物理学的进化

基本介绍

《物理学的进化》是美国科学家、物理学奠基人阿尔伯特·爱因斯坦和波兰物理科学家利·英费尔德合著的科普读物，首次出版于1938年。

《物理学的进化》介绍物理学观念从伽利略、牛顿时代的经典理论发展到现代的相对论、量子论和场论的演变情况。其中选择了几个主要的转折点来阐明经典物理学的命运和现代物理学中建立新观念的动机所在，从而引导读者怎样去找寻观念世界和现象世界的联系。全书没有引用数学公式，文字通俗、举例浅显，编写体裁别开生面，是一本通俗的科普书籍。

内容介绍

全书分为四章，第一章：机械观的兴起；第二章：机械观的衰落；第三章：场、相对论；第四章：量子。

作者在第一章的结语中指出：在力学中假如知道一个运动物体现在的运动状态和作用在它上面的力，那么它的未来的路径是可以预测的，而它的过去也是可以揭发的。例如所有的行星的未来的路径都是可以预知的，作用在它们之上的是只跟距离有关的牛顿万有引力。经典力学的伟大成果暗示着机械观可以无例外地应用于物理学的任何分支部门，所有的现象都可以用引力或斥力来解释，而这些力只与距离有关，并且作用于不变的粒子之间。

作者在第二章中指出，电流体的旧理论以及光的微粒说和波动说都是企图进一步应用机械观的结果。但是，在电学和光学领域内，这种应用遭到极大的困难：运动着的带电体对磁针的作用力不仅与距离有关，且与带电体的速度有关。这种力对磁针既不排斥也不吸引，而是垂直地作用在连接针与带电体的直线上的。在光学中，人们赞成光的波动说，而反对光的微粒说。波在由彼此间有机械力相互作用着的粒子所组成的介质中传播，这显然是一种力学上的概念。但是，传播光的是一种什么介质，而它的力学性质又是怎样的呢？在这个问题没有解答出以前，要把光学现象归结为力学现象是没有希望的。但是，解决这个问题的困难大得很，以致人们不得不放弃它，因而也不得不放弃机械观。

作者在第三章中指出，在物理学中出现了一个新的概念，这是自牛顿时代以来最重要的发现：场。用来描写物理现象最重要的不是带电体，也不是粒子，而是带电体之间与粒子之间的空间中的场，这需要很大的科学想象力才能理解。场的概念已被证明是很成功的，由这个概念便产生了描写电磁场的结构和支配电和光的现象的麦克斯韦方程。相对论是从场的问题上兴起的。由于旧理论的矛盾与不一致，迫使人们把新的性质归之于自然界的一切现象的舞台——时一空连续区。相对论的发展经过了狭义相对论与广义相对论两个阶段。相对论加强了场的概念在物理学中的重要性。但是人们还不能建立一种纯粹是场的物理学。

在最后一章里，作者指出：在原子现象领域内的大量各种不同的论据，再一次迫使人们建立新的物理概念。物质具有微粒结构，它是由基本粒子——物质量子组成的。因此，电荷也有微粒结构，而且，从量子论观点来看，最重要的是能也有微粒结构。组成光的光子是能量子。人们不是像描述空间与时间中的现象那样来描述原子现象的，而是进一步回避掉旧的机械观。量子物理学所建立的规律是掌握集体的，而不是掌握个体的，所描述的不是特性而是几率，它不建立揭露体系的未来的规律，而只建立支配几率随时间变化以及关联于个体所组成的大集体的规律。

背景介绍

1936年，波兰物理学家利·英费尔德来到美国普林斯顿高等学术研究院，成为爱因斯坦的助手。在短短的两年合作时间中，他们完成了许多极有意义的工作。但是尽管爱因斯坦十分支持英费尔德，研究院却由于经济问题不同意延长英费尔德微薄的奖学金，爱因斯坦认为研究院对不起英费尔德，同时拒绝给自己十分尊敬的助手提供奖学金，也使爱因斯坦觉得研究院不尊重他本人的工作。因此他打算自己私人支付一部分钱给英费尔德，可后者对这个想法感到很不安。后来，英费尔德想出了另外一个主意——为什么不一起为广大读者写一本书呢，由爱因斯坦作为作者之一，该书一定会取得成功；而英费尔德所分得的版税也恰好可以保障他的生活所需。爱因斯坦认为这个主意不错，于是在1938年4月两人合作出版了这本《物理学的进化》。

