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前文说到爱因斯坦论文发表了，一开始别人都没注意，慢慢事情就闹大了，别人都在打听这个爱因斯坦在哪个大学工作啊，结果所有大学都没回消息，结果别人找了半天发现他不在大学里，在专利局工作，搞物理属于玩票，这里面就有爱因斯坦当年的老师明可夫斯基，明可夫斯基简直不敢相信这事，那时候他给爱因斯坦上课后者老翘课，他也挺懊恼啊这爱因斯坦是个天才当年自己怎么就没发现呢。 大概在1907到1908年之间爱因斯坦的论文就发表了并没多久，随后明可夫斯基就和希尔伯特一起研究爱因斯坦的论文，他们觉得这论文写的太好了。他们俩全是数学家，他们就觉得一帮物理学家搞计算那肯定没有数学家来搞的顺手，觉得数学家很厉害啊，明可夫斯基就在大学里讲爱因斯坦的理论，他觉得这属于最新的科学成果理应让学生第一时间知道。明可夫斯基就第一时间精炼了爱因斯坦的学说，他觉得应该把时间和空间同等对待，构成一个四维时空，但爱因斯坦就觉得这只是个噱头，也就是听上去厉害一点。后来爱因斯坦觉得这不仅仅是包装这么简单，明可夫斯基还是很厉害的，四维时空这个概念还是很有意义的，这种描述与事物的本质更贴切。 洛伦兹也听说这事了，他看了爱因斯坦的论文推导公式心想怎么跟他自己写的一样，但是解释的理论跟他的又完全不一样，他其实不太同意爱因斯坦的说法，但这俩人的公式又一样，他为了区分这两个理论他就给爱因斯坦的理论起名叫相对论。爱因斯坦知道了觉得也OK吧，这名字也能接受，这名慢慢就传开了，这理论就被叫做了相对论。物理界那帮大佬看到爱因斯坦这篇论文眼睛都发光，普朗克首先就肯定了爱因斯坦的理论，随后能斯特和劳厄也表示这个理论挺靠谱，后来法国的居里夫人和郎之万也表示这个理论没问题。爱因斯坦的那篇论文其实格式都不是特别规范，因为他的论文没有引用任何其他的物理论文，因为有好多东西他都不知道。当时那些论文在瑞士只有一本杂志上有，爱因斯坦很有可能都没看过那个杂志。普朗克审核爱因斯坦的文章就觉得这论文太好了，就应当发表，当然了也有人完全无视这档子事，这人就是庞加莱，他跟爱因斯坦两个人都不提这事，记者问他们俩他们俩谁都不说，因为庞加莱觉得自己也差不多提出了这个理论，而爱因斯坦就觉得这东西肯定是自己搞出来的，这两人见过面，一个觉得后生可畏，爱因斯坦这么年轻就能提出这个理论，另一个觉得对方是泰斗宗师，反正双方都觉得对方挺不错的。庞加莱在1912年就去世了，有数学界的人就给爱因斯坦写了一封信，说要出个纪念文集来纪念庞加莱，结果爱因斯坦拖了4个月才回信，他就说自己在外面旅游，刚刚才收到信，现在看到信已经太晚了，写也没用要不就算了吧。结果偏巧组织者不死心，他说没事，只要你写就OK，晚就晚一点不影响。然后爱因斯坦又拖了两个半月才回信，说自己太忙了抽不出时间写啊，最后不了了之了，搞了半天他就拖了半年硬是没写。不过爱因斯坦在1921年的演讲中还是很公正的肯定了庞加莱对于相对论做出的贡献，爱因斯坦评价庞加莱是相对论的先驱之一，你看这话说的，那到底算庞加莱摸到了相对论还是没摸到呢这个好像模棱两可，而且还是先驱者之一，反正这话的意思就是肯定不能抢了自己风头，这是庞加莱这边。 庞加莱 有很多其他的物理学家表示自己完全不能理解这个理论，他们就根据爱因斯坦的相对论设想了一大堆稀奇古怪的情况，因为相对论真能推导出很多奇葩的结论，他们都觉得不太对劲，但是之前那些物理大佬都认了，所以这帮物理学家也不好吱声，万一自己提出来有啥问题都被别人笑话那也不太好。越厉害的物理学家越不说话，反而越年轻的学生越闹的沸沸扬扬。常见的狭义相对论效应就那么几个，最简单的就是钟慢尺短。两个人相对运动，如果速度够快，双方就会发现对方的尺子相比静止的时候缩短了。如果在静止的时候两个人把时间对好了，然后他们俩做相对运动，每个人都会发现对方的表慢了。