第三篇 写在1905

1905年注定是不平凡的一年，俄国爆发革命；孙中山成立了同盟会，提出三民主义；中国拍摄了第一部电影......然而这些大事都被另一件或者是另一个人的光芒所掩盖，那就是爱因斯坦，1905年爱因斯坦先后发表了5篇论文，分别提出了光的波粒二象性、光电效应、狭义相对论和质能方程，这一年也被称作爱因斯坦奇迹年。

爱因斯坦漫画

如果要将这些知识统统写清楚，估计能写一本书了，所以本篇简化一下以上这些高大上的名词，用更通俗的语言总结一下，爱因斯坦这一年告诉了我们什么是光，什么是时间和空间，什么是能量。

什么是光？

圣光

在1905年之前，这个问题一直困扰着包括牛顿、法拉第、麦克斯韦等诸多物理学家们，他们一直为光到底是一种粒子还是一种波而争论不休。在牛顿建立的经典力学体系中，粒子和波是两种截然不同的物质，粒子是沿直线运动，而波则可以绕过障碍物。一个物质要么它是波，要么是粒子。从光的种种特性而言，光更像是一种波，麦克斯韦提出了广是一种电磁波被当时广泛认可，但是在光电效应作用下却产生了粒子的特性。于是爱因斯坦1905年的第一篇论文就解释了光既是波又是粒子，具有两种特性。

光电效应

什么是空间和时间？

时空有没有隧道？

经典物理学认为我们身处的空间是三维空间，客观存在而永恒不变。而时间就像一条流淌不息的河流，载着我们这个物理空间延绵向前，无法跨越也无法后退。但是狭义相对论却提出了不同的观点。

首先先解释一波前置假设：光速不变原理。
光作为电磁波，所以在真空中的速度约是,而且光速在不同的参考系下的速度是不变的，举个例子，有一列飞驰的火车火车外，当经过某一点时，恰巧在火车外，距离车头与车尾的中间有一个灯闪了一下，那个灯照到车头的时间和车尾的时间是否相同呢？又比如两架飞机在机头都有一个灯，一架静止，一架在飞行，当两架飞机在同一位置时同时从机头发射一道光，那这光速是一样的吗？

以经典物理的角度来看，对于不同的参照物相互的速度是可以叠加的，火车外的灯发出的光对于运动的火车往车头是光速减去火车的速度，往车尾是光速加上火车的速度。但根据光速不变原理，光速是不能超越的，否则利用速度不断地叠加我们可能早就能够飞出太阳系了。狭义相对论给出的速度叠加公式：
,c=光速，u和v分别是两个运动的物体，V是观察者计算两个物体相对的速度。可以看出当u，v的速度大大小于光速时，分母几乎等于1，那么,但是当u和v都接近光速c时，,V还是光速。基于光速不变原理，狭义相对论定义了在所有惯性系中，物理定律有相同的表达形式。也就是说时间和空间并不是独立存在的，对于每个人，每个物体都有自己的惯性系，每个惯性系都有自己的空间和时间，当两个人或物之间运动速度相仿时，时间空间也相仿。但是如果两者速度相差很多，那么两者的时间和空间都将发生变化，运动速度快的一方相对于慢的一方时间会变慢。类似于神话中“天上一天地上一年”的现象。基于狭义相对论，会产生一系列有趣的现象，比如时间膨胀、长度收缩等，另开篇描述。

什么是能量？

很好地解释了能量和质量的关系，c是光速，m是质量，E是能量。也就是说任何物质都储存着巨大的能量，这个能量大概有多大呢，举个例子，1克物质的能量大于等于2万吨TNT炸药的爆炸能量。物质的质量越大，能量也就越大，通过某种特殊的手段可以改变物质的质量，从而释放大量能量，原子弹也就是以此作为理论依据的。

原子弹是利用铀元素中原子核的核裂变变成其他的元素，从而达到使之质量亏损，如果亏损的质量100g，那么就会释放出的能量，其威力可想而知。但是根据物质的不灭定理，物质只能亏损质量释放能量而不能完全消灭物质。

原子弹

后续

可以说1905的5篇论文就像原子弹一样冲击了200多年前牛顿建立的经典力学，开启了量子力学的新篇章。100多年过去了，历史又将赋予我们这代或几代人怎样的新使命呢？