現代物理學/狹義相對論導論

乍一看，狹義相對論似乎很奇怪。我們用來理解世界的許多規則不再適用。這些規則包括速度可以相加的規則，時間和空間是不同事物的規則，物質和能量是分離的規則，動量的規則。因為我們不能再依靠我們正常的直覺來弄清楚事情，所以事情看起來很奇怪和令人困惑。

幸運的是，狹義相對論的明顯怪異並不源於深奧的複雜性。在表面之下，有一些非常美麗的簡單對稱性和規則，這些對稱性和規則使我們能夠將狹義相對論與我們熟悉的物理學聯絡起來，只需要做一些小小的修改。

然而，狹義相對論的一些想法似乎與我們天真地期望宇宙的行為方式以及我們的日常生活經驗相矛盾，以至於一個完全自然的反應是狹義相對論不可能是正確的。

然而，無數的實驗已經證明，錯誤的不是狹義相對論，而是我們關於事物運作方式的低速直覺。畢竟，我們通常不會處理以接近光速運動的事物，也沒有特別的理由相信我們低速的思維適用於高速。而實驗清楚地表明它們不適用。此外，事實證明，許多普通現象實際上是相對論的結果。例如，磁性是我們每天都能看到的純粹的相對論現象，但如果沒有相對論，就無法正確解釋它。

但是，物理學家要實現這一認識是困難的。理解狹義相對論的一種方法是走物理學家所走的道路。我們將從經典牛頓物理學的普通日常生活宇宙開始，我們在前兩本書中已經研究過，然後逐漸走向奇怪的地方。在這段旅程中，我們得到幫助，因為這條道路已經被幾代物理學家走過，他們逐漸意識到這個世界比他們想象的更奇怪。

因此，我們將採取的方法是首先進行一個簡短的歷史調查，說明為什麼需要狹義相對論。然後我們將討論阿爾伯特·愛因斯坦所取得的偉大概念突破，然後從他發現的簡單公理出發，我們將看到隨之而來的微妙結果。我們還將看到狹義相對論實際上是多麼簡單，它的核心是多麼簡單。