爱因斯坦就说这是时空的收缩性，而用洛伦兹的话说就是这是相对于以太收缩了，洛伦兹就带一帮学生去搞研究，相对于以太收缩了原子间的尺寸，那蜷缩之后会不会产生什么电磁效应啊，是不是相对运动的物体不同收缩的就不同啊之类的问题。爱因斯坦就认为压根没这回事，因为这是时空本身尺度引起的收缩，这不一样，所以不会有那么多乱七八糟的效应，这就是个几何效应而已。假如每个人运动状态和其他人都不一样，那就不要指望他们之间相互的时间和空间是完全一样的，你看到的景象很有可能跟其他人就不一样，不过它们之间是可以用洛伦兹变换进行换算的。有人就说空间尺度好办，每个人拿个尺子，两车交会的时候对比一下，俩人都觉得对方的尺短，这就测出来了这个好搞，那时间就不能这么测了啊，也好办，在地上放一长串表，所有的钟表全都校准，然后让一个人带着一块校准的表做快速的相对运动，在运动的过程中和地上的表进行一下对比就可以看出来时间不一致了，会发现地上的表变慢了。既然如此，法国科学家郎之万就提出了一个著名的双生子佯谬，说有一对亲兄弟年龄是一样大的，一个在地球好好活着，另一个就坐火箭去宇宙里飞个几十年再回来，回来之后就发现原本岁数一样的两个人在地球那个就变成老头了，而坐火箭出去那个要年轻的多，这就是著名的双生子佯谬。郎之万是理解爱因斯坦理论的，但是这个问题他又不能不说出来，其实这个问题要到四维时空里才能解决，我们用普通的牛顿经典物理体系是无论如何也理解不了的。 双生子佯谬 我们中学的时候学欧几里德几何知道了很多几何学知识，也知道笛卡尔弄的那个坐标系。我们的空间就是一个三维坐标，叫做欧几里德空间，明可夫斯基厉害之处就在于他把时间也算成一个维度，这样就构成了一个四维时空，这个空间叫做伪欧几里德空间，伪欧几里德空间和欧几里德空间很像但不它不是，也叫明可夫斯基空间，这个词后面还会提到很多次。明可夫斯基空间就是我们日常生活中最普通的空间了，在之后还会遇到一些稀奇古怪的空间，比如说黑洞的内部。 一个人在地面上几十年不动，那他就会在明可夫斯基空间的时间轴上画出一条直线，因为人是原地不动的，所以他对应的空间坐标也不动，但是时间不可能停止，所以就在时间轴上一直画着线。那个坐火箭飞出去的人他就在空间里画的并不是一条直线而是一个弧线，这俩人一起出生了所以起点相同，而后面火箭飞回来俩人又碰面了因此俩人终点也是相同的，但这俩人在空间中走过的路线是不一样的，那么长短自然也就不同，因此年龄就不相同了。在明可夫斯基空间里这是一个非常复杂的计算，就出现了一个很奇葩的结果，在地球上的人老的快，坐火箭出去那个人老的慢。有人就说了在地球上看火箭那是火箭跑了地球没动，而在火箭上那个人看到的是地球跑而火箭没动，你不是说运动都是相对的嘛，那互相看到的应该是对方的时间变慢怎么这一次只有一个人的时间变慢呢？那是因为火箭要完成这个过程必定会有一个加速和减速的过程，发动机一开始要疯转，到了最大速度才能做匀速运动，然后调头回来的时候还必须转个弯，靠近地球就必须要赶紧减速刹车，在这个过程里双方就处于一种不对称的状态，这次造就了双生子佯谬。这种结论是对的只是结果在我们看起来很奇葩的我们就叫做佯谬，说白了就是看上去是错的其实是对的的结果就是佯谬。 当时有好多人都在研究相对论，很多人研究了一辈子都没崭露头角，也有那种一头雾就名垂青史的人，这人就喜欢背书，啥书都看啥课都听，反正听课不要钱，他还经常喜欢跟爱因斯坦抬杠，这人就是他在专利局的同事叫做贝索，不过这人没啥科学成就，纯粹就是一个爱好者。有次专利局的领导让他去出差，结果他下了火车就给领导发电报说自己忘了这次来出差是要干嘛了，就这么一号人跟着爱因斯坦就名垂青史了，因为有天下午爱因斯坦找他聊天，就谈起来这些年一直困扰他的事，就是之前我们说的火车被雷劈的思想实验，那本质就是同时性的问题，如果要承认光速不变性的话那同时性就得完蛋。他俩聊到一半爱因斯坦突然灵光一闪，贝索那纳闷怎么这人聊到一半突然就跑了，过了一个星期爱因斯坦那篇论文就出来了，爱因斯坦在论文最后还感谢了贝索先生，说贝索先生给了他很大的启发才得以让他写出这篇论文，贝索后来也很感谢爱因斯坦，毕竟按照贝索那水平是无论如何也不可能凭自己能力在物理学史上留下一笔。 