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物理學(xué)的進(jìn)化

物理學(xué)的進(jìn)化

美國科學(xué)家、物理學(xué)奠基人阿爾伯特·愛因斯坦和波蘭物理科學(xué)家利奧波德·英費(fèi)爾德合著的科普讀物，首次出版于1938年。在本書中，愛因斯坦不僅僅是一位物理學(xué)家，而更像是一位哲學(xué)家。

出版社：中信出版社出版時(shí)間：2018-09-01
開本： 32開 頁數(shù)： 304頁
讀者評(píng)分：5分1條評(píng)論
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物理學(xué)的進(jìn)化 版權(quán)信息

  • ISBN：9787521701418
  • 條形碼：9787521701418 ; 978-7-5217-0141-8
  • 裝幀：簡裝本
  • 冊(cè)數(shù)：暫無
  • 重量：暫無
  • 所屬分類：>

物理學(xué)的進(jìn)化 本書特色

科學(xué)知識(shí)不是大量莫名其妙的結(jié)論，它是每個(gè)人按照正確的思維方式自己應(yīng)當(dāng)并且也能夠推導(dǎo)出的結(jié)論。學(xué)習(xí)科學(xué)的過程，就是自己得出這個(gè)結(jié)論的過程。 1. 愛因斯坦寫的經(jīng)典科普書 書中不僅有偉大科學(xué)家的思維方式，更有其深刻的哲學(xué)思想。 2. 物理不難學(xué)，物理真好玩兒！ 用通俗易懂的淺顯例子將物理學(xué)知識(shí)巧妙地關(guān)聯(lián)起來，如偵探搜集線索發(fā)現(xiàn)罪犯一樣令人著迷！全書沒有數(shù)學(xué)公式，讓你徹底擺脫對(duì)物理學(xué)的恐懼心理！ 3. 高度概括物理學(xué)知識(shí)的精髓。 邏輯清晰，用進(jìn)化的表述來串聯(lián)物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)發(fā)展，尤其將關(guān)鍵的科學(xué)脈絡(luò)和分支關(guān)系梳理清晰 4. 啟發(fā)思考，保持對(duì)世界的好奇 一代經(jīng)典讀本，鼓勵(lì)和啟發(fā)人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)問題，展示科學(xué)巨匠的思維方式，打通大量知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系。滿足幾代人的好奇心，時(shí)至今日讀來依舊是醍醐灌頂，腦洞大開 5. 各地中學(xué)、大學(xué)考試題目來源，家長們、同學(xué)們一定要了解一下 2016年全國高考文綜政治江蘇卷： 許多科學(xué)家在回憶成長經(jīng)歷時(shí),都會(huì)提起他們青少年時(shí)代讀過的《十萬個(gè)為什么》《趣味物理學(xué)》《物理學(xué)的進(jìn)化》等科普作品，正是這些科普作品激發(fā)了他們對(duì)于科學(xué)探索的濃厚興趣、埋下了科學(xué)的種子。材料表明 ①人創(chuàng)造了文化，文化也在塑造著人 ②優(yōu)秀文化為人的成長提供精神食糧 ③文化多樣性是人類進(jìn)步的根本動(dòng)力 ④科學(xué)技術(shù)是一個(gè)民族文明程度的標(biāo)志 A.①② B.①④ C.②③ D.③④ 南開大學(xué)世界科技文化史期末試卷： 評(píng)述下面一段文字： 愛因斯坦和英費(fèi)爾德在《物理學(xué)的進(jìn)化》中指出：“伽利略的發(fā)現(xiàn)及其推理方法，是人類歷史上*偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)（科學(xué)）的真正誕生！ 評(píng)價(jià)伽利略在科學(xué)史上的地位1）物理學(xué)發(fā)現(xiàn)，包括自由落體，慣性定律，相對(duì)性原理以及它們?cè)诮?jīng)典物理學(xué)中的地位（從古典力學(xué)向牛頓物理學(xué)的轉(zhuǎn)變）2）科學(xué)方法論，包括實(shí)驗(yàn)方法（包括思想實(shí)驗(yàn)方法）、數(shù)學(xué)方法，這些科學(xué)方法對(duì)近代世界觀、認(rèn)識(shí)論的影響。 6. 設(shè)計(jì)獨(dú)特，物理學(xué)的進(jìn)化，破繭而出 進(jìn)化是一種突破和生長，由無數(shù)物理學(xué)公式組成的英文書名The Evolution of Physics象征了這種破繭而出的思維創(chuàng)造。書里沒有的物理學(xué)公式，全在封面上了。

物理學(xué)的進(jìn)化 內(nèi)容簡介

《物理學(xué)的進(jìn)化》是美國科學(xué)家、物理學(xué)奠基人阿爾伯特？愛因斯坦和波蘭物理科學(xué)家利奧波德？英費(fèi)爾德合著的科普讀物，搶先發(fā)售出版于1938年。
在本書中，愛因斯坦不僅僅是一位物理學(xué)家，而更像是一位哲學(xué)家。他在開篇就寫道：
“我們的目的是用粗線條的輪廓說明物理學(xué)家的工作必須像偵探那樣用純粹的思維來進(jìn)行。我們主要是敘述思維和觀念在大膽地探求客觀世界的知識(shí)中所起的作用！
書中介紹物理學(xué)觀念從伽利略、牛頓時(shí)代的經(jīng)典理論發(fā)展到現(xiàn)代的相對(duì)論、量子論和場(chǎng)論的演變情況。其中選擇了幾個(gè)主要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)來闡明經(jīng)典物理學(xué)的命運(yùn)和現(xiàn)代物理學(xué)中建立新觀念的動(dòng)機(jī)所在，從而引導(dǎo)讀者怎樣去找尋觀念世界和現(xiàn)象世界的聯(lián)系。全書分為四章：機(jī)械觀的興起；機(jī)械觀的衰落；場(chǎng)、相對(duì)論；量子。全書沒有引用數(shù)學(xué)公式，文字通俗易懂、舉例淺顯，編寫體裁別開生面，是一本生動(dòng)有趣的科普書籍。

