百年相对论(2)

时间:2015-11-19 11:03:17 

荷兰哲学家巴鲁赫·斯宾诺莎
为什么是相对论

广义相对论和量子力学都诞生于20世纪初期,这两个理论自诞生以来,都展示出强大的生命力,以摧枯拉朽的气势迅速摧毁了以牛顿力学为中心的古典物理学大厦,随后一座同样辉煌的现代物理学大厦以这两个新理论为基础迅速地建立起来。但这两个理论对于大众的吸引力以及在社会上产生的反响,却相差巨大。

量子力学起源于无法用经典物理学解释的“黑体辐射问题”,为了解决这个问题,首先从数学上得出正确的结果,普朗克无奈地做出了大胆的“量子化”假设(他当时并不清楚这种假设对于物理学是否有价值),随后一众物理学家在诸多令人感到困惑的、违反人们生活常识的实验结果中逐渐摸索,慢慢地建立起来一套专门用来描述微观世界的理论体系。量子理论与普通人的生活距离太过遥远,尽管这个理论同样取得了惊人的成功,但是人们至今仍然对它的本质缺乏理解,物理学家至今仍对量子力学的本质充满争议。

广义相对论在诞生之后极短的时间内就引发了世界性的狂热,并且热度至今不减,一方面在于这个理论横空出世,它所探讨的是每个人都自认为理解并且熟悉的话题,空间和时间、质量和引力。正是这种大多数人都认为完全没有疑问的领域里,广义相对论给出了颠覆性的解释,自然会对世界上大多数人造成极大的震动。

另一方面,广义相对论引发的轰动在很大程度上也与爱因斯坦的个人偶像效应密不可分。爱因斯坦和广义相对论在某种意义上已经成为同义词,广义相对论的诞生过程,就是爱因斯坦长期独自进行无畏的探索,并且天才迸发最终取得成功的故事。在第一次世界大战刚刚结束时,人们正是需要一个充满了个人英雄主义的故事,一个玄而又玄的科学理论,可以暂时把人们的目光从满目疮痍的欧洲移开,转向浩瀚的宇宙。

对于广义相对论这样一个史诗般的理论的最终验证是以一种戏剧化的形式完成的,更为这个理论增添了些许趣味性。第一次世界大战结束之后不久,英国物理学家亚瑟·爱丁顿(Arthur Eddington)在1919年远赴巴西观测一次日食现象。根据广义相对论的预测,没有任何质量的光线在经过引力场时,会发生弯曲。虽然在爱因斯坦之前一个世纪德国物理学家约翰·冯·索德纳(Johann Von Soldner)就根据牛顿力学预测出光线在经过引力场时会发生偏转,但广义相对论预测的光线偏转量是牛顿力学的预测结果的两倍,这个差别可以在日食观测中被分辨出来。光线发生偏转,会使天体在宇宙中看上去的位置与它们的实际位置不一样,这种位置的偏差也可以在发生日食的条件下进行检验。

尽管在巴西发生日食时得到的观测数据的误差很大,但是结果仍然偏向于广义相对论,爱丁顿声明广义相对论得到了证实。在没有网络等现代化传播工具的条件下,爱因斯坦迅速成为世界各大报纸的头条人物,《科学革命,宇宙的新理论,牛顿理论被推翻》(Revolution in Science,New Theory of the Universe,Newtonian Ideas Overthrown)这样的报纸标题如今读来仍然让人感到激动。正是在这样的情况下,广义相对论迅速风靡世界,爱因斯坦成为“天才”的代名词。

爱因斯坦在柏林住过的别墅外景与内景
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