《物理学的进化》书评
(山东师范大学, 济南 250358)
摘要: 为了向公众普及物理学的基本原理和历史发展, 并使更多的人能够理解和欣赏物理学的精髓, 激发读者对物理学学习和探索的兴趣, 美国著名科学家与物理学家阿尔伯特·爱因斯坦与波兰物理学家利奥波德·英费尔德联合撰写了科普读物《物理学的进化》, 该书共包含4个章节。第一章为机械论的崛起, 第二章为机械论的衰落, 第三章为场、相对论, 第四章为量子。详细阐述了物理学的发展历程, 从伽利略、牛顿时代的经典理论发展到现代的场论、相对论和量子论的演变情况到现代的相对论和量子物理学, 作者深入剖析了各个时期的代表性理论和科学家们的思想贡献。
引用格式: 季楚涵. 《物理学的进化》书评[J]. 中国物理学评论, 2024, 2(1): 1-4.
文章类型: 书评
收稿日期: 2024-02-02
接收日期: 2024-02-26
出版日期: 2024-03-28
0 引言
阿尔伯特·爱因斯坦和波兰杰出物理学家利奥波德·英费尔德共同编著的《物理学的进化》[1]是以物理学的发展历程为主线的科学著作，该书由北京台海出版社出版，全书没有引用数学公式，将物理学家对科学的探索比成福尔摩斯探索和侦探对案情的分析，文字通俗易懂。《物理学的进化》旨在普及物理学知识，探讨经典物理学的演变及现代物理学中新理念的涌现动机，还探讨了物理学知识如何影响科技进步和社会发展，作者认为物理学的进步并非一蹴而就，而是经历了无数次的试错、修正和创新，也正是这些科学家们的智慧和勇气，推动着物理学不断向前发展。《物理学的进化》不仅为读者提供了物理学发展历史的全景，也启发读者思考科学进步对人类文明生产的深远影响。
物理学的起源可以追溯到质量、力和惯性系统的发现，这些基本概念为机械观点的确立奠定了基础。与磁针偏转有关的困难，与以太的结构有关的困难，促使物理学家创造了电磁场这个概念，然后绝对时间和惯性坐标系被相对论摒弃，最后作者阐述了量子理论再次为我们的真实创造了至关重要的新特点，因此出现了连续的性质和概率的定律。以后的发展既摧毁了旧的概念，也创造了新的概念，通过物理学理论的帮助，物理学家根据有关真实的概念，富裕逻辑性地将观察到的事实纳入轨道。
1 内容解读
《物理学的进化》使用简单的叙述说明是什么样的动力迫使科学建立起符合客观现实的观念，作者表明科学不是一本定律汇编，并非简单地将彼此无关的论据收集成一个总目录，而是人类智慧创造的自由发明各种观念和概念的工具[2]，物理学试图为实在描绘出其图景，并实在与感官建立联系，科学家在不断探索自然之书的答案，而人类的思想与概念在探索物理世界时扮演了很重要的角色。
第一章为机械论的兴起。本章主要讲述了物质的动力学理论观点随着力学问题应运而生，进而将热现象囊括其中，最后为物质结构展现了一个成功的图像。在力学中，如果已知一个运动物体的当前状况与这个物体所受的作用力，人们便可以预测它的未来的路径，发现它过去的历史。经典力学的伟大成果表明，可以坚定地把机械论的观点应用于物理学的所有分支，可以用代表吸引与排斥的力的作用解释一切现象，这两种力仅仅取决于距离，并且作用于不可改变的粒子。
第二章为机械论的没落。本章讲述了科学家在旧的电流体理论中，在光的微粒和波动理论中尝试应用机械论，但在电现象和光学现象的领域中，应用机械论遇到了严峻的困境。在光学的微粒和波动两种理论的问题上，作者更加偏爱波动理论而反对微粒理论。波动在一种由粒子组成的介质中传播，光和介质之间有机械作用力，但将光学现象简化为力学现象毫无希望。
第三章为场，相对论。本章重点讲述了物理学自牛顿时代以来出现了一个最重要的发明:场的概念。在描述物理现象时，最重要的是电荷与粒子在空间中形成的场，场引发了描述电磁场结构的麦克斯韦方程组，这一方程组成为电现象、磁现象和光学现象中的指导理论。相对论的产生来自场问题。相对论的发展分为两步，第一步是狭义相对论的理论，它只能应用于惯性坐标系，并推导了运动中的量杆与时钟的性质，并得到了实验的完全证实，还推论了质量与能量之间的联系，并提出了质能守恒定律;第二步是广义相对论，更深刻地分析了时间-空间连续统，这一理论的有效性不再局限于惯性系，探讨了引力问题，为引力场建立了新的结构定律。广义相对论认为引力质量和惯性质量相等这一事实至关重要，并且这一理论的力量在与它的内在一致性和它的基本假定的简洁性。
第四章为量子。本章主要讲述了在原子现象领域中，物理学家通过实验解决一些基本问题，例如:光是一列波还是一簇光子?一束电子式一簇基本粒子还是一列波?在探求答案的过程中，物理学家放弃了原子时间是发生在空间与时间中的现象这一描述，从旧有的机械论观点上再次败退。量子物理学建立了阐述群体的定律，其中描述的是概率，是指明概率随时间变化的定律，是联系个体的大规模集合体的定律。
2 研究发现和主要贡献
《物理学的进化》一书的研究发现和主要贡献如下。
(1)《物理学的进化》这本书系统地阐述了物理学从机械论的兴起、衰落到场和相对论的产生与发展再到量子力学理论的发展和对未来物理学发展的展望。作者深入剖析了物理学史上的关键节点，包括经典力学的奠基者牛顿，以及相对论和量子力学的开创者玻尔、海森堡、爱因斯坦等人在物理学上的理论贡献。
