超越爱因斯坦,她用最优雅的方式,推导出广义相对论!被誉为科学女神
超越爱因斯坦,她用优雅方式,导出广义相对论,被誉为科学女神
爱因斯坦完成了狭义相对论和广义相对论,虽然狭义相对论是在洛伦兹变换的基础上完成的,但是把相对性原理上升到科学指导纲领的高度,却是爱因斯坦提出来的。而且,广义相对论完全是爱因斯坦一个人的成果。
很多人以为爱因斯坦一个人就能推动人类社会科学的大进步。
》其实,给出科学研究方法论的,才是真正推动科学大进步,在这一点上,爱因斯坦还是要让位给另外一位科学家。
爱因斯坦的很多理论,直接应用的效果不大。能够拿出来促进技术发展的,一个就是光电效应。还有就是量子纠缠,虽然是爱因斯坦反对的,但是确实是他发现的。
很可惜,现在评论一个科学家的伟大,很多都是从科学家的具体成果上面来分析,这可能有一点本位主义的味道。
现在的科学技术,需要众多科学家的集体合作才能完成。单个人已经很难完成具有突破意义的成果,给整个科学家群体指明方向,比给他们具体成果可能更加重要。
在数学方面,爱因斯坦并不擅长,但是现在科学技术的进步恰恰可能就卡在数学领域。
》在科学发现迷茫之际,需要一个给出正确方向的人,甚至不需要具体去操作。
套用一句司空见惯的大实话:干活的人永远不缺,缺的是能够预知未来结果的人。
推动20世纪伟大科学发现的,是一个不为大众熟知的科学家,女科学家~埃米诺特。
艾米诺特,德国犹太裔科学家,生于1882年,逝于1935年。她独立给出了广义相对论的纯数学推导,虽然是在爱因斯坦之后,但是用了一种伟大而优雅的方法。
除此之外,她还证明了能量守恒、动量守恒以及一切守恒性背后的原因:对称性!
》从本质上说,艾米诺特指出了物理大发现伟大航路的正确方向。
杨振宁的杨米尔斯理论,就是在艾米诺特指引的方向,做出的发现。
艾米诺特告诉我们,如何得到一个物理学规律!她的伟大如何强调都不为过!
在艾米诺特之前,物理学的发现没有固定的规则!基本上包括牛顿等人,都是先用实验,然后对实验数据进行拟合的方式,来发现物体运动的规律。
曾经有一个著名的黑体辐射问题,是开启量子力学的重要事件。黑体是指那种把辐射进来的电磁波全部吸收的物体。
黑体可以在很宽泛的频率上辐射各种波段的电磁波。但是人们却发现,无论用什么方法,按照经典的理论,都没有办法说明黑体辐射的分布规律。
普朗克先纯粹用数据拟合的方法得到了一个公式,可以很好的与实验中的黑体辐射相吻合,这个公式如下。
然后普朗克再对这个公式中的各个参数进行解释,然后才开启了量子力学的光辉篇章。
普朗克的方法是绝大多数科学家的方法!把实验数据拟合成一个显式函数(就是y等于f(x)的那种),是物理学家的入门标准。但是关键的难点就是要提出一个观念,突破某种固步自封的思维,这要考验一个学者的勇气和思维敏锐度。
》在人的思维世界中,习惯和过往经验是最强大的势力,每一次新的伟大发型都需要突破这种惯性思维。
普朗克拟合出来第1个显示函数,在普朗克的激励下,其他科学家蜂拥而上。然后,陆陆续续的各种关于量子现象描述的各种显式函数都被拟合出来。
最后,薛定谔把这些显式函数变成了一个隐式函数,所谓的薛定谔方程。
从麦克斯韦到爱因斯坦,物理学的发现道路是这样的:
第一步,根据实验室的数据,拟合一个显式函数。
第二步,等到各种物理现象的显式函数都完成的时候,再由那些比较厉害的科学家,比如说像麦克斯韦、爱因斯坦这样的,把这些显示函数,整合成一个方程。
当然第2步比第1步要难。
比如说麦克斯韦方程,就是对法拉第、库伦等人搞的那一串电磁公式的整合。
》假如,人类的科学家也就这两把刷子的话,那么不会有后面1920年以后的量子力学大发现。
埃米诺特,把狭义相对论从全域对称性,推广到局域对称性,直接推倒了出广义相对论的场方程。
爱因斯坦得到广义相对论方程的方法:在引力场的局部,用做加速运动的惯性系代替。
比较一下这两种方法,艾米诺特的方法,更具数学形式上的美,也更加严格。这也被称为广义相对论场方程的数学证明。
这件事最最最重大的意义,是让人们找到了一种优雅的数学方法,发现那种隐藏的更深、更加复杂的物理规律。
》艾米诺特为整个物理学的大发现指明了一条光辉和伟大的航路。
这是神级贡献,方法论的意义,可能远比得到某个具体的物理公式更加伟大。
杨振宁按照艾米诺特指引的方向,对麦克斯韦方程,进行了一个从全域对称性到局域对称性的推广,得到了杨米尔斯理论 ,这是规范场论的基础,是20世纪量子力学大发展的前提。
艾米诺特指出的道路,经过杨振宁的确认,让物理发现的道路上星光璀璨,永无黑夜。