大家会问为什么会有电磁波？既然我磁场在这变化，产生电场，电场它是变的，然后变化的电场又产生磁场。那么这样下来就会出现什么？我这个变这个又产生，那个又变又产生这个，它就一个劲地传下去了，就再也不消失。所以他就预言了有电磁波的存在，而且电磁波的存在这个速度当时一计算，把这些物理这个量一计算，发现和光的速度是一样的。这就是预言，变化的电场产生磁场，这一环套一环就传下来了。这个预言它是1865年预言的，发现是1888年，多少年？20多年。

这件事情被一个在德国汉堡的一个科学家叫赫兹，发现了这件事情。为什么德国汉堡我记那么清楚，因为我常去那儿，去赫兹最早进行研究的场所做研究，它这个原理很简单，如果这是一条电池，然后这个地方给它闭合，然后这个地方有两个金属的线圈，然后这地方是两个铜球，它通电了之后会发现这个地方可能会有电通过。它在远处就有一个铁环，铁环不完全封闭，就有一个小口，他发现这个地方关了之后，铁环之间有一个小火花出现，他就这么关、开、关、开，火花就跟着出现。他不关不开的时候，火花没有了。这就第一次发现电磁波的传播，就是这样的一件事情。那么这个地方为什么大家说会出现小火花，就电场和磁场在那产生变化的磁场，使这个地方产生了一个电池，电池它空间间隙非常小，所以电就穿过去。这就是电磁波的发现。这件事情发现之后，他就说他就证明了电磁波的存在。

所以这样是法拉第开创、麦克斯韦建立起来的电磁学的理论，经过赫兹的实验证明，电磁场理论就向全世界宣告了它的胜利。有插曲比赫兹早七年，另外也收到电磁波的信号。他向一个伟大的科学家叫斯托克斯汇报。斯托克斯认为这是普通电磁感应现象，戴维认为那是权威，他就没有再研究，也没有发表，所以这件事情就错过发现电磁波。要不然我们电磁波频率就不叫赫兹，那就叫什么，戴维是吧？

发现电磁波的时候，赫兹本人也没觉得它有多少有用的东西，无非是我通下电有个小火花，这有什么意思？有什么用处？没有想到发现电磁波六年开始出现电报什么之类，这一类的新技术就出现了。

我们知道今天全球通信电磁波非常厉害，是吧？这电磁波的原理就是一个电力场，我们电磁波传上去之后再反射过来，它如果有不同的接收站，可以传遍全球。这件事情，我们知道今天我们的手机，这些东西都是电磁波，收音机，是吧？然后电视等等，还有我们有时候遥控器等等都是电磁波，这是非常重要的事情。

那么就是麦克斯韦的方程把光和电统一起来，光和电统一，光和电属于频率，它是交流电的一种，它是正负极在那变来变去，然后它变化的速度用频率，然后它每一个变化周期叫波长，这个是频率和波长的关系。如果是可见光，可见光在哪？在这地方对应这个尺度是可见光，然后有γ射线、X射线、紫外线、红外线，然后微波。我们的微波炉是吧？就这个微波。然后中波就是无线电收音机的，等等。这些是不同的，对应的波长和频率不一样。

现在人类的眼睛就是一个可见光，也是一个叫电磁波的接收器，它接收的正好是可见光的频率。大家知道，就是我们人类其实看世界的接收的可见光范围是非常窄的，如果要看好多别的地方我们都得通过仪器来实现，是吧？比如说我们看病，X射线，对吧？等等。这些都是说明人类接收信息的范围是非常的有限。那么这就是可见光，它的颜色对应的频率，赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫，也知道颜色是因为它频率不同，波长不一样，等等。

