一提起科学,就不可能会遗漏爱因斯坦;一提及爱因斯坦,就不可能会遗漏相对论。在一百年前,科学重新开天辟地,迎来新的纪元,在这繁星闪耀的新天空中,阿尔伯特·爱因斯坦无疑是最明亮的一颗。
爱因斯坦假定在真空中光速恒定不变,与测量者以及光源运动无关,而且没有任何物体的运动能超越光速。而这正是狭义相对论的第一条原理。令人惊叹的是,爱因斯坦一开始并不知道迈克尔逊—莫雷的以太实验。以往的科学,往往建立在实验以及客观现象之上,运用综合方法进行归纳。但爱因斯坦,依赖分析方法,透过经验事实看到最本质的事物并将之当基本原理应用。他说,一旦找到正确的若干原理,接下来就是简单的数学推理了。在光速不变并且非无穷大的原理上,以太就没有存在的必要性,故而在描述物理定律时就要摒弃绝对时间跟绝对空间。为什么可以抛弃?既然光速与观测者无关,那么对于静止参考系及略低于光速并追着光跑的测量者来说,他们将测得同样的光速。但根据伽利略变换,这是不可能成立的。问题出在哪里呢?这里先引入一个问题——什么叫做同时?我们以光作为时间测量的标尺,当我们看到两个事件在同一时刻发生事我们认为这就是同时。那么如何解决伽利略变换跟光速不变原理,一直都很叛逆不法古的爱因斯坦大胆提出,时间和空间不是绝对的,时间因人而异,时间在不同的参考系将会有不同的值,而空间也将发生变化。这正是伽利略变换中所遗漏的。这正是爱因斯坦的天才!
在狭义相对论中,最著名的莫过于质能方程,这统一了质量和能量。另外,对于物体的研究不在局限于三维世界,外加时间轴为第四维的四维世界开启了新的科学时代。
但爱因斯坦并不满足狭义相对论,因为它仅仅适用于惯性系,也无法解决诸多谬论。于是当人们对各种谬论议论纷纷时,爱因斯坦开始十年广义相对论的摸索。在非惯性系的研究中,他发现了惯性质量与引力质量等效的原理,这暗示着引力或者只是一种几何效应。这正是后来空间扭曲,引力透镜的解释(接下来本来应该继续谈谈广义相对论的,但是它太高深,我至今没有能够在大的框架上完全理解。所以以后再做补充啦)
在一百年前,世界上理解相对论的人屈指可数,因为它太违背常理,令人难以接受。个人觉得,爱因斯坦是伟大的,不仅因为他的被历史检验承认的理论,更多的是他教给世人的思维模式。他并不是最聪明的更不是最努力的,但是他却是最能转变思维的。另外一方面,相对论的成功,应归结于爱因斯坦深信的事物之间的统一性和联系性的哲学观。如何在困难面前发现疑难的症结所在,变换自己的视角,找到突破口,并以此构建宏大理论,这是科学家最需要的。他引入的诸多概念,如时间穿越,空间曲率等等都是前无古人的,而这需要多大的勇气。历史也说明了,有时勇于打破传统才是唯一出路。而由于当时科技的原因,即使他为稳态宇宙而引入的“一生最大的错误”——宇宙常数,最终也成为宇宙学的疑难,虽然说这多少是碰巧。我觉得普朗克和爱因斯坦恰恰是物理学发展的分水岭,因为在他们之前,想象力在科学研究上没有那么的活跃,所扮演的角色不被人极力赞赏;而在1900 年以后,当物理之剑挥向微观世界和大宇宙时,想象力开始运筹帷幄了,当然客观来讲这多少也归结于我们科技的局限。我们可以清析看到,正是他们的想象力孕育的新点子,为研究指明方向,最终也得到证实!
爱因斯坦几乎可以说是一夜成名的,在1919年爱丁顿观测日食时光线的弯曲程度数据与相对论计算值的吻合使得一夜之间让爱因斯坦举世闻名。他成了科学界的超巨星,被认为是牛顿以后最伟大的科学家。正如他说,上帝为了惩罚我对权威的藐视,于是让我成了权威。但是——受他的哲学观影响,中年以后的他一心沉浸在大统一场论中不能自拔,而且也变得顽固起来了。他否定量子力学(也许是因为量子力学与相对论的格格不入吧),忽视正在崛起的量子理论。甚至有人说,爱因斯坦甚至不知道弱作用力的存在。他渐渐地变老,渐渐地脱离科学的轨迹!
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爱因斯坦同时也是激进的社会活动者,他倡导知识分子应该勇于关注社会,为社会的良心说话。有人评论说爱因斯坦一半人生奉献给社会,一半给科学。这是极恰当的,他的文集正好说明这一点。知识分子受过的教育使得他们的眼光视角要优于普通民众,所以更要担当社会的责任。爱因斯坦愿四出奔波,为正义奔走,悲悯世界受苦的人民!
很多人都有这样一个错误的认识,没有爱因斯坦就没有相对论,没有牛顿就没有经典力学,诸如此类。其实这是不客观的。毋宁说没有相对论就没有爱因斯坦。相对论是客观真理,随着人类对客观世界的认识的逐步加深,历史终究会让相对论浮出水面。所以说,爱因斯坦有超越时代的智慧。其实,我最欣赏的是,爱因斯坦(年轻时)是一颗独立自由的树,在思想和知识的阳光下成长,沐雨栉风,他没有掉进任何思想观念的囚笼中——除了他自己铸造的囚笼,所以说成名是有风险的,至少或多或少扼杀了自由的思想!
如今,一百年过去了,相对论屹立不倒。虽有各种各样的情况欲假设或使“超光速”成立(VSL理论)(而一旦“超光速”成立,相对论这栋大厦便顷刻倒覆),欲革相对论的命,但如乔奧·马古悠在他的书中所认为的,将光速常数处理为随时间(这时间不是普通时间,而是宇宙尺度上的时间。个人认为,与宇宙空间曲率相关)变化的量,以否定暴涨理论。这是最为理智的做法,如同爱因斯坦处理牛顿力学一般,在更大的物理框架下处理相对论。如今,在LHC的努力下,基本粒子都基本找到,但如何统一相对论和量子力学却依旧毫无头绪,如何处理空间、时间及物质的联系。物理界的诸多科学家都能明显感知到,现在的状况跟一个世纪前的情况相似,迫切需要新思维新理论——总之,我们的时代,需要另一个爱因斯坦!
2014年12学15日于华师大
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