度。它或許能在你想放棄的時候拉你一把，幫你在衆多岔路口中指出一個方向。科學家最懂科學家的苦與甜。 如果用一種顏色來描述這本書，我願把它想象成金色，有着晨光的溫暖，閃爍着智慧的光芒： 科學不是一本定律彙編，也不是把各種互不相關的論據集合在一起的總目錄，它是用來自由地發明觀念和概念的人類智力的創造物。 如果不相信我們的理論結構能夠領悟客觀實在，如果不相信我們世界的內在和諧性，就不會有任何科學。這種信念是，並且永遠是一切科學創造的根本動機。

2025.03.31 寫得非常好。之前在看《古今數學思想》時，就想有沒有類似的物理科普可以讓我知道物理學從古至今的演變呢？結果就看到這本書，何其有幸。 本書把物理學每個階段的概念的誕生和演變闡釋得很清楚，從物理學開端，到萬有引力，到電磁場，再到相對論和量子力學，深入淺出地解釋了每個階段我們爲何會誕生這樣的理論，以及每個階段理論的侷限性，比如慣性系概念和機械觀的侷限性。 以前看過相對論的科普，看完這本書後理解得更清晰，尤其是通過電梯思想實驗，推出大質量天體會導致光線彎曲的部分，非常深刻且易懂！ 最後，中學學物理時以爲書上的知識就是不變的真理，但工作後讀了一些科普書後，才建立起了正確的科學觀。物理理論的極限是客觀真理，但是趨近客觀真理的過程中，必定要不斷地修正理論。

沒想到這本書如此簡潔，又如此深刻！讀此書，第一你可以站在一個制高點上一覽整個物理的樣貌，第二你可以用愛因斯坦的眼光去看待這個物理史，你會感嘆愛因斯坦的了不起，不虧爲那個時代物理學的泰斗。這本書可能對大部分人來說比較難，但是如果你想學物理，這是必須要了解這本書所有的知識和思想的。 整個物理史，分爲兩大部分，以1900年爲界，在1900前的物理爲經典物理，1900年之後的物理爲現代物理。經典物理主要三大部分：經典力學、熱力學與統計力學、經典電磁學。現代物理主要是相對論和量子力學。 經典力學的核心概念是力，一切都是圍繞着力構建的；熱力學與統計力學的核心概念是能和熵，這是對大量分子運動的研究；經典電磁學最重要的概念是場，場的觀念替代力的觀念，這是人們對世界認識的又一巨大進步。 相對論是對牛頓力學的一些問題的重新思考，例如時空、伽利略相對性原理、光速恆定，還有引力的本質問題等等。這是對牛頓力學的繼承與發展。量子力學最重要的是不確定原理、薛定諤方程、薛定諤的貓，這些是其核心內容，但是完全不同於人們對世界的直觀認識。

