基本介紹

《物理學(xué)的進化》是美國科學(xué)家、物理學(xué)奠基人阿爾伯特·愛因斯坦和波蘭物理科學(xué)家利·英費爾德合著的科普讀物，首次出版于1938年。

《物理學(xué)的進化》介紹物理學(xué)觀念從伽利略、牛頓時代的經(jīng)典理論發(fā)展到現(xiàn)代的相對論、量子論和場論的演變情況。其中選擇了幾個主要的轉(zhuǎn)折點來闡明經(jīng)典物理學(xué)的命運和現(xiàn)代物理學(xué)中建立新觀念的動機所在，從而引導(dǎo)讀者怎樣去找尋觀念世界和現(xiàn)象世界的聯(lián)系。全書沒有引用數(shù)學(xué)公式，文字通俗、舉例淺顯，編寫體裁別開生面，是一本通俗的科普書籍。

內(nèi)容介紹

全書分為四章，第一章：機械觀的興起；第二章：機械觀的衰落；第三章：場、相對論；第四章：量子。

作者在第一章的結(jié)語中指出：在力學(xué)中假如知道一個運動物體現(xiàn)在的運動狀態(tài)和作用在它上面的力，那么它的未來的路徑是可以預(yù)測的，而它的過去也是可以揭發(fā)的。例如所有的行星的未來的路徑都是可以預(yù)知的，作用在它們之上的是只跟距離有關(guān)的牛頓萬有引力。經(jīng)典力學(xué)的偉大成果暗示著機械觀可以無例外地應(yīng)用于物理學(xué)的任何分支部門，所有的現(xiàn)象都可以用引力或斥力來解釋，而這些力只與距離有關(guān)，并且作用于不變的粒子之間。

作者在第二章中指出，電流體的舊理論以及光的微粒說和波動說都是企圖進一步應(yīng)用機械觀的結(jié)果。但是，在電學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，這種應(yīng)用遭到極大的困難：運動著的帶電體對磁針的作用力不僅與距離有關(guān)，且與帶電體的速度有關(guān)。這種力對磁針既不排斥也不吸引，而是垂直地作用在連接針與帶電體的直線上的。在光學(xué)中，人們贊成光的波動說，而反對光的微粒說。波在由彼此間有機械力相互作用著的粒子所組成的介質(zhì)中傳播，這顯然是一種力學(xué)上的概念。但是，傳播光的是一種什么介質(zhì)，而它的力學(xué)性質(zhì)又是怎樣的呢？在這個問題沒有解答出以前，要把光學(xué)現(xiàn)象歸結(jié)為力學(xué)現(xiàn)象是沒有希望的。但是，解決這個問題的困難大得很，以致人們不得不放棄它，因而也不得不放棄機械觀。

作者在第三章中指出，在物理學(xué)中出現(xiàn)了一個新的概念，這是自牛頓時代以來最重要的發(fā)現(xiàn)：場。用來描寫物理現(xiàn)象最重要的不是帶電體，也不是粒子，而是帶電體之間與粒子之間的空間中的場，這需要很大的科學(xué)想象力才能理解。場的概念已被證明是很成功的，由這個概念便產(chǎn)生了描寫電磁場的結(jié)構(gòu)和支配電和光的現(xiàn)象的麥克斯韋方程。相對論是從場的問題上興起的。由于舊理論的矛盾與不一致，迫使人們把新的性質(zhì)歸之于自然界的一切現(xiàn)象的舞臺——時一空連續(xù)區(qū)。相對論的發(fā)展經(jīng)過了狹義相對論與廣義相對論兩個階段。相對論加強了場的概念在物理學(xué)中的重要性。但是人們還不能建立一種純粹是場的物理學(xué)。

在最后一章里，作者指出：在原子現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)的大量各種不同的論據(jù)，再一次迫使人們建立新的物理概念。物質(zhì)具有微粒結(jié)構(gòu)，它是由基本粒子——物質(zhì)量子組成的。因此，電荷也有微粒結(jié)構(gòu)，而且，從量子論觀點來看，最重要的是能也有微粒結(jié)構(gòu)。組成光的光子是能量子。人們不是像描述空間與時間中的現(xiàn)象那樣來描述原子現(xiàn)象的，而是進一步回避掉舊的機械觀。量子物理學(xué)所建立的規(guī)律是掌握集體的，而不是掌握個體的，所描述的不是特性而是幾率，它不建立揭露體系的未來的規(guī)律，而只建立支配幾率隨時間變化以及關(guān)聯(lián)于個體所組成的大集體的規(guī)律。

背景介紹

1936年，波蘭物理學(xué)家利·英費爾德來到美國普林斯頓高等學(xué)術(shù)研究院，成為愛因斯坦的助手。在短短的兩年合作時間中，他們完成了許多極有意義的工作。但是盡管愛因斯坦十分支持英費爾德，研究院卻由于經(jīng)濟問題不同意延長英費爾德微薄的獎學(xué)金，愛因斯坦認為研究院對不起英費爾德，同時拒絕給自己十分尊敬的助手提供獎學(xué)金，也使愛因斯坦覺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錢給英費爾德，可后者對這個想法感到很不安。后來，英費爾德想出了另外一個主意——為什么不一起為廣大讀者寫一本書呢，由愛因斯坦作為作者之一，該書一定會取得成功；而英費爾德所分得的版稅也恰好可以保障他的生活所需。愛因斯坦認為這個主意不錯，于是在1938年4月兩人合作出版了這本《物理學(xué)的進化》。