物理學(xué)的進(jìn)化 目錄

原序 1

1 機(jī)械觀的興起 1

奧妙的偵探故事 3

**個(gè)線索 5

矢量 12

運(yùn)動(dòng)之謎 19

還有一個(gè)線索 32

熱是一種物質(zhì)嗎？ 36

升降滑道 45

轉(zhuǎn)換率 49

哲學(xué)背景 53

物質(zhì)動(dòng)力論 57

結(jié)語 64

2 機(jī)械觀的衰落 65

兩種電流體 67

磁流體 78

**個(gè)嚴(yán)重的困難 82

光的速度 88

作為物質(zhì)的光 91

色之謎 95

波是什么 99

光的波動(dòng)說 104

以太與機(jī)械觀 116

結(jié)語 118

3 場(chǎng)，相對(duì)論 119

場(chǎng)的圖示法 121

場(chǎng)論的兩大臺(tái)柱 133

場(chǎng)的實(shí)在性 138

場(chǎng)與以太 145

力學(xué)的框架 148

以太與運(yùn)動(dòng) 159

時(shí)間、距離、相對(duì)論 173

相對(duì)論與力學(xué) 188

時(shí)—空連續(xù)區(qū) 194

廣義相對(duì)論 204

在升降機(jī)外和升降機(jī)內(nèi) 209

幾何學(xué)與實(shí)驗(yàn) 218

廣義相對(duì)論及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 230

場(chǎng)與實(shí)物 235

結(jié)語 238

4 量子 241

連續(xù)性、不連續(xù)性 243

物質(zhì)和電的基本量子 245

光量子 251

光譜 258

物質(zhì)波 263

幾率波 271

物理學(xué)與實(shí)在 284

結(jié)語 287

致謝 292


展開全部

物理學(xué)的進(jìn)化 節(jié)選

熱是一種物質(zhì)嗎 現(xiàn)在我們來著手了解一個(gè)新的線索，它是在熱現(xiàn)象的范圍內(nèi)起源的？墒俏覀儾荒馨芽茖W(xué)分割成若干獨(dú)立的、無關(guān)的部分。事實(shí)上，我們很快就會(huì)看到這里所介紹的新概念是和那些已熟知的概念以及我們將來還要遇到的概念交織在一起的。在科學(xué)的一個(gè)分支中發(fā)展起來的一種思想方法往往能夠用來解釋表面上完全不同的結(jié)果。在這個(gè)過程中，原來的概念往往須加以修改才能幫助我們既可理解這個(gè)概念得以產(chǎn)生的那些現(xiàn)象，也可理解目前正有待這個(gè)概念來解釋的那些現(xiàn)象。 用來描述熱現(xiàn)象的*基本的概念是溫度和熱。在科學(xué)史上，人們花了非常長的時(shí)間才把這兩種概念區(qū)別開來，但是一經(jīng)辨別清楚，科學(xué)就得到了飛速的發(fā)展。雖然現(xiàn)在每個(gè)人都熟悉了這兩個(gè)概念，我們?nèi)詫?duì)其進(jìn)行細(xì)致的考察，并且著重指出兩者的區(qū)別。 我們的觸覺會(huì)很清楚地告訴我們，一個(gè)物體是熱的，而另一個(gè)物體是冷的。但是這純粹是定性上的判斷標(biāo)準(zhǔn)，還不足以做定量的描述，而且有時(shí)甚至?xí)磺。這已經(jīng)從大家所熟知的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中得到了證明：設(shè)有三個(gè)容器，一個(gè)裝冷水，一個(gè)裝溫水，一個(gè)裝熱水。如果我們把一只手浸入冷水，而另一只手浸入熱水，那么我們得到的感覺是，**個(gè)容器里的水是冷的，而第二個(gè)容器里的水是熱的。如果隨后我們把兩只手同時(shí)浸入溫水里，那么兩只手得到的兩種感覺是相互矛盾的。同樣的道理，如果北極國家的一個(gè)居民和赤道國家的一個(gè)居民于春季時(shí)在紐約會(huì)面了，他們對(duì)于氣候是冷是熱也持有不同的意見。我們用溫度計(jì)來解決所有這些問題。*早期的溫度計(jì)是伽利略（又是那個(gè)熟悉的名字。┰O(shè)計(jì)的。溫度計(jì)的使用是以某些明顯的物理學(xué)假說為基礎(chǔ)的。我們可以引用大約在150年以前布勒克（Black）的講義中的幾行文字來溫習(xí)一下這些假說。布勒克在對(duì)于掃除熱和溫度這兩個(gè)概念混淆在一起的困難問題上有很大的貢獻(xiàn)： 由于應(yīng)用了這種儀器，我們發(fā)現(xiàn)，假如我們?nèi)∫磺ХN甚至更多不同種類的物質(zhì)，例如金屬、石子、鹽、木頭、羽毛、羊毛、水和各式各樣的液體，把它們一起放在一個(gè)沒有火、沒有陽光照射進(jìn)去的房間內(nèi)。雖然它們?cè)瓉淼臒岣鞑幌嗤诒环胚M(jìn)這個(gè)房間以后，熱會(huì)從較熱的物體傳到較冷的物體中。經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)或一天以后，我們用一個(gè)溫度計(jì)一一檢查這些物體，溫度計(jì)所標(biāo)出的度數(shù)都是相等的。 