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[原创]爱因斯坦简介.doc

[原创]爱因斯坦简介

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2017-09-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《[原创]爱因斯坦简介doc》,可适用于市场营销领域

原创爱因斯坦简介爱因斯坦简介(中国科学院研究生院北京)阿尔伯特爱因斯坦(AlbertEinstein,~)是世纪最伟大的科学家、思想家和人。作为科学家他是和世纪之交物理学革命的发动者和主将是现代科学的奠基者和缔造者。他的诸多科学贡献都是开创性性的和划时代的。按照现今的诺贝尔科学奖评选标准他至少应该荣获五六次物理学奖(狭义相对论、布朗运动理论、光量子理论、质能关系式、广义相对论以及固体比热的量子理论、受激辐射理论、玻色爱因斯坦统计、宇宙学等)。爱因斯坦在物理学家心目中的威望和位置遥遥领先。据说年月《物理学世界》(PhysicsWorld)杂志在世界第一流物理学家中间做了一次民意测验询问在物理学中做出最重要贡献的五位物理学家的名字。在收到的表格上共有位物理学家被提及。爱因斯坦以票高居榜首牛顿紧随其后得票。麦克斯韦()、玻尔()、海森伯()、伽利略()、费因曼()、狄拉克()和薛定谔()出现在前名中。位调查对象只有一人提名斯蒂芬霍金要知道他可是当今全球知名度最高的科学家啊。作为思想家爱因斯坦的以开放的世界主义、战斗的和平主义、自由的民主主义、人道的社会主义为标志的社会政治哲学以及远见卓识的科学观、别具只眼的教育观、独树一帜的宗教观无一不是人类宝贵的思想遗产它们将会成为世纪“和平与发展”主旋律中的美妙音符永远充当社会进步和文明昌盛的助推器。他的科学哲学是由五种要素温和经验论、基础约定论、意义整体论、科学理性论、纲领实在论构成的独特而绝妙的多元张力哲学。在这个兼容并蓄、和谐共存的哲学统一体中这些不同的乃至异质的要素相互限定、珠联璧合彼此砥砺、相得益彰保持着恰如其分的“必要的张力”从而显得磊落轶荡、气象万千。他的探索性的演绎法、逻辑简单性原则、准美学方法、形象思维等科学方法论别出机杼所向披靡。他关于科学的客观性、可知性、统一性、和谐性、因果性、简单性、不变性等科学思想涵义深邃意蕴隽永。它们是和世纪之交科学哲学和科学方法论的巅峰以马赫、彭加勒、迪昂、奥斯特瓦尔德、皮尔逊为代表的批判学派之集大成和发扬光大是现代哲学的思想奇葩和智慧结晶从而在在哲学史和思想史上浓墨重彩地大书一笔成为世人取之不尽、用之不竭的精神宝藏。爱因斯坦作为一个大写的人他对生命的价值和人生意义的理解他对真善美的不懈追求他的独立的人格、仁爱的人性和高洁的人品这一切形成了他的丰盈的人生哲学和道德实践成为人类高山景行的不得在我写关于这个题目的第一篇论文时(年)究竟是否知道它。对此的解释是:根据一般的理由我坚信绝对运动是不存在的而我所考虑的问题仅仅是这种情况如何能够同我们的电动力学知识协调起来。因此人们可以理解为什么在我本人的努力中迈克耳逊实验没有起什么作用至少是没有起决定性的作用。”爱因斯坦在其他场合几次述说了同样的观点。无论就爱因斯坦的思想发展和论文内容来看还是就他的个人品质和为人来看他的话都是可信的。至于有人说爱因斯坦的相对论是洛伦兹等人工作的直接继续这也与事实不符。事实上爱因斯坦当时只不过是瑞土伯尔尼专利局的一名默默无闻的小职员他既未处于当时的科学中心又与学术界知名人士没有什么往来对于科恩的理论和洛伦兹年后的论文他是不可能了解到的。这从下述事实不难看出。洛伦兹年的论文是在荷兰的杂志发表的德国皇家图书馆只有一本而且只许借阅一天。当时在柏林大学理论物理教研室作普朗克助手的劳厄还不得不向洛伦兹直接索要复印本地位卑微的爱国斯坦怎么会有机会看到洛伦兹的文章呢,爱因斯坦不像洛伦兹那样孜孜不倦地解决迈克耳逊实验和其他实验所提出的疑难千方百计地弥合各种实验与经典理论的裂痕。爱因斯坦关心的是力学和电动力学形式上的不一致。在向他的既定目标前进中他既继承了前人的思想精华也摒弃了一些陈旧的传统观念。相对论的诞生也向我们证明了“这样一个人物的天才和独创性他能够一眼看穿那疑难重重、错综复杂的迷宫领悟到新的、简单的想法使得他能够吐露出那些问题的真实意义并且给那黑暗笼罩的领域突然带来清澈和光明。”(德布罗意语)爱因斯坦通过两个渠道吸收了前人丰富的思想财富:一是通过赫兹等人的著作掌握了电磁理论受到了启迪特别是弗普尔的教科书无论从内容和形式方面都给他以极大的教益二是从马赫、休谟、彭加勒等人的著作中掌握了批判思想彻底摆脱了绝对时空的束缚。爱因斯坦在苏黎世联邦工业大学上学时最使他着迷的课题是麦克斯韦理论。据爱因斯坦本人回忆当时老师在课堂上并不讲授这些内容于是爱因斯坦除了在物理实验室外其余时间就通过亥姆霍兹、玻耳兹曼、赫兹等人的著作如饥似渴地学习麦克斯韦理论。在亥姆霍兹五卷本的《理论物理讲义》中第一卷有半讲了哲学和认识论问题但却很少谈到具体实验甚至在讲解有关以太问题的内容中也未提及迈克耳逊实验尽管该实验在亥姆霍兹的赞同下第一次完成了。从亥姆霍兹写的关于麦克斯韦理论的书中爱因斯坦能够得到的东西首先是增强了研究认识论的自觉性并且从书中他还了解到有关证实以太的实验还不能看作是决定性的。在玻耳兹曼所写的“涉及到纯粹以太运动的麦克所韦理论的结果”的论文中一次也没有提到具体的实验。爱因斯坦也学习了赫兹选集和在电磁学中所用的符号这些符号他以后经常使用。爱因斯坦看到赫兹的第一批内容深刻的文章是:年发表的“麦克斯韦电动力学基本方程”、年发表的有意识地冠以“关于动体电动力学的基本方程”题目的文章。即使这位伟大的电磁实验家也未明确提到以太实验但在现今的相对论起源的讨论中以太实验似乎是很重要的。赫兹著作的另一个作用是促使爱因斯坦转向了马赫因为赫兹把许多思想都归功于马赫的《力学史评》一书。这三位德国物理学家对爱因斯坦的影响是显而易见的。