爱因斯坦想象颠覆世界

2016-01-08  辷盀

从苏黎世到柏林

刚刚经历了物理世界的探险,我们可以体会到,世界的本质离我们的感觉、经验太远,理解起来不容易,接受起来更不容易—即使是100多年后的我们,虽然享受着这些认识带来的成果,看着各种穿越剧,接受着各种科普成果,理解起来依然没那么容易。可想而知,当初揭示它们时,需要何等的智慧和勇气。

狭义相对论创建之初,不要说外行人,就算是物理学家,也难以理解和接受。别人不说,洛伦兹、庞加莱这些顶级大腕就是最好的例子。所以那时,曾有“世界上只有12个人理解相对论”的说法。

狭义相对论被物理学界接受后,为了让求知若渴的人们了解相对论,《科学美国人》杂志发起了征文比赛,征求相对论最容易理解的解释论文,奖金5000美金。那个时候美金的购买力大约是现在的24倍,一个工人每天挣5美金就算是高薪了,所以当时的5000美元大概相当于今天的12万美元、73万元人民币,可谓是一个奖金丰厚、充满诱惑的大奖。所以虽然懂相对论的很少,但参赛者达数百名之多,其中还包括爱因斯坦的不少朋友。但爱因斯坦没去凑这个热闹,有人问老爱为何不参赛,他笑道:“我认为不能获胜。”实际上,他后来写的科普书《狭义与广义相对论浅说》还是比较好懂的。

“相对论”不是爱因斯坦命名的,他不喜欢这个名字,因为名不副实,但既然叫开了,也就只好遂了众意。如果让爱因斯坦起名,他宁愿叫“不变论”,因为它的基本原理“物理定律对所有惯性系都相同,光速不变”强调的是“不变”。所以,那些把相对论概括为“一切都是相对的”的人,不是不懂,就是在曲解。

狭义相对论拨开了以太之死的乌云,在物理界正为它的颠覆性而纠结时,爱因斯坦却已经发起了新的挑战。这次挑战没有任何现实需要,完全是他本人出于对优雅、简洁的自然规律的追求,更是因为他不满于狭义相对论的局限:

首先,物理定律对所有惯性(匀速直线运动)系都相同,那么,非惯性系谁来管?物理定律应该对所有运动状态都相同。不管哪种运动状态,都应该可以描述和预测,这才算找到了大自然的根本规律。大自然的规律应该是简洁的、优雅的、普遍的,而不应该是一堆各不相同的定律的拼凑混搭。

其次,狭义相对论不包括引力。描述空间、时间、运动、质量,却不描述引力,就相当于穿了一套考究的上衣,却不穿裤子一样。

这些问题就像当年的追光之问一样,在爱因斯坦的脑海里兴风作浪,挥之不去。从产生追光之问到建立狭义相对论,爱因斯坦用了10年时间,那么,从审视狭义相对论的局限到突破这个局限,把相对论推广到任何运动状态,包括引力,还需要花费多少光阴呢?

1907年的一天,爱因斯坦像平时一样坐在伯尔尼专利局的椅子上胡思乱想,突然,一幅画面映入脑海:坠楼。一个自由下落的人是感觉不到自己的重量的,引力哪儿去了?他抓住这个灵感,做起了思想实验:把人放在一个密封舱里(就当它是电梯好了),如果电梯自由下落,那么,人会感到失重,把电梯放在远离引力的太空里,感觉是一样的。如果在太空中让电梯加速运动呢?乘过电梯的人都知道,电梯加速时,里面的物体将感受到“重力”。这样一来,人在密封舱里,根本分不清自己是在引力场中下坠,还是漂浮在太空中。加速、引力,二者是等效的!通过这个思想实验,爱因斯坦把惯性质量和引力质量联系了起来,这就是等效原理的雏形。其中细节,我们在第六章再聊。

爱因斯坦把等效原理的发现称为“一生中最幸福的思想”。

为了把这个最幸福的思想落实成一个新的理论体系,爱因斯坦开始了新的跋涉、冲刺。但此时,他的家庭生活却不能给他提供这样的环境和条件……

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明日关注:世界大战

来源: 西宁晚报

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