狹義相對(duì)論剛發(fā)表,就遭到科學(xué)家冷眼!112年后,依舊難以理解
2017年10月3日,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)花落愛(ài)因斯坦在一百多年前提出的引力波,在112年后,科學(xué)家們用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了天才愛(ài)因斯坦的這個(gè)理念,然而,在112年后,人們對(duì)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論理念,依舊難以理解。
我們的故事從愛(ài)因斯坦畢業(yè)之后談起。像許多應(yīng)屆畢業(yè)生一樣,愛(ài)因斯坦也面臨求職難的問(wèn)題。還好愛(ài)因斯坦走了關(guān)系,一個(gè)朋友介紹他到瑞士專(zhuān)利局工作。愛(ài)因斯坦很快接受了這個(gè)工作,并從基層做起了專(zhuān)利局的小職員,每天面對(duì)成百上千的專(zhuān)利申請(qǐng)。工作性質(zhì)也決定了愛(ài)因斯坦有更多的時(shí)間來(lái)思考自己喜愛(ài)的宇宙問(wèn)題。
1905年,愛(ài)因斯坦依舊是個(gè)小職員,但是他在這一年里卻先后發(fā)表了劃時(shí)代的五篇論文。其中一篇論文回答了人類(lèi)長(zhǎng)期以來(lái)迷惑的問(wèn)題——“光是什么?”,愛(ài)因斯坦在這篇論文里論述的就是我們常說(shuō)的光電效應(yīng),論文首次提出了光量子概念,也就是光子。另一篇是關(guān)于原子的論述。還有一篇就是我們最熟知的質(zhì)能方程,其方程E=mc2,這個(gè)簡(jiǎn)單而干練的方程卻揭示出了宇宙最驚人的一個(gè)秘密,一個(gè)質(zhì)量很小的物體也可以包含著巨大的能量,這也為原子彈的研制提供了理論依據(jù)。但這些都不是最重要的,在這些論文中,也誕生了狹義相對(duì)論,所以這一年也被后人稱(chēng)之為“愛(ài)因斯坦奇跡年”。
愛(ài)因斯坦的這個(gè)質(zhì)能方程為E=mc2=1千克×(3×108米每秒)2=9×1016焦耳的能量,當(dāng)時(shí)世界上很多偉大的科學(xué)家都不相信,也不承認(rèn),并對(duì)愛(ài)因斯坦提出了批評(píng)和攻擊,直到利用這個(gè)理論發(fā)明了原子彈,人們才認(rèn)為愛(ài)因斯坦的理論是對(duì)的。
愛(ài)因斯坦小時(shí)候這樣思考過(guò),當(dāng)他看著倫敦的大本鐘運(yùn)動(dòng)時(shí),表針會(huì)變化嗎?當(dāng)他以光速遠(yuǎn)離大本鐘時(shí),光線是不是就追不上他了,那么這時(shí)候再回頭看表鐘的指針,是不是就停留在某一時(shí)刻了?這也激發(fā)了愛(ài)因斯坦對(duì)時(shí)間本質(zhì)的思考。1905年,愛(ài)因斯坦終于發(fā)表了狹義相對(duì)論,其指出時(shí)間和空間是密切相關(guān)的,物體的運(yùn)動(dòng)速度越快,其時(shí)間就變得越慢。這就是愛(ài)因斯坦的時(shí)空觀,但當(dāng)愛(ài)因斯坦把自己的論文投稿給各個(gè)科學(xué)期刊時(shí),卻受到了科學(xué)家們的冷漠。沒(méi)有人說(shuō)他錯(cuò),也沒(méi)有敢承認(rèn)他是對(duì)的。愛(ài)因斯坦當(dāng)時(shí)還不屬于科學(xué)家群體,在科學(xué)家人士看來(lái)這不過(guò)是一個(gè)局外人的自我猜想,其結(jié)果卻想顛覆幾百年來(lái)牛頓的絕對(duì)地位,這簡(jiǎn)直太瘋狂了!
很幸運(yùn),幾個(gè)月后,這篇論述狹義相對(duì)論思想的論文落入到普朗克的手里,并受到了極高的肯定,普朗克認(rèn)為這個(gè)無(wú)名小卒不簡(jiǎn)單啊,以后肯定大有作為!普朗克是量子力學(xué)早期創(chuàng)始人,其在德國(guó)有著極高的聲譽(yù),在普朗克的影響下。愛(ài)因斯坦的論文很快受到了重視(若沒(méi)有普朗克的力薦,愛(ài)因斯坦可能會(huì)埋沒(méi)更久)!
但是當(dāng)時(shí)的科學(xué)界也沒(méi)有幾個(gè)人能看懂狹義相對(duì)論,大部分科學(xué)家對(duì)其正確性保持著觀望態(tài)度!兩年后,愛(ài)因斯坦檢查自己的狹義相對(duì)論時(shí),發(fā)現(xiàn)了致命的缺陷,那就是狹義相對(duì)論只適用勻速運(yùn)動(dòng)的世界。而真實(shí)的世界全都是加速的,比如人走路,從靜止抬腳走起來(lái)的過(guò)程是加速的,物體由靜止到運(yùn)動(dòng)必然蘊(yùn)藏著加速過(guò)程,世界上可能就不存在勻速運(yùn)動(dòng),勻速運(yùn)動(dòng)只是理想模型而已。而一切加速運(yùn)動(dòng)必然伴隨著力的作用,比如人能站在地球上是受到地心引力的作用。愛(ài)因斯坦此時(shí)很糾結(jié),他在自問(wèn)該怎么辦?狹義相對(duì)論不適應(yīng)加速運(yùn)動(dòng)的世界,也不能解釋引力的本質(zhì)!
愛(ài)因斯坦想啊想,于是又開(kāi)動(dòng)了他那無(wú)與倫比的大腦。他假設(shè)了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn):如果一個(gè)人跳樓了,他會(huì)加速下落,然后摔死,很明顯這是地球重力的作用。但倘若這個(gè)人在跳樓的時(shí)候被裝到了一個(gè)鐵盒子里,看不到外面,就相當(dāng)乘坐電梯時(shí),剪斷了上面的繩索,人在電梯里面下落還能感受到重力嗎?這時(shí)候就好像重力被關(guān)閉了,愛(ài)因斯坦恍然大悟:我的天呀,其實(shí)重力并不存在,存在的只是空間彎曲了,跳樓者受到重力向下落只是彎曲的空間壓著他向下運(yùn)動(dòng),他只能朝著地球彎曲的空間運(yùn)動(dòng),越接近地面的空間,其彎曲程度越大!
這時(shí)候,愛(ài)因斯坦已經(jīng)完全顛覆了自己的偶像——牛頓。狹義相對(duì)論先否定了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀,廣義相對(duì)論又解釋了萬(wàn)有引力的本質(zhì)。而牛頓當(dāng)年并沒(méi)有解釋自然界為什么會(huì)存在萬(wàn)有引力。在牛頓眼里,這是上帝創(chuàng)造的,你不應(yīng)該質(zhì)疑。而愛(ài)因斯坦卻說(shuō):并不是這樣的,引力其實(shí)并不存在,只是有質(zhì)量的物體彎曲了周?chē)目臻g。太陽(yáng)彎曲了周?chē)目臻g,地球只能在空間里運(yùn)動(dòng),而空間本身就是彎曲的,那么地球就顯得圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)!
于是,愛(ài)因斯坦就這樣寫(xiě)出了廣義相對(duì)論。
來(lái)源:科學(xué)認(rèn)識(shí)論