1905年被称为爱因斯坦的奇迹年,这一年内他发表了6篇有影响力的论文,分别引领了物理学三个不同领域中的研究方向。其中的狭义相对论彻底改变了人们的经典时空观;有关光电效应的文章揭开了量子革命的篇章;另一篇则从分子运动的理论解释了布朗运动,对统计物理有所贡献。
100年前的1915年,爱因斯坦提出了他最引为得意的广义相对论,这个理论至今仍然是天体物理及宇宙学中建立天体星系运动模型以及宇宙演化模型的理论基础。近年来该领域中热门研究的大爆炸理论、暗物质、暗能量等,也都与此有关。
爱因斯坦曾经说过一句名言:“我想知道上帝是如何设计这个世界的。”
我们不妨将上文中的“上帝”理解为“大自然”。因此,爱因斯坦提出了物理学,也是科学研究的一个最基本问题:大自然的秘密是什么?大自然的脉搏如何跳动?大自然在造物时遵循哪些基本原理?
上帝是如何设计这个世界的?这是爱因斯坦的困惑,也是对科学感兴趣的广大读者的困惑。中国是数学物理大国,喜欢思考物理中“大”问题的成年人和青少年都不少。中国人从古时候开始,就对造物主的秘密、宇宙的起源等问题潜心探索、追寻不止。本书的目的便是向广大读者介绍两个相对论的基本概念,带领读者探索、了解爱因斯坦建立相对论的大概思路历程。此外,作为相对论的应用,也简单介绍与这两个理论相关的天文、宇宙学方面的最新进展。使读者体会到科学家“认识自然规律、探索大自然造物秘密”的科学方法,从而启发公众对科学的兴趣和思考。
令人感到十分遗憾的是,爱因斯坦将他天才的后半生贡献给了一项前途渺茫的研究。他一直在理论物理中寻找一条统一之路,想要将所有的物质及各种基本的相互作用囊括在一个单一的理论框架中,那是爱因斯坦最后的梦想。尽管爱因斯坦为此奋斗了几十年都没有获得成功,但这个大统一之梦已经深深扎根在理论物理学家们的心中,一直是理论物理学研究的中心问题之一。
在这本小小的通俗读物中,作者首先用短短的篇幅,简单概括了牛顿力学及麦克斯韦电磁理论。然后,从经典理论碰到的困难引出爱因斯坦建立相对论的思考和历史过程。第1章主要介绍狭义相对论的基本概念。第2章介绍广义相对论少不了的数学工具:黎曼几何。对此,作者尽量少用公式,而是从几何直观和物理应用的意义上来引进黎曼几何,并重点突出内蕴几何思想的重要性。作者在第3章中叙述解释了几个狭义相对论引发的有趣佯谬及质能关系式。第4章介绍广义相对论的基本思想,第5章则是主要介绍了宇宙学中的大爆炸理论、暗物质、暗能量等假设的来龙去脉、最新研究状况等。本书使用轻松有趣的语言,配以精美的图片,由物理专业人士写成,适合各个领域的大学本科生、研究生、对科学感兴趣的高中学生,以及所有渴求科学知识的大众阅读。