爱因斯坦和他的“相对论”
爱因斯坦和他的“相对论”
１９１１年的一天，在著名的布拉格大学校园里的一片草地上，一群大学生围坐在一位 年轻学者的身旁，正进行着激烈的讨论。 “请您通俗地解释一下，什么叫相对论？”一位学生微笑着向青年学者发问。 年轻学者环视一下周围的男女学生，微笑着答道：“如果你在一个漂亮的姑娘旁边坐了 两个小时，就会觉得只过了１分钟；而你若在一个火炉旁边坐着，即使只坐１分钟，也会感 觉到已过了两个小时。这就是相对论。” 大学生们先是一愣，接着便大笑起来。 “好！今天我们就谈到这里。”年轻学者站起身来，向大家告别后，便向图书馆走去。 这位年轻学者，就是伟大的科学家，相对论的创始人——爱因斯坦。 爱因斯坦１８７９年３月１４日出生在德国的一个犹太人家庭。父亲是一个电器作坊的 小业主，当爱因斯坦１５岁时，父亲因企业倒闭带领全家迁往意大利谋生。 １８９６年秋天，爱基斯坦就读于瑞士联邦高等工业学校。在学校里，除了数学课以 外，他对其它讲得枯燥无味的课程都不感兴趣。但热衷于探索自然界的奥秘，对此他产生了 浓厚的兴趣，利用课外时间阅读大量有关哲学和自然科学的书籍。 １９００年，爱因斯坦从瑞士联邦高等工业学校毕业后，加入了瑞士国籍，长期找不到 工作。两年后，他才在瑞士联邦专利局找到同科学研究无关的固定职业。但在专利局供职期 间，他不顾工资低微的清贫生活，坚持不懈地利用业余时间进行科学研究，并不断取得成 果。１９０５年，爱因斯坦在物理学方面的研究，取得突破性进展，创立了狭义相对论。这 时他刚刚２６岁。 相对论是爱因斯坦在自己题为《论动体的电动力学》这篇论文中提出的。在此之前，传 说物理学的时空观是静止的、机械的、绝对的，空间、时间、物质和物质运动相互独立，彼 此没有什么内在联系。也就是说，物质只不过是孤立地处于空间的某一个位置，物质运动只 是在虚无的、绝对的空间作位置移动，时间也是绝对的，它到处都是一样的，是独立于空间 的不断流逝着的长流。这就是牛顿古典力学的时空观。爱因斯坦以极大的毅力和胆识，突破 了传统物理学的束缚，猛烈地冲击形而上学的自然观。他认为，空间、时间、物质和物质运 动，彼此不可分割，它们之间紧密相联。作为物质存在形式的空间和时间，在本质上是统一 的，随着物质的运动而变化。狭义相对论的最重要的结论之一，是关于质量和能量的关系 （Ｅ＝ＭＣ２）。它告诉我们，物质的质量是不固 定的，运动的速度增加，质量也随着增加；一定质量的转化必定伴随着一定能量的转 化，反之亦然。这个著名的公式成为原子弹、氢弹以及各种原子能应用的理论基础，由此而 打开了原子时代的大门。 狭义相对论的问世，震动了物理学界，也使这位年轻学者的名字，马上传遍了整个欧 洲，给他带来了极高的声誉。德国著名的理论物理学家普朗克，向布拉格大学推荐爱因斯坦 时说：“要对爱因斯坦理论作出中肯评价的话，那么可以把他比作２０世纪的哥白尼。这也 正是我所期望的评价。” １９１１年，年仅３２岁的爱因斯坦，被布拉格大学聘为教授，１９１３年，他重新回 到德国，任柏林大学教授，并当选为普鲁士皇家科学院正式院士，不到４个月，第一次世界 大战爆发了。 爱因斯坦一向憎恶战争，主张民族和睦，公开发表反战宣言，同一位哲学家共同起草了 《告欧洲人民书》，呼吁欧洲科学家应竭尽全力，尽快结束这场人类大屠杀。然而，却没有 什么著名人士响应。在这段岁月里，爱因斯坦满腹愁肠，闭门不出，深入自己的科学研究。 在研究中，他发现狭义相对论的理论体系还不完善，它只解释了等速直线运动，而不能 解释加速运动和万有引力的问题。因此，爱因斯坦又花了整整十年时间，于１９１５年又创 立了广义相对论。 广义相对论的重要结论是，加速运动与引力场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者 引力所产生的运动是不可能的。对此，爱因斯坦作了一个形象的比喻。他设想有一个人乘摩 天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在 下降，仿佛在电梯里不存在地球引力。反之，如果电梯以不变的加速度上升，那么人在电梯 里将觉得双脚紧贴在地板上，好象站在地球表面一样。这个等价原理是广义相对论的基础， 它显示了等速运动的一些基本原理可以应用到加速度运动中，把狭义相对论推广到更为普通 的情况。 爱因斯坦认为，光在引力场中不是沿着直线，而是沿着曲线传播。并指出，当从一个遥 远的星球上发出的光在到达地球的途中经过太阳的时候，应当由于太阳的引力而弯曲，因 此，而使这个星球看起来的位置与实际不符。其偏斜的弧度，据爱因斯坦计算，应当是 １．７５秒。因此建议，在下一次日全蚀时，通过天文观测来验证这个理论预见。 １９１９年５月，英国一位天体物理学家率领两个天文考察队，拟定在日全蚀时分别在 巴西和西非摄影，以验证从广义相对论推出的这一重要结论。同年１１月，伦敦皇家学会和 天文学会联席会议正式公布观测结果。测得的光线偏转度竟和爱因斯坦计算的非常一致。这 下使牛顿的引力学说失去了普遍的意义。 这个消息公布后，全世界为之轰动，爱因斯坦的名字在社会上广为流传，几乎家喻户 晓，科学爱们公认他是继伽里略、哥白尼以来最伟大的物理学家之一，是“２０世纪的牛 顿”。 １９３３年，德国法西斯头子希特勒上台后，加紧了对犹太人的迫害。爱因斯坦被迫迁 居美国，任普林斯敦高级学校研究院教授，并于１９４０年取得美国国籍。 １９５５年４月，爱因斯坦在普林斯敦病逝。这位伟大的科学家在他的遗嘱中，要求把 他的骨灰撒在不为人知的地方。但他那献身科学的精神和充满光芒相对论学说，则永远激励 着后人。