阿尔伯特·爱因斯坦是20世纪最伟大的物理学家,因创立了相对论而闻名于世。如今,相对论已成为原子能科学、宇宙航行和天文学的理论基础,被广泛运用于理论科学和应用科学之中。
时间、空间以及作为时间和空间的统一体的宇宙,它们的真相到底是怎样的呢?爱因斯坦在其著作《狭义相对论》和《广义相对论》中做了天才的论述,从而带来了一场真正意义上的力学革命。
自20世纪初相对论诞生之日起,它所带来的时空观革命就极大地拓展了人类对宇宙的理解。几乎宇宙所有的奥秘都隐藏在相对论那几行简单的公式中。然而,就是这么一个伟大的理论却是出自当时一个名不见经传的小职员阿尔伯特·爱因斯坦手里。
19世纪末,科学家认为整个宇宙空间充满一种叫做“以太”的特殊物质,而电磁波是以太振动的传播;但是,人们很快发现这是一个充满矛盾的理论。
正在讲课的爱因斯坦
“宇宙空间是否存在以太?”为了弄清楚这个问题,爱因斯坦研究了光速和以太的问题,终于得出了结论:以太根本不存在,光速是不变的。因为光线的速率不变,所以,物体在接近光速时长度会变短,时间也会变慢。
1905年6月,爱因斯坦提出了狭义相对论。相对论的创立,使科学的新框架被搭建起来了,它无情地破坏了牛顿建立在绝对运动和绝对时间的概念之上的经典物理学。
狭义相对论的另一个结论是,高速运动状态的物体,其质量会增加。由此爱因斯坦得出了一个最简单不过、也是最惊人的公式:E=mc2。E是能量,m是质量,c为光速。计算表明,微小的质量蕴涵着巨大的能量。这个奇妙的公式为人类获取巨大的能量,制造原子弹和氢弹以及利用原子能发电等奠定了理论基础。
相对论描绘的被弯曲的时空
由于这一理论太过抽象和新奇,不符合人们已有的生活常识,所以真正理解、赞赏它的人寥寥无几。然而,不久之后,人们就发现了这一理论所散发的熠熠光辉。爱因斯坦终于在物理学界崭露头角,他的名字在各大报刊上频频出现。
光线在经过太阳的时候会被弯曲,在我们看来,似乎太阳后边的星体移动了。
当学术界还陶醉于相对论带来的欣喜时,爱因斯坦的目光却投向了深邃的宇宙空间,开始了对于广义相对论的研究。经过了十年的艰苦探索,这个新理论终于克服了狭义相对论的缺陷,并将万有引力包容其中,这就是著名的广义相对论,被物理学界评价为20世纪物理学研究的巅峰。
广义相对论比牛顿力学更精确地解释了宇宙,它是研究宇宙整体结构的指导理论,并在宇宙中得到了证实。它是一个关于时间、空间和引力的理论,这一理论指出,物质的存在会使四维时空发生弯曲,万有引力并不是真正的力,而是时空弯曲的表现。
《泰晤士报》以“科学上的革命”为题对这一重大新闻做了报道。消息传遍全世界,爱因斯坦成了举世瞩目的名人,广义相对论也神话般地被人敬仰。从此,科学家们对广义相对论的实验检验表现出越来越浓厚的兴趣。
20世纪70年代,脉冲星的发现和观测,使人们得到了与广义相对论的预言符合得非常好的结果,进一步证实了爱因斯坦广义相对论的正确。
学海拾贝
爱因斯坦在广义相对论中预言:星光经过太阳会发生偏折,偏折角度相当于牛顿理论所预言的数值的2倍。1919年5月25日,天文学家对日全食进行了观测,结果证实了爱因斯坦的这一预言。
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