作者介紹

阿爾伯特·愛因斯坦（1879—1955年），物理學(xué)家，相對論的建立者，現(xiàn)代物理學(xué)的創(chuàng)始人，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者。出生于德國烏爾姆市的一個猶太家庭。愛因斯坦1900年畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，入瑞士國籍。1905年獲蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。曾在伯爾尼專利局任職，在蘇黎世工業(yè)大學(xué)、布拉格德意志擔任大學(xué)教授。1913年返德國，任柏林威廉皇帝物理研究所所長和柏林洪堡大學(xué)教授，并當選為普魯士科學(xué)院院士。1933年因受納粹政權(quán)迫害，遷居美國，任普林斯頓高級研究所教授，從事理論物理研究，1940年入美國國籍。主要著作有《狹義相對論與廣義相對論》《相對論的意義》《論理論物理學(xué)方法》等。

利·英費爾德（1898—1968年），波蘭理論物理學(xué)家，波蘭科學(xué)院院士。出生于波蘭克拉科夫。1921年畢業(yè)于克拉科夫大學(xué)。1936—1938年在美國普林斯頓高級研究院工作，與愛因斯坦共事。1939年起任加拿大多倫多大學(xué)教授。1950年回到波蘭。1951年任理論物理研究所所長。1934年建立了經(jīng)典電動力學(xué)的唯象模型，消除了點電荷能量的無限大（玻恩一英費爾德理論）。與愛因斯坦、霍夫曼合作，在廣義相對論中由場方程導(dǎo)出了物體吸引的滿意理論（愛因斯坦一英費爾德一霍夫曼理論）。英費爾德還是一位科學(xué)評論家和作家。與愛因斯坦合著的《物理學(xué)的進化》被譯成多種文字出版。

鑒賞評價

作品思想

《物理學(xué)的進化》一書把科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)家對科學(xué)的探索類比為福爾摩斯探案和偵探對案情的分析。作者指出：從福爾摩斯偵探小說作者柯南道爾寫出動人的故事以來，幾乎在所有的偵探小說里都是這樣開始的：偵探首先搜集他所需要的、至少也是他的問題的某一方面所需要的一切事件。這些事件往往是很奇怪的、不聯(lián)貫的，并且是毫不相關(guān)的?？墒沁@個大偵探知道這時不需要再繼續(xù)偵察了，只要用純粹的思維把所有搜集起來的事件聯(lián)貫起來。于是他拉拉小提琴，或者躺在安樂椅上抽抽煙，突然間，他靈機一動，這個聯(lián)系找到了。他現(xiàn)在不僅能解釋現(xiàn)有的線索，而且他還知道還有其他許多事情一定也在發(fā)生。因為現(xiàn)在他已十分準確地知道在哪里可以找到它，如果他愿意的話，他可以出去收集他的理論的進一步的證明。類似的，作者對科學(xué)知識的學(xué)習和科學(xué)研究的方法也提出了自己的觀念：科學(xué)家讀自然之書必須由他自己來尋找答案，他不能像某些無耐性的讀者在讀偵探小說時所常做的那樣，翻到書末先去看最后的結(jié)局。在這里，他既是讀者，又是偵探，他得找尋和解釋（那怕是部分地）各個事件之間的聯(lián)系。即使是為了得到這個問題部分的解決，科學(xué)家也必須搜集無秩序地出現(xiàn)的事件，并且用創(chuàng)造性的想象力去理解和聯(lián)貫它們。隨后，作者用物理學(xué)的一個基本問題——運動概念的演變，說明了錯誤的線索容易使人誤入歧途而使問題遲遲得不到解決，指出憑直覺的推理方法是不可靠的，慣性定律不能直接從實驗得出，它只能根據(jù)思索和觀察得出。理想實驗無論什么時候都是不能實現(xiàn)的，但它使我們對實際的實驗有深刻的理解。

作者研究了物理概念的進化，即新的物理概念是如何在它與舊概念的堅決斗爭中產(chǎn)生出來的。科學(xué)的想象力發(fā)現(xiàn)舊的概念太狹窄了，于是用新的概念去代替它。從最簡單的直線運動，到沿著不同方向運動，引伸出矢量的概念；又將直線運動推廣到曲線運動和圓周運動，從而又產(chǎn)生了切線方向并發(fā)明了微積分來嚴格分析“極近”、“極短”這一類詞義。作者同時指出，現(xiàn)代物理學(xué)的最重要的特征之一是：從最初的線索所推出來的結(jié)論，不僅是定性的，而且是定量的。因此，必須運用數(shù)學(xué)的語言。作者在分析了力學(xué)的基本概念之一的質(zhì)量之后指出，在這個奧妙的偵探故事中，沒有一個已經(jīng)完全解決的問題，也沒有一個永遠不變的問題。人們又回到最初的運動問題上來修改偵查的程序和尋求過去被忽視的線索，因而得到了周圍宇宙的另一個不同的圖景。

作品影響

《物理學(xué)的進化》問世后，物理學(xué)有了空前的發(fā)展，該書也被翻譯成多種文字出版。

其他信息

出版信息

該書英文版1938年在美國出版，1947年由劉佛年譯成中文的簡譯本由商務(wù)印書館出版，1962年由周肇威重新翻譯成中文，并加入了英費爾德1960年所寫的新版序，由上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版。