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就存在于主观印象之中,用精密的仪器就可以把它们如实地测量出来。爱因斯坦的学说否定了绝对时间的存在,使科学思想发生了革命。下面的例子可以说明他的学说究竟是怎样彻底改变我们的时间观的。
设想有一架飞船X以每秒100000公里的速度飞离地球。在飞船上和地球上的观察者都对飞船速度进行测量,两者所测得的结果相等。与此同时,有另一架飞船Y沿着飞船X的同一方向但以大得多的速度作飞行运动。如果地球上的观察者对飞船Y的速度进行测定,就会发现它是在以每秒180000公里的速度飞离地球。飞船Y上的观察者也会得到同样的结果。
由于现在两个飞船都沿同一方向运动,两者的速度差似乎应该是80000公里/秒,而且较快的飞船肯定会以这个速度飞离较慢的飞船。
但是爱因斯坦学说却预言,如果观察者是在这两个飞船上进行的,两个观察者会一致认为它们之间的距离是以100000公里/秒而不是80000公里/秒的速率增加。
乍看起来,这样的结果荒唐可笑,作者这里在措词上耍了个花招,或者认为这个问题的某些重要的细节还没有提及,事实决非如此。这个结果与飞船构造的详细情况或用来推进飞船的力毫无关系;不是观察有错误,不是由于测量仪有毛病,措词上也没有玩弄花招。根据爱因斯坦的速度合成公式很容易计算出来,上述结果只不过是时空基本性质的一个产物。
但是所有这些,在理论上似乎使人感到高深莫测,实际上许多人在长年中把相对论视为无实用价值的“象牙之塔”之类的假说,避而不谈。自从1945年原子弹落在长崎、广岛以来,人们对相对论开始正目以视。从爱因斯坦相对论所得出的结论之一就是物质和能量在某种意义上来看是等同的,两者的关系可以用公式E=MC2来描述,其中E代表能量,M代表质量,C代表光速。由于C是个很大的数字,等于186000英里/秒,那么C2就是一个更为巨大的数字。由此可知,很小量的物质即使只发生部分转变也会释放出巨大的能量。
当然人们不能只根据公式E=MC2制造原子弹和建立核电站。切须记住许多其他人也对发展原子弹发挥了重要的作用,但是爱因斯坦为之做出的重大贡献是不言而喻的。爱因斯坦1939年致函罗斯福总统,指出了制造原子弹武器的可能性,强调了美国抢在德国前面造出这种武器的重要意义。就是这封信促进了曼哈顿工程的建立,导致了第一颗原子弹的发射。
狭义相对论引起了人们激烈的争执,但是有一点是一致的,那就是它是曾被发明的最令人感到神密莫测的学说。可是人们都错了,因为爱因斯坦的广义相对论一开始就有这样的前提,引力效应并不是通常所说的物理力,而是空间本身弯曲的结果。一个多么令人惊奇不已的学说啊!
怎样才能测出空间本身的曲度呢?空间弯曲究竟意味着什么呢?爱因斯坦不仅提出了这一学说,而且把这一学说用清晰的数学式表达出来,他的数学表达式可以做出一些具体的预见,使他的假说得到验证。后来所做的观察──其中最有名的观察是在日全食期间做的──反复证明了爱因斯坦方程的正确性。
广义相对论与所有其他科学定律相比具有几个独到之处。爱因斯坦学说的提出并不是以细致的实验为基础,而是以对称和精巧的数学为依据,即象希腊哲学家和中世纪学者那样,以理性主义为依据(这样地的学说就与基本上以实验为依据的现代科学发生了冲突)。但是希腊哲学家在追求美和对称过程中从来没能提出一种经得起实验的关键性检验的力学学说,而爱因斯坦的学说到目前为止却经受住了各种检验。一般认为在所有的科学学说中,广义相对论最美妙、最幽雅、最有效、最有说服力。这是他的研究方法带来的一个成果。
广义相对论还有另一个独到之处。大多数科学定律只是近似正确,它们可以在许多情况下应用但并不是所有的情况下都能应用。但是就我们所知相对论却根本没有例外的情况。就所掌握的情况,无论从理论还是从实验来看,爱因斯坦广义相对论所得出的推论都近似正确。未来的实验可能会打破这一学说的完美纪录,但到目前为止,它仍是最接近于科学家设想过的真理极限。
虽然爱因斯坦以其相对论最为世人所知,但是他的其它科学成就也完全足可使他进入著名科学家的行列。事实上爱因斯坦获得诺贝尔物理奖主要是他的光电效应论文。在此之前光电效应是使物理学家迷惑不解的一个重要现象。他在这篇论文中提出了光
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