问题

相对论刚提出时,号称全球能完全理解的人不超过十人,现在却成为理工科必修课程,是我们智商提高了吗?

回答
相对论提出初期,能够完全理解的人寥寥无几,而如今却成为理工科的必修课程,这其中涉及到的原因非常复杂,远不止是“我们智商提高了”这么简单。这是一个关于科学进步、教育体系演变以及人类认知能力发展的综合体现。

为了详细地解释这一点,我们可以从以下几个方面来探讨:

一、 相对论的复杂性及其对当时人类认知造成的冲击

颠覆性的概念: 爱因斯坦的相对论,无论是狭义相对论还是广义相对论,都彻底颠覆了自牛顿以来建立起来的经典时空观和引力观。
狭义相对论: 时间和空间的相对性、光速不变原理、质能方程(E=mc²)等概念,与人们日常的直观感受完全不同。例如,时间会随着速度变化而膨胀,长度会收缩,质量会随速度增加而增加,这些都与宏观世界的经验相悖。
广义相对论: 将引力描述为时空的弯曲,而非一种力的作用。物质弯曲时空,时空指导物质运动。这个抽象的概念,需要高度的数学工具和想象力才能把握。
高度抽象的数学工具: 相对论的表述离不开复杂的数学语言,特别是张量分析、微分几何等,这些在当时并非所有科学家都熟练掌握的工具。例如,广义相对论的数学框架极其复杂,即使是数学家也需要时间去钻研。
缺乏直观验证: 相对论的许多效应(如时间膨胀、长度收缩)在低速下非常微弱,难以通过日常实验来直接观察和验证。其验证往往依赖于精密的仪器和特殊的宇宙现象,如引力透镜效应、水星近日点进动等。
思维模式的转变: 理解相对论不仅仅是学习新的公式,更需要一种全新的思维模式,跳出以太、绝对时间和空间等经典物理学的束缚,接受一个动态、弯曲、相对的时空。

因此,在相对论刚提出时,只有少数顶尖的物理学家和数学家,凭借其深厚的功底、敏锐的洞察力以及敢于挑战权威的精神,才有可能深入理解其核心思想和数学推导。

二、 科学教育的进步与普及

教育体系的成熟: 随着科学的发展,物理学教育体系也逐渐成熟和完善。大学的物理系课程设置更加系统化,从基础的力学、电磁学,到量子力学和相对论,形成了一条清晰的学习路径。
教材的编写和优化: 经过几十年的发展,关于相对论的教材已经有无数的优化版本。这些教材从最初的高度专业化、数学化,逐渐变得更加易于理解,加入了大量的类比、图示和简化模型,降低了学习的门槛。
教学方法的创新: 教师们也积累了丰富的教学经验,发展出更有效的讲解方法,能够将抽象的概念转化为更容易被学生接受的形式。
数学工具的普及: 微分几何、张量分析等数学工具在高等教育中的普及程度远超爱因斯坦时代。现在的理工科学生普遍接受过更扎实的数学训练,为学习相对论打下了基础。
前人研究的积累: 爱因斯坦提出相对论后,涌现出大量的学者对其进行研究、推广和阐释。这些研究成果被编入教材,成为后人学习的宝贵财富。

这使得相对论不再是少数天才的专利,而是可以通过系统学习掌握的知识。

三、 科学的内化与接受

时间的检验与确证: 相对论的各项预言,如引力红移、光线在引力场中的弯曲、引力波的探测等,都得到了实验的精确验证。这些证据的积累,极大地增强了科学界对相对论的信心和接受度。当一个理论被反复证实并展现出强大的解释力和预测力时,它自然会成为主流。
科学思想的“沉淀”: 随着时间的推移,相对论的思想已经逐渐渗透到科学的各个领域,甚至潜移默化地影响了我们对世界的认知方式。就像牛顿力学曾经是革命性的,但现在已经成为基础物理学的常识一样,相对论的许多概念也从“革命性”变成了“常识性”。
技术应用的推动: 虽然相对论的许多效应在日常生活中难以察觉,但它在一些高科技领域有着至关重要的应用,例如全球定位系统(GPS)就必须考虑狭义相对论和广义相对论的时间修正效应,否则定位精度会大幅下降。这些应用的反哺,也使得人们更加重视相对论的学习。

