愛因斯坦和他的「相對論」

1911年的一天,在著名的布拉格大學校園裡的一片草地上,一群大學生圍坐在一位年輕學者的身旁,正進行著激烈的討論。

「請您通俗地解釋一下,什麼叫相對論?」一位學生微笑著向青年學者發問。

年輕學者環視一下周圍的男女學生,微笑著答道:「如果你在一個漂亮的姑娘旁邊坐了兩個小時,就會覺得只過了1分鐘;而你若在一個火爐旁邊坐著,即使只坐1分鐘,也會感覺到已過了兩個小時。這就是相對論。」

大學生們先是一愣,接著便大笑起來。

「好!今天我們就談到這裡。」年輕學者站起身來,向大家告別後,便向圖書館走去。

這位年輕學者,就是偉大的科學家,相對論的創始人——愛因斯坦。

愛因斯坦1879年3月14日出生在德國的一個猶太人家庭。父親是一個電器作坊的小業主,當愛因斯坦15歲時,父親因企業倒閉帶領全家遷往意大利謀生。

1896年秋天,愛基斯坦就讀於瑞士聯邦高等工業學校。在學校裡,除了數學課以外,他對其它講得枯燥無味的課程都不感興趣。但熱衷於探索自然界的奧秘,對此他產生了濃厚的興趣,利用課外時間閱讀大量有關哲學和自然科學的書籍。

1900年,愛因斯坦從瑞士聯邦高等工業學校畢業後,加入了瑞士國籍,長期找不到工作。兩年後,他才在瑞士聯邦專利局找到同科學研究無關的固定職業。但在專利局供職期間,他不顧工資低微的清貧生活,堅持不懈地利用業餘時間進行科學研究,並不斷取得成果。1905年,愛因斯坦在物理學方面的研究,取得突破性進展,創立了狹義相對論。這時他剛剛26歲。

相對論是愛因斯坦在自己題為《論動體的電動力學》這篇論文中提出的。在此之前,傳說物理學的時空觀是靜止的、機械的、絕對的,空間、時間、物質和物質運動相互獨立,彼此沒有什麼內在聯繫。也就是說,物質只不過是孤立地處於空間的某一個位置,物質運動只是在虛無的、絕對的空間作位置移動,時間也是絕對的,它到處都是一樣的,是獨立於空間的不斷流逝著的長流。這就是牛頓古典力學的時空觀。愛因斯坦以極大的毅力和膽識,突破了傳統物理學的束縛,猛烈地衝擊形而上學的自然觀。他認為,空間、時間、物質和物質運動,彼此不可分割,它們之間緊密相聯。作為物質存在形式的空間和時間,在本質上是統一的,隨著物質的運動而變化。狹義相對論的最重要的結論之一,是關於質量和能量的關係(E=MC2)。它告訴我們,物質的質量是不固

定的,運動的速度增加,質量也隨著增加;一定質量的轉化必定伴隨著一定能量的轉化,反之亦然。這個著名的公式成為原子彈、氫彈以及各種原子能應用的理論基礎,由此而打開了原子時代的大門。

狹義相對論的問世,震動了物理學界,也使這位年輕學者的名字,馬上傳遍了整個歐洲,給他帶來了極高的聲譽。德國著名的理論物理學家普朗克,向布拉格大學推薦愛因斯坦時說:「要對愛因斯坦理論作出中肯評價的話,那麼可以把他比作20世紀的哥白尼。這也正是我所期望的評價。」

1911年,年僅32歲的愛因斯坦,被布拉格大學聘為教授,1913年,他重新回到德國,任柏林大學教授,並當選為普魯士皇家科學院正式院士,不到4個月,第一次世界大戰爆發了。

愛因斯坦一向憎惡戰爭,主張民族和睦,公開發表反戰宣言,同一位哲學家共同起草了《告歐洲人民書》,呼籲歐洲科學家應竭盡全力,盡快結束這場人類大屠殺。然而,卻沒有什麼著名人士響應。在這段歲月裡,愛因斯坦滿腹愁腸,閉門不出,深入自己的科學研究。

在研究中,他發現狹義相對論的理論體系還不完善,它只解釋了等速直線運動,而不能解釋加速運動和萬有引力的問題。因此,愛因斯坦又花了整整十年時間,於1915年又創立了廣義相對論。

廣義相對論的重要結論是,加速運動與引力場的運動是等價的,要區別是由慣性力或者引力所產生的運動是不可能的。對此,愛因斯坦作了一個形象的比喻。他設想有一個人乘摩天樓的電梯自由降落,人不會感到自己在下降,因為這時電梯和人都依照重力加速度定律在下降,彷彿在電梯裡不存在地球引力。反之,如果電梯以不變的加速度上升,那麼人在電梯裡將覺得雙腳緊貼在地板上,好像站在地球表面一樣。這個等價原理是廣義相對論的基礎,它顯示了等速運動的一些基本原理可以應用到加速度運動中,把狹義相對論推廣到更為普通的情況。

愛因斯坦認為,光在引力場中不是沿著直線,而是沿著曲線傳播。並指出,當從一個遙遠的星球上發出的光在到達地球的途中經過太陽的時候,應當由於太陽的引力而彎曲,因此,而使這個星球看起來的位置與實際不符。其偏斜的弧度,據愛因斯坦計算,應當是1.75秒。因此建議,在下一次日全蝕時,通過天文觀測來驗證這個理論預見。

1919年5月,英國一位天體物理學家率領兩個天文考察隊,擬定在日全蝕時分別在巴西和西非攝影,以驗證從廣義相對論推出的這一重要結論。同年11月,倫敦皇家學會和天文學會聯席會議正式公佈觀測結果。測得的光線偏轉度竟和愛因斯坦計算的非常一致。這下使牛頓的引力學說失去了普遍的意義。

這個消息公佈後,全世界為之轟動,愛因斯坦的名字在社會上廣為流傳,幾乎家喻戶曉,科學愛們公認他是繼伽裡略、哥白尼以來最偉大的物理學家之一,是「20世紀的牛頓」。

1933年,德國法西斯頭子希特勒上台後,加緊了對猶太人的迫害。愛因斯坦被迫遷居美國,任普林斯敦高級學校研究院教授,並於1940年取得美國國籍。

1955年4月,愛因斯坦在普林斯敦病逝。這位偉大的科學家在他的遺囑中,要求把他的骨灰撒在不為人知的地方。但他那獻身科學的精神和充滿光芒相對論學說,則永遠激勵著後人。

《世界上下五千年》