引文中有一個(gè)黑體的“熱”字。按照現(xiàn)代的術(shù)語，這個(gè)字應(yīng)該用溫度來代替。 一個(gè)醫(yī)生從病人口中把溫度計(jì)拿出來，他可以做這樣的推理：“溫度計(jì)用它的水銀柱的長度指出它自己的溫度。我們假定水銀柱長度的增加與溫度的增加成正比。但是溫度計(jì)和我的病人接觸了幾分鐘，所以病人和溫度計(jì)具有相同的溫度。因此我推斷我的病人的溫度就是溫度計(jì)上所記錄的那個(gè)溫度！贬t(yī)生也許只是在做無意識(shí)的工作，然而他沒有想到他已經(jīng)在運(yùn)用物理學(xué)的原理了。 但是一個(gè)溫度計(jì)所包含的熱量是不是和一個(gè)人的身體所包含的熱量一樣呢？自然不是。假如因?yàn)閮蓚(gè)物體的溫度相等，便認(rèn)為它們的熱量也相等，像布勒克所指出的，這是 把問題看得太馬虎了。這是把不同物體中熱的量和熱的一般強(qiáng)度或密集度混淆了。很明顯，這是不同的兩件事。在研究熱的分布時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)經(jīng)常加以區(qū)別。 只要考察一個(gè)很簡單的實(shí)驗(yàn)，我們就可以理解這種區(qū)別。把1磅水放在火焰上加熱，要使它的溫度從室溫達(dá)到沸點(diǎn)需要一些時(shí)間。如果同一個(gè)容器裝上12磅水并且用同樣的火源加熱，要使它達(dá)到沸點(diǎn)，那么，需要的時(shí)間就多得多了。我們把這個(gè)論據(jù)解釋為現(xiàn)在需要更多的“某種東西”，而我們稱這個(gè)“某種東西”為熱。 從下面的實(shí)驗(yàn)中得出了一個(gè)更重要的概念—比熱：一個(gè)容器中裝1磅水，而另一個(gè)容器裝1磅水銀，將它們用同樣的方式加熱。水銀熱起來要比水快得多，這表明使水銀的溫度升高1華氏度[1]所需要的“熱”較少。一般來說，把質(zhì)量相等的不同種類的物質(zhì)，例如水、水銀、鐵、銅、木等加熱1華氏度，例如從40華氏度加熱到41華氏度，它們所需的“熱”的量是不同的。我們說：每一種物質(zhì)都有它獨(dú)自的熱容量或比熱。 一旦有了熱的概念，我們就可以更細(xì)致地研究它的本性了。設(shè)有兩個(gè)物體，一個(gè)是熱的，另一個(gè)是冷的，或更確切地說，一個(gè)物體的溫度比另一個(gè)高些。我們使它們進(jìn)行接觸，并使它們不受任何外界影響。我們知道，*后它們會(huì)達(dá)到同樣的溫度。但是，這個(gè)情況是怎樣發(fā)生的呢？從它們開始接觸起到它們達(dá)到同樣溫度的時(shí)間里，究竟發(fā)生了什么呢？我們可以在腦海中想象這么一個(gè)圖景：熱從一個(gè)物體流向另一個(gè)物體，正如水由較高的水位流向較低的水位一樣。雖然這個(gè)圖景似乎很原始，但它跟很多論據(jù)相符，因此可以提出這樣的類比： 水—熱 較高的水位—較高的溫度 較低的水位—較低的溫度 流動(dòng)一直要繼續(xù)到兩個(gè)水位，也就是說兩個(gè)溫度相等時(shí)才停止。這個(gè)樸素的觀點(diǎn)在定量的考察上更有用處。如果把各自有一定質(zhì)量和一定溫度的水和酒精混合，那么知道了比熱，就能預(yù)言混合物*后的溫度。反之，只要觀察到*后的溫度，用一點(diǎn)兒代數(shù)知識(shí)就可以求出這兩個(gè)比熱的比率。 我們看到，這里所出現(xiàn)的熱的概念，和其他的物理學(xué)概念有相似之處。根據(jù)我們的觀點(diǎn)，熱是一種物質(zhì)，就像力學(xué)中的質(zhì)量一樣。它的量可以改變，也可以不改變；正如錢一樣，可以被儲(chǔ)存在保險(xiǎn)柜里，也可以被花掉。只要保險(xiǎn)柜始終鎖著，柜里面錢的總數(shù)就始終保持不變；和這一樣，一個(gè)被隔離的物體中的質(zhì)量的總數(shù)和熱的總數(shù)也是不變的。理想的保溫瓶就和這樣的保險(xiǎn)柜類似。而且，在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，熱即使從一個(gè)物體流向另一個(gè)物體，整個(gè)系統(tǒng)的熱量也是守恒的；這正和一個(gè)孤立系統(tǒng)即使發(fā)生了化學(xué)變化，質(zhì)量也保持不變一樣。熱即使不是用來提高物體的溫度而是用來溶化冰或把水變成水汽，我們?nèi)匀豢梢园阉胂鬄槲镔|(zhì)，因?yàn)橹灰阉畠鼋Y(jié)為冰，或把水汽凝為水時(shí)，又可以重新得到它。溶化潛熱或汽化潛熱這一類舊名稱都表明這些概念是由于把熱想象為一種物質(zhì)而產(chǎn)生的。潛熱是暫時(shí)潛伏，正如把錢存放在保險(xiǎn)柜里，如果有人知道開鎖的辦法，就可以把它拿出來用。 但是，熱肯定不是一種與質(zhì)量有相同意義的物質(zhì)。質(zhì)量是可以用天平來測(cè)定的，而熱怎樣呢？一塊熾熱的鐵是不是比它在冰冷的時(shí)候重一些呢？實(shí)驗(yàn)證明并不如此。如果熱是一種物質(zhì)，那么它應(yīng)該是一種沒有重量的物質(zhì)！盁嵛镔|(zhì)”通常被稱為卡路里，這是我們認(rèn)識(shí)一整族沒有重量的物質(zhì)中*先認(rèn)識(shí)的一種。