据美国著名科学史家、爱因斯坦问题研究专家霍耳顿考证无论从形式或从内容来看爱国斯坦年的论文都不能恰当地解释为属于洛伦兹彭加勒系列或麦克斯韦亥姆霍兹玻耳兹曼系列甚至是基尔霍夫马赫赫兹系列。一位几乎被遗忘了的老师是弗普尔他于年出版的《麦克斯韦电理论导论》一书直接影响了爱因斯坦的思考过程从而导致了年的论文。弗普尔的名字对德国老一代的科学家和工程师来说也许还能隐约记得但对其他人来说也许全然无知。显然他的名望与上述三位德国的著名物理学家不能相提并论以致爱因斯坦在回亿中以“等人”二字略而未提。由于弗普尔具有把麦克斯韦理论清楚地讲解给工程技术人员的能力所以他的书很畅销。该书分为六个部分其中第五部分特别有趣。这部分的题目是“运动导体的电动力学”它的第一章是“由运动而引起的电动力感应”第一章中的第一节是“空间中的相对运动和绝对运动”它是以异乎寻常的议论开始的:“运动学即运动的一般理论的讨论通常基于下述公理:在物体的相互关系上只有相对运动是有意义的。在这里不能求助于空间中的绝对运动因为手头如果没有观察和度量这种运动的参照对象那么要发现这种运动就毫无意义。„„根据麦克斯韦理论和光学理论空洞的空间实际上根本不存在即使所谓的真空也充满了以太介质”“没有这一内容(以太)的空间概念是自相矛盾的说法这就象没有树木的森林那样不可思议。完全空洞的空间概念根本不会受到可能的经验的支配空洞的空间概念根本不会受到可能的经验的支配或者换句话说我们必须首先对这种空间概念做出深刻的修正这种空间概念在它的原来的发展时期给人类思想打上了烙印。解决这一疑问也许成为当代科学最重要的问题。”弗普尔在这里虽然并没有准备放弃以太或绝对运动但他了解物理学最重要的问题在什么地方这无疑对爱因斯坦是一种启示。作者以同样的方式继续写道:“当我们在下面利用相对运动的运动学定律时我们必须谨慎地进行。我们没有必要把这种使用当作一种先验的确立的东西例如不管磁铁在一个静止的电路附近运动或者当磁铁处于静止而电路运动定律的使用都是完全相同的。”作者还加上一个颇为熟悉的思想实验他设想了第三种情况导体和磁铁两者一起运动它们之间没有相对运动。他说在这种情况下实验表明“绝对运动”本身在磁铁和电路无论哪一个上也不产生电力或磁力。这种思想实验足以表明在原来两种情况中考虑的只是相对运动。这一切无疑对爱因斯坦具有极大的吸引力。事实上就年论文的形式和风格而言弗普尔思想的影响远比其他人更大爱因斯坦年的论文就是以上述思想实验开始的。弗普尔的书给了爱因斯坦以具体指导有助于爱因斯坦思路的展开使他采取了种大异其趣的方式这种方式既不同于学校传授给他的也不同于第一流物理学家著作中所使用的。凡是看过爱因斯坦原始论文的人都不难发现该文在构思、形式、风格上都与弗普尔的书有某些相似之处。当然这并不是说在弗普尔的思想与爱因斯坦的相对论之间存在着一种简单的因果链条。对哲学和认识论的研究也极大地促进了爱因斯坦相对论的创立。在学生时代爱因斯坦就对哲学兴味盎然。年月下旬他与新结识的朋友索洛文和早些时候认识的朋友哈比希特经常利用晚上举行聚会他们诙谐地称这种聚会为“奥林比亚科学院”讨论各种感兴趣的问题。在探讨科学和哲学最深奥的问题时他们兴致极浓、劲头十足往往引起长时间的热烈争论。这种聚会一直持续到年月使爱因斯坦获益非浅。其间他们讨论了休谟的《人性论》、马赫的《力学史评》、彭加勒的《科学与假设》以及其他人的有关著作。休谟关于实体和因果性的特别聪明而尖锐的批判对爱因斯坦的影响大概比较一般化而休谟的时空观念对他的影响可能是直接的。休谟认为空间观念是建立在对象的排列基础上这种对象是可触知的而时间观念是建立在对象的连续的基础上这种对象是能够变化的可觉察的。至于马赫对爱因斯坦创立相对论的影响主要是帮助爱因斯坦扫除了机械自然观和力学先验论的思想障碍认识到牛顿的绝对时间和绝对空间等概念已经不适应刻写的发展。特别是彭加勒的书对他们的印象极深他们用好几个星期紧张地读它彭加勒的科学思想和批判精神对爱因斯坦必定有所启示和激励。相对论的创立并非一蹴而就。正如爱因斯坦年月日写泽利希的信中所说:“在狭义相对论的思想概念和相应的结果发表之间大约经过了五、六周时间。但是如果把这认为是诞生的日期也许很难说是正确的因为早在几年前论据和建筑材料已经准备好了虽然那时我还没有下根本的决心。”的确有关狭义相对论的思想概念在爱因斯坦的头脑里足足酝酿了整整年。他后来回忆了自己思想的发展过程。爱因斯坦从小就具有强烈的好奇心。当他还是一个四五岁的小孩时父亲让他看一个罗盘他为罗盘针以如此确定的方式行动而惊奇不已并留下了深刻而持久的印象。在岁时一本欧几里得平面几何的小书使他经历了另一种性质完全不同的惊奇:书中的许多定理并非显而易见但是却可以可靠地加以证明没有丝毫怀疑的余地。爱因斯坦后来说:“这种‘惊奇’似乎只是当经验同我们的充分固定的概念世界有冲突时才会发生。每当我们尖锐而强烈地经历这种冲突时它就会以种决定性的方式反过来作用于我们的思维世界。这个思维世界的发展在某种意义上说就是对‘惊奇’的不断摆脱。”爱因斯坦在岁时有一位来自波兰的犹太大学生向他介绍了《自然科学通俗读本》一书。尽管该书的内容已显陈旧但丰富的材料和生动的叙述仍使他出神地读完了它。在这本书中他碰到了对光速这自然现象的分析这在年之后对创立狭义相对论具有奠基性的意义。当岁的爱因斯坦在瑞士阿劳州立中学上学时(年)他就无意中想到一个悖论:如果以光速追随一条光线运动那么就应该看到这样一条光线就好像一个在空间振荡而停滞不前的电磁场。可是无论依据经验还是按照麦克斯韦方程看来都不会发生这样的事情。从一开始他在直觉上就很清楚从这样一个观察者的观点来判断切都应当像一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样的定律进行。这个悖论又使爱因斯坦感到“惊奇”他为此沉思了年。实际上这个悖论已包含有相对论的萌芽。当时爱因所坦还是比较偏重经验论的热衷于用观察和实验来研究物理学的主要问题。第二年(年)进入苏黎世联邦工业大学后他计划完成检测地球运动引起光速变化的实验为此他设计出一个用热电偶测量两束方向相反的光所携带的能量差的实验。可是他的老师不支持他他也没有机会和能力建造这种设备事情就这样不了了之。