《什么是高中物理》出版一年半以后,我的第2本书《什么是相对论(狭义篇)》终于跟大家见面了,目前京东、当当、淘宝等各大电商网站均已上架销售。
京东
当当
这本书一看名字就知道是讲狭义相对论的,熟悉我公众号的朋友肯定也知道我是写相对论起家的,所以这本书对我而言还是比较特殊的。
一如既往,我还是希望能用通俗的语言和缜密的逻辑让中学生乃至高年级小学生也能看懂。至于原因,第一,我还是坚信只有我能够给中小学生把这个事情说清楚,我才算弄明白了。如果说不清楚,那就要想想到底是哪里讲不清楚,为什么讲不清楚,然后再用各种办法把它们弄清楚,最终差不多都是能说清楚的。
第二,少年人是国家科学的未来,我觉得我们有必要为他们系统地介绍一些现代一点、“高深”一点的科学思想,让他们知道我们现在是如何把握和理解这个世界的,这对提高青少年的科学素养还是非常重要的。
以前面向中小学生的科普大多是一些零散而简单的内容,但我们也得为那些走得快一些的同学们提供一些系统和“高深”一点的内容。你比如说狭义相对论,我想做到让一二年级的小学生能看懂那确实太难了,但做到让五六年级的小学生能看懂,踮踮脚尖还是可以办得到的。
书的
第一部分
是相对论的历史,我花了120多页介绍爱因斯坦是如何创立
狭义相对论
的。这部分内容之所以重要,是因为大部分书籍和文章是这样介绍狭义相对论的历史的:他们先从开尔文的“两朵乌云”引出
迈克尔逊-莫雷实验
,然后说这个实验否定了
以太
,证明了光速不变。然后就说爱因斯坦因此提出了光速不变原理,从而创立了狭义相对论。

这样讲虽然符合人们的认知,但却不符合历史,更重要的是不符合逻辑。最开始我接触到的也是这样的说法,为了把细节弄清楚,我就进一步去查证迈克尔逊-莫雷实验到底是如何否定以太的,它又如何证明了光速不变。
结果查着查着发现压根就不是这么回事。这个实验并没有否定以太,迈克尔逊本人在这个实验以后也只是转向了斯托克斯完全曳引假说。爱因斯坦也不是因为这个实验才提出光速不变原理的,只要让麦克斯韦方程组满足相对性原理,光速不变就是一个自然而然的结论。而且,爱因斯坦在创立狭义相对论时的难点也不是有没有光速不变,而是如何协调光速不变和相对性原理之间的矛盾……
总之就是,你越往下查,就会越发现这套流行的说法是完全站不住脚的。按照那样的说法,我们就会很难理解爱因斯坦的各种行为,很难理解他到底是用一种什么样的逻辑把相对论“想“出来的,进而就容易把相对论和爱因斯坦神秘化。于是我就不断深挖,继续寻找这些不合逻辑的表象背后更深层的逻辑,最后基本上把整个过程理顺了。
爱因斯坦创立狭义相对论的过程是科学史上非常经典的一个案例,我强烈建议中小学生们都看一看。看看爱因斯坦当年面临的是什么问题,他又是如何分析和解决这些问题的,爱因斯坦在解决这些问题的过程中又有哪些过人的地方,这是比相对论本身更加重要的东西。现在的家长们都希望自己的孩子能成为小牛顿、小爱因斯坦,不就是希望能学到他们分析和处理问题的方法么?而爱因斯坦在创立狭义和广义相对论的过程中就把这些发挥得淋漓尽致。
然后就是
质能方程E=mc²
,没有系统学过相对论的朋友基本上都会误解这个看起来很简单的方程,因为他们基本上都会用
牛顿的观念
来理解这个方程。进一步,他就会觉得这个方程是在告诉我们质量可以转化成能量,一块有质量的实物消失之后就会按这个方程变成一团虚无的能量,也就是质量亏损。但是,质能方程是
狭义相对论
里的结论,我们只有站在相对论的视角才能正确理解这个方程,然后才会发现上面那种牛顿式的理解到底错在哪里。

接下来我们会试着从闵氏几何的角度来重新认识狭义相对论,几何的好处当然就是清晰而直观。在几何视角下,你会发现大家非常关心的一些常见话题,比如尺缩、钟慢、双生子佯谬都会变得非常容易,这也为我们进一步学习广义相对论打好了基础。
最后,我会挑几个大家比较感兴趣和容易弄错的话题做进一步讨论,就当作是拓展阅读吧。

总的来说,这本书看起来并不像一般的科普读物,因为它确实已经涉及到了比较深的狭义相对论的内容。但是,因为我把这些东西写得比较通俗,把这个入门门槛拉得比较低,所以高年级的小学生应该也能看懂。
与此同时,它也肯定不是相对论教材,因为我的书里基本上没有什么数学公式,我都是在尽力用文字描述相对论的思想。但是,当你仔细看完这本书以后,你会惊奇地发现你似乎能看懂相对论的教材了,比如我在参考文献里列的第一本相对论教材《从零学相对论》。因为教材也是按照这个逻辑来写的,只是它们会用更多的数学语言来描述这些思想。
也就是说,这本书介于
科普读物
教材
之间,但入门门槛被我拉得很低(中学生和部分高年级小学生应该能看懂),而它的内容又和相对论的教材衔接得很好。中小学生们在看完这本书以后,完全可以尝试去看看正规的相对论教材,希望对相对论感兴趣的朋友都能轻松相对论的大门。

最后,这本书的名字叫《什么是相对论(狭义篇)》,它讲的是
狭义相对论
,那后面自然还会有讲
广义相对论
《什么是相对论(广义篇)》
,出来后也会在公众号第一时间告诉大家,敬请期待~

长尾科普系列丛书-02:《什么是相对论(狭义篇)》
长尾科普系列丛书-01
:《什么是高中物理》

再复杂的科学,也有简单的逻辑。我是一边学习一边写科普的长尾君,只有给你讲明白了,我才算学懂了。科普的精华都在主线文章里(后台回复“主线”),想跟我一起搞学习的可以来知识星球(后台回复“星球”),也欢迎关注我的小号(后台回复“小号),科普即学习~
继续阅读
阅读原文