那么我们原来经典电动力学里边电荷是静止的，那么爱因斯坦就说他要考虑如果是运动的时候，这个规律会怎么样？其实很简单。当那时候人们知道传统的是一个叫伽利略变换，我们描述物体的运动的时候，分别用两个不同的坐标系来看，那么在这样，大家会认为这个空间坐标是绝对的，时间坐标也是绝对的。在康德哲学里边，时间和空间都是绝对理念，是吧？是绝对的存在，人们是不容怀疑的。那么这个时间和空间是绝对的存在，那么这样我从一个坐标系变换到另外一个坐标系的时候，由于是运动的，它的坐标就会有一个要减上一个速度的移动带来的差别。所以两个不同的观察者，一个静止的，一个运动的，他们看世界的时候，他们选择的坐标系之间应该有这样的一个变化关系，这个是经典伽利略变换。

用这样的一个变换关系来看一下，这个是叫什么？叫波动方程。我刚才不是给大家讲电磁波是波，光是波，它的传播要符合一个波动方程。那么如果是在一个坐标系里边，我的波动方程看起来非常的漂亮，那么我用这样的一个变换之后，我会出现什么结果？就出现了这样的一个方程，这个方程就出来了很丑的一项，不对称。这是当时大家面临的一个困难，所以为了解决这个问题，当时人们就说物体收缩或者时间变短这一类的效应试图去解释，也不能给出一个非常合理的解释，也不能给出一个非常漂亮的理解方式。

但是有一个人叫洛伦茨，发现了一件事情，就是要保证两个公式之间非常的漂亮，没有多余的项，我把原来伽利略的变换关系变成这样的一个坐标变换关系，就能保证一个方程从一个坐标系变换到另外一个坐标系的时候，这个方程非常漂亮。这个变化就是叫洛伦茨变换。这件事情在爱因斯坦之前已经完成了。但是洛伦茨变换是什么意思？和康德的绝对时空绝对地矛盾，人们不能理解。

所以爱因斯坦的伟大就在于他给了它一个真正的科学的物理学的解释。爱因斯坦的原理是这样，就是所有的物理规律在所有的惯性坐标系具有相同的形式，不存在特殊的坐标系。我一个观察者来看物理规律的时候，描述这个世界的时候，然后另外一个观察者相对于我是匀速运动，我们俩描述这个物质运动规律的方程应该是一模一样的。虽然具体的表现可以不同，但是物理规律是一样，物理规律不能变。另外一个叫光速不变，所谓光速不变，无论我人在任何一个坐标系上，我静止的时候，我测光速，它的光速是这样，我运动的时候我自己认为我是静止的，我测光速也是这样。所以第二个原理叫光速不变。

那么用这种方式，就是两个坐标点之间，这个是它有一个坐标和一个时间，另外一个点也有一个坐标和时间，就两个参照系的。就两个不同的参照系，我静止的时候，运动的时候，看这个世界点的时候，它两个坐标系之间。那么按照爱因斯坦考虑，它应该符合一个光速不变原理，然后这两个不同的坐标系，这个方程都应该是满足的。那么你如果做变换之后，这个关系式都满足，那你就给他做任意的这种变换，一个变换和四个量都依赖的就是这种一对一的变换，变换之后求解，解出来的结果发现两边这个规律都是一样的，这个时候就得出了变换关系，这就叫洛伦茨变换。所以这个地方爱因斯坦说他伟大，他真的很伟大，因为他对时空观念做了革命性的想法，但是他的思路其实非常的简洁。我保证做了这种时空变换关系之后，我的物理学规律就非常的简洁，在两个方程当中物理学规律都是一样，描述这个物理规律的这个方程都是一样的简洁和漂亮，用非常简单的这样的一个变换关系。