其实他也没有抱成功的希望因为他对实验的结果疑虑重重。这时他并不了解迈克耳孙莫雷实验即使后来知道这个实验他也不会对该实验结果感到惊奇因为这不过是确证了他的想法而已。可以看出从很早的时候起爱因斯坦就预想到相对性原理。年青的爱因斯坦深思了光现象和电磁现象与观察者运动的关系他花了些时间企图修正麦克斯韦方程因为麦克斯韦方程在静止系中是正确的在相对于静止系匀速运动的系统中就不正确了。但是他没有取得成功。爱因斯坦还试图用麦克斯韦、洛伦兹方程处理菲索关于菲涅耳拖动系数的实验。他相信这些方程是正确的它们恰当地描述了实验事实它们在运动坐标系的正确性表明了所谓光速不变的关系可是这与力学中的速度合成法则却格格不入。爱因斯坦尝试用某种方法将力学运动方程和电磁现象统一起来他遇到了困难。于是他不得不花一年时间冥思苦想在那个时候他甚至考虑了光的微粒说的可能性。这些年爱因斯坦致力于用下述途径修正麦克斯韦方程:他想得到一种电磁现象和光现象的理论在这种理论中只有相对运动才具有物理意义。他给自己提出了一个与理论形式而不是与理论内容有关的问题。直到年普朗克开创性的工作后不久他发现辐射在能量上具有一种分立结构当然这种结构是与麦克斯韦理论相矛盾的这时他才清楚地意识到只靠纯粹的经验是行不通的。因此他对那种根据已知事实用构造性的努力去发现真实定律的可能性感到绝望了他确信只有发现一个普遍的形式原理才能得到可靠的结果。当然要使麦克斯韦理论与相对性原理协调起来不变更传统的时间观念是根本不行的。正如爱因斯坦所说“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里那么任何想要令人满意地澄清这个悖论的尝试都是注定要失败的。清楚地认识这条公理以及它的任意性实际上就意味着问题的解决。对于发现这个中心点所需要的批判思想就我的情况来说特别是阅读了戴维休谟和恩斯特马赫的哲学著作而得到决定性的进展。”自从突破了传统的时空观念之后爱因斯坦高屋建瓴、势如破竹只用了五、六周时间就一气呵成了相对论的第一篇论文。爱因斯坦年月完成的论文“论动体的电动力学”(发表在年月的德国《物理学年鉴》上)是物理学中具有划时代意义的历史文献。这篇文献好像“光彩夺目的火箭它们在黑暗的夜空突然划出一道道短促的但又十分强烈的光辉照亮了广阔的未知领域。”(德布罗意语)这篇文献的标题是很朴素的但是在读它时我们立刻注意到这篇文章和同一类文章大不相同。它既没有文献的引证也没有援引权威的著作而不多的几个注脚也只是说明性的。文章是用简明朴素的语言写成的即使对内容没有深刻的理解也能看懂其中的大部分。„„文章的陈述方式和行文的格式今天谈起来还是那么生气勃勃。”(英费尔德语)论文开始爱因斯坦就开门见山地提出了一个思想实验:当一个导体和磁铁相对运动时在导体中产生的电流并不取决于两者那一个在运动。可是根据麦克斯韦理论磁铁运动产生电场而导体运动却不产生电场。爱因斯坦把这种不对称与企图证实地球相对于以太运动实验的失败联系起来单刀直入地提出一种猜想:“相对静止这个概念不仅在力学中而且在电动力学中也不符合现象的特性。倒是应当认为凡是对力学方程适用的一切坐标系对于上述电动力学和光学的定律也一样适用。”接着便不假思索地说:“我们要把这个猜想(它的内容以后就称之为“相对性原理”)提升为公设”。紧接着又引入了另一条在表面上与前者不同的公设即光速不变原理:“光在空虚空间里总是以一确定的速度c传播着这速度同发射体的运动状态无关。”由此爱因斯坦便转入具体讨论他在空间的各向同性和均匀性的假定下给同时性下了可度量的定义规定了校准时钟的三条逻辑性质。他接着论述了长度和时间的相对性并得出结论:“我们不能给予同时性这个概念以任何绝对的意义两个事件从一个座标系看来是同时的而从另一个相对于这个坐标系运动着的坐标系看来它们就不能再被认为是同时的事件了。”他接着又基于两条公设推导出一个变换方程。由这个变换方程爱因斯坦方便地得到了长度收缩、时钟延缓的结论和新的速度合成法则。在“电动力学部分”中爱因斯坦还是以变换方程为根据导出了带撇系统中的麦克斯韦方程阐明了关于磁场中运动所产生的电动力的本性。这样论文开头思想实验的不对称性以及一直争论不休的单极电机现在也不成问题了。他从相对论给出了多普勒效应和光行差的说明论述了光能和辐射压力的变换导出电子运动的方程式。利用光能变换爱因斯坦于同年月在论文“物体的惯性同它所含的能量有关吗,”中推导出著名的质能关系式:E,mc其中c是光速。爱因斯坦得出结论:物体放出E的辐射能与它的质量只减少E,c相当因此物体的质量是它所含能量的量度。爱因斯坦预言用那些能量变化很大的物体(例如镭盐)来验证这个结论不是不可能成功的。这篇不到三页的论文是物理学中演绎法的最完美的典范。爱因斯坦仅仅通过对两列反方向平面光波的思想实验的细致分析就轻而易举地解释了放射性元素放出巨大能量的原因为人类揭示出取之不尽、用之不竭的新能源。探索自然界的统一性是爱因斯坦一生所追求的目标。他说过:“从那些看来同直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性那是一种壮丽的感觉。”狭义相对论的建立使爱因斯坦统一性思想旗开得胜。这一新理论成功地揭出时间与空间、物质和运功、能量和质量、动量和能量(在四维世界中能量和动量结合成“能量动量矢量”动量是这个矢量的空间分量能量则是它的时间分量)的统一性把经典力学和经典电动力学统一起来。这是人类理性思维的杰作。(五)狭义相对论的新颖之处爱因斯坦的相对论论文一举清除了动体电动力学发展道路上的障碍成功地提炼出新的基本概念把人们的思想引向一个奇妙的新世界。但是惠特克却无视这一切他在其名著《以太和电学的历史置》(年)中就相对论的起源发表了一些不恰当的议论。该书第二章谈到这个问题时其标题就是“彭加勒和洛伦兹的相对论”。继续读下去爱因斯坦的名字只在一处出现那里是这样写的:“爱因斯坦发表了一篇论文把彭加勒和洛伦兹的相对性理论稍加扩充而重新提了出来。”我们在这里只简要地分析一下两种理论的主要差别并顺便提一下洛伦兹和彭加勒对爱因斯坦相对论的态度。