以后我們還將有機(jī)會(huì)研究這一族的興起和衰落的歷史，目前只要注意這一種無重物質(zhì)的誕生就夠了。 任何一種物理學(xué)理論都要將現(xiàn)象的范圍解釋得愈廣愈好。只要它使得各種現(xiàn)象能被理解，就證明它是正確的。我們已經(jīng)知道，物質(zhì)論解釋了許多熱現(xiàn)象，但是很快就會(huì)明白，這又是一個(gè)錯(cuò)誤的線索。熱不能被看作一種物質(zhì)，即使被看作一種沒有重量的物質(zhì)也不行。我們只要回想一下標(biāo)志著人類開化初期的幾個(gè)簡單的經(jīng)驗(yàn)，便能明白這一點(diǎn)。 我們把物質(zhì)看作一種既不能被創(chuàng)造也不能被毀滅的東西。但是，原始人用摩擦的方法創(chuàng)造出足夠的熱，用來點(diǎn)燃木材。用摩擦生熱的例子實(shí)在太多、太熟悉了，因而不必再一一列舉。在所有這些例子中都創(chuàng)造出一些熱量，這是一件很難用物質(zhì)論來解釋的事情。誠然，這個(gè)理論的擁護(hù)者還會(huì)想出一些論證來解釋這件事情。他的推理可能是這樣的：“物質(zhì)論可以解釋表觀上的熱的創(chuàng)生。舉一個(gè)*簡單的例子：拿兩塊木頭來相互摩擦。摩擦影響了木頭并改變了木頭的性質(zhì)。木頭的性質(zhì)很可能是這樣被改變的，即熱的量并不改變而能產(chǎn)生較前為高的溫度？傊覀円姷降闹皇菧囟鹊纳。可能是摩擦改變了木頭的比熱，而不是改變了熱的總量！ 在目前的討論階段來和一個(gè)物質(zhì)論的擁護(hù)者辯論是無益的，因?yàn)檫@件事只能通過實(shí)驗(yàn)來解決。我們?cè)O(shè)想有兩塊各方面完全相同的木頭，并且設(shè)想用不同的方法使這兩塊木頭發(fā)生同樣的溫度改變：例如，一種是用摩擦的方法，而另一種是讓它與放熱器接觸。如果兩塊木頭在新的溫度下有相同的比熱，那么整個(gè)物質(zhì)論就被推翻了。我們有好多測(cè)定比熱的簡單方法，而這個(gè)理論的命運(yùn)正取決于這些測(cè)量的結(jié)果。在物理學(xué)史上，通常有一些實(shí)驗(yàn)?zāi)苄幸粋(gè)理論的生死，這種實(shí)驗(yàn)被稱為判決實(shí)驗(yàn)（crucial experiment）。評(píng)價(jià)一個(gè)實(shí)驗(yàn)所具有的判決意義只能從提出問題的方式上得到啟示，而且只是討論現(xiàn)象的一種理論才可以用這種實(shí)驗(yàn)來判斷。同一種類的兩個(gè)物體，一個(gè)用摩擦的方法，另一個(gè)用傳熱的方法，使它們達(dá)到相同的溫度，然后測(cè)定它們?cè)谶@個(gè)溫度下的比熱，這就是判決實(shí)驗(yàn)的一個(gè)典型例子。這個(gè)實(shí)驗(yàn)大約是在150年前由倫福德[1]完成的，它給熱質(zhì)說致命一擊。 現(xiàn)在根據(jù)倫福德的筆記將經(jīng)過情況引述如下： 人們的日常事務(wù)和工作往往會(huì)提供他們思索自然界的一些*奇妙的作用的機(jī)會(huì)，而且常？梢圆槐鼗ǘ嗌倬徒(jīng)費(fèi)，只要利用工業(yè)生產(chǎn)上僅為完成生產(chǎn)任務(wù)而設(shè)計(jì)的機(jī)械就可以進(jìn)行非常有意義的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。 我常常有機(jī)會(huì)做這一類觀察，并且我深信，只要養(yǎng)成一種習(xí)慣，時(shí)常去留心日常生活中所發(fā)生的一切事情，那么往往會(huì)引起有用的懷疑和研究與改進(jìn)方面意義深遠(yuǎn)的計(jì)劃。這些情況有的是突然發(fā)生的，有的是在思索極普通的現(xiàn)象時(shí)所進(jìn)行的飄逸的遐想中發(fā)生的。這樣所引起的懷疑和研究改進(jìn)的機(jī)會(huì)，比那些整天坐在書房里專門從事科學(xué)研究的哲學(xué)家全神苦思時(shí)所能引起的還會(huì)多些。 *近我應(yīng)邀去慕尼黑兵工廠領(lǐng)導(dǎo)鉆制大炮的工作。我發(fā)現(xiàn)，銅炮在鉆了很短一段時(shí)間以后，就會(huì)產(chǎn)生大量的熱；而被鉆頭從炮上鉆出來的銅屑更熱（正如我用實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的，它們比沸水還要熱）。 在上述的機(jī)械動(dòng)作中實(shí)際產(chǎn)生的熱是從哪里來的呢？ 它是由鉆頭在堅(jiān)實(shí)的金屬塊中鉆出來的金屬屑供給的嗎？ 如果真是這樣，那么根據(jù)潛熱和熱物質(zhì)的現(xiàn)代學(xué)說，它們的熱容量不僅要變，而且要變得足夠大，才能解釋所產(chǎn)生的全部的“熱”。 但是，這樣的變化不會(huì)發(fā)生，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)：使這種金屬屑和用細(xì)齒鋸從同一塊金屬上鋸下來的金屬薄片的重量相同，并把它們?cè)谙嗤臏囟龋ǚ兴臏囟龋┫赂髯苑胚M(jìn)盛有冷水的容器里，冷水的重量和溫度也都相同（例如在59.5華氏度）；放金屬屑的水看起來并不比放金屬片的水熱些或冷些。 *后，我們來讀倫福德的結(jié)論： 在推敲這個(gè)問題的時(shí)候，我們一定不能忘記考慮那個(gè)*顯著的情況，就是在這些實(shí)驗(yàn)中由摩擦所生的熱的來源似乎是無窮無盡的。 自不待說，任何與外界隔絕的一個(gè)物體或一系列物體能無限地連續(xù)供給的任何東西絕不能是具體的物質(zhì)；并且，如果不是十分不可能的話，凡是能夠和這些實(shí)驗(yàn)中的熱一樣被激發(fā)和傳播的東西，除了把它認(rèn)為是“運(yùn)動(dòng)”以外，我似乎很難形成把它看作其他東西的任何明確的觀念。 這樣一來，我們看到舊的理論是崩潰了，或者說得更嚴(yán)格些，我們認(rèn)識(shí)到物質(zhì)論不適用于熱流的問題。因此像倫福德所指出的那樣，我們得重新尋找新的線索。要做到這點(diǎn)，讓我們暫且拋開熱的問題，再回到力學(xué)上來。 熱是一種物質(zhì)嗎 現(xiàn)在我們來著手了解一個(gè)新的線索，它是在熱現(xiàn)象的范圍內(nèi)起源的？墒俏覀儾荒馨芽茖W(xué)分割成若干獨(dú)立的、無關(guān)的部分。事實(shí)上，我們很快就會(huì)看到這里所介紹的新概念是和那些已熟知的概念以及我們將來還要遇到的概念交織在一起的。在科學(xué)的一個(gè)分支中發(fā)展起來的一種思想方法往往能夠用來解釋表面上完全不同的結(jié)果。在這個(gè)過程中，原來的概念往往須加以修改才能幫助我們既可理解這個(gè)概念得以產(chǎn)生的那些現(xiàn)象，也可理解目前正有待這個(gè)概念來解釋的那些現(xiàn)象。 用來描述熱現(xiàn)象的*基本的概念是溫度和熱。在科學(xué)史上，人們花了非常長的時(shí)間才把這兩種概念區(qū)別開來，但是一經(jīng)辨別清楚，科學(xué)就得到了飛速的發(fā)展。雖然現(xiàn)在每個(gè)人都熟悉了這兩個(gè)概念，我們?nèi)詫?duì)其進(jìn)行細(xì)致的考察，并且著重指出兩者的區(qū)別。 我們的觸覺會(huì)很清楚地告訴我們，一個(gè)物體是熱的，而另一個(gè)物體是冷的。但是這純粹是定性上的判斷標(biāo)準(zhǔn)，還不足以做定量的描述，而且有時(shí)甚至?xí)磺。這已經(jīng)從大家所熟知的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中得到了證明：設(shè)有三個(gè)容器，一個(gè)裝冷水，一個(gè)裝溫水，一個(gè)裝熱水。如果我們把一只手浸入冷水，而另一只手浸入熱水，那么我們得到的感覺是，**個(gè)容器里的水是冷的，而第二個(gè)容器里的水是熱的。如果隨后我們把兩只手同時(shí)浸入溫水里，那么兩只手得到的兩種感覺是相互矛盾的。同樣的道理，如果北極國家的一個(gè)居民和赤道國家的一個(gè)居民于春季時(shí)在紐約會(huì)面了，他們對(duì)于氣候是冷是熱也持有不同的意見。我們用溫度計(jì)來解決所有這些問題。*早期的溫度計(jì)是伽利略（又是那個(gè)熟悉的名字。┰O(shè)計(jì)的。溫度計(jì)的使用是以某些明顯的物理學(xué)假說為基礎(chǔ)的。我們可以引用大約在150年以前布勒克（Black）的講義中的幾行文字來溫習(xí)一下這些假說。布勒克在對(duì)于掃除熱和溫度這兩個(gè)概念混淆在一起的困難問題上有很大的貢獻(xiàn)： 由于應(yīng)用了這種儀器，我們發(fā)現(xiàn)，假如我們?nèi)∫磺ХN甚至更多不同種類的物質(zhì)，例如金屬、石子、鹽、木頭、羽毛、羊毛、水和各式各樣的液體，把它們一起放在一個(gè)沒有火、沒有陽光照射進(jìn)去的房間內(nèi)。雖然它們?cè)瓉淼臒岣鞑幌嗤，但在被放進(jìn)這個(gè)房間以后，熱會(huì)從較熱的物體傳到較冷的物體中。經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)或一天以后，我們用一個(gè)溫度計(jì)一一檢查這些物體，溫度計(jì)所標(biāo)出的度數(shù)都是相等的。 引文中有一個(gè)黑體的“熱”字。按照現(xiàn)代的術(shù)語，這個(gè)字應(yīng)該用溫度來代替。 一個(gè)醫(yī)生從病人口中把溫度計(jì)拿出來，他可以做這樣的推理：“溫度計(jì)用它的水銀柱的長度指出它自己的溫度。我們假定水銀柱長度的增加與溫度的增加成正比。但是溫度計(jì)和我的病人接觸了幾分鐘，所以病人和溫度計(jì)具有相同的溫度。因此我推斷我的病人的溫度就是溫度計(jì)上所記錄的那個(gè)溫度。”醫(yī)生也許只是在做無意識(shí)的工作，然而他沒有想到他已經(jīng)在運(yùn)用物理學(xué)的原理了。 但是一個(gè)溫度計(jì)所包含的熱量是不是和一個(gè)人的身體所包含的熱量一樣呢？自然不是。假如因?yàn)閮蓚(gè)物體的溫度相等，便認(rèn)為它們的熱量也相等，像布勒克所指出的，這是 把問題看得太馬虎了。這是把不同物體中熱的量和熱的一般強(qiáng)度或密集度混淆了。很明顯，這是不同的兩件事。