阿爾伯特·愛因斯坦(1 / 2)

阿爾伯特·愛因斯坦

(公元1879~公元1955)

二十世紀最偉大的科學家,永遠屬於智慧超群行列中的天才,愛因斯坦以其相對論而最為世人所知。實際上相對論包含兩種學說,即1905年提出的狹義相對論和1915年提出的廣義相對論。人們常把後者稱為愛因斯坦引力定律。由於這兩種學說都十分複雜,在此不打算加以說明,而隻是想對狹義相對論作幾點評說。

“一切都是相對的”是一句世人熟知的格言。但是愛因斯坦的學說並不是哲學上陳詞濫調的重複,而是用數學準確表述科學度量的具有相對性的道理。顯然,對時空的主觀感覺取決於觀察者,但是在愛因斯坦以前,大多數人總是認為實際的距離和絕對的時間就存在於主觀印象之中,用精密的儀器就可以把它們如實地測量出來。愛因斯坦的學說否定了絕對時間的存在,使科學思想發生了革命。下麵的例子可以說明他的學說究竟是怎樣徹底改變我們的時間觀的。

設想有一架飛船X以每秒100000公裏的速度飛離地球。在飛船上和地球上的觀察者都對飛船速度進行測量,兩者所測得的結果相等。與此同時,有另一架飛船沿著飛船X的同一方向但以大得多的速度作飛行運動。如果地球上的觀察者對飛船的速度進行測定,就會發現它是在以每秒180000公裏的速度飛離地球。飛船上的觀察者也會得到同樣的結果。

由於現在兩個飛船都沿同一方向運動,兩者的速度差似乎應該是80000公裏/秒,而且較快的飛船肯定會以這個速度飛離較慢的飛船。

但是愛因斯坦學說卻預言,如果觀察者是在這兩個飛船上進行的,兩個觀察者會一致認為它們之間的距離是以100000公裏/秒而不是80000公裏/秒的速率增加。

乍看起來,這樣的結果荒唐可笑,作者這裏在措詞上耍了個花招,或者認為這個問題的某些重要的細節還沒有提及,事實決非如此。這個結果與飛船構造的詳細情況或用來推進飛船的力毫無關係;不是觀察有錯誤,不是由於測量儀有毛病,措詞上也沒有玩弄花招。根據愛因斯坦的速度合成公式很容易計算出來,上述結果隻不過是時空基本性質的一個產物。

但是所有這些,在理論上似乎使人感到高深莫測,實際上許多人在長年中把相對論視為無實用價值的“象牙之塔”之類的假說,避而不談。自從1945年原子彈落在長崎、廣島以來,人們對相對論開始正目以視。從愛因斯坦相對論所得出的結論之一就是物質和能量在某種意義上來看是等同的,兩者的關係可以用公式E=MC2來描述,其中E代表能量,M代表質量,C代表光速。由於C是個很大的數字,等於186000英裏/秒,那麼C2就是一個更為巨大的數字。由此可知,很小量的物質即使隻發生部分轉變也會釋放出巨大的能量。

當然人們不能隻根據公式E=MC2製造原子彈和建立核電站。切須記住許多其他人也對發展原子彈發揮了重要的作用,但是愛因斯坦為之做出的重大貢獻是不言而喻的。愛因斯坦1939年致函羅斯福總統,指出了製造原子彈武器的可能性,強調了美國搶在德國前麵造出這種武器的重要意義。就是這封信促進了曼哈頓工程的建立,導致了第一顆原子彈的發射。

狹義相對論引起了人們激烈的爭執,但是有一點是一致的,那就是它是曾被發明的最令人感到神密莫測的學說。可是人們都錯了,因為愛因斯坦的廣義相對論一開始就有這樣的前提,引力效應並不是通常所說的物理力,而是空間本身彎曲的結果。一個多麼令人驚奇不已的學說啊!

怎樣才能測出空間本身的曲度呢?空間彎曲究竟意味著什麼呢?愛因斯坦不僅提出了這一學說,而且把這一學說用清晰的數學式表達出來,他的數學表達式可以做出一些具體的預見,使他的假說得到驗證。後來所做的觀察——其中最有名的觀察是在日全食期間做的——反複證明了愛因斯坦方程的正確性。

廣義相對論與所有其他科學定律相比具有幾個獨到之處。愛因斯坦學說的提出並不是以細致的實驗為基礎,而是以對稱和精巧的數學為依據,即象希臘哲學家和中世紀學者那樣,以理性主義為依據(這樣地的學說就與基本上以實驗為依據的現代科學發生了衝突)。但是希臘哲學家在追求美和對稱過程中從來沒能提出一種經得起實驗的關鍵性檢驗的力學學說,而愛因斯坦的學說到目前為止卻經受住了各種檢驗。一般認為在所有的科學學說中,廣義相對論最美妙、最幽雅、最有效、最有說服力。這是他的研究方法帶來的一個成果。