弄清这两个问题惠特克的错误观点也就无地自容了。洛伦兹和彭加勒两人的观点具有相同之处。特别是洛伦兹的电子论与爱因斯坦相对论的主要差别在于以下几点。第一两种理论的着眼点不同。前者认为力学处于一个优越的地位电动力学是在经典力学的框架内发展起来的理论。后者却没有赋予力学以特殊地位。爱因斯坦认为力学与电动力学是平权的他关心的是二者之间关于运动相对性出现的不协调他由此出发力图找到一种新理论将二者统起来狭义相对论的基本公设正是力学和电磁学必须服从的共同原则。(顺便提一句爱因斯坦的光量子论也是为了消除力学中具有分立实体的质点和电动力学中具有连续实体的场之间的不协调。)在当时洛伦兹和其他同时代的物理学家对于物理学理论形式上的不协调却未做任何考虑。因此爱因斯坦对不断涌现的新实验似乎没有多大兴趣。在年的论文中他把那些知道的与不知道的、名目繁多的以太漂移实验轻轻地一笔带过。可是几个思想实验对他来说似乎具有不可估量的吸引力。对于爱因斯坦来说这也就足够了。第二两种理论的基础不同。前者把以太作为自己理论的基础。彭加勒把设想的新电动力学看作是能够最终解决以太问题的理论他还说过:“除了电子和以太就再也没有什么东西了。”洛伦兹从年完成博士论文直到他逝世前的讲话都言必称以太以太是他的电子论的基石尽管他一度剥掉了以太的实体内容但仍然保留下它绝对静止的性质。难怪一位作家把他的《电子论》巨著比作欧洲的一座辉煌的古堡建造极为华丽却仿佛有幽灵出没其中。爱因斯坦把以太幽灵彻底从相对论中清除出去他的论文只有一处提及以太那就是“光以太的引用将被证明是多余的”。第三两种理论的结构不同。前者归根结底是一种经验归纳理论后者却是逻辑演绎的优美杰作。在彭加勒的心目深处相对性原理是一个经验定律只要有一个反例即可被证伪。当考夫曼年宣布他的关于高速电子荷质比的实验既不与爱因斯坦理论一致也不与洛伦兹理论符合时这使彭加勒陷入忧虑之中。提到考夫曼的结论彭加勒认为“它似乎表明相对性原理并不具有诱使我们给予它的精确无误的价值。”彭加勒虽然承认不同参照系的观察者会测量到相同的光速但是这种一致和不变性却是洛伦兹裴兹杰拉德收缩的补偿效应引起的。在彭加勒的心目中存在着一个更受欢迎的参照系即静止以太的参照系在这个唯一的参照系中光速才真正是常数。洛伦兹为了使电子论与实验事实相一致竟然在年的论文中人为地引入了个特殊假设显得十分牵强附会。而在相对论中两条原理是作为公设而提出来的加上同时性定义的四个特殊假设以此为根据而推演出一套完整的理论构成一个十分优美的逻辑演绎体系。正如爱因斯坦所说:“这理论主要吸引人的地方在于逻辑上的完备性。从它推出的许多结论中只要有一个被证明是错误的它就必须被抛弃要对它进行修改而不摧毁其整个结构那似乎是不可能的。”对于考夫曼年的实验结果爱因斯坦只是意味探长地保持沉默他不相信自己推导出的理论会是错的。果然年布歇雷尔发表了支持洛伦兹爱因斯坦观点的实验数据该数据比考夫曼的度量具有较大的精确性。到年有两位法国物理学家指出了考夫曼实验装置上的毛病。第四两种理论的本性不同。概括地说前者是动力学理论后者是运动学理论。洛伦兹的长度收缩是作为一个特殊假说而提出来的是一种实际的物质过程是由于物质粒子之间的作用力在运动时发生变化从而引起粒子之间距离的相应改变因此这种收缩是绝对的。在相对论中长度收缩是从坐标变换得出的必然结果它仅仅是由于不同参照系的观察者关于同时性的判断不一致而引起的物质的结构和性质甚至不必予以考虑。也就是说长度收缩是测量过程本身的产物它是相对的两根互相做等速运动的棒哪一个缩短了对不同的参照系来说其结论是不同的。可是洛伦兹却认为收缩不仅与同时性判断无关而且这种判断的差别是毫无意义的。关于以太漂移实验的否定结果在前者看来其动力学效应确实存在只是由于相反效应的互相补偿、抵消所以在表面上显示不出来。所谓光速不变也是由于当地时间和真实时间的差别完全抵消了长度收缩效应因而显示不出因运动而引起的光速变化。彭加勒对洛伦兹补偿理论的精神实质一直是满怀信心的。洛伦兹在年出版的《电子论》中也表明他的理论与相对论的“主要差别”在于后者“使我们在诸如迈克耳孙、瑞利和布雷斯实验的否定结果中看到的不是相反效应的偶然补偿而是般的基本的原理的体现。”爱因斯坦在他的年的论文中就公开申明:“这里所要阐明的理论像其他各种电动力学一样是以刚体的运动学为根据的因为任何这种理论所讲的都是关于刚体(坐标系)、时钟和电磁过程之间的关系。”他接着指出“现存的理论对这种情况考虑不足就是动体电动力学目前所必须克服的那些困难的根源。”他后来甚至说他的理论是涉及到刚性棒、理想钟和光信号的理论根本不涉及物质的具体结构和动力学效应问题。第五两种理论变换式的来源、形式和意义不同。洛伦兹的变换式是为了数学上的方便而先验地引入的。严格地说它只是v,c的一阶或二阶近似且含有作为v的函数的系数l。而相对论的变换式却是从两个公设直接推导出来的它是一个一般形式。更为重要的是前者仅仅是种数学技巧洛伦兹并不清楚它的物理意义而后者却包含着时空观念重大变革的意义彻底否定了绝对时间、绝对空间以及时间和空间毫不相干的传统观念。洛伦兹年谈到这一点时也承认:“因为必须变换时间所以我引入了当地时间的概念它在相互运动的不同坐标系中是不同的。但是我从未认为它与真实时间有任何联系。对我来说真实时间仍由原来经典的绝对时间概念表示它不依赖于参考特殊的坐标系。在我看来仅存在一种真正的时间。那时我把我的时间变换仅看作为一个启发性的工作假设所以相对论完全是爱因所坦的工作。因此毫无疑问即使所有前人在此领域的理论工作根本不曾做过爱因斯坦也会想到它的。在这方面他的工作是与以前的各种理论无关的。”由此观之爱因斯坦的相对论与洛伦兹的理论有着质的不同。洛伦兹的电子论只不过是经典物理学的合理外延爱因斯坦的相对论却是在抛弃经典理论框架后创立的新体系。洛伦兹煞费苦心地修补一条触礁的破木船爱因斯坦却建造了一种新型的运输工具。洛伦兹对相对论很不理解。他虽然高度评价爱因斯坦的功绩但对相对论却疑心重重一直坚持自己的理论到生命的终结。他认为物理学家可以根据自己习惯的思考方式来自由地选择理论不管是以以太为基础的理论还是相对论。