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近代物理学的乐趣和美丽－－清华大学出版社《爱因斯坦的宇宙——老人的玩具》

杨建邺(华中科技大学教授)

2004-10-22 17:22:46 来源：

　因为有了这个“玩具”，有了演示等价原理的模型，爱因斯坦不仅可以研究宇宙本身，而且能够计算宇宙中的质量是如何弯曲空间和时间的，以致得到宇宙的结构。

　徐一鸿教授的《可怕的对称》一书，我在十年前就读过。如果不是徐教授在《爱因斯坦的宇宙》的“中文译本序”中声明，我还真不知道《可怕的对称》的作者A·热就是徐教授。十年前国内还很少有国外科普著作的中文译本，所以见到作者用如此晓畅生动的语言把现代物理的成就和当代物理学家的故事，写得那么简洁易懂和生气勃勃，实在惊讶和钦佩。在当时，可以说是给中国科普创作和物理教学吹来一股清新宜人的风。据我个人所知，我的不少同事和学生都以极大的兴趣读了这本书。
　《爱因斯坦的宇宙》是我看到的徐教授的第二本书，因为有第一本书的感受，所以我怀着极大的热忱看完了这本书。看完以后的第一个想法是，这本书写得非同一般地好，这类书我看过至少有十几本，但这本书从“老人的玩具”开始展开叙述，实在出入意料；而且后来的叙述又总是离不开这个“老人的玩具”!你不能不佩服作者的视角的新奇和准确。由此我又想到，本书的副标题“老人的玩具”比正标题更吸引人，也更能够反映这本书的旨趣。据说以前这本书的书名就是《老人的玩具》，那是一个更好的标题!
　事情是从爱因斯坦的最后一个生日收到的礼物讲起。1955年3月14日是爱因斯坦76岁的生日，他的邻居艾瑞克·罗杰斯(Iric Rogers)送给寿星老一个很有趣的玩具。徐教授正是从这个玩具引出了后来一整本书的内容。我不能掠徐教授的美，所以把这段至关重要的话引在下面，便于读者欣赏：
　这个玩具是用一个重球，一个弹簧，一根铜窗帘棍和其他常见的东西构成。一个铜球系于绳的一端，悬挂在一个金属杯之外，而球可以贴切地置于杯上。绳穿过杯中一个小洞通过管子连在弹簧上。装置固定在铜棍的一端，你可以轻易地把它拿在手中。最后杯和球封在透明的玻璃球中，玩具就完成了。
　如果弹簧很硬，它就会把球拉入杯中。但根据设计，弹簧太软，不足以克服重力。因此球无精打采地挂在杯的外面。
　你摇动铜棍，就有可能让球落入杯中。但弹簧软，杯子小，做到这点极为困难。要每次都成功地使球落入杯中，这就是挑战。
　爱因斯坦高兴了，他立刻意识到需要的窍门就在于他自己在半个世纪前发现的一个物理原理。他的朋友罗杰斯教授找了一个巧妙的方法，让他想起了他一生最快乐的时光；那就是他理解了引力的时候。这使他很高兴，老人的思绪刹那间飞回到过去。
　爱因斯坦的确对罗杰斯的“老人的玩具”情有独钟，生日过后不久，杰出的科学史家科亨(I.Bernard Cohen)拜访爱因斯坦时，爱因斯坦兴致勃勃地表演了这个让他心仪的玩具。科亨记下了这段故事，为我们留下重要的史实。科亨写道：
　最后我要告别了。忽然爱因斯坦转过身说：“等一等，等一等。我要给你看一件生日礼物。”
　回到书房我看到爱因斯坦从屋角拿出5英尺长的像窗帘棍似的东西，在它的顶端有一个直径约为4英寸的塑料球。爱因斯坦说：“你看，这是设计来演示等价原理的模型。”
　爱．因斯坦的脸上布满了笑意，他的眼中闪烁着快乐的光辉，他说：“现在你来看等价原理。”他拿住长铜棒的中间，将它举起直到球碰到天花板。他说：“我现在让它落下。根据等价原理，球应该不受重力，这时弹簧的强度就足以将小球拉到塑料管的顶端。他忽然让玩具自由垂直落下，并用手护着它直到它的底部落到地板上。塑料球现在和眼睛在同一高度。可以看到小球正在塑料管的顶端。”
　爱因斯坦为什么这样喜欢这个玩具呢?因为，一个不平常的原理——“等价原理”从这个“老人的玩具”里清楚地表现出来了。可能爱因斯坦一直想寻找一个简便的方法显示“等价原理”，但是没有找到?
　爱因斯坦为什么这样喜欢这个玩具呢?因为，一个不平常的原理——“等价原理”从这个“老人的玩具”里清楚地表现出来了。可能爱因斯坦一直想寻找一个简便的方法显示“等价原理”，但是没有找到?
　有了“等价原理”，立即可以导致宇宙是弯曲的结论!(41页)徐教授非常麻利地让读者看到：爱因斯坦可以研究宇宙本身了；他不仅理解星体和星系如何在弯曲的宇宙中运行，而且能够计算宇宙中的质量如何弯曲空间和时间的，即得到宇宙的结构。
　读者由玩具开始，就这样像变魔术一样走进了宇宙动力学。我想，这样走进宇宙学，恐怕还是第一次；更妙的是，读者可以随着徐教授不知不觉地、几乎没有什么困难地走进去了!你能够不惊讶徐教授的智慧吗?
　正如该书封四上的介绍所说：“徐一鸿让读者能够理解复杂的概念，而并不过分把概念简化，他带领读者走过爱因斯坦理论的推理以及它对近代物理的影响。他用有趣的、流利的写作风格将物理学重要新课题的激动传给读者。”这是很多科普书籍缺乏的品格。徐一鸿教授不仅用通俗和，风趣的语言给读者解释了高深的道理，而且力图讲解深入，使人们了解物理是如何发展过来的。他致力于告诉读者，科学家特别是大师们是如何思考的。因此，这本书特别具有启发性。
　这本书是1989年出版的，时间过去了15年，所以对1989年以后的进展就很少涉及，而这十几年在超弦理论和暗物质等方面的研究进展很大，如果在翻译出版时，加一些这方面的内容，就更好了。单单一个“跋”，恐怕太单薄。
　
　（《爱因斯坦的宇宙——老人的玩具》徐一鸿著张礼译／清华大学出版社2004年6月第1版／19．00元）

摘自：《中国图书商报》2004－10－15

本版责编：江蕾

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