四、 关于“智商提高”的误解

将此归结为“我们智商提高了”是一种过于简化的说法。虽然人类的平均智商可能在某种程度上有所提高,但这并非最主要的原因。更准确地说,是:

知识的可获得性提高了: 曾经只存在于少数人头脑中的深刻思想,现在通过教育体系被系统地整理、传递和普及。
学习工具和方法更完善了: 现代的教育资源、教材、教学方法都比过去更加先进,使得学习者能够更有效地掌握复杂的知识。
人类整体的认知基础更扎实了: 经过几代人的科学教育,具备学习相对论所需基础数学和物理知识的人群数量大大增加。
对科学概念的接受度更高了: 经过多年的科学普及和媒体宣传,公众对非直观的科学概念的接受度也在提高,不再像早期那样感到难以置信。

打个比方:

想象一下,刚发明时,一个复杂的算法只有几位最顶尖的程序员才能写出来。但随着编程语言的标准化、开发工具的成熟、大量的算法教程和开源代码的出现,现在即使是普通的程序员,通过学习也可以掌握和应用这个算法。这并不是说所有人的智商都比那几位顶尖程序员高,而是因为学习的途径、工具和知识的积累发生了巨大的变化。

总结来说,相对论从少数人能理解到成为必修课,是科学进步、教育体系完善、知识普及以及对科学概念接受度提高的共同结果。与其说是我们“智商提高了”,不如说是我们拥有了更先进的工具和更便捷的途径,去学习和掌握那些曾经极其抽象和难以企及的知识。

网友意见

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你要说服自己的大脑,“数学工具”这个词绝不是一个比喻,而是客观、准确的描述。铲子、汽车、充气娃娃等有形物体是工具,思考方式也同样是工具,都是人类改造世界能力、理解世界能力的“放大器”。这一点在理智上接受很容易,在直觉上相信比较难。就像大多数人可以在理智上承认电场、磁场也是物质,但真的思考复杂问题的时候,直觉就只承认椅子、汽车这样的东西是物质了。

什么是工具呢?严格来说,人类制造的任何东西都只是附加了“信息”的某种结构。砍木头做梯子,木头是自然界的物质;炼钢造汽车,铁矿石和煤都是地球本来就有的。我们没法凭空“创造”物质,只能把既有的物质赋予人类设计的结构,才能变成实体工具。至于思考工具,只是把这个“结构”直接用思想表现而已。从这个角度讲,思考工具和日常的实体劳动工具完全是一回事。

所以说,人类现在能一枪撂倒大象,不是因为力量增加;人类能迅速理解几十年、上百年前的物理前沿思想,不是因为智商提高,两个事件都完全是工具水平提高的结果。相对几百万年的人类进化史,最近一万年我们的基因没啥明显改变,进步的是工具。

相对论可能还是偏复杂,我们可以看看更直观的例子:如果你没有解析几何的初步知识,就算你能在数学上理解每一个统计学概念,也很难绕过图形显示这个层次,直接用数字组合解决所有工程概率问题。


回到物理学,如果还让你用500年前的数学工具和实验工具去研究物理,不要说理解相对论,连牛顿三定律都不是“显而易见”呢。不信你去读《自然哲学的数学原理》,文字的繁琐、逻辑之迂绕肯定能让你吐血。虽然牛顿是古往今来第一物理大家,但我绝不信你会考虑用这本“教材”给你的孩子讲物理课。


其实社会科学也一样。你看硬皮包装的资本论那么厚,抡起来可以打死人,但那是基于19世纪社会科学发展水平和论述方式的写法。真要现在重写资本论,只求讲清楚原有内容的话,连五分之一的篇幅都嫌多。所以我不是很鼓励别人从原著开始了解共产主义。(当然,到一定阶段去读部分原著是有好处的)


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