据玻恩说他在洛伦兹逝世前看望洛伦兹时洛伦兹对相对论的怀疑态度依然如故。至于彭加勒他的思想观念比较接近爱因斯坦。尤其是在年后期和年中期彭加勒给洛伦兹写了三封信其中的思想在“论电子动力学”中得到发展。这篇论文的缩写本于年月日发表全文则发表在年。他在文中第一个提出了精确的洛伦兹变换指出该变换的群的性质。“洛伦兹变换”、“洛伦兹群”、“洛伦兹不变量”等术语都是他首先使用的。他还得到正确的电荷和电流密度的变换(洛伦兹的变换式是错误的)证明了速度变换考虑了体积元的变换得到了电荷密度和电流的变换。这样一来麦克斯韦洛伦兹方程在洛伦兹变换下严格地变成不变量。尤其是彭加勒为了利用在具有确定的正度规xyzτ的四维空间中的不变量理论还引入了四维矢量利用了虚时间坐标(τ,ict)。他还揭示了洛伦兹变换恰恰是四维空间绕原点的转动。他在电子动力学中研究了牛顿引力定律甚至使用了“引力波”一词。(六)闵可夫斯基的四维世界刚刚诞生的相对论在当时确是“阳春白雪”自然也就“和者盖寡”了但它毕竟还是陆续遇到了知音人。普朗克是相对论的最早庇护人。他于年底在柏林大学的讨论会上作了评论相对论的讲演这给他的助手劳厄以极为深刻的印象以致劳厄利用假期到瑞士的伯尔尼专门拜访爱因斯坦(后来劳厄在年写了第一部宣传狭义相对论的著作《相对性原理》加速了人们对爱因斯坦学说的理解)。年普朗克认为考夫曼的结果不能看作是决定性的。他还分析了考夫曼的实验认为那是靠不住的提出应该慎重地再做一次实验。但是普朗克也觉得爱因斯坦给出的电子运动方程根据不很充分(爱因斯坦奠基性的论文在这一点上是不正确的)他重新推导出该方程式并进而得到了动能表达式。普朗克虽然高度评价了爱因斯坦的理论认为它比洛伦兹理论更为普遍可是他却看不到相对论对绝对时空观念进行了彻底的变革也没有注意到相对论变换式的协变性而且还错误地认为两种理论在本质上是一致的。直到年月他才清楚地认识到这些。第一个意识到爱因斯坦新时空观的是他在苏黎世上学时的老师闵可夫斯基。由于这位学生在校时不注重正规课程的学习而喜欢独立思考没有给老师留下好印象。以致闵可夫斯基在对相对论表示惊讶之余不无感慨地说:“唉爱因斯坦~就是那个经常不去听课的学生我简直不相信是他呀~”年月闵可夫斯基在哥廷根数学协会说:“以光的电磁理论为开端在我们的时空观念中一个彻底的变革似乎发生了。”第二年在科隆举行的第届德国自然科学家与医生大会上闵可夫斯基发表了题为“空间和时间”的热情洋溢的演说。他开宗明义地说:“现在我要向你们提出的时空观是在实验物理学的土壤上产生的其力量就在这里。这些观点是根本性的。从现在起孤立的空间和孤立的时间注定要消失成为影子只有两者的统一才能保持独立的存在。”闵可夫斯基认为世界正如狭义相对论所描述的那样是四维平直时空而事件是其中一些点粒子的历史是由曲线(世界线)来表示的惯性系框架相应于跨越这个时空的笛卡儿坐标系。在不受外力的情况下粒子运动的轨迹是短程线(在四维平直时空中为直线)。所谓洛伦兹变换只不过是坐标系在四维空间中的转动也相当于在时空中用不同的坐标系来重新标记事件而两事件的四维距离不管在那个坐标系中都是一样的它是一个不变量。闵可夫斯基把空间和时间统一体的客观的绝对存在称为“绝对世界假设”。照此看来“相对论”似乎也可以叫做“绝对论”因为它的前提是:物理定律是绝对的不因参照系不同而变化。闵可夫斯基以优美的数学形式揭示出三维欧几里得几何同物理时空连续区之间的形式关系富有极大的启发性。闵可夫斯基还说:“在按照世界假设改造过的力学里牛顿力学与现代电动力学之间令人不安的不协调就消失了。”他的这一论述逐渐消除了许多物理学家对爱因斯坦理论要旨和意义的误解使他们认识到相对论的基本假设是力学以及电动力学必须遵守的共同普遍原理。“这样凭着纯粹数学与物理学之间预先建立的协调思想甚至足以安慰那些对放弃旧观点抱有反感而感到痛苦的人们。”闵可夫斯基的工作对于促进人们充分认识狭义相对论的意义和推动狭义相对论的传播起到了应有的作用它后来还成为通向广义相对论的一个必不可少的步骤。可是爱因斯坦起初对该讲演的反应并不热情因为他感到有一种多余的、过分细致的数学形式掩盖了物理内容。不过其他一些人还是在闵可夫斯基的“思想财富”的促动下做了一些工作。玻恩正好在闵可夫斯基逝世前为他做了几周助手他沿着闵可夫斯基所开辟的这条路线发展了一些相对论力学概念。弗兰克也尝试把包括电动力学和力学的相对论系统化。(七)“保卫以太”要使一种变革传统观念的新理论或新思想为人们普遍接受往往需要一个相当长的过程这在科学史上是不乏其例的。就狭义相对论而言情况也是如此。按理说“论动体的电动力学”一文中的理论论述并不十分深奥数学运算更为简单以致德国数学家希尔伯特说哥廷根街上任何一个学童都知道这些数学知识。但是它发表后并没有潮水般的论文尾随其后只是在过了大约四年光景才开始较多地引起人们的反应。其主要障碍恐怕在于长期束缚人们思想的机械自然观尤其是传统的时空观念。当时在德国(包括讲德语的国家)有人支持(如普朗克、闵可夫斯基、劳厄、玻恩等)也有人反对(考夫曼、亚伯拉罕等)但不管态度如何人们还是认真对待相对论的。这样一来就保证相对论可以受到检验、批评和阐述一旦开始了这个过程相对论的启发性威力就显示出来了。在法国情况迥然不同。在爱因斯坦年访问法国之前人们几乎没有提到过他连研究动体电动力学的卓越人物彭加勒也是这样。甚至直到年在法国任何一级学校中居然没有介绍狭义相对论的情况。在实用主义盛行的美国相对论一开始也未被认真对待过第一批研究者对爱因斯坦的纲领只有一个模糊的印象美国的潮流甚至把相对论讥讽为异想天开的、荒诞无稽的理论。在年美国科学协会主席、物理学家马吉在演说中还激动地宣称:“我相信现在没有任何一个活人真的会断言他能够想象出时间是速度的函数。也没有一个活人愿意下这样的赌注:他坚持自己的‘现在’是另一个人的‘将来’或是其他人的‘过去’”。马吉做出结论:爱因斯坦的理论不是根本性的因为一个根本性的理论对所有的人来说都是可以理解的。爱因斯坦深为崇敬的迈克耳逊甚至至死都怀疑和厌恶相对论。在以太传统浓厚的英国否定以太存在的狭义相对论的传播也甚为迟缓。