这样的一个变换关系做解释的时候，就会发现相对论的时空观有了革命性的变化，为什么？你看如果这是一个车，然后中间有那么一个人，他这个灯可以是关和开，如果是两个人，就是下边静止一个人，如果是他俩说在运动的车和静止，他俩见到的同时，这个时候让灯亮，这个灯就同时朝两边传递信号，对吧？然后车上的这个人，他认为他现在站在车的中间，然后光速对他来讲都是一样的，所以光到那边和光到这边到达的时间应该是一样的。所以光同时到达这个车的两边，静止的人来看，光这个时候是在这，是吧？然后同时这个车在运动，然后光运动的时候也需要时间，光走到这的时候，这个车已经朝前走，所以这个光还要再多朝前走一点。然后它朝这边走的时候，边缘已经过来了，所以光提前一点到，所以在地面上来看，光先到后边，后到前面，所以光的“同时”性发现不是件绝对的事情。很简单，就是我通过这个道理，爱因斯坦通过这种方式告诉你，我们平常所说的，“同时”这样的一个概念不是绝对的，依赖于观察者。

那么还会出现一件什么事情？就是运动的钟。这个时钟静止的时候，走得快，它运动的时候运动的人带着钟，他认为这个钟还是一样，但是下边站着的这个人就会发现钟变慢。这种现象叫时钟变慢。这是另外一个。原来我刚才还说的尺子静止的时候，我们看是这样子，如果他去运动，那么静止的人来看，这个尺子会变短，这叫动尺变短。这是相对论的一个关于空间的结论，等等。这个物体的质量随着速度的增加而增大，等等。

那么一件很有趣的事情，我们现在经常的会出现一个词叫什么？叫穿越，是吧？穿越现在很流行，这个穿越，其实它应该这么讲，穿越是可以实现的，但是穿越到以前是不可能的。物理学的狭义相对论原理就是相对论的原理，不支持跑到以前的这个时代，后来的人要跑到以前的时代是不可以，但是你说我想看地球1万年以后什么样子，这件事情可以不可以实现？从物理学的原理，这是可以实现。你坐一个非常快非常快的飞船，你出去旅游，那么对你来讲，你觉得我十年就行，对我来讲就是十年，等你回到地球的时候，可能就是1万年就过去了。这个事情是可以真实的，只要有足够多的能量，让你做那么快的速度的旅行，这样你会发现有这样的事情发生。这个是严格的符合科学道理的，实验上有证明，这件事情是可以发生的。

另外一个非常伟大的公式，E=mc²是吧？这个公式刚出来的时候，这个是狭义相对论推出来的一个结果。这个公式刚出来的时候，有一个年轻人就去找爱因斯坦，说你推出来一个公式，这个质量可以变成等于能量，我可以把质量变成能量，这件事情如果能发生在地球上，有那么多质量，咱们变成能量，这个能量很多。爱因斯坦当时还嘲笑这个人，说你年轻人异想天开，这些事情原则上是可以，但是不知道什么时候可以发生，是吧？但是有的时候科学家也没有意识到它的意义，就像赫兹当年发现无线电波的时候，也没有发现它的应用会这么大。

这件事情后来就发生了。人们可以把两个轻的原子核碰撞，产生了一个重的原子核，两个轻的原子核的质量加在一起，比重的原子核的质量要大。那一减就是质量变成能量，这个时候要放出能量来的，所以这个过程是什么？相当于聚变。那么后来人们就发现太阳里边的能量，我们知道太阳那个地方天天我们在这看见它，是吧？一团一团的，天天能量过来，它为什么无穷无尽地燃烧，它事实上就是核聚变过程。这个过程，太阳并不是无穷地烧下去，它是轻的变成重的，重的再聚，所以它烧到一定程度全部都变成铁的时候，它就没有燃料了。所以太阳的寿命是有限的。所以我们人类总会有一天没有太阳，但是那个时候会不会还有人类，这就是另外一个问题。那个时代离我们非常非常的远，所以大家也不要杞人忧天，我们多少代之后的事情和我们没有关系。

这样大家都知道太阳能量实际上是核聚变。那么人类的梦想即在地球上实现人造太阳这件事情正在做，咱们做了几十年，咱们中国也参加了一个项目，在法国的一个项目，就是要想在地球上实现人造太阳，让轻的东西通过聚，聚了之后就放出能量。轻的东西聚起来，这件事情经常发生，但是它这个东西不可控制，不能说我想让它聚，它就聚。我想让它聚，我必须得有条件，得让它运动到一定的程度才会发生聚变，所以这种仪器就创造这样的条件。但是这样的仪器制造之后一发生聚变，那个破坏力非常大，好不容易制造东西一聚变把里边东西全烧坏了，它又不能再聚了。所以在地球上制造人类太阳这件事情还是挺难的。但是我们知道核聚变，在人类氢弹就是核聚变的原理，就是轻的东西的一聚产生出很大能量，就是这个氢弹原理。

