※ 引述《raw90626 (raw90626)》之铭言： : 小弟今年17岁 : 看完命运石之门之後就想来了解一下 : 相对论 : 但是我不知道从哪里开始着手 : 应该先读什麽书 : 完全不知道 : 求解 这个动机还蛮棒的。 以前有时候会在想，应该会有蛮多人在看了一些与科学相关的作品之後。 就会开始想了解些什麽。 我觉得这件事本质上是件非常好的事。因为兴趣是学习的原动力。 不过接下来在说明之前，想先确认一下你想「了解」相对论到什麽程度。 相对论(Theory of relativity)大致来说可以分成两类。 第一类是描述运动中的物体(座标系)，与另一个惯性座标系的观测者之间。 所发生的一些有趣的现象。 中文称为狭义相对论(Special relativity)。 另一类则是将非惯性座标系中的观察者，以及重力现象也包括进来。 这个理论则被称为广义相对论(General relativity)。 虽然有点罗罗嗦，不过接下来请先让我说明一些待会儿会用到的概念。 非常基本。应该蛮多人以前都有学过了，懒得看可以直接跳过这段。 第一个概念是「定性」、第二个则是「定量」。 定性的意思是不详求其细节，只知道(了解)其大致上的状况。 而定量则是指清楚明白地知道这系统变化量之间的差异。 例如有两个外观一样的水桶放在你的左手边及右手边。分别命名为水桶A与水桶B。 左边的那一个水桶A没加上盖子，故目测可知装了约8分满的水。 而右边的那个水桶B由於被盖子盖住了，所以我们不清楚里头装了多少水。 不过我们可以试着去提看看，就会发现右边的水桶很明显比左边的「轻」。 接着我们把水桶拿去秤重，则发现A水桶重6公斤，B水桶重4公斤，两者相差2公斤。 因此我们可以知道，水桶B比水桶A「轻」的这个概念。就是定性。 那到底是「轻」多少呢，B比A轻了「2公斤」这个值的概念。即是定量。 打了一大堆好像还没提到重点。现在就来谈谈相对论。 首先如果你只是想「定性」的理解相对论的简单概念。 那麽其实一般书店常见的介绍相对论的科普读物，其实都可以看看。 优点是不需要动手算，对看到数学就会头昏的少数人来说可能是一种解法。 缺点则是概念是有了，不过这个概念正不正确，那可能就又是另外一回事了。 反之若你是想「定量」的理解相对论。 由於我对定量的狭义定义是.... 要「会算」。 所以首先可以先从比较简单的狭义相对论下手。 一般普物狭相的教法，应该都是先从光速不变原理以及狭义相对性原理出发， 用你目前学过的数学，就可以推导出名为劳伦兹转换(Lorentz transformation) 的方程式。 由於狭义相对论本质上就是一种座标转换关系，以及结合此转换关系， 对其他古典(牛顿)守恒律的修正。 所以如果能理解劳伦兹转换，那应该就代表至少懂了一半的狭义相对论。 然而实际上这个转换式是如何来的？又要做什麽用的？ 影片的部份可以参考清大物理系的 林秀豪教授 所开的普通物理一 开放式课程 http://ocw.nthu.edu.tw/ocw/index.php?page=course&cid=96 第2讲 What is time? 第3讲 Lorentz Transformation 第4讲 How to describe a dynamical system? 将这三讲完整看完，应该就能理解狭义相对论是怎麽回事了。 对有高中物理及数学程度的你来说，应该不会太难。 而且只要暂时忘掉同时性的绝对性，以及伽利略转换。 应该就能学会这个狭义相对论最基本的方程式。 例如一个高速运动的物体上的时钟与一段间隔(interval)。 与另一个静止或等速运动的观察者的时钟与间隔，就可以用劳伦兹转换计算出来。 也就是计算长度收缩、时间膨胀。 或是可以结合动能(量)守恒推导出质能等价；以及与马克士威方程组的关系等等。 接着可以再继续下去，画出光锥(Light cone)。知道类空、类时与类光是什麽意思。 至此狭义相对论的部份可以暂时告一段落。 接着就是广义相对论的部份，从这开始则没有那麽好懂了。 因为广义相对论会用到不少数学工具，例如微分几何的东西。 像是黎曼几何、度规、四向量与一些广义相对论会用到的符号。 这方面我实在不太会说明，可能要请版上其他强者补充了。 ;( 简短地说概念上就是 dS^2 的推广再推广。 总之用了许许多多的数学工具之後，最终会得到一个很漂亮的方程式。 那就是为爱因斯坦场方程式(Einstein field equations)。 我们可以由解这个自由度很多的方程式的解，来理解物质与时空之间的关系。 课程及书籍的部份， 则可以参考台大物理系 高涌泉教授所开的 相对论 开放式课程。 http://ocw.aca.ntu.edu.tw/ntu-ocw/index.php/ocw/cou/099S134 顺带一提。我很喜欢高教授上课的方式。 :) 最後如果你有幸(?)进到物理系。要先给你打一些预防针。 像我是上了大学才发现物理系怎教的都是数学，与我当初想的有一点点落差。 刚开始总觉得不太物理。但也不像数学系教的那麽抽象。 後来才慢慢体会到。 正因为物理学是一门科学，如果把天文学算进来的话，可能是最古老的自然科学。 所以不太能用「定性」的方式去描述一个系统。这样会有许多问题出现。 而「定量」的方式，就代表着我们必须要用许多比较精确的工具及手段去解释它。 所以大一、大二的时候才会学了一堆数学，之後也会开始陆陆续续学到许多数学工具。 如果你对物理学有兴趣，那麽理解并善用数学可能是一条避不开的道路。 在最後的最後，请容许我再一次回锅这张图。 http://i.imgur.com/kCIEDur.png 虽说不能一竿子打翻一船人，但对许多物理问题的求知道路上。这句话其实还蛮中肯的。 希望我打了这麽多字。不但没有吓跑你，还能让你稍稍对物理学有多了一点点的兴趣。 エル プサイ コングルゥ -- 有图有真相 http://goo.gl/w3xULw 可惜之後变成这样 http://goo.gl/oDXbfw --

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