作者介绍

阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955年），物理学家，相对论的建立者，现代物理学的创始人，诺贝尔物理学奖获得者。出生于德国乌尔姆市的一个犹太家庭。爱因斯坦1900年毕业于苏黎世联邦理工-🔥奥门威奥门威斯人网站注册平台，入瑞士国籍。1905年获苏黎世大学哲学博士学位。曾在伯尔尼专利局任职，在苏黎世工业大学、布拉格德意志担任大学教授。1913年返德国，任柏林威廉皇帝物理研究所所长和柏林洪堡大学教授，并当选为普鲁士科-🔥奥门威奥门威斯人网站注册平台院士。1933年因受纳粹政权迫害，迁居美国，任普林斯顿高级研究所教授，从事理论物理研究，1940年入美国国籍。主要著作有《狭义相对论与广义相对论》《相对论的意义》《论理论物理学方法》等。

利·英费尔德（1898—1968年），波兰理论物理学家，波兰科-🔥奥门威奥门威斯人网站注册平台院士。出生于波兰克拉科夫。1921年毕业于克拉科夫大学。1936—1938年在美国普林斯顿高级研究院工作，与爱因斯坦共事。1939年起任加拿大多伦多大学教授。1950年回到波兰。1951年任理论物理研究所所长。1934年建立了经典电动力学的唯象模型，消除了点电荷能量的无限大（玻恩一英费尔德理论）。与爱因斯坦、霍夫曼合作，在广义相对论中由场方程导出了物体吸引的满意理论（爱因斯坦一英费尔德一霍夫曼理论）。英费尔德还是一位科学评论家和作家。与爱因斯坦合著的《物理学的进化》被译成多种文字出版。

鉴赏评价

作品思想

《物理学的进化》一书把科学发现和科学家对科学的探索类比为福尔摩斯探案和侦探对案情的分析。作者指出：从福尔摩斯侦探小说作者柯南道尔写出动人的故事以来，几乎在所有的侦探小说里都是这样开始的：侦探首先搜集他所需要的、至少也是他的问题的某一方面所需要的一切事件。这些事件往往是很奇怪的、不联贯的，并且是毫不相关的。可是这个大侦探知道这时不需要再继续侦察了，只要用纯粹的思维把所有搜集起来的事件联贯起来。于是他拉拉小提琴，或者躺在安乐椅上抽抽烟，突然间，他灵机一动，这个联系找到了。他现在不仅能解释现有的线索，而且他还知道还有其他许多事情一定也在发生。因为现在他已十分准确地知道在哪里可以找到它，如果他愿意的话，他可以出去收集他的理论的进一步的证明。类似的，作者对科学知识的学习和科学研究的方法也提出了自己的观念：科学家读自然之书必须由他自己来寻找答案，他不能像某些无耐性的读者在读侦探小说时所常做的那样，翻到书末先去看最后的结局。在这里，他既是读者，又是侦探，他得找寻和解释（那怕是部分地）各个事件之间的联系。即使是为了得到这个问题部分的解决，科学家也必须搜集无秩序地出现的事件，并且用创造性的想象力去理解和联贯它们。随后，作者用物理学的一个基本问题——运动概念的演变，说明了错误的线索容易使人误入歧途而使问题迟迟得不到解决，指出凭直觉的推理方法是不可靠的，惯性定律不能直接从实验得出，它只能根据思索和观察得出。理想实验无论什么时候都是不能实现的，但它使我们对实际的实验有深刻的理解。

作者研究了物理概念的进化，即新的物理概念是如何在它与旧概念的坚决斗争中产生出来的。科学的想象力发现旧的概念太狭窄了，于是用新的概念去代替它。从最简单的直线运动，到沿着不同方向运动，引伸出矢量的概念；又将直线运动推广到曲线运动和圆周运动，从而又产生了切线方向并发明了微积分来严格分析“极近”、“极短”这一类词义。作者同时指出，现代物理学的最重要的特征之一是：从最初的线索所推出来的结论，不仅是定性的，而且是定量的。因此，必须运用数学的语言。作者在分析了力学的基本概念之一的质量之后指出，在这个奥妙的侦探故事中，没有一个已经完全解决的问题，也没有一个永远不变的问题。人们又回到最初的运动问题上来修改侦查的程序和寻求过去被忽视的线索，因而得到了周围宇宙的另一个不同的图景。

作品影响

《物理学的进化》问世后，物理学有了空前的发展，该书也被翻译成多种文字出版。

其他信息

出版信息

该书英文版1938年在美国出版，1947年由刘佛年译成中文的简译本由商务印书馆出版，1962年由周肇威重新翻译成中文，并加入了英费尔德1960年所写的新版序，由上海科学技术出版社出版。