图说相对论

以前见过一本图解量子力学，把各种波函数都画出来，其他的都忘了。*近又见一本图说相对论（An Illustrated Guide to Relativity,Cambridge University Press, 2010），作者是Virginia Tech 物理系的竹内老师（Tatsu Takeuchi）。看前言才知道原为日文本，还有中译本（台湾版）。作者在日文版前言里引老爱的画作为本书的理由：物理理论都应该能简单描述，让小朋友也能理解。（All physical theories, their mathematical expressions notwithstanding, ought to lend themselves to so simple a description that even a child could understand them.）这是一个良好的愿望，像希尔伯特要把四维几何说给街头路人一样，也许能一步步实现，却不能作为解说理论的标准——例如地球绕着太阳转，现在我们可以让小朋友明白了；但电子的自旋却不容易普及。至于相对论（狭义的），竹内老师认为，我们不用方程也能更深地理解（狭义）相对论（one can develop a deeper understanding of the theory by avoiding the use of equations altogether）。其实很多老师早就建议在中学开相对论课，不知现在是不是有了——只怕习惯了旧传统老课本的老师赶不上趟。

相对论有着先天的图形化优势。其实，老爱原始的观测化描述和他老师的四维时空（Minkowski几何），本来就是相对论的图说，后来的图说没什么超越，竹内老师的书也是老老实实跟着走。看两个图，大概能知道它的风貌。

图形能解说相对论的“运动学”部分（归结为两个坐标系的读数比较），但这容易令人感觉“测量”是相对论的核心。相对论的“测量先驱”爱丁顿（Arthur Stanley Eddington）在《相对论的数学理论》（The Mathematical Theory of Relativity, 时根据他为法文版《空间、时间和引力》写的数学附录扩编而成的，初版于1923年）也是大谈物理量的测量（虽然*终与自然律联系起来），但我想那是老爱不喜欢的——海森堡曾认为相对论的测量问题与量子论是一样的，老爱否定了。

图形似乎也不能将相对论作为场论的意义表现出来，我就没见过谁画过运动物体的电动力学。相对论的“另一面”，就不好图说说给小朋友听了。