学物理,不是学数学

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狭义相对论,甚至都没有什么微积分,就是代数公式变换一下,就够了。然而,大学毕业生,STEM专业,可以说90%以上是想不明白的。

比如有人怀疑爱因斯坦的相对论,不是洛伦兹,庞加莱,铭刻司机的论文都写出来了吗?他们的论文数学更严谨,为啥大家都认为相对论是爱因斯坦的呢?

很简单,因为爱因斯坦搞的是物理,民科司机搞的那个是数学。洛伦兹搞的虽然也是物理,但他就是没想明白物理的道理在哪里,庞加莱呢?这位数学大师,公认的可能最后的polymath,也是哼哧哼哧,搞了半天,好像狭义相对论的每一个论点,他似乎都提到了,但就是所有论文加在一起,也不是大家以后认识到的相对论。就像你中学里,碰到难题,使劲十八般武艺,做出来了,什么数学分支都用上了,一看就是高手。然后出来个乡下来的同学,上来1+1=2,两句话就把题目解了,而且把整个一类题目都搞成trivial了,这时候你才发现:你认为的高手实际上对问题的理解是表面的,而乡下同学才是一眼就看明白了本质。

甚至到了1908年,这位庞加莱同学的论文里,还有明显的错误,比如认为两个相对静止,但同时运动的人之间是不能保证对上钟的,因为他脑子里的绝对以太,还是没有去掉。所以,他的问题不但是他并没有搞出成为改变时空观念的狭义相对论,甚至他直到1905爱因斯坦论文发表以后很久,对这个东西的理解都是有问题的。

用一句话概括:爱因斯坦的相对论是改变了时空观念,这是一个运动学的理论(Kinematics),而庞加莱和洛伦兹的东西,是一个关于电磁场的动力学理论(dynamics),他们的理论,形似狭义相对论,但并不能完全改变时空观念,甚至需要假设质量是一个电磁学的结果,这是他所以最后还是需要一条假设:运动物体会缩短。这也是为什么麦克斯韦尔方程在洛伦兹变换下的不变性,远没有显示出狭义相对论的本质重要性。

否则,你想想,爱因斯坦1905年一个专利局的,没有博士学位,谁会吃多了把本来属于著名物理学家洛伦兹,著名数学家庞加莱的功劳,非要套给爱因斯坦。而且审稿的,就是普朗克,普朗克不是菜鸟,就一个专利局的,能忽悠他?

这也是为什么,庞加莱以为相对论是洛伦兹发明的,洛伦兹却知道,这明明就是爱因斯坦发明的。这也不是谦虚,洛伦兹和爱因斯坦是惺惺相惜的。而Pauli编物理年鉴,把爱因斯坦列为唯一发明者,这位也不是菜鸟,他二十一岁就出版了相对论教科书,被认为是狭义相对论的经典教科书,也被当时物理界认为是跟爱因斯坦差不多聪明的人。

那么为什么有那么多人质疑爱因斯坦是发明者呢?

这里面有一个道理。就像一个魔术一样,一旦拆穿,告诉你,而且你弄明白了,这东西的逻辑是如此自然,让你以后就觉得:理所当然就是应该这样的,以前你认为很直观很intuitive的绝对时空,反而是明摆着肯定是错的,因为逻辑上自相矛盾。

所以这以后,你就会觉得,其实你也许也能发明出来,看到任何看着很相似的论文,你就会觉得:他说得就是这回事嘛,我们大家都自然同意就是这样的。所以他看Poincare每篇论文,都会觉得,哎,他这不是已经搞出来了吗?而实际上不是的。

广义相对论,其实也是一样的,一旦把里面的基本逻辑讲给你听明白了,你就会觉得:本来就应该是这样的啊?怎么可能不是呢?

这就是爱因斯坦牛的地方了,上帝的创造(姑且这么说吧),其实一直就在人类的眼前,而且其逻辑是如此自然,你一旦明白,就会认为,不可能是错的或其他方案。但偏偏就是几百年,人类就是想不明白,等爱因斯坦挑明了,却是如此一目了然。所以,爱因斯坦才是纯粹的理论家,物理家。

而这当中,具体的洛伦兹变换,或者场论方程,其重要性反而很低。因为爱因斯坦数学比较差点,所以引力场论还搞了一阵子,以至于有人又以为Hilbert先发明了广义相对论,其实根本不是那么回事,Hilbert数学比较好,一旦物理从爱因斯坦那里学会了,马上就把这个数学问题解了,而爱因斯坦多花了点时间。就好比爱因斯坦把物理的楼架子全搭好了,Hilbert上来搞了外装修。外装修固然重要,但这个楼的本质是架子。

说了那么多,就是:物理虽然好像是数学,但实际上还是不一样的。

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