现代物理学习小记(1)

--大宗师

我不是学物理专业的，对于物理的了解基本上停留在高中物理，也就是所谓经典物理的水平上，对于现代物理学，最多也就是些科普性质的粗浅认识，而且不太系统，道听途说的成分不少，所以一直想系统性的多了解一些现代物理学，尤其是相对论、量子力学、黑洞、大爆炸、宇宙学、生命和智慧的现代物理学基础等。近来终于有了个开始，通过学习，自己感觉对现代物理学有了些系统的了解，这里就总结一下。

1、狭义相对论

以往对于狭义相对论的理解就是速度越快，距离越短，时间越慢，还有就是每个地球人都知道的质能方程E=MC^2，但不知其所以然，以前觉着似乎只有像爱因斯坦这种超级天才才能发明狭义相对论。但通过学习才知道，其实也没那么神，狭义相对论也是水到渠成的玩意儿，当时物理学的发展已经到了那一步，没有爱因斯坦，别人也能发明，其实当时已经有至少两个人已经十分接近了。当时麦克斯韦电磁方程组和洛伦茨变换已被发明，这两大发明再往前走小半步，捅破窗户纸，就是狭义相对论了。爱因斯坦就是捅破窗户纸那一个人，他的伟大之处更在于从物理概念、哲学意义上阐述了狭义相对论，那就是光速在我们这个宇宙的绝对性：光相对于任何参照系，任你怎么观察，都以绝对恒定的光速运行，而空间、时间、质量、能量则都具有相对性。这个结论相当反常识，相当震撼，空间、时间、质量、能量这些是在常识里天经地义亘古不变的近乎神圣的人们时时刻刻都会接触到的东西、概念，说它们只是可变的、相对的物理量，一下子怎么也想不通，但你只要承认了光速的绝对性，那么空间、时间、质量、能量的相对性也就顺理成章了。我私下里觉得，光速的绝对性可能还有太多更深的内容有待挖掘，它或许能揭示我们宇宙的根本法则和本来面目。

2、广义相对论

狭义相对论只是爱因斯坦的牛刀小试，广义相对论才是爱因斯坦超级天才的体现。广义相对论的核心思想是认为物质和能量决定了时空的几何结构，引力其实是物质和能量造成的时空弯曲，这对于经典物理学，绝对又是一个巨大的颠覆。通过求解爱因斯坦广义相对论的非线性偏微分方程，人们发现了几种奇怪的解，其中著名一个是史瓦西解：在恒星暮年，如果引力坍塌至史瓦西半径以内，就会出现引力奇点，时空弯曲得如此厉害，以至于其内部产生的光都无法逃逸，这就是大名鼎鼎的黑洞。另一个著名的则是爱因斯坦-罗森桥，又叫虫洞，是一种连接时空中不同点的物理结构，人们想象通过虫洞，人们或许能够完成跨越银河系甚至跨越时间的旅行。广义相对论的非线性偏微分方程非常难解，不知道学界有没有采用大型计算机对其实行数值解或模拟仿真，估计可以再现宇宙演化的每一个精彩绝伦的细节，让我们能够目睹宇宙从无到有，从简至繁，从过去到未来的整个发展过程，估计现在计算机的算力可能还不够，这就只有等待更强大的计算机的出现了。