【正版新书】物理世界奇遇记

乔治·伽莫夫
 享誉世界的物理学家和宇宙学家，杰出的科普作家。以倡导宇宙起源于“大”的理论闻名，对译解遗传密码做出重要贡献，提出了放射性量子论和原子核的“液滴”模型。同E．特勒一起确立了关于β衰变的伽莫夫—特勒理论以及红内部结构理论。
伽莫夫一生正式出版的25部著作中，有18部是科普作品。他的科普著作深入浅出，对抽象深奥的物理学理论的传播起到了积极的作用，《从一到无穷大》《物理世界奇遇记》是他的科普代表作。由于在普及科学知识方面所做出的杰出贡献，1956年，他荣获联合国教科文组织颁发的卡林伽科普奖。

001• *章 城市速度极限
009• 第二章 催眠的相对论演讲
020• 第三章 汤普金斯先生的假期
039• 第四章 弯曲空间的讲座
050• 第五章 访问封闭的宇宙
059• 第六章 宇宙咏叹曲
069• 第七章 黑洞、热寂与喷灯
079• 第八章 球桌上的量子
097• 第九章 量子丛林
105• 第十章 麦克斯韦妖精
121• 第十一章（上） 快乐的电子部族
134• 第十一章（下） 汤普金斯先生睡觉错过的演讲
140• 第十二章 原子核内部
148• 第十三章 年迈的木雕师
158• 第十四章 真空中的空穴
166• 第十五章 参观原子粉碎机

第二章

催眠的相对论演讲

女士们，先生们：

在人类智慧发展的初始阶段，人们就能够将时间和空间明确为发生不同事情的舞台。这种概念经过一代代的传承，并没有什么实质性的突破和改变。后来，精密科学开始发展，这种概念又被用作以数学对宇宙进行描述的基础。

*个能清楚阐述古时空概念的人，应该是伟大的物理学家牛顿，他在《自然哲学的数学原理》一书中这样写过：

就*空间的本质来说，它是不依赖于任何外物的，且是永远不变、相同的。真实的、*的数学时间，按其本质而言，是不依赖于任何外物，能永远均匀流动的。

在过去，这些古典时空的概念，被人们极其坚定地相信着。哲学家们

也常常将它们认作是先人经验的东西，但是让科学家们没有想到的是，竟然会有人对此产生疑问。

20 世纪初，有人开始认识到，如果将实验物理学用*精密的方法所得到的结论用于古典时空的概念中，就会碰撞出矛盾的火花。当代*出色的物理学家爱因斯坦也由此产生了革新的想法。他认为，除去那些昔日传统的借口，古典的时空概念没有任何理由被看作是*的真理。后人有可能也有责任去革新这些概念，并*终要使它们得以同*精密、*颖的实验

物理世界奇遇记

完美结合。旧的概念既然如此粗糙、不精准，却还能应用于物理学发展的初期和日常生活中，就是因为它们跟正确概念之间的差异非常微小。事实上，古典时空的概念也是在人们的日常生活体验中建立起来的。所以面对古典概念无法适用的场合时，我们也不必过于大惊小怪。

19 世纪末，美国物理学家莫利和迈克耳孙的实验得出：真空中的光速

是等于 300000 公里每秒的一个常数，而且是一切可能的“物理速度”的上限。这个结论非常重要，它使古典时空概念从根本上被推翻了。

莫利和迈克耳孙千方百计地想观察到地球运动时，对光的传播速度有何影响。起初他们的思维模式还停留在当时所流行的观点里，觉得光就是在被称为“以太”的媒质中运动的波。因此光的表现就应该和池塘表面上运行着的水波一样。当时的人们认为，地球就像一艘行驶在水面上的小船，是通过穿过以太媒质来运行的。认为对于船上的乘客们来说，小船行驶所激起的涟漪，朝着运行方向的速度要比向后扩展的速度慢了一些，原因是，前一种情况中涟漪的速度需要减去小船的速度，后一种情况却是将二者的速度相加的结果。这被称为“速度相加定理”。此定理曾被认为是不证自明的。所以又说，在穿过以太运动时，光的速度应该根据它相对于地球运动方向的不同而不同。结论为，想要测定出地球在以太中运动的速度，就要先测量出光在不同方向上的速度。

可是莫利和迈克耳孙却通过实验发现“无论是在哪个方向上，光的速度都是完全相等的！而地球的运动对光速没有任何影响”。这让他们本人也大吃一惊，并且震动了整个科学界。

为了确认这个事实，他们又做了实验，非常不巧的是，在进行实验的时候，地球在轨道上正好处于相对静止的状态。这样，过了六个月以后， 他们选择地球在太阳的另一侧，并且朝着相反的方向运动时，重复了实验，结果发现，光速还是没有任何的变化。

光速跟水波的速度不同，这个结论已经被确定，接下来就是假设光

第二章 催眠的相对论演讲

速和子弹的速度相同了。假设我们在小船上用枪射出一颗子弹，那么从乘客的角度来观察，子弹无论射向了哪个方向，其速度都是一样的。莫利和迈克耳孙也已经发现，运动中的地球朝不同方向所射出的光，速度全都相等。但是对于这种情况，从站在岸边的人的角度去看，顺着小船前行方向射出的子弹，其速度要比向相反方向射出的子弹更快一些，因为前者还会加上小船行进的速度，后者却要减去小船前进的速度。但是在这种情况下，站在岸上的观察者就会发现，朝着小船前进方向射出的子弹的运动速度，要比朝着相反方向射出的子弹更快一些：在前一种情况下，小船的速度会同子弹的出膛速度相加在一起，而在后一种情况下， 却要从子弹的出膛速度中减去小船的速度。这些同样是速度相加定理传递给我们的。

可是用实验的证明显示，实际情况并非如此。现在就用电中性的 π 介子举例说明：π 介子是一种极小的亚原子粒子，在它衰变的过程中会发射出两个光脉冲。实验发现，不管母 π 介子的运动方向如何，它们射出的速度总是一样的，甚至当 π 介子以接近光速的速度去运行时，结果也一样。

这两个实验，前一种表明，光速是同水波的速度不同的；后一种表明，光速也不同于子弹的速度。*后得出的结论是：不管光源如何运动， 也不管观察者处于什么位置和运动中，光在真空中的速度是恒定的。

那么前面提到的，光速无法超越极限速度，具有另外一种独特的性质，又是怎么回事呢？

有的人会问我，“就不能将几个小的速度加起来，从而构造成一个可以超越光速的速度吗？”举例来说吧，假设一列火车的速度相当于光速的3/4，有一个人在火车顶上，朝着行驶的方向跑去，那么他的速度也无法跟火车的速度相叠加，只不过可以等于火车的速度，即光速的 3/4。

我不想再去细说这个问题，但是可以就计算速度叠加问题给你们一个

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