学物理，不是学数学

来源: tibuko 于 2023-04-06 20:32:33 [档案] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读：次 (4986 bytes)

狭义相对论，甚至都没有什么微积分，就是代数公式变换一下，就够了。然而，大学毕业生，STEM专业，可以说90%以上是想不明白的。

比如有人怀疑爱因斯坦的相对论，不是洛伦兹，庞加莱，铭刻司机的论文都写出来了吗？他们的论文数学更严谨，为啥大家都认为相对论是爱因斯坦的呢？

很简单，因为爱因斯坦搞的是物理，民科司机搞的那个是数学。洛伦兹搞的虽然也是物理，但他就是没想明白物理的道理在哪里，庞加莱呢？这位数学大师，公认的可能最后的polymath，也是哼哧哼哧，搞了半天，好像狭义相对论的每一个论点，他似乎都提到了，但就是所有论文加在一起，也不是大家以后认识到的相对论。就像你中学里，碰到难题，使劲十八般武艺，做出来了，什么数学分支都用上了，一看就是高手。然后出来个乡下来的同学，上来1+1=2，两句话就把题目解了，而且把整个一类题目都搞成trivial了，这时候你才发现：你认为的高手实际上对问题的理解是表面的，而乡下同学才是一眼就看明白了本质。

甚至到了1908年，这位庞加莱同学的论文里，还有明显的错误，比如认为两个相对静止，但同时运动的人之间是不能保证对上钟的，因为他脑子里的绝对以太，还是没有去掉。所以，他的问题不但是他并没有搞出成为改变时空观念的狭义相对论，甚至他直到1905爱因斯坦论文发表以后很久，对这个东西的理解都是有问题的。

用一句话概括：爱因斯坦的相对论是改变了时空观念，这是一个运动学的理论（Kinematics），而庞加莱和洛伦兹的东西，是一个关于电磁场的动力学理论（dynamics），他们的理论，形似狭义相对论，但并不能完全改变时空观念，甚至需要假设质量是一个电磁学的结果，这是他所以最后还是需要一条假设：运动物体会缩短。这也是为什么麦克斯韦尔方程在洛伦兹变换下的不变性，远没有显示出狭义相对论的本质重要性。

否则，你想想，爱因斯坦1905年一个专利局的，没有博士学位，谁会吃多了把本来属于著名物理学家洛伦兹，著名数学家庞加莱的功劳，非要套给爱因斯坦。而且审稿的，就是普朗克，普朗克不是菜鸟，就一个专利局的，能忽悠他？

这也是为什么，庞加莱以为相对论是洛伦兹发明的，洛伦兹却知道，这明明就是爱因斯坦发明的。这也不是谦虚，洛伦兹和爱因斯坦是惺惺相惜的。而Pauli编物理年鉴，把爱因斯坦列为唯一发明者，这位也不是菜鸟，他二十一岁就出版了相对论教科书，被认为是狭义相对论的经典教科书，也被当时物理界认为是跟爱因斯坦差不多聪明的人。

那么为什么有那么多人质疑爱因斯坦是发明者呢？

这里面有一个道理。就像一个魔术一样，一旦拆穿，告诉你，而且你弄明白了，这东西的逻辑是如此自然，让你以后就觉得：理所当然就是应该这样的，以前你认为很直观很intuitive的绝对时空，反而是明摆着肯定是错的，因为逻辑上自相矛盾。

所以这以后，你就会觉得，其实你也许也能发明出来，看到任何看着很相似的论文，你就会觉得：他说得就是这回事嘛，我们大家都自然同意就是这样的。所以他看Poincare每篇论文，都会觉得，哎，他这不是已经搞出来了吗？而实际上不是的。

广义相对论，其实也是一样的，一旦把里面的基本逻辑讲给你听明白了，你就会觉得：本来就应该是这样的啊？怎么可能不是呢？

这就是爱因斯坦牛的地方了，上帝的创造（姑且这么说吧），其实一直就在人类的眼前，而且其逻辑是如此自然，你一旦明白，就会认为，不可能是错的或其他方案。但偏偏就是几百年，人类就是想不明白，等爱因斯坦挑明了，却是如此一目了然。所以，爱因斯坦才是纯粹的理论家，物理家。

而这当中，具体的洛伦兹变换，或者场论方程，其重要性反而很低。因为爱因斯坦数学比较差点，所以引力场论还搞了一阵子，以至于有人又以为Hilbert先发明了广义相对论，其实根本不是那么回事，Hilbert数学比较好，一旦物理从爱因斯坦那里学会了，马上就把这个数学问题解了，而爱因斯坦多花了点时间。就好比爱因斯坦把物理的楼架子全搭好了，Hilbert上来搞了外装修。外装修固然重要，但这个楼的本质是架子。

说了那么多，就是：物理虽然好像是数学，但实际上还是不一样的。