發現這本書，主要是受侯世達教授《表象與本質》這本著作的影響。在其“驚天動地的類比”章節中，着重介紹了愛因斯坦如何通過類比建立起科學的思維與框架，這讓我進一步產生了對科學家如何思考和探索的興趣。 因此，對我個人而言，閱讀本書的最終目的不僅僅是爲了增強物理學相關的知識，更多的是在於瞭解頂尖科學家的行事方式和思考邏輯。 幸運的是，這本書給了我們一些答案。 開篇作序中，作者就闡明寫作本書的目的和方法： 我們的目的在於，用粗線條描繪出人類如何尋找觀念世界和現象世界的聯繫。我們試圖說明，是什麼樣的一種動力迫使科學建立起符合客觀事物的觀念。 但是，我們的敘述必須簡單。我們應當選擇那些我們認爲是最有特色和最有意義的重要路徑來穿過論據和概念的迷宮。那些不在我們選擇的道路上的論據和理論，我們都把它們略去了。這並不是因爲它們不重要，而是因爲它們不在我們所選擇的路徑上。 以及它是爲什麼樣的讀者而寫的： 在寫這本書的時候，關於我們所想象的讀者的特徵，我們曾做過很長時間的討論，並且處處都在替他着想。我們想象他完全缺乏物理學和數學的實際知識，但是卻具有很強的理解能力，足以彌補這些缺憾。我們認爲他對物理學和哲學的觀念很感興趣，同時他對努力鑽研書中比較乏味和困難的部分很有耐性。他認識到，要理解任何一頁，必須細讀前面的每一頁。他也知道，即使是一本通俗的科學書，也不能像讀小說一樣去讀它。 作者沿着歷史的印記，表明物理學實際上是以發明質量、力和慣性系爲開端，所有這些概念都是一些自由的發明，它們導致了機械觀的建立。 隨着對粒子及粒子之間作用力的研究，來力圖解釋自然界的有關磁針偏轉、以太結構等現象，都啓發物理學家建立更精細的事物。於是，電磁場的重大發明出現了。要理解這些現象，重要的不是領會物體的行爲，而是領會位於物體之間的某種東西的行爲，即場的行爲。這必須發揮大膽的科學想象力才能完全領會。 隨之而來的發展既摧毀了舊概念，又創立了新概念。絕對時間和慣性座標系被相對論拋棄。所有現象的背景不再是一維的時間連續區和三維的空間連續區，而是具有新的轉換性質的四維時空連續區，這又是另一個自由的發明。慣性座標系不再需要了。任何一種座標系對於描述自然現象都同樣適用了。 量子理論又創造了關於事物的新的重要特色。不連續性代替了連續性。放棄了支配個體的定律，出現了概率的定律。 現代物理學所創造的事物，確實與舊時代的事物大有差別。但任何物理學理論要想達到的目的依然是相同的： 我們力圖藉助於物理學理論，爲自己尋求一條由大量已觀察到的情況所構成的迷宮的道路，以梳理和理解我們的感官印象。我們希望觀察到的情況能夠和我們對事物所建立的概念相符合。如果不相信我們的理論結構能夠領悟客觀事物，如果不相信我們世界的內在和諧性，就不會有任何科學。這種信念是，並且永遠是一切科學創造的根本動機。在我們所有的努力中，在每一次新舊觀念之間的戲劇性鬥爭中，我們堅定了永恆的求知慾望，以及對世界和諧性矢志不渝的信念。在求知上所遭遇的困難愈多，這種慾望與信念愈加強烈。 備註： 對於本書翻譯中出現的諸多“實在”，感覺實在有些拗口，統一用“事物”替代了。

客觀的說，非常一般，甚至有點爛。我懷疑愛因斯坦只是署個名罷了。爲什麼這麼說？原因有三個。1. 書裏的很多物理的概念沒有什麼鋪墊，直接就冒出來了，沒有基礎的人，肯定是一臉懵逼的。所以根本就不適合基礎不好的人。2. 書裏的的很多東西和教科書重合度有點高，而且解釋也差不多，我直接看教科書得了。3. 對物理概念的解釋、物理模型，非常一般般。難怪楊振寧說他和愛因斯坦的談話是他這輩子最大的浪費。

能在整本書裏連一個數學公式都不用地把物理學的來龍去脈和前世今生講得這麼清晰和精彩而又儘可能地科普或通俗，可能只有我們偉大的愛大神有這般功力… 囫圇吞棗地拜讀了一遍肯定是遠遠不夠，以後一定會再找時間細細地咀嚼和回味…[強][抱拳]

開卷有益啊！讀科普類書籍可以使我們對物理概念的掌握更加的深刻。 讀完了這本書才知道愛因斯坦對物理概念的理解之深刻，見解之獨到。相對論不是天馬行空的想象。而是基於嚴謹的數學推導，對客觀規律的深刻歸納和總結提出的超越牛頓和伽利略時空觀的物理學體系。儘管相對論和量子力學難以融合，但是其在某些哲學思想中卻有着相似的地方。物理學家還得是哲學家啊！ 時代的榮辱，王朝的更迭終歸會隨着時光而湮滅。但是這些偉大的物理學定律熠熠生輝的思想。卻將永遠伴隨着人類文明的延續而流傳下去，成爲人類史上不朽的豐碑！