愛因斯坦和“相對(duì)論”
導(dǎo)讀：阿爾伯特·愛因斯坦，世界十大杰出物理學(xué)家之一，現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者、集大成者和奠基人。作為20世紀(jì)猶太裔理論物理學(xué)家，愛因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論——現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一(另一個(gè)是量子力學(xué))，其質(zhì)能方程E = mc2 著稱于世，并因?yàn)?ldquo;對(duì)理論物理的貢獻(xiàn)，特別是發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)”的規(guī)律而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
一天，在著名的布拉格大學(xué)校園里的一片草地上，一群大學(xué)生圍坐在一位年輕學(xué)者的身旁，正進(jìn)行著激烈的討論。 “請(qǐng)您通俗地解釋一下，什么叫相對(duì)論?”一位學(xué)生微笑著向青年學(xué)者發(fā)問。 年輕學(xué)者環(huán)視一下周圍的男女學(xué)生，微笑著答道：“如果你在一個(gè)漂亮的姑娘旁邊坐了兩個(gè)小時(shí)，就會(huì)覺得只過了1分鐘;而你若在一個(gè)火爐旁邊坐著，即使只坐1分鐘，也會(huì)感覺到已過了兩個(gè)小時(shí)。這就是相對(duì)論。” 大學(xué)生們先是一愣，接著便大笑起來。 “好!今天我們就談到這里。”年輕學(xué)者站起身來，向大家告別后，便向圖書館走去。 這位年輕學(xué)者，就是偉大的科學(xué)家，相對(duì)論的創(chuàng)始人——愛因斯坦。
愛因斯坦1879年3月14日出生在德國(guó)的一個(gè)猶太人家庭。父親是一個(gè)電器作坊的小業(yè)主，當(dāng)愛因斯坦15歲時(shí)，父親因企業(yè)倒閉帶領(lǐng)全家遷往意大利謀生。
1896年秋天，愛基斯坦就讀于瑞士聯(lián)邦高等工業(yè)學(xué)校。在學(xué)校里，除了數(shù)學(xué)課以外，他對(duì)其它講得枯燥無味的課程都不感興趣。但熱衷于探索自然界的奧秘，對(duì)此他產(chǎn)生了濃厚的興趣，利用課外時(shí)間閱讀大量有關(guān)哲學(xué)和自然科學(xué)的書籍。 ，愛因斯坦從瑞士聯(lián)邦高等工業(yè)學(xué)校畢業(yè)后，加入了瑞士國(guó)籍，長(zhǎng)期找不到工作。兩年后，他才在瑞士聯(lián)邦專利局找到同科學(xué)研究無關(guān)的固定職業(yè)。但在專利局供職期間，他不顧工資低微的清貧生活，堅(jiān)持不懈地利用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行科學(xué)研究，并不斷取得成果。，愛因斯坦在物理學(xué)方面的研究，取得突破性進(jìn)展，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論。這時(shí)他剛剛26歲。
相對(duì)論是愛因斯坦在自己題為《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》這篇論文中提出的。在此之前，傳說物理學(xué)的時(shí)空觀是靜止的、機(jī)械的、絕對(duì)的，空間、時(shí)間、物質(zhì)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，彼此沒有什么內(nèi)在聯(lián)系。也就是說，物質(zhì)只不過是孤立地處于空間的某一個(gè)位置，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)只是在虛無的、絕對(duì)的空間作位置移動(dòng)，時(shí)間也是絕對(duì)的，它到處都是一樣的，是獨(dú)立于空間的不斷流逝著的長(zhǎng)流。這就是牛頓古典力學(xué)的時(shí)空觀。愛因斯坦以極大的毅力和膽識(shí)，突破了傳統(tǒng)物理學(xué)的束縛，猛烈地沖擊形而上學(xué)的自然觀。他認(rèn)為，空間、時(shí)間、物質(zhì)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，彼此不可分割，它們之間緊密相聯(lián)。作為物質(zhì)存在形式的空間和時(shí)間，在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，隨著物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)而變化。狹義相對(duì)論的最重要的結(jié)論之一，是關(guān)于質(zhì)量和能量的關(guān)系(E=MC2)。