另外一个是核裂变，就是裂变，就重的原子核变成两个小的原子核的时候，也可以出现重的原子核的质量大于两个小的原子核的质量加起来，这个时候也放出能量，这个叫裂变。这些裂变必须是非常重非常重的，叫金属，比铁要重。我们知道地球上有轻的有重的，这些重的东西，它可以裂变，也放出能量，这叫裂变。但是裂变它是有限的，因为地球上的重元素是有限的。我们现在说地球上什么煤能用多少，石油能用多少，这个也是有限的，估计也就是上百年几百年的时间用完了也就没了。所有的能源，并不是无穷无尽的，但是人类可以不断地寻找新的能源方式。

我们知道核裂变，那么它事实上是什么？它是两个不同的重的有放射性的东西，如果是它体积小到一定程度的时候不会发生连续的裂变，如果把它放在一起，它体积足够大的时候就会不断地发生裂变，这个过程就会放出大量的能量。我们知道原子弹爆炸，那个时候放的能量就是很多很多的，其实也不多，你说也就几十公斤什么之类的，它一放出能量来，一下子都发生核裂变，就出现这种情况，杀伤力非常大。

它也可以制造电池，叫核电池。它有很多的应用。但是聚变是无穷无尽的，因为我们氢元素很多，裂变是有限的。

我们知道这是四维空间的电动力学，刚才不是说爱因斯坦就原来电动力学是三维空间的和一个时间的，那么四维空间的电动力学可以写成非常漂亮的形式，这是它的这个方程。然后写出来之后，把这些方程用这种样子来描述，最后可以把麦克斯韦方程组，就是在爱因斯坦的狭义相对论当中，这个是叫麦克斯韦方程组，加了这一项，然后导致了电磁波，相对论的形式是这俩，这一个对应这两个方程，这一个对应这两方程。所以你看用相对论的方式，物理学的规律变得非常的简洁，用这种方式来表示出来。那么我们知道后来人们真正地发现了电子，电子叫阴极摄像枪，我这个地方产生有电极，然后这个地方是磁场，然后通电之后会产生荧光照到这上面，等于是电子束，电流的过程，就是电子束打过来，在磁场上发生偏转，就会出现这种情况。

这个原理就是我们过去大脑袋的电视机的原理，就这原理。就是控制电场磁场上电就是打的这个过程，在上面产生这个图像，就是我们看到的过去的大脑袋电视机的原理。这件事情是发现了电子，电子打过来在磁场下发生偏转，可以测出它的荷质比，后来果然发现了电子的电荷和质量分别为多少，就等于证明了电子。这个是粒子物理的发现。后来人们就又发现质子、中子，然后中微子。现在我们知道这个物质是由原子组成的，原子是由原子核和外边的电子组成的这样的一个图像。

那么现在我们又知道，质子、中子又是由夸克组成的，夸克有六种，这是六种夸克。然后除了电子，还有μ子、τ子，比它重的，然后还有中微子，它们对应的中微子。所以今天你要问物质世界是什么样子？就是这个表，非常的简洁。六个夸克，六个轻子。六个夸克，这个是称为第一代，这是第二代，这是第三代。然后我们平常的世界基本上都是第一代的东西，它是u和d夸克组成质子、中子，组成原子核，然后电子是围绕原子核运转的一个电子云，它们组成原子，然后这个是弱相互作用的中微子，等等。