在研究熱的分布時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)經(jīng)常加以區(qū)別。 只要考察一個(gè)很簡單的實(shí)驗(yàn)，我們就可以理解這種區(qū)別。把1磅水放在火焰上加熱，要使它的溫度從室溫達(dá)到沸點(diǎn)需要一些時(shí)間。如果同一個(gè)容器裝上12磅水并且用同樣的火源加熱，要使它達(dá)到沸點(diǎn)，那么，需要的時(shí)間就多得多了。我們把這個(gè)論據(jù)解釋為現(xiàn)在需要更多的“某種東西”，而我們稱這個(gè)“某種東西”為熱。 從下面的實(shí)驗(yàn)中得出了一個(gè)更重要的概念—比熱：一個(gè)容器中裝1磅水，而另一個(gè)容器裝1磅水銀，將它們用同樣的方式加熱。水銀熱起來要比水快得多，這表明使水銀的溫度升高1華氏度[1]所需要的“熱”較少。一般來說，把質(zhì)量相等的不同種類的物質(zhì)，例如水、水銀、鐵、銅、木等加熱1華氏度，例如從40華氏度加熱到41華氏度，它們所需的“熱”的量是不同的。我們說：每一種物質(zhì)都有它獨(dú)自的熱容量或比熱。 一旦有了熱的概念，我們就可以更細(xì)致地研究它的本性了。設(shè)有兩個(gè)物體，一個(gè)是熱的，另一個(gè)是冷的，或更確切地說，一個(gè)物體的溫度比另一個(gè)高些。我們使它們進(jìn)行接觸，并使它們不受任何外界影響。我們知道，*后它們會(huì)達(dá)到同樣的溫度。但是，這個(gè)情況是怎樣發(fā)生的呢？從它們開始接觸起到它們達(dá)到同樣溫度的時(shí)間里，究竟發(fā)生了什么呢？我們可以在腦海中想象這么一個(gè)圖景：熱從一個(gè)物體流向另一個(gè)物體，正如水由較高的水位流向較低的水位一樣。雖然這個(gè)圖景似乎很原始，但它跟很多論據(jù)相符，因此可以提出這樣的類比： 水—熱 較高的水位—較高的溫度 較低的水位—較低的溫度 流動(dòng)一直要繼續(xù)到兩個(gè)水位，也就是說兩個(gè)溫度相等時(shí)才停止。這個(gè)樸素的觀點(diǎn)在定量的考察上更有用處。如果把各自有一定質(zhì)量和一定溫度的水和酒精混合，那么知道了比熱，就能預(yù)言混合物*后的溫度。反之，只要觀察到*后的溫度，用一點(diǎn)兒代數(shù)知識(shí)就可以求出這兩個(gè)比熱的比率。 我們看到，這里所出現(xiàn)的熱的概念，和其他的物理學(xué)概念有相似之處。根據(jù)我們的觀點(diǎn)，熱是一種物質(zhì)，就像力學(xué)中的質(zhì)量一樣。它的量可以改變，也可以不改變；正如錢一樣，可以被儲(chǔ)存在保險(xiǎn)柜里，也可以被花掉。只要保險(xiǎn)柜始終鎖著，柜里面錢的總數(shù)就始終保持不變；和這一樣，一個(gè)被隔離的物體中的質(zhì)量的總數(shù)和熱的總數(shù)也是不變的。理想的保溫瓶就和這樣的保險(xiǎn)柜類似。而且，在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，熱即使從一個(gè)物體流向另一個(gè)物體，整個(gè)系統(tǒng)的熱量也是守恒的；這正和一個(gè)孤立系統(tǒng)即使發(fā)生了化學(xué)變化，質(zhì)量也保持不變一樣。熱即使不是用來提高物體的溫度而是用來溶化冰或把水變成水汽，我們?nèi)匀豢梢园阉胂鬄槲镔|(zhì)，因?yàn)橹灰阉畠鼋Y(jié)為冰，或把水汽凝為水時(shí)，又可以重新得到它。溶化潛熱或汽化潛熱這一類舊名稱都表明這些概念是由于把熱想象為一種物質(zhì)而產(chǎn)生的。潛熱是暫時(shí)潛伏，正如把錢存放在保險(xiǎn)柜里，如果有人知道開鎖的辦法，就可以把它拿出來用。 但是，熱肯定不是一種與質(zhì)量有相同意義的物質(zhì)。質(zhì)量是可以用天平來測(cè)定的，而熱怎樣呢？一塊熾熱的鐵是不是比它在冰冷的時(shí)候重一些呢？實(shí)驗(yàn)證明并不如此。如果熱是一種物質(zhì)，那么它應(yīng)該是一種沒有重量的物質(zhì)！盁嵛镔|(zhì)”通常被稱為卡路里，這是我們認(rèn)識(shí)一整族沒有重量的物質(zhì)中*先認(rèn)識(shí)的一種。以后我們還將有機(jī)會(huì)研究這一族的興起和衰落的歷史，目前只要注意這一種無重物質(zhì)的誕生就夠了。 任何一種物理學(xué)理論都要將現(xiàn)象的范圍解釋得愈廣愈好。只要它使得各種現(xiàn)象能被理解，就證明它是正確的。我們已經(jīng)知道，物質(zhì)論解釋了許多熱現(xiàn)象，但是很快就會(huì)明白，這又是一個(gè)錯(cuò)誤的線索。熱不能被看作一種物質(zhì)，即使被看作一種沒有重量的物質(zhì)也不行。我們只要回想一下標(biāo)志著人類開化初期的幾個(gè)簡單的經(jīng)驗(yàn)，便能明白這一點(diǎn)。 我們把物質(zhì)看作一種既不能被創(chuàng)造也不能被毀滅的東西。但是，原始人用摩擦的方法創(chuàng)造出足夠的熱，用來點(diǎn)燃木材。用摩擦生熱的例子實(shí)在太多、太熟悉了，因而不必再一一列舉。在所有這些例子中都創(chuàng)造出一些熱量，這是一件很難用物質(zhì)論來解釋的事情。