狹義相對論剛發(fā)表,就遭到科學家冷眼!112年后,依舊難以理解
2017年10月3日,諾貝爾物理學獎花落愛因斯坦在一百多年前提出的引力波,在112年后,科學家們用實驗證實了天才愛因斯坦的這個理念,然而,在112年后,人們對愛因斯坦的相對論理念,依舊難以理解。
我們的故事從愛因斯坦畢業(yè)之后談起。像許多應屆畢業(yè)生一樣,愛因斯坦也面臨求職難的問題。還好愛因斯坦走了關系,一個朋友介紹他到瑞士專利局工作。愛因斯坦很快接受了這個工作,并從基層做起了專利局的小職員,每天面對成百上千的專利申請。工作性質也決定了愛因斯坦有更多的時間來思考自己喜愛的宇宙問題。
1905年,愛因斯坦依舊是個小職員,但是他在這一年里卻先后發(fā)表了劃時代的五篇論文。其中一篇論文回答了人類長期以來迷惑的問題——“光是什么?”,愛因斯坦在這篇論文里論述的就是我們常說的光電效應,論文首次提出了光量子概念,也就是光子。另一篇是關于原子的論述。還有一篇就是我們最熟知的質能方程,其方程E=mc2,這個簡單而干練的方程卻揭示出了宇宙最驚人的一個秘密,一個質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,也誕生了狹義相對論,所以這一年也被后人稱之為“愛因斯坦奇跡年”。
愛因斯坦的這個質能方程為E=mc2=1千克×(3×108米每秒)2=9×1016焦耳的能量,當時世界上很多偉大的科學家都不相信,也不承認,并對愛因斯坦提出了批評和攻擊,直到利用這個理論發(fā)明了原子彈,人們才認為愛因斯坦的理論是對的。
愛因斯坦小時候這樣思考過,當他看著倫敦的大本鐘運動時,表針會變化嗎?當他以光速遠離大本鐘時,光線是不是就追不上他了,那么這時候再回頭看表鐘的指針,是不是就停留在某一時刻了?這也激發(fā)了愛因斯坦對時間本質的思考。1905年,愛因斯坦終于發(fā)表了狹義相對論,其指出時間和空間是密切相關的,物體的運動速度越快,其時間就變得越慢。這就是愛因斯坦的時空觀,但當愛因斯坦把自己的論文投稿給各個科學期刊時,卻受到了科學家們的冷漠。沒有人說他錯,也沒有敢承認他是對的。愛因斯坦當時還不屬于科學家群體,在科學家人士看來這不過是一個局外人的自我猜想,其結果卻想顛覆幾百年來牛頓的絕對地位,這簡直太瘋狂了!
很幸運,幾個月后,這篇論述狹義相對論思想的論文落入到普朗克的手里,并受到了極高的肯定,普朗克認為這個無名小卒不簡單啊,以后肯定大有作為!普朗克是量子力學早期創(chuàng)始人,其在德國有著極高的聲譽,在普朗克的影響下。愛因斯坦的論文很快受到了重視(若沒有普朗克的力薦,愛因斯坦可能會埋沒更久)!
但是當時的科學界也沒有幾個人能看懂狹義相對論,大部分科學家對其正確性保持著觀望態(tài)度!兩年后,愛因斯坦檢查自己的狹義相對論時,發(fā)現(xiàn)了致命的缺陷,那就是狹義相對論只適用勻速運動的世界。而真實的世界全都是加速的,比如人走路,從靜止抬腳走起來的過程是加速的,物體由靜止到運動必然蘊藏著加速過程,世界上可能就不存在勻速運動,勻速運動只是理想模型而已。而一切加速運動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。愛因斯坦此時很糾結,他在自問該怎么辦?狹義相對論不適應加速運動的世界,也不能解釋引力的本質!
愛因斯坦想啊想,于是又開動了他那無與倫比的大腦。他假設了一個理想實驗:如果一個人跳樓了,他會加速下落,然后摔死,很明顯這是地球重力的作用。但倘若這個人在跳樓的時候被裝到了一個鐵盒子里,看不到外面,就相當乘坐電梯時,剪斷了上面的繩索,人在電梯里面下落還能感受到重力嗎?這時候就好像重力被關閉了,愛因斯坦恍然大悟:我的天呀,其實重力并不存在,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動,他只能朝著地球彎曲的空間運動,越接近地面的空間,其彎曲程度越大!
這時候,愛因斯坦已經完全顛覆了自己的偶像——牛頓。狹義相對論先否定了牛頓的絕對時空觀,廣義相對論又解釋了萬有引力的本質。而牛頓當年并沒有解釋自然界為什么會存在萬有引力。在牛頓眼里,這是上帝創(chuàng)造的,你不應該質疑。而愛因斯坦卻說:并不是這樣的,引力其實并不存在,只是有質量的物體彎曲了周圍的空間。太陽彎曲了周圍的空間,地球只能在空間里運動,而空間本身就是彎曲的,那么地球就顯得圍繞太陽旋轉!
于是,愛因斯坦就這樣寫出了廣義相對論。
來源:科學認識論