从年到年期间英国人在相对论上几乎没有做多少工作(他们的文献仅占四个国家总文献数的,)科学家似乎很难理解这个理论。尽管坎贝尔在年宣称以太概念只是思想荒谬和混乱的根源应当象“燃素”和“热质”一样抛到腐朽发霉的垃圾堆去。但是这种言论是绝无仅有的其他人对以太都深信不疑他们甚至掀起了一场“保卫以太”的“运动”。除了前面多次提到的开耳芬外洛奇年为他的再版的《电的现代观点》写序言时评论道:“这本书所阐述的东西就是电的以太理论。可以不加修饰地说正如热是能量的形式或运动的形式一样电也是以太的形式或以太的表现方式”“以太存在的证据就好像空气存在的证据那样强烈和直接”。JJ汤姆逊年在温伯尼的一次演说中宣称:“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造对我们来说以太就象我们呼吸的空气一样必不可少”“以太是电力和磁力的座位”“是我们可以方便地贮存或提取能量的仓库”。直到年举行的相对性原理会议上英国人对相对论的态度依然没有变化没有一个人对以太表示怀疑。从爱因斯坦年论文发表到年索耳未会议期间全世界关于相对论的文献,以上都出自德、法、美、英四国。因此上述情况是有代表性的。(八)广义相对论的创立如果说在狭义相对论诞生前还有先驱者的大量工作的话(它们对爱因斯坦似乎没有太直接的和重要的影响)那么广义相对论可以说是爱因斯坦一人促成的。当时狭义相对论本身既无问题又与实验没有什么矛盾爱因斯坦主要基于把相对性原理贯彻到底的信念、哲学和认识论的原则一鼓作气完成了广义相对论。许多科学家当时对此觉得不可理解例如普朗克就反问爱因斯坦:“现在一切都能明白地解释了你为什么又忙于另一个问题呢,”爱因斯坦早就想到另一个有趣的问题:如果有凑巧在一个自由下落的升降机里那会发生什么现象呢,在“奥林比亚科学院”时期他研读了马赫的《力学史评》马赫关于惯性来源于宇宙遥远的物质的影响对爱因斯坦无疑是有启示的。爱因斯坦想:在牛顿力学中为什么惯性系比其他坐标系都特殊呢,为什么速度是相对的而加速度是绝对的呢,爱因斯坦在建立狭义相对论后就试图着手建立引力的相对性理论。爱因斯坦起初想在狭义相对论的框架内构造引力理论但是存在着一个难以克服的困难:根据狭义相对论中的质能关系式物理体系的惯性质量随其总能量的增加而增加但是根据年厄缶精密的扭秤实验物体的引力质量却与它的惯性质量相等这样自由落体的加速度就应当与它的速度和内部状态密切相关这显然与日常经验和该结论的前提相矛盾。爱因斯坦意识到囿于狭义相对论的框架要找到满意的引力理论是毫无希望的。伽利略早就发现了一个极其简单的实验事实:一切物体在引力场中都具有同一加速度即物体的惯性质量同它的引力质量相等。但是在牛顿力学中这一事实并没有得到解释。多年来人们都把这一司空见惯的事实看作是理所当然的从未把它当作个重要的问题认真思索过。对于这个不成问题的问题爱因斯坦却把它当作一个值得研究的大问题并看出了其中的问题之所在这正是他高于一般人的地方。日本物理学史家广重彻说过:“当科学家觉察到所研究的问题以前并不作为一个问题存在这时科学变革就开始了。”看来这话是有一定道理的。爱因斯坦从惯性质量等于引力质量这一事实想到:如果在一个(空间范围很小的)引力场里我们不是引进一个惯性系而是引进一个相对于它作加速运动的参照系那么事物就会像在没有引力的空间里那样行动这就是所谓等效原理。爱因斯坦进而把相对性原理推广到加速系这就是所谓的广义相对性原理。年爱因斯坦的兴趣转向推广狭义相对论。同年他发表了论文“关于相对论原理和由此得出的结论”。在该文的第五部分他就“相对性原理和引力”做了考察。他一开始就提出一个问题:“是否可以设想相对性运动原理对于相互作加速运动的参照系也仍然成立,”他还在这里明确地提出了等效原理:“引力场同参照系的相当的加速度在物理学上完全等价”。他由此得出三个结论:在重力势为Φ的场中时钟延缓Φc倍来自太阳表面的光的波长比地球上同类物质发出的光的波长大约大两百万分之一(引力红移)光线每厘米光程方向的变化为r×sinφc(φ为引力方经过引力场时,向与光线方向的夹角r为引力引起的加速度)。爱因斯坦认为所发现的等效原理是他“一生中最愉快的思想”。爱因斯坦年的方案的细节仍旧是含糊的等效原理只是帮助他讨论了引力对电磁场的个别效应。等效原理的几何化引力场的数学特性它的源以及场和源之间的关系即引力场方程都尚未得到。大约三年时间爱因斯坦又醉心于新电子论的研究想解决电子和电磁场的联接问题但情况并不顺利他于是又转向引力论。年月爱因斯坦完成了“关于引力对光传播的影响”的论文该文试图把惯性质量与引力质量同等这一并非偶然的结果安插到一个更为一般的结构中去。但是他没有完全取得成功因为这时他还没有放弃牛顿的引力理论只是在它上面加添了一些个别的新原理拼凑起一个正确与错误的混合物以致虽然很接近问题的答案但毕竟还不是。值得注意的是爱因斯坦进一步根据等效原理说明了光在引力场中弯曲的必要性。他预言光线经过太阳附近要受到’’的偏转对木星来说只是此数值的,他迫切希望天文学家能作出检验。年的这篇论文尽管还不成熟但它毕竟在这一黑暗的领域内划出了一道闪光成为爱因斯坦最终通向广义相对论的中途站。爱因斯坦不能取得决定性突破的根本原因在于要使人们从坐标必须具有直接的度规意义下解放出来确实是一件不容易的事。直到年当爱因斯坦意识到用标准尺和理想钟测得的直接量度来表示坐标差是不可能的合理的引力理论只能希望从推广相对性原理而得到使得一切坐标系都是平权的即客观真实的物理规律在任意坐标变换下形式不变(广义协变)一一这时他才接近了广义相对论的门槛但是要打开大门他还缺乏必要的数学工具。在上大学时爱因斯坦由于没有认识到通向更深入的基本知识的道路是同最精密的数学方法联系在一起的因而在一定程度上忽视了数学。在关键时刻他的同学和朋友数学家格罗斯曼帮了他的大忙他们在里奇和勒维契维塔的绝对微分学以及黎曼几何中找到了合适的数学工具。就这样爱因斯坦经过艰苦的摸索和无数的辛劳终于在年和格罗斯曼完成了“广义相对论和引力理论纲要”的论文其中物理部分由爱因斯坦执笔数学部分由格罗斯曼执笔。广义相对论的大门终于打开了。