誠然，這個(gè)理論的擁護(hù)者還會(huì)想出一些論證來解釋這件事情。他的推理可能是這樣的：“物質(zhì)論可以解釋表觀上的熱的創(chuàng)生。舉一個(gè)*簡單的例子：拿兩塊木頭來相互摩擦。摩擦影響了木頭并改變了木頭的性質(zhì)。木頭的性質(zhì)很可能是這樣被改變的，即熱的量并不改變而能產(chǎn)生較前為高的溫度？傊，我們見到的只是溫度的升高。可能是摩擦改變了木頭的比熱，而不是改變了熱的總量！ 在目前的討論階段來和一個(gè)物質(zhì)論的擁護(hù)者辯論是無益的，因?yàn)檫@件事只能通過實(shí)驗(yàn)來解決。我們?cè)O(shè)想有兩塊各方面完全相同的木頭，并且設(shè)想用不同的方法使這兩塊木頭發(fā)生同樣的溫度改變：例如，一種是用摩擦的方法，而另一種是讓它與放熱器接觸。如果兩塊木頭在新的溫度下有相同的比熱，那么整個(gè)物質(zhì)論就被推翻了。我們有好多測(cè)定比熱的簡單方法，而這個(gè)理論的命運(yùn)正取決于這些測(cè)量的結(jié)果。在物理學(xué)史上，通常有一些實(shí)驗(yàn)?zāi)苄幸粋(gè)理論的生死，這種實(shí)驗(yàn)被稱為判決實(shí)驗(yàn)（crucial experiment）。評(píng)價(jià)一個(gè)實(shí)驗(yàn)所具有的判決意義只能從提出問題的方式上得到啟示，而且只是討論現(xiàn)象的一種理論才可以用這種實(shí)驗(yàn)來判斷。同一種類的兩個(gè)物體，一個(gè)用摩擦的方法，另一個(gè)用傳熱的方法，使它們達(dá)到相同的溫度，然后測(cè)定它們?cè)谶@個(gè)溫度下的比熱，這就是判決實(shí)驗(yàn)的一個(gè)典型例子。這個(gè)實(shí)驗(yàn)大約是在150年前由倫福德[1]完成的，它給熱質(zhì)說致命一擊。 現(xiàn)在根據(jù)倫福德的筆記將經(jīng)過情況引述如下： 人們的日常事務(wù)和工作往往會(huì)提供他們思索自然界的一些*奇妙的作用的機(jī)會(huì)，而且常？梢圆槐鼗ǘ嗌倬徒(jīng)費(fèi)，只要利用工業(yè)生產(chǎn)上僅為完成生產(chǎn)任務(wù)而設(shè)計(jì)的機(jī)械就可以進(jìn)行非常有意義的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。 我常常有機(jī)會(huì)做這一類觀察，并且我深信，只要養(yǎng)成一種習(xí)慣，時(shí)常去留心日常生活中所發(fā)生的一切事情，那么往往會(huì)引起有用的懷疑和研究與改進(jìn)方面意義深遠(yuǎn)的計(jì)劃。這些情況有的是突然發(fā)生的，有的是在思索極普通的現(xiàn)象時(shí)所進(jìn)行的飄逸的遐想中發(fā)生的。這樣所引起的懷疑和研究改進(jìn)的機(jī)會(huì)，比那些整天坐在書房里專門從事科學(xué)研究的哲學(xué)家全神苦思時(shí)所能引起的還會(huì)多些。 *近我應(yīng)邀去慕尼黑兵工廠領(lǐng)導(dǎo)鉆制大炮的工作。我發(fā)現(xiàn)，銅炮在鉆了很短一段時(shí)間以后，就會(huì)產(chǎn)生大量的熱；而被鉆頭從炮上鉆出來的銅屑更熱（正如我用實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的，它們比沸水還要熱）。 在上述的機(jī)械動(dòng)作中實(shí)際產(chǎn)生的熱是從哪里來的呢？ 它是由鉆頭在堅(jiān)實(shí)的金屬塊中鉆出來的金屬屑供給的嗎？ 如果真是這樣，那么根據(jù)潛熱和熱物質(zhì)的現(xiàn)代學(xué)說，它們的熱容量不僅要變，而且要變得足夠大，才能解釋所產(chǎn)生的全部的“熱”。 但是，這樣的變化不會(huì)發(fā)生，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)：使這種金屬屑和用細(xì)齒鋸從同一塊金屬上鋸下來的金屬薄片的重量相同，并把它們?cè)谙嗤臏囟龋ǚ兴臏囟龋┫赂髯苑胚M(jìn)盛有冷水的容器里，冷水的重量和溫度也都相同（例如在59.5華氏度）；放金屬屑的水看起來并不比放金屬片的水熱些或冷些。 *后，我們來讀倫福德的結(jié)論： 在推敲這個(gè)問題的時(shí)候，我們一定不能忘記考慮那個(gè)*顯著的情況，就是在這些實(shí)驗(yàn)中由摩擦所生的熱的來源似乎是無窮無盡的。 自不待說，任何與外界隔絕的一個(gè)物體或一系列物體能無限地連續(xù)供給的任何東西絕不能是具體的物質(zhì)；并且，如果不是十分不可能的話，凡是能夠和這些實(shí)驗(yàn)中的熱一樣被激發(fā)和傳播的東西，除了把它認(rèn)為是“運(yùn)動(dòng)”以外，我似乎很難形成把它看作其他東西的任何明確的觀念。 這樣一來，我們看到舊的理論是崩潰了，或者說得更嚴(yán)格些，我們認(rèn)識(shí)到物質(zhì)論不適用于熱流的問題。因此像倫福德所指出的那樣，我們得重新尋找新的線索。要做到這點(diǎn)，讓我們暫且拋開熱的問題，再回到力學(xué)上來。

