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这本书一共讲了三个部分的内容，第一部分我们重点谈到了，是人类的好奇心和求知欲，带来了科学思维的出现，让人类和其他动物在思维上逐渐拉开差距。我们从占星术发展出了天文学，从炼金术发展出了化学等等。第二部分的内容，我们讲到了，亚里士多德开创了人类理性的思维，而伽利略则开创了以实验为基础的科学精神。 01从伽利略此后的几百年，我们的各门学科得到了飞速发展，尤其物理学发展到牛顿力学理论问世以后，几乎所有物理学家都认为，物理学研究已经接近尾声。当时的科学家们甚至认为物理学的大厦已经基本建成，剩下的工作只不过是修修补补而已。而不协调的只有物理学天空上小小的'两朵乌云'。但是正是这两朵乌云却揭开了物理学革命的序幕：一朵乌云下降生了量子论，紧接着从另一朵乌云下降生了相对论。量子论和相对论的诞生，使整个物理学面貌为之一新。而这两朵乌云都和一个人有密切的关系，他就是爱因斯坦。 爱因斯坦 1879年出生于德国犹太家庭的爱因斯坦，在瑞士专利局工作期间发表了三篇对当今物理学影响深远的论文，其中最为著名的就是关于相对论的了，准确的说应该是狭义相对论。那你知道什么是狭义相对论，它又是怎么颠覆牛顿的定律的呢？ 02在解释相对论之前，我们要了解个前提条件，就是在此之前，物理学家麦克斯韦已经证明光速是恒定的，而且光速的恒定是跟测量者的位置和速度都是没关系的。也就是说，不管你是坐在飞机上测试，还是站在原地测试光速，它的速度总是恒定的大约是30万公里每秒。有了这个前提，让我们来了解一下神奇的狭义相对论。 想象一下，你正在火车站的月台上，一列火车呼啸而过，火车的速度假设是100米/秒。一名乘客在火车上以每秒5米的速度往前走，在月台上的你看来，这名乘客的移动速度是105米每秒。这个很好理解，就是火车的移动速度加上你的移动速度。这完美符合牛顿力学里最基本的速度叠加原理。但是问题来了，如果这个时候，火车上行走的不是你，而是光呢？比如你在火车上打开手电筒，那这时候在月台上的你，观察到的光的速度是不是变成，光速再加上火车移动的速度了呢？那不是大于光速了？这和前面讲的光的速度，在任何位置测量都是恒定不变的原理就矛盾了呀。给大家三秒钟再回忆和思考一下刚才的逻辑。 03那爱因斯坦是如何解释这个矛盾的呢？ 我们都知道，速度等于距离除以时间，而麦克斯韦的理论又说光的速度是固定的，这就告诉我们在测量距离和时间时，不会存在普遍的一致性。也就是说移动的物体的时间和距离都会变，但它们的比值，也就是光速是恒定不变的。爱因斯坦表示，世界上没有通用的钟表或者通用的米尺，所有这样的测量都取决于观察者的运动。我们每个人观察和测量的结果只不过是我们自己的个人观点，而不是一个所有人都认同的事实。这就是爱因斯坦狭义相对论的精髓。 狭义相对论认为时间不是绝对的，每个人的时间都有微小的差别。爱因斯坦指出，随着物体线性运动速度的加快，时间会变慢。后来使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动，如在飞机上，然后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。不仅移动物体的时间会变慢，它的长短也会变短。爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。 现在我们知道，牛顿的力学体系其实是有它的适用范围的，它只能在低速宏观的条件下使用，而当物体以接近光速运动的时候牛顿的力学就会时效，因为它与光速恒定的原理矛盾了，这时候我们要用相对论力学来修正它。我们也可以理解为，牛顿力学是相对论力学在速度远小于光速时候的一个特例。 爱因斯坦不仅创立了相对论，还提出光量子假说和解决了光电效应问题，并在1921年获得了诺贝尔奖。爱因斯坦被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。1999年12月26日，爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。 