(2)《物理学的进化》一书探讨了物理学领域知识在现代科技中的应用，并探究了这些新技术如何对社会进步做出贡献。该书指出，量子力学的发现不仅深刻改变了人们对微观世界的认知，更重要的是在半导体技术的催化下推动了现代信息技术的蓬勃发展。
(3)作者在《物理学的进化》这本书中指出尽管现在物理学家已经在物理学上取得了显著的成就，但是物理学仍然面临着许多亟待解决的问题，如暗物质、暗能量和量子引力等问题，这些问题和挑战预示着物理学家在未来将继续展开新的探索和发现。
3 结束语
《物理学的进化》这本著作具备科学严谨的内容，系统性丰富，在考证物理学历史资料的同时，作者还广泛引用了大量原始文献和学术研究，保障了内容的权威性，且为读者提供了丰富的参考资料。在书中，作者对重要的物理理论和实验进行了深入分析，旨在阐释科学发展的内在逻辑和方法论。同时，作者还探讨了科学革命对人们对自然界的理解产生的影响，以及这些变革对社会发展和文化传播的影响。《物理学的进化》不仅可以为物理学科研人员提供了丰富的历史资料，还激发了对物理感兴趣的普通读者科学探索的热情，同时这本书可以作为教学参考，帮助学生更好地理解物理学的发展过程。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[①] 通讯作者 Corresponding author:季楚涵，jichuhan2003@163.com
收稿日期:2024-02-02; 录用日期:2024-02-26; 发表日期:2024-03-28
参考文献(References)
[1](美)阿尔伯特·爱因斯坦,(波兰)利奥波德·英费尔德. 物理学的进化[M]. 万山译. 北京: 台海出版社, 2021.
[2] 赵长林, 段发明. 改革开放40年中学物理教科书编写理念的演进[J]. 天津市教科院学报, 2018(06): 5-10.
Book Review of The Evolution of Physics
(Shandong Normal University, Jinan 250358, China)
Abstract: To popularize the fundamental principles and historical development of physics to the public, to enable a broader audience to comprehend and appreciate the essence of physics, and to stimulate readers’ interest in learning and exploring the science, renowned American scientist and physicist Albert Einstein collaborated with the Polish physicist Leopold Infeld to write the popular science book The Evolution of Physics. The book consists of four chapters: the first chapter narrates the rise of mechanism; the second chapter describes its decline; the third chapter delves into fields and relativity; and the fourth chapter covers quantum theory. The book provides a detailed exposition of the development of physics, tracing the evolution of physics from classical theories of the Galileo and Newton era to the modern theories of fields, relativity, and quantum. The authors made an in-depth analysis of the representative theories of each period and the ideological contributions of the scientists involved.
Keywords: The Evolution of Physics, mechanism, relativity, quantum, book review
Citation: JI Chuhan. Book review of The Evolution of Physics[J]. Chinese Physics Review, 2024, 2(1): 1-4.