2020年12月7日晚，少年班论坛本学期第四讲在东区水上报告厅如约举行。此次邀请到中国科大杰出校友、中国科学院物理研究所研究员曹则贤教授，为广大师生带来一场精彩的报告《相对论：她的思想、数学与物理》。
整场报告座无虚席，后排还有同学坚持站着听完全场。为了增强与台下观众的互动，曹则贤教授走下讲台，完成了整个报告。报告伊始，曹教授指出当今本科生物理学教材上一些数学方法的不完备之处，他想要帮助大家更正，因为掌握详尽完备的数学手段是学好相对论的必要条件。在相对论发展的思想长河里有着最激动人心的关于物理学创造的历史画卷，即使这套理论宏大而深刻，少年们依旧可以体会到她的精髓。
接下来，曹则贤教授正式进入了相对论的讲解，他对历史发展中各种不同的相对论做出了阐释。首先是朴素相对论。虽然人们习惯于以自己为参考观察世界，但不可否认，物体的运动是相对的。当开普勒把地球上空无比复杂的火星的运动轨迹与太阳的运动轨迹进行比较时，发现火星相对于太阳的运动是一个椭圆，由此才发现了开普勒第一定律。以此观之，物理规律与所取的时空参考点无关。这也被阐释为时空平移对称性。
伽利略相对论以中国古人的话来诠释就是：“无去来处，动静等观”。简单来说，惯性系中所有的物理规律是不变的，人们无法通过力学实验确认自己是否静止或在匀速直线运动。用伽利略相对论检验牛顿力学也可发现牛顿力学体系的正确性，但是伽利略相对论却与电磁理论相矛盾，这其实也是牛顿绝对时空观与电磁理论的冲突。为了解决这样的问题，近代物理学家也做出了很多努力，而爱因斯坦研究的狭义相对论和广义相对论无疑做出了巨大的贡献。
对于狭义相对论，曹教授从麦克斯韦方程组切入，讲述了洛伦兹变换在科学史上扮演的不同的角色：一方面具有使得麦克斯韦方程即电磁波动方程形式不变的数学特性，另一方面是它被爱因斯坦用以表达运动物体在不同惯性参考系中的时空对应关系。然而，这套洛伦兹变换虽然可以完美相合于麦克斯韦的电磁理论，却依旧与牛顿的万有引力体系相冲突。由此，曹教授引出了广义相对论的讲解，指出从相对论效应考虑问题即是在弯曲时空中应用洛伦兹变换考察各种物理量在不同参考系中的变化。
在整个报告的过程中，曹教授引经据典，将物理学发展史贯穿在相对论的讲解之中；旁征博引，用许多理论与实验佐证他的观点，例如相对论的核心思想是物理规律的不变性。同时，他也指出，当代大学生尤其在数学方面的学习进度是较为缓慢的，因此同学们更应督促自身完善知识体系，不能仅仅拘泥于将课本的基础知识记住。只有更深刻更系统地学习以及更加宏观、有高度的视角才能让同学们攀上学术的高峰，为科学的发展贡献出自己的力量。
讲座结束后，曹则贤教授签名赠书
曹教授深入浅出、幽默风趣、直指本质的讲解也让同学们茅塞顿开、受益匪浅。在提问环节，大家纷纷表达了自己对于相对论以及学术研究、科学发展史研究的困惑，曹教授一一耐心回答。正如他最后留给同学们的一段话：“对一门学问最好的纪念，是学会它从而能从内心深处准确地欣赏它、赞美它。”其实不仅是相对论，对任何学问同学们都应该发自内心的去喜爱和探究。这种坚持的钻研精神和虔诚的学习态度是曹教授留给大家的殷切期待。
（少年班学院）
