基本介紹

《物理學(xué)的進(jìn)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(fèi)爾德合著的科普讀物，首次出版于1938年。

《物理學(xué)的進(jìn)化》介紹物理學(xué)觀念從伽利略、牛頓時(shí)代的經(jīng)典理論發(fā)展到現(xiàn)代的相對(duì)論、量子論和場(chǎng)論的演變情況。其中選擇了幾個(gè)主要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)來闡明經(jīng)典物理學(xué)的命運(yùn)和現(xiàn)代物理學(xué)中建立新觀念的動(dòng)機(jī)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(jī)械觀的興起；第二章：機(jī)械觀的衰落；第三章：場(chǎng)、相對(duì)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(gè)運(yùn)動(dòng)物體現(xiàn)在的運(yùn)動(dòng)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(cè)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(jī)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(dòng)說都是企圖進(jìn)一步應(yīng)用機(jī)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(yùn)動(dòng)著的帶電體對(duì)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(duì)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(dòng)說，而反對(duì)光的微粒說。波在由彼此間有機(jī)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(gè)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(gè)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(jī)械觀。

作者在第三章中指出，在物理學(xué)中出現(xiàn)了一個(gè)新的概念，這是自牛頓時(shí)代以來最重要的發(fā)現(xiàn)：場(chǎng)。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(chǎng)，這需要很大的科學(xué)想象力才能理解。場(chǎng)的概念已被證明是很成功的，由這個(gè)概念便產(chǎn)生了描寫電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和支配電和光的現(xiàn)象的麥克斯韋方程。相對(duì)論是從場(chǎng)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(tái)——時(shí)一空連續(xù)區(qū)。相對(duì)論的發(fā)展經(jīng)過了狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論兩個(gè)階段。相對(duì)論加強(qiáng)了場(chǎng)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(chǎng)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(diǎn)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(shí)間中的現(xiàn)象那樣來描述原子現(xiàn)象的，而是進(jìn)一步回避掉舊的機(jī)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(gè)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(shí)間變化以及關(guān)聯(lián)于個(gè)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(fèi)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(shí)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(fèi)爾德，研究院卻由于經(jīng)濟(jì)問題不同意延長英費(fèi)爾德微薄的獎(jiǎng)學(xué)金，愛因斯坦認(rèn)為研究院對(duì)不起英費(fèi)爾德，同時(shí)拒絕給自己十分尊敬的助手提供獎(jiǎng)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(fèi)爾德，可后者對(duì)這個(gè)想法感到很不安。后來，英費(fèi)爾德想出了另外一個(gè)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(huì)取得成功；而英費(fèi)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(rèn)為這個(gè)主意不錯(cuò)，于是在1938年4月兩人合作出版了這本《物理學(xué)的進(jìn)化》。

作者介紹

阿爾伯特·愛因斯坦（1879—1955年），物理學(xué)家，相對(duì)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(jiǎng)獲得者。出生于德國烏爾姆市的一個(gè)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(dān)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(dāng)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(jí)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(duì)論與廣義相對(duì)論》《相對(duì)論的意義》《論理論物理學(xué)方法》等。

利·英費(fèi)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(jí)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(dòng)力學(xué)的唯象模型，消除了點(diǎn)電荷能量的無限大（玻恩一英費(fèi)爾德理論）。與愛因斯坦、霍夫曼合作，在廣義相對(duì)論中由場(chǎng)方程導(dǎo)出了物體吸引的滿意理論（愛因斯坦一英費(fèi)爾德一霍夫曼理論）。英費(fèi)爾德還是一位科學(xué)評(píng)論家和作家。與愛因斯坦合著的《物理學(xué)的進(jìn)化》被譯成多種文字出版。

鑒賞評(píng)價(jià)

作品思想

《物理學(xué)的進(jìn)化》一書把科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)家對(duì)科學(xué)的探索類比為福爾摩斯探案和偵探對(duì)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(dòng)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(gè)大偵探知道這時(shí)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(jī)一動(dòng)，這個(gè)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?yàn)楝F(xiàn)在他已十分準(zhǔn)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(jìn)一步的證明。類似的，作者對(duì)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)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(shí)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(gè)事件之間的聯(lián)系。即使是為了得到這個(gè)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(gè)基本問題——運(yùn)動(dòng)概念的演變，說明了錯(cuò)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(shí)驗(yàn)得出，它只能根據(jù)思索和觀察得出。理想實(shí)驗(yàn)無論什么時(shí)候都是不能實(shí)現(xiàn)的，但它使我們對(duì)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)有深刻的理解。

作者研究了物理概念的進(jìn)化，即新的物理概念是如何在它與舊概念的堅(jiān)決斗爭(zhēng)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(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)，到沿著不同方向運(yùn)動(dòng)，引伸出矢量的概念；又將直線運(yùn)動(dòng)推廣到曲線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，從而又產(chǎn)生了切線方向并發(fā)明了微積分來嚴(yán)格分析“極近”、“極短”這一類詞義。作者同時(shí)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(yùn)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(gè)奧妙的偵探故事中，沒有一個(gè)已經(jīng)完全解決的問題，也沒有一個(gè)永遠(yuǎn)不變的問題。人們又回到最初的運(yùn)動(dòng)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(gè)不同的圖景。

作品影響

《物理學(xué)的進(jìn)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(jiǎn)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(fèi)爾德1960年所寫的新版序，由上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版。