在这篇论文中爱因斯坦引入了更广泛的坐标系使用了非线性坐标变换推导出引力场中的质点运动方程。爱因斯坦的做法对理论带来了两个重大影响:一是更普遍的数学工具的使用推动他向最终解决问题的目标迈进。二是采用更为一般的变换引力场方程要用个度规分量(其中只有个是独立的)表示这个度规表征了引力场中每一点的时空几何性质。两事件的间距是一个四阶对称张量。但是在这篇论文中爱因斯坦还坚持只有那些守恒定律在其中是正确的参照系才是可以采用的他所得到的引力场方程和引力场存在时的电磁场运动方程还是不完整的。年是爱因斯坦富有成果的一年。他先发表了一篇“用广义相对论解释水星近日点运动”的论文不用任何特殊假设就成功地解释了水星在轨道上的长期旋转:每大约转”。他还纠正了年计算光线经过太阳附近弯曲的错误数值(由于未改变空间几何学而出了错)新结果比原先的值大一倍这年月爱因斯坦终于完成了他的广义相对论的集大成论文“广义相对论的基础”。月日他在写给索末菲的信中叙述道:“上个月是我一生中最激动、最紧张的时期之一当然也是收获最大的时期之一”“在对以前的理论结果和方法失掉一切信心之后我清楚地看到只有同一般的协变原理即黎曼协变理论联系起来才能得到令人满意的解决”“我感到高兴的是不仅牛顿的理论作为第一近似值得出了而且水星近日点运动作为第二近似值也得出了。关于太阳附近光的偏折得到的总量是以前的两倍。”“广义相对论的基础”发表于年它是广义相对论的“标准版本”。在这里爱因斯坦的思想已达到炉火纯青的地步其行文如行云流水看不到一点斧凿的痕迹。他根据思想实验和哲学思辨阐述了引入等效原理、扩充相对性原理和使用协变性的缘由他借助于黎曼曲率张量和克里斯多夫符号表示出与泊松方程相类似的引力场方程。由场方程决定的度规再加上其他运动方程就确定了质点的历史。爱因斯坦所讲的理论其范围极大而概念却十分清晰它对所有的参照系都同样适用。经典守恒定律不再是些定律而仅仅是些恒等式它们失去了原有的意义。不再存在理论中所含的电磁力或弹性力那种意义的引力引力是以完全不同的方式出现的。狭义相对论给出的固定时空不见了过去曾错误地认为物体通过引力来对其他物体的运动发生影响而现在认为是物体影响其他物体在其中作自由运动的时空几何。在改变后的时空中的这种自由运动就是曾被错误地认为是在原来时空中的受迫振动。现在自然定律是一种涉及时空的几何命题时空变成一种度规空间。引力场中的物理量与黎曼几何中相应的几何量建立了一一对应的关系。在这种情况下欧几里得几何和牛顿引力理论仅仅是黎曼几何和广义相对论的一个特例。广义相对论也有重要的哲学意义诚如德布罗意所说它是“熏陶物理学家们的精神的最好的手段”。广义相对论告诉我们时空与物质密切相关是运动着的物质的存在形式。爱因斯坦说:“空间时间未必能被看作是一种可以离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中而是这些客体有着空间的广延。因此‘空虚空间’这个概念就失去了它的意义。”而在狭义相对论中时间空间(作为一个惯性系)仅作用于一切物质客体而这些物质客体却不对时间空间给以反作用。因此广义相对论便在更深一层意义上否定了牛顿的绝对时空观揭示出“时空是物质存在的形式”(有人指出时间可能是由更基本的量生成的次级量)。玻恩在年的一篇报告中说得好:“对于广义相对论的提出我过去和现在都认为是人类认识大自然的最伟大的成果它把哲学的深奥、物理学的直观和数学的技艺令人惊叹地结合在一起。”爱因斯坦“在黑暗中焦急地探索着的年代里怀着热烈的向往时而充满自信时而精疲力竭而最后终于看到了光明。”相对论狭义相对论和广义相对论的大厦全部建成了~仔细推敲一下相对论的内涵和外延人们难发现以下有启发性的看法:()在相对论中物理学定律或方程都是协变的或者说它们的数学形式是不变的。()一切坐标系都是平权的没有所谓的“优越的”参照系。()相对论的主要之点不在于强调测量数值依赖观察者而变的相对效应而在于强调物理定律的绝对性(或不变性)在这种意义上也可以称其为“绝对论”。()广义相对论是一头“巨兽”其包容量和潜能很大也许人民至今只窥见到它的一鳞半爪。被爱因斯坦后来称为“儿戏”的狭义相对论只是它的极限形式(在引力场为零或无限小区域的情况下。()相对论是运用探索性演绎法得到的高度公理化的理论也即是原理理论。它在逻辑上是极其完整的要对它进行修改而不摧毁其整个结构的不行的。()相对论是一种物理学几何化和几何学物理化的理论它削弱了乃至消除了动力学的痕迹物体在引力场中的受迫运动变成了度规空间中的自由运动(沿短程线)。()相对论无疑变革了古典物理学的诸多基本概念但不能错误地把它看作是于古典物理学的思想方式截然不同的思想方式比如它从后者那里继承了一可分离性为特征的因果性思想。相对论也是集中体现科学美和数学美的杰作。相对论犹如一座琼楼玉宇其外部结构之华美雅致其内藏观念之珍美新奇都是无与伦比的。相对论的逻辑前提是两条在逻辑上再简单不过的原理它们却像厄瑞克泰翁庙的优美的女像柱一样支撑着内涵丰盈的庞大理论体系而毫无重压之感。其建筑风格是高度对称的从基石到顶盖莫不如此。四维时空连续统显示出精确的贯穿始终的对称性原理也蕴涵着从日常经验来看决不是显而易见的不变性或协变性。空时对称性规定着其他的对称性:电荷和电流、电场和磁场、能量和动量等的对称性。正如外尔所言整个相对论只不过是对称的另一个方面四维连续统的对称性、相对性或齐性首次被爱因斯坦描述出来相对论处理的正是四维空时连续统的固有对称。在这样高度对称的琼楼玉宇中又陈放着诸多奇异的观念四维世界、弯曲时空、广义协变、尺缩钟慢等从而通过均衡中的奇异而显示出更为卓著的美~(九)广义相对论的实验验证和宇宙学的奠基广义相对论运用了大量的黎曼几何、张量计算、绝对微分等艰深的数学知识充满了深邃的哲学思辨包含着崭新的物理内容就是高级研究人员要弄懂它也非花大气力不可一般人自不待言更不用说哥廷根街上的学童了。对于爱因斯坦同时代的人来说具有这些知识的人寥寥无几。但是由于广义相对论的预言不久得到了实验验证所以还是引起了相当大的轰动。广义相对论的实验证据当时有三个。