科学|相对论艰难创立,爱因斯坦除了面对满天战火,还得应付吃醋怨妇
1905年 , 爱因斯坦发表了5篇具有开创性的论文 , 其中最重要的就是《论动体的电动力学》也就是狭义相对论 。可是 , 当时大多数的学界精英并不拿刚出道的相对论当回事 。还好 , 颇有名望的物理学家普朗克慧眼识珠 。他认识到相对论在时空上的开创性 , 并大力推广 。渐渐地 , 狭义相对论为世人所接受 。当人们都开始为时间膨胀、长度收缩、质能关系等种种狭义相对论带来的神奇预言而疯狂时 , 爱因斯坦却意识到狭义相对论一个巨大的不足 。
【科学|相对论艰难创立,爱因斯坦除了面对满天战火,还得应付吃醋怨妇】
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狭义相对论只能描述匀速运动和惯性系 , 对于加速运动或非惯性系却束手无策 。但是 , 我们生活的现实世界几乎不存在匀速运动和惯性系 。我们脚下的地球在围绕太阳转 , 太阳又带着八大行星围绕银河系中心旋转 。如此说来 , 狭义相对论根本没有实用性 , 广义相对论的构想随之萌发 。
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爱因斯坦为了建立新理论 , 苦思冥想了好几年 。一天 , 他在报纸上看见一则新闻 , 一位装修工人在工作时 , 不小心从大楼顶层坠亡 。就好像苹果落下砸中牛顿 , 万有引力定律从此诞生 。爱因斯坦由这次坠亡事故领悟到了广义相对论支柱之一 , 等效原理 。他进行了那个闻名后世的思维实验——电梯实验 。
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当实验者准备乘电梯从摩天大楼顶层至底楼时 , 他进入全封闭的厢式电梯 。突然 , 电梯线缆断裂 , 电梯加速坠向地面 。实验者在电梯里就会有失重的感觉 。那如果我们把这截全封闭的电梯带到太空 , 里面的实验者同样也会有失重的感觉 。但是在全封闭的电梯里 , 实验者是无法分辨到底是因为加速度还是引力的原因造成自己失重的 。
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这就说明 , 星球的引力和电梯加速运动所带来的惯性力是等效的 。
爱因斯坦打通这一关节 , 使广义相对论向前迈进了一大步 , 可随后的定量化却让爱因斯坦犯囧 。因为这里面涉及大量高深的数学知识 。爱因斯坦一直对数学不够重视 , 认为它只是记录工具而已 。上大学更是经常翘数学课 , 导致如今在数学上如此抓狂 。
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他首先想到的外援是大学同学兼挚友数学家格罗斯曼 。格罗斯曼帮爱因斯坦找到了描述弯曲四维时空的数学工具——黎曼几何与张量分析 。爱因斯坦专门花时间自学了这些数学知识 。一年后 , 爱因斯坦完成了引力方程 。但是这个方程有大量的假设、变量 , 不是爱因斯坦心目中完美的引力方程 。爱因斯坦为此绞尽脑汁 。
正巧在1914年8月21日 , 会发生一次日食 , 是检验广义相对论引力使光线偏折效应的绝佳机会 。爱因斯坦立刻给全球的天文台写信寻求帮助 。随即 , 年轻的德国天文学家欧文芬利与同伴远赴俄国克里米亚半岛进行观测 , 希望验证爱因斯坦的理论 。不幸的是 , 血腥的一战爆发了 。德国与俄国正好是交战双方 , 欧文芬利被以间谍罪逮捕 。他们所携带的观测仪器也被没收 。这次验证相对论的远征只得以这样的方式结束 。
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