今天的元素周期表是这么的简洁，就是100年前的元素周期表是这个元素那个元素，是吧？今天最基本的单元就是这个表。然后传递这些粒子之间相互作用的是有W正负子，然后是还有光子，传递电磁相互作用。然后还有引力子，但是引力子到目前还没有发现。还有一个粒子叫Higgs粒子，但是现在还没有发现。所以你要问科学家世界是如何组成的？他会说我有些夸克、有些氢子放到锅里边搅和搅和，然后就是世界万物。来描述它们的运动非常简单，电子的运动用这个方程——狄拉克方程。就是描述一个电子的运动用狄拉克方程。然后描述光，这一部分就是传递电子之间相互作用的，就是麦克斯韦方程。

现在你在这种形势下，麦克斯韦方程组四个就变成这个东西了，非常的简洁，在科学当中，在我们这个世界上控制我们运动规律的这些物体的运动的规律是什么？就是麦克斯韦方程。就这些，再加上狄拉克方程。所以这个就等于说告诉我们，量子电动力学是光与电的新的统一。我们前面说就电动力学是人类光与电的一次统一，证明了这个光是电磁波动，是吧？我们今天有量子电动力学，它是光与电的新的统一，那么它里边电子的运动用这个方程，而电子的运动它要保持一定对称性，就要引入一个新的场，这个新的场就是光子场。所以这样光与电的新统一在这种新的形势下统一起来。这是我们今天的量子电动力学。量子电动力学应该说到了今天为止，是人类历史上最精确最漂亮的一个理论，它的准确程度可以，你看测量可以准确到这些值，多少次方之后，这是人类到目前为止，计算和实验值之间符合得非常非常的好。所以这个量子电动力学到目前为止是最精确的理论，到目前为止没有发现任何有破坏的迹象。如果人类能够发现量子电动力学破坏，标志着人类对自然的认识将进入一个更深的层次。

好，我们知道这几天正在有一个Big News是吧？这Big News是什么？发现中微子超光速，这件事情是怎么回事？我说的欧洲核子中心做大型的原子核对撞，要制造宇宙早期碰撞的一个条件的，是吧？那个地方还要发现Higgs粒子等等。这些事情现在都没有做到，然后新粒子也没有做到。然后Higgs粒子可能永远找不着了，现在的情况可能是这样，希望很渺茫。但是他们突然冒另外一个泡，说中微子，发现中微子的速度是超光速的。这件事情是怎么回事？就是CERN（欧洲核子研究中心）在这个地方它不是大量的粒子碰撞吗？碰撞的结果产生π粒子，π粒子再衰变成中微子，有一个是第二种类型的叫μ中微子。μ中微子，中微子它是这样，中微子它是穿透力很强的，它是弱相互作用，所以它在地球上穿来穿去，在我们身体周围穿来穿去，我们根本就没有感觉，也不和我们有任何相互作用，或者相互作用非常非常的小，以至于我们每个人被穿了很多遍之后，它根本对我们任何影响都没有。超光速超了多少？大家会问。这个超的非常小，就10^-5，就是它的速度减上光速，再比上光速是10^-5，10^-5什么量级？十万分之一，实际上是比较小，对我们的生活没有什么影响，但是在科学界这是大事。

所以大家试图在解释，一个可能的解释，就是爱因斯坦的相对论性原理要做一些调整，爱因斯坦相对论的原理有可能会被破坏，这个破坏就会出来一些非常稀有的实验现象，这些实验现象通过探测有可能标志着相对论性原理有一定的破坏，我们需要提出一个新的原理来对它做一些修正，我们在我们文章当中谈了这件事情。这个文章今天是这样，今天第一次我们对世界上开放，应该说世界同行已经读到我们这文章。

我们知道这个光明是人类一直在寻找，是吧？那么远古的人们在黑夜的时候，作为一片黑暗的时候是很恐怖的，希望能够找到光明，然后就是上帝给了我黑色的眼睛，我却用它来寻找光明。到了今天我们知道由于电的发现使人类的黑夜也有了光明，但是我们对于光和电的认识还在进一步的深化，有可能我们对光和电又有一个新的认识。