它告訴我們，物質(zhì)的質(zhì)量是不固 定的，運(yùn)動(dòng)的速度增加，質(zhì)量也隨著增加;一定質(zhì)量的轉(zhuǎn)化必定伴隨著一定能量的轉(zhuǎn)化，反之亦然。
這個(gè)著名的公式成為原子彈、氫彈以及各種原子能應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，由此而打開了原子時(shí)代的大門。 狹義相對(duì)論的問世，震動(dòng)了物理學(xué)界，也使這位年輕學(xué)者的名字，馬上傳遍了整個(gè)歐洲，給他帶來了極高的聲譽(yù)。
德國(guó)著名的理論物理學(xué)家普朗克，向布拉格大學(xué)推薦愛因斯坦時(shí)說：“要對(duì)愛因斯坦理論作出中肯評(píng)價(jià)的話，那么可以把他比作20世紀(jì)的哥白尼。這也正是我所期望的評(píng)價(jià)。” ，年僅32歲的愛因斯坦，被布拉格大學(xué)聘為教授，，他重新回到德國(guó)，任柏林大學(xué)教授，并當(dāng)選為普魯士皇家科學(xué)院正式院士，不到4個(gè)月，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)了。
愛因斯坦一向憎惡戰(zhàn)爭(zhēng)，主張民族和睦，公開發(fā)表反戰(zhàn)宣言，同一位哲學(xué)家共同起草了《告歐洲人民書》，呼吁歐洲科學(xué)家應(yīng)竭盡全力，盡快結(jié)束這場(chǎng)人類大屠殺。然而，卻沒有什么著名人士響應(yīng)。在這段歲月里，愛因斯坦?jié)M腹愁腸，閉門不出，深入自己的科學(xué)研究。 在研究中，他發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論的理論體系還不完善，它只解釋了等速直線運(yùn)動(dòng)，而不能解釋加速運(yùn)動(dòng)和萬有引力的問題。因此，愛因斯坦又花了整整十年時(shí)間，于又創(chuàng)立了廣義相對(duì)論。 廣義相對(duì)論的重要結(jié)論是，加速運(yùn)動(dòng)與引力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)是等價(jià)的，要區(qū)別是由慣性力或者引力所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是不可能的。對(duì)此，愛因斯坦作了一個(gè)形象的比喻。
他設(shè)想有一個(gè)人乘摩天樓的電梯自由降落，人不會(huì)感到自己在下降，因?yàn)檫@時(shí)電梯和人都依照重力加速度定律在下降，仿佛在電梯里不存在地球引力。反之，如果電梯以不變的加速度上升，那么人在電梯里將覺得雙腳緊貼在地板上，好象站在地球表面一樣。這個(gè)等價(jià)原理是廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)，它顯示了等速運(yùn)動(dòng)的一些基本原理可以應(yīng)用到加速度運(yùn)動(dòng)中，把狹義相對(duì)論推廣到更為普通的情況。 愛因斯坦認(rèn)為，光在引力場(chǎng)中不是沿著直線，而是沿著曲線傳播。
并指出，當(dāng)從一個(gè)遙遠(yuǎn)的星球上發(fā)出的光在到達(dá)地球的途中經(jīng)過太陽的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)由于太陽的引力而彎曲，因此，而使這個(gè)星球看起來的位置與實(shí)際不符。其偏斜的弧度，據(jù)愛因斯坦計(jì)算，應(yīng)當(dāng)是1.75秒。
因此建議，在下一次日全蝕時(shí)，通過天文觀測(cè)來驗(yàn)證這個(gè)理論預(yù)見。 5月，英國(guó)一位天體物理學(xué)家率領(lǐng)兩個(gè)天文考察隊(duì)，擬定在日全蝕時(shí)分別在巴西和西非攝影，以驗(yàn)證從廣義相對(duì)論推出的這一重要結(jié)論。同年11月，倫敦皇家學(xué)會(huì)和天文學(xué)會(huì)聯(lián)席會(huì)議正式公布觀測(cè)結(jié)果。測(cè)得的光線偏轉(zhuǎn)度竟和愛因斯坦計(jì)算的非常一致。這下使牛頓的引力學(xué)說失去了普遍的意義。
這個(gè)消息公布后，全世界為之轟動(dòng)，愛因斯坦的名字在社會(huì)上廣為流傳，幾乎家喻戶曉，科學(xué)愛們公認(rèn)他是繼伽里略、哥白尼以來最偉大的物理學(xué)家之一，是“20世紀(jì)的牛頓”。 1933年，德國(guó)法西斯頭子希特勒上臺(tái)后，加緊了對(duì)猶太人的迫害。愛因斯坦被迫遷居美國(guó)，任普林斯敦高級(jí)學(xué)校研究院教授，并于1940年取得美國(guó)國(guó)籍。 1955年4月，愛因斯坦在普林斯敦病逝。這位偉大的科學(xué)家在他的遺囑中，要求把他的骨灰撒在不為人知的地方。但他那獻(xiàn)身科學(xué)的精神和充滿光芒相對(duì)論學(xué)說，則永遠(yuǎn)激勵(lì)著后人。