其一是行星轨道的椭圆绕太阳的旋转爱因斯坦在年和年的论文中已圆满地解释了水星近日点的进动解开了这个长期使人困惑不解的疑团(水星近日点的进动是年被勒维烈发现的勒维烈根据自己发现海王星的经验误认为水星轨道内有一颗未知的行星或行星群存在)。其二是由于引力作用大质量的星球射到我们这里的光线它的谱线移向光谱红端即所谓光的引力频移。年亚当斯通过对天狼星伴星的观察证实了这一预言自年穆斯保尔效应发现以后才开始在实验室中利用γ射线共振吸收来进行红向位移的实测。其三是引力场使光线弯曲这一实验检验颇有戏剧性。为了证实爱因斯坦在年论文中的预言德国天文学家组成了一支考察队于年前往俄国克里木半岛想在日全食时进行观察。不幸第一次世界大战恰恰爆发考察队人员全被俄国人当作战俘扣留了。“塞翁失马安知非福”这一不幸对广义相对论的验证倒是一件幸事。假使这次观察成功的话很可能会比爱因斯坦的预言值大一倍因为他当时的计算有错误。大战期间交战国之间的邮路中断通过中立国荷兰天文学家的介绍爱因斯坦年的论文传到英国引起英国天文学家爱丁顿的极大关注和浓厚兴趣。他在年发表文章指出广义相对论引起了物理学、天文学和哲学的重大变革这是一场影响深远的革命。大战刚刚结束的年英国皇家天文学会立即派出了两支考察队。一支前往巴西北部的索布拉尔一支由爱丁顿率领前往西非几内亚湾的普林西比岛在日全食时观察星光经过太阳的偏离。在普林西比观察所得的位移是”索布拉尔的结果是”两者在误差允许的范围内都与爱因斯坦预言的”相当符合。月日这些结果被提交英国皇家学会与英国皇家天文学会联席会议。会议气氛迥异非凡听众怀着强烈的兴趣犹如欣赏一出希腊戏剧。主持会议的JJ汤姆逊说:“这是自牛顿以来万有引力论的一项最重要成就”“它不是发现一个外围岛屿而是发现整个科学新思想的大陆”“爱因斯坦的预言是人类思想的一大凯歌”。月日英国的权威报刊《泰晤士报》以“科学的革命宇宙引力的新理论”为题做了报道这立即震撼了欧洲乃至世界引起了一股“相对论热”。爱因斯坦也随之名扬四海:他的照片刊登在画报的封面他的名字出现于报头标题人们异口同声地称他为“世纪的牛顿”。爱因斯坦向来把荣誉视为累赘他甚至觉得相对论热是“赶时髦”。爱因斯坦的声誉反倒招来了纳粹分子和排犹分子的忌恨他们于年月日在柏林音乐厅召开了批判相对论的大会极尽攻击谩骂之能事。爱因斯坦日在《柏林日报》发表声明对“反相对论公司”作了公开答复。他一针见血地指出这个“杂七杂八的团体”的“动机并不是追求真理的愿望”。爱因斯坦也“厌恶为相对论大叫大嚷”他表示:“夸张的言词使我感到肉麻”。他多次表示不愿作头顶花环的象征性的领头羊只愿作纯朴羊群中的一只普通羊。劳厄年在他的介绍广义相对论的著作中说得好:“许多人赞扬也有许多人反对。值得注意的是无论在这一方或另一方那些叫得最响的人几乎一点也不理解它。”相对论被人们接受和理解是一个缓慢而艰难的过程劳厄的经历很能说明问题。劳厄是相对论最早的信徒和倡导者他年月日在写给爱因斯坦的继女玛格特爱因斯坦小姐的信中承认在爱因斯坦年的论文发表以后“一种新境界缓慢地、但却是稳步地呈现在我的面前。我为此而耗费了巨大的精力„„特别是认识论上的障碍使我十分困惑。我觉得只是大约从年起才排除了这些障碍。”劳厄在年月为他的《物理学史》所写的附录中也说过:“广义相对论对我同许多其他人一样比狭义相对论要伤脑筋得多实际上我在年前后才真正掌握了广义相对论。”借助广义相对论的成果爱因斯坦在年做出了引力波的预言并尝试用它来考察宇宙学问题。年他在《普鲁士科学院会议报告》中发表了论文“根据广义相对论对宇宙学所作的考察”。这篇论文是宇宙学的开创性论文直接导致宇宙学这一新的科学研究领域的确立。该文分为五部分:牛顿的理论符合广义相对论的边界条件空间上闭合并具有均匀分布的物质的宇宙关于引力场方程的附加项计算的完成、结果。爱因斯坦认为传统的宇宙在空间上无限的观念既与牛顿理论悖谬也与广义相对论矛盾。为了避免在无限远处给广义相对论设立边界条件的困难他提出有限无界的宇宙模型。由于爱因斯坦在场方程中添加了一个常数项因此他的宇宙模型是静态的。在这一点它与年的宇宙大爆炸理论不同。不管怎样爱因斯坦把对宇宙的研究从猜测和思辨变为科学成为现代宇宙学的奠基人。爱因斯坦逝世以后特别是年代以来不仅广义相对论的实验验证如雨后春笋而且这一理论也成为相对论天体物理学、高能天体物理学和宇宙学的理论基础展现出引入瞩目的前景。类星体、脉冲星、致密X射线源、K宇宙微波背景辐射、黑洞、引力波等等的发现和探测大爆炸理论和各种宇宙模型的提出就是很好的例证。目前这一发展方兴未艾。(十)关于《狭义与广义相对论浅说》据许良英教授介绍爱因斯坦的《狭义与广义相对论浅说》写于年德文第版于年出版到年已经出版第版由此不难窥见其受读者欢迎的程度。年代世界各国先后出版了多种文字的译本英译本似乎到年已经出版第版。年月商务印书馆出版了该书的中译本书名为《相对论浅说》译者夏元瑮。年月上海科学技术出版社又出版了新译本书名为《狭义与广义相对论浅说》现在读者手头的就是这个译本。正如爱因斯坦在年所写的“序”中所说的他的这本小册子是为相当于大学入学考试的知识水平的读者而写的:他们从科学和哲学的角度对相对论有兴趣但是又不熟悉理论物理学的数学工具。尽管作者以最简单、最明了的方式介绍了相对论的主要概念并大体按照相对论实际创生的次序和联系来叙述但是读者要读懂和读完它仍需具有相当大的耐心和毅力。《狭义与广义相对论浅说》一书分为三部分狭义相对论、广义相对论、关于整个宇宙的一些考虑外加一个附录重点和绝大部分篇幅在头两部分。为了使读者尽可能理解和领悟爱因斯坦的相对论本“导读”详细论述了狭义与广义相对论创立的科学背景、构思经过、思想脉络、理论意义、时代影响等以期收到预想的效果。欲更多地了解爱因斯坦及其贡献和思想的读者可进一步参阅本“导读”作者的相关著作《激动人心的年代世纪之交物理学革命的历史考察和哲学探讨》、《论狭义相对论的创立》、《人类精神的又一峰巅爱因斯坦思想探微》、《爱因斯坦》等。(原载爱因斯坦:《狭义与广义相对论浅说
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