摘要:1913年8月,阿尔伯特·爱因斯坦正与寡居的法国物理学家玛丽·居里(Marie Curie,即居里夫人)及其女儿们在瑞士的阿尔卑斯山间散步。玛丽此时正因一桩丑闻避祸乡间——另一位物理学家保罗·朗之万(他是儒勒—昂利·庞加莱的朋友)的妻子负气将玛丽写给她丈夫的情
1913年8月,阿尔伯特·爱因斯坦正与寡居的法国物理学家玛丽·居里(Marie Curie,即居里夫人)及其女儿们在瑞士的阿尔卑斯山间散步。玛丽此时正因一桩丑闻避祸乡间——另一位物理学家保罗·朗之万(他是儒勒—昂利·庞加莱的朋友)的妻子负气将玛丽写给她丈夫的情书公之于众了。
爱因斯坦时年34岁,在苏黎世担任瑞士联邦理工学院教授一职,非常需要讲演和担任客座教授的机会。然而在那个夏天,他正试图解决一个自1907年起就困扰他的难题。他们走着走着,爱因斯坦突然转向玛丽·居里,抓住她的手臂说道:“你明白,我想知道的就是,当一部升降机在真空中下落时,里面的乘客到底会怎么样。”
继1905年发表狭义相对论之后,爱因斯坦就算没有完全颠覆自己的思想,也至少对其做了进一步思考。正如我们所看到的,在狭义相对论中,爱因斯坦曾经做了一个关于列车通过车站的思想实验。(之所以被称为“狭义”理论,是因为它仅涉及彼此相对运动的物体。)在该实验中,光的传播方向与列车的行驶方向相同。
但自1911年以来,他一直怀疑重力对光有引力作用。现在,他想象自己身处一部在真空中向地面坠落的升降机里,升降机的加速度为向下每秒32英尺。然而,如果升降机上没有窗户,在加速度恒定的条件下,里面的乘客无从知晓升降机是否静止,而且他们也不会感受到自己的重量。这一设想让爱因斯坦大吃一惊。
他构思了另一个思想实验:用一束光射向升降机,入射角度与升降机运动方向成直角。他再次比较了升降机内外的两个人对这束光的观察结果。正如1905年的思想实验所证实的,升降机内的人会看到光束从某一层进入轿厢并打在同一层对面的墙上。然而,在外面的观察者则会看到光束发生了弯曲,因为当光束到达升降机另一侧时,远端的轿厢墙壁已经移动了。爱因斯坦因此得出结论:如果加速度能够弯曲光束,由于加速度是引力的产物,那么引力也一定能够使光束弯曲。
当年晚些时候,爱因斯坦在维也纳所作的一次演讲中透露了他对这个问题的思考,这在物理学界引起了轰动。爱因斯坦的广义相对论(General Theory of Relativity)的含义可以通过一个模型来解释,正如狭义相对论可以通过灯光下旋转的铅笔投射出或长或短的影子来解释一样。
想象一下,一块带边框的橡胶薄板,就像一幅裱好的油画画布般水平放置。将一枚小弹珠或一颗小钢球滚过橡胶板,那么它将沿直线滚动。然而,如果你在橡胶板的中心放置一个很重的球体,比如一枚球形炮弹,那么由于重球压迫橡胶板,小弹珠在向重球滚动时就会呈曲线运动。实际上,这就是爱因斯坦所认为的当光接近大型天体(如恒星)时将发生的现象。时空将发生弯曲,光也一样。
广义相对论是关于引力的理论,且正如狭义相对论一样,它超出了人们的日常经验,是在宇宙尺度上尝试解释自然的理论。J. J.汤姆孙对这一思想并不热心,但欧内斯特·卢瑟福却对它钟爱有加,他甚至说即使它是错的,也是一件美丽的艺术作品。其美妙一部分是由于爱因斯坦的理论是可以测试的。
方程引出了一系列推论,推论之一是:在经过大型物体时光会发生弯曲。另一种推论则是:宇宙不可能是一个静态的实体,它必然处在持续的收缩或膨胀之中。爱因斯坦不喜欢这个想法,因为他认为宇宙是静止的,他为此发明了一个校正值(即宇宙常数),以便可以继续坚持宇宙是静止的想法。他后来将这个校正值形容为“我职业生涯最大败笔”,因为正如我们将看到的,这两种基于广义相对论的预测后来均得到了实验的支持——而且是在万众瞩目的情况下。
卢瑟福慧眼独具:相对论确实是最美的理论。
来源:时尚事日记