其实很多人离发现相对论就差临门一脚，比如洛伦兹，比如庞加莱，因为物理学已经发展到那个地步了，就差最后那一下了。杨振宁曾经评价过这事，他大概意思就是洛伦兹没啥远见，只会就事论事，盯着眼前这点事干，而庞加莱就有远见了，而且数学水平是深不可测，可是他没有去做什么具体的实际工作，而爱因斯坦则是两者兼备，因此才成了相对论的发现者。那时候大伙生怕自己领悟的不好，都在开脑洞研究相对论，毕竟相对论给的很多结论是很奇葩的，人们那种时空观都被颠覆了。爱因斯坦自己知道这个理论是不完善的，因为有一个难题摆在眼前，那就是没办法定义惯性系。爱因斯坦的所有理论都是建立在惯性系之上的，洛伦兹变换的作用就是搞定各种各样惯性系之间的换算的，而到了爱因斯坦这惯性系都没法定义了这可要了老命。 啥是惯性系？说白了就是牛顿的运动定律，假如一个物体不受力，那么它要么就是静止要么就做匀速直线运动，这个参考系就可以看做惯性系，牛顿的理论是绝对时空，有绝对时空在就好办了，任何运动啊静止啊都可以通过空间来判断。爱因斯坦的相对论就把牛顿的绝对时空给废了，那受力就没法判断了，时空都是相对的了那就没法判断受力了。不仅仅是这一个麻烦，还有另一个让爱因斯坦头大的麻烦，这个电磁力天生是符合狭义相对论原理的，因为之前麦克斯韦他们都是用牛顿的绝对时空观，结果发现对不上，后来洛伦兹一改造，用洛伦兹变换一弄，写出来就天生符合狭义相对论了，但是引力就头疼了，这引力不管怎么写都写不到狭义相对论里，没办法写成符合狭义相对论的那个形式，这也是一个麻烦。其实说起来我们都碰到过这种情况，一个系统哪里是个大坑哪里往往就是突破口，比如小学生都会的加减乘除的算术系统，里面就有一个很大的坑了，那就是0不能为除数，老师会说这根本没意义千万别这样搞。后来到了中学和大学就知道这背后隐藏了一个东西叫做无穷大，从无穷大里可以得出一个概念叫极限，从极限里又能引出一个大学问叫微积分。数学里一个很小的坑，慢慢扯开就是一门很大的学问了，这样的例子还有很多，比如说之前学的负1不能开根号，那老师就会说这个不要多问，反正是一件没有意义的事，但后面的学习就会引出来一个东西叫复数，这也是一门很大的学问。再比如学尺规作图的时候老师也说尺规作图是不能把一个角三等分的，这背后又隐藏了一门大学问叫做群论。爱因斯坦目前碰到了两个坑，这两个坑还不是同一个，但爱因斯坦想了一下感觉这两个坑还有点联系，它们都跟质量有联系，质量越大惯性越大，质量越大两者之间引力越大，难道说这两个坑之间是相通的吗？一般来讲一个物理量只管一件事，比如说温度那就是管物体冷热的，比如说长度那就管某个物体的尺寸，唯独质量它管了两件事，一个是惯性，另一个就是引力。如果说这俩东西是有关系的那倒好解释，可是这俩谁也不挨谁，难道说背后另有隐情？爱因斯坦就各种想不明白了。 在奥林匹亚科学院大家一起读书的时候有人就介绍了一本马赫的书，上面就说了牛顿的绝对时空观，提到了牛顿的一个思想实验，那就是著名的水桶实验。这个实验是这样的，一个桶里面有水，水处于静止状态，那水面肯定就是平的，随着水桶开始旋转那水也会跟着桶一起转，于是水面就变成了凹面，这种情况大伙都看过，离心力让水面凹下去了。如果说在水桶上装一个摄像头，通过摄像头去看就会发现水桶是不动的但水面自己凹下去了，也不会觉得水在动，因为水和桶是相对静止的。牛顿的意思就是通过这个就能判断桶是静止的还是旋转的，假如桶相对于绝对时空是静止的那么水面就是平的，如果水面凹下去了那桶就一定在旋转，就因为有绝对时空的存在才能判断，如果说一切都是相对的，那就根本无法判断桶是否在旋转了。但是这事是在马赫的书里出现的，马赫才不信这一套鬼话，他认为这都是一派胡言，那么究竟是怎么样的呢？请看下回分解。 |
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