04说完了相对论，接着让我们简单了解一下什么是量子力学。如果说牛顿的物理系统是宏观世界的物理学，那么量子理论就是微观世界的物理学。牛顿的力学理论认为，所有物体的运动变化都是可以精确测量的，世界就像精确运行的钟表，而量子力学颠覆了这种观念，带来了重要的“不确定性”思维。 量子力学为什么带来了不确定性？我们讲到举一个例子，比如你现在的客厅里有一只猫，我们通常认为，一个物体的存在有一个确定的空间位置，这种存在，是不以人的意志为转移的、是客观的，要么这只猫在客厅，要么不再，总之它不可能既在客厅，又不在客厅，这是我们通常认为不可能的，而在微观世界的量子理论看来，这种情况是真实存在的。 你是不是觉得非常神奇？ 在微观世界里也是一样，当我们试图去测量电子的位置时，科学家们发现根本无法办到，因为我们测量这一动作，会影响电子的位置，也就是电子的位置是随着我们的观察而随机变化的。在微观世界，粒子的运动变化是完全随机和具有不确定性的。当然这样的现象不仅你不相信，就连爱因斯坦也不敢相信，他不相信在规律变化的世界里，还存在者一种随机和不确定性的世界观，于是有了那句名言：上帝从不掷骰子。 在牛顿力学体系中，能量的吸收和释放是连续的，物质可以吸收任意大小的能量。后来科学家们发现，其实能量真实的吸收和释放，只能够以某个的量级为最小单位，一份一份的吸收和释放，并不是连续的，这就导致了牛顿力学在大尺度上和实验符合的很好，但在小尺度上偏差很大，所以微观世界粒子的运动变化并不遵循牛顿的经典理论。所以薛定谔在普朗克的量子理论体系上建立了薛定谔方程，从而开辟了量子力学。当然量子力学非常艰深，我们只是粗略和简单地描述了一下，具体的我们就不展开了。 量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。量子理论也成为了包括计算机、互联网、卫星和手机以及所有电器技术的基础理论，为人类科技的发展奠定了坚实的基础。 05牛顿的力学理论让我们以为，世界像钟表一样精确运行，我们对自然是完全可以掌控和计算的；而量子理论告诉我们，人类已知的东西是有限的，微观世界充满了随机性，我们已知的物质只占到了宇宙的5%，还有95%我们根本不知道是什么，我们也无法控制，宇宙是一个充满非凡秘密的地方，有太多未知的可能，唯有通过人类的好奇心和求知欲去探索和发现。 好了，这本书的内容我们就介绍到这来，让我们来简单回顾一下今天的内容。 首先，我们讲到了，人类从几百万年前的大猩猩开始，经历了直立人、智人，最后一批智人进化成了我们现在的人类，在这一系列进化过程中，人类不仅进化出了发达的大脑，还让我们掌握了语言和文字，而且更重要的让我们发展出了更高级别的思维能力，思维能力的差异让我们 和其他物种拉开了差距，从而站到了地球食物链的顶端，而这一切的背后，人类的好奇心和求知欲是驱动科学思维出现的源泉和根本，也就是人类不仅会问为什么，而且还会去探寻问题的答案。 其次，我们讲到了，从人类开创了科学思维以后，人类文明得到了空前进步，我们也展开了对宇宙全方面的求知和探索。从天文学、物理学、到化学和生物学，人类求知和探索的脚步从未停歇，人类的科学思维也从以亚里士多德的定性研究，逐渐演变到了以伽利略为代表的定量研究，也就是以实验为基础的科学研究。这使得人类探索世界更进一步，甚至有人认为，到了牛顿的力学理论，我们对于世界的探索已经接近尾声，离解开上帝最后一块面纱越来越近了。而实时证明并没有那么简单。 最后，我们讲到了，以爱因斯坦为代表的近现代科学家们开创了相对论和量子论，打开了人类探索世界的新领域。在相对论的带领下，我们才意识到，牛顿的力学体系只是在低速宏观下的特殊状态，在高速的状态下，事物的运动变化并不遵循牛顿的运动定律；而在微观世界，我们的世界观再一次被颠覆了，和牛顿力学描述的宏观世界不同，量子力学所描述的微观世界具有高度的不确定性。我们才意识到，人类对宇宙的认知还只是冰山一角，还有更加广阔的未知领域等待着我们去探索。 |
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