物理學(xué)的進(jìn)化 作者簡介

[美] 阿爾伯特?愛因斯坦（Albert Einstein） 1879年3月14日出生于德意志帝國符騰堡王國烏爾姆市，1955年4月18日在美國新澤西州普林斯頓去世，被認(rèn)為是科學(xué)史上*重要的理論物理學(xué)家之一。他對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、空間和時(shí)間以及引力性質(zhì)的研究，徹底改變了牛頓時(shí)代以來人們的世界觀。他*為人知的是其質(zhì)能等價(jià)公式E=mc2，因“對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)，尤其是他發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的規(guī)律”而獲得1921年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。愛因斯坦發(fā)表了300多篇科學(xué)論文以及150多篇非科學(xué)論文，留下了3萬多封信件。他的智力成就和獨(dú)創(chuàng)性使得“愛因斯坦”成為“天才”的代名詞。愛因斯坦利用自己非凡的社會(huì)名望，致力于國際理解與和平。他稱自己為和平主義者、社會(huì)主義者和猶太復(fù)國主義者。 [波蘭]利奧波德?英費(fèi)爾德/（Leopold Infeld） 波蘭理論物理學(xué)家，波蘭科學(xué)院院士。1898年8月20日出生于克拉科夫，1921年畢業(yè)于克拉科夫大學(xué)。1936—1938年在美國普林斯頓高級(jí)研究院工作，與愛因斯坦共事。1939年起任加拿大多倫多大學(xué)教授。1950年回到波蘭。1951年任理論物理研究所所長。與愛因斯坦、霍夫曼合作，在廣義相對(duì)論中由場(chǎng)方程導(dǎo)出了物體吸引的滿意理論（愛因斯坦一英費(fèi)爾德一霍夫曼理論）。英費(fèi)爾德還是一位科學(xué)評(píng)論家和作家。與愛因斯坦合著的《物理學(xué)的進(jìn)化》享有盛名，被譯成多種文字出版。 周肇威 譯 山西師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院教授，祖籍廣東順德，1954年畢業(yè)于張家口中國人民解放軍通信工程學(xué)院。1962年，翻譯和出版《物理學(xué)的進(jìn)化》，該書后多次再版。

商品評(píng)論(1條)
  • 主題：物理學(xué)史書

    不算太通俗，但能看清物理學(xué)的脈絡(luò)，好好看吧。

    2020/6/2 11:07:11
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