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向人类的正义勇士致敬!
他,是一个荣耀万千的科学巨人。
广义相对论发表后,爱因斯坦已经成为了一个蜚声四海的科学家。
1916年,接替了普朗克担任德国物理学会会长。1917年,担任威廉皇家物理研究所所长。接下来不断收到了讲学的邀请,风尘仆仆地穿梭于各国之间,从荷兰到捷克,从捷克到奥地利,从奥地利到美国,再到英国、法国……1921年,在访问美国期间,在哥伦比亚大学接受了巴纳德科学勋章。1922年10月8日,从法国马赛出发到日本讲学。1922年11月,途经科伦坡、新加坡和中国的香港、上海,并在上海停留了下来做短暂的访问。
爱因斯坦乘坐日本邮船“北野丸”号于1922年11月13日上午10时到达上海,相关团体在上海“一品香”餐厅设宴招待了爱因斯坦夫妇,之后一行到上海“小世界”听昆曲,随后还游赏了城隍庙、豫园等地方。下午6时,中国文化教育界在画家、书法家王震的家里设宴招待爱因斯坦夫妇。在这期间,瑞典驻上海总领事正式通知爱因斯坦他获得1921年诺贝尔物理学奖的消息。次日凌晨,爱因斯坦一行离开上海。
1922年12月27日,爱因斯坦离开日本,准备起程返回欧洲。12月31日上午11时再次到达上海。并且应上海犹太青年会和学术研究会邀请,于1月1日下午3时,在福州路17号公共租界工部局礼堂讲演相对论。早前,中国的北京大学已经向爱因斯坦发出了邀请,希望他可以到校来讲学,并且在资金、住宿等方面都做好了准备,但由于种种原因,最后被迫搁浅。1月2日11时,爱因斯坦乘坐“榛名丸”号邮船离开了上海。这就是爱因斯坦的中国之行。虽然只有短短几天,但是爱因斯坦却深深感受到了这个国度人民水深火热的生活,他在日记中写道:“他们是淳朴的劳动者,……在劳动着,在呻吟着,……这是地球上最贫困的民族,他们被残酷地虐待着,他们所受的待遇比牛马还不如。”
1923年7月11日,爱因斯坦在瑞典接受了1921年的诺贝尔物理学奖。授奖词中提到,由于爱因斯坦在光电效应方面的贡献被授予了奖项。为什么如雷贯耳的相对论没有份呢?这个问题一直众说纷纭。依我看来,不管如何,爱因斯坦自己应该是无所谓的,他终生是一个淡薄名利的科学工作者,这次的诺贝尔奖奖金也随后给了前妻米列娃。
1925年,荣获科普列奖章;1926年,接受了英国“皇家天文学家”金质奖章,当选为苏联科学院院士;1929年6月28日,获得德国物理学界最高荣誉——普朗克奖章;1945年,接受黑人林肯大学名誉博士学位……
不必一一列举了,爱因斯坦的荣誉有如天上的星星一般,明亮而繁多,但于他来说,也不过是水中捞月,镜里观花罢了,只作远观,华而不实。
试问有什么能够比得上在奥秘中探索,在音乐中徜徉,找寻上帝秘密,追求真善美那般乐趣和惬意呢?
夜深了。
爱因斯坦躺在病床上。哎,主动脉瘤,天命所归呀!
爱因斯坦竭力坐了起来,动了很大的力气……
望了望四周,没有人。他无奈地笑了一下,哎,在学术界,不也是现在的样子吗?不知,玻老他们又有了什么新招……
他用颤抖的手从旁边的抽屉里,缓缓拿出了自己偷偷藏起来的烟斗,虽然没有烟草,但是放到嘴里就有一种难以表达的快意呀!
他发现烟斗旁边还放了一叠计算纸,迟疑了一下,便拿了过来。哎,统一场论呀,何时才是个头呀?……呵呵,上帝那老头子,看来还不肯让我偷窥他的终极秘密呢!
他想再算一会,但却找不到笔……
看着墙上的小提琴,爱因斯坦愣了一下,突然间,又想到了什么……
他从枕头下面颤抖地掏出了一个罗盘……
看着罗盘里边的指针,由于他的手在颤动,指针也跟着不停地震动着,但总是顽固地指着同一个方向……
小指针呀,你为什么总是那么的听话呢?
偷懒一下也无妨呀!反正现在这里就我和你……
哎——
电……磁……我依旧找不到其中的奥秘啊——
爱因斯坦又长长地叹了一口气……
突然,窗外闪了一下。
爱因斯坦尽力抬起头,伴随了他一生的那种强烈的好奇心驱使他想看看是什么……
一颗硕大的星星,拖着粗长的尾巴,在天际中划出了一条颀长的亮线,从窗子里稍瞬即逝……
扫把星?!
爱因斯坦心里不知怎的突然震了一下,仿佛是重重一击……
这是一种从来没有过的感觉……
手一松,罗盘掉了下来……
爱因斯坦突然想起,七十一年前,在病床上,父亲也给了他这样一个罗盘……
当时,他也一样的迷茫、不解……
难道……,此生……真的要……要此事无成……?
身体不禁打了一个寒噤……
……
1955年4月18日1时25分,爱因斯坦安详地离开人世,享年76岁。
全球都为人类又一颗巨星的陨落而悲痛不已……
……
因为爱因斯坦曾经住在这里,地球显得更加有了意义。
第四章 狭义相对论的挑战
从两条原理的基础出发,爱因斯坦构建起了整幢狭义相对论大厦。这幢大厦是如此的庄严雄伟,金碧辉煌,熠熠生辉。金色的光芒在天边闪耀,赞美的诗篇在人间传诵。每日每夜,都有成千上万的人前来顶礼膜拜,啧啧赞叹。它太壮观了!物理学的这片土地正是由于有了它,才更加溢彩流光!才更加风采动人!才更加叹为观止!
“昔人已乘黄鹤去”,如今,这幢大厦的缔造者已经离开我们半个世纪了,而大厦也业已成为了物理帝国的一大支柱,它的光芒照亮了世界的一个又一个角落,指引着我们继往开来,浩荡前进。
然而,赞许与质疑并存,褒贬也总会不一,这对于任何一件事物来说,都是必然会存在的。狭义相对论自然也就不会例外了。
从1905年一直到今天,人们对狭义相对论质疑的声音从来就没有停止过。
你只要在互连网上一搜,就会看到不计其数的相关文章和论坛。这其中,有中文的,也有英文的,更有其他语言的……
在这个群体当中,不仅有外国学者,也有我们龙的传人;不但有物理学爱好者,其中也不乏一些大师级人物……像麦克尔孙这样的大家,还有中国复旦大学的已故教授卢鹤绂,更有很多其他的学者和业余爱好者……
来自五湖四海的人们把矛头对准了大厦的每一寸地方,甚至对每一块砖头都进行了仔细的推敲和琢磨。
最基本的两条原理、相对时空观、同时性、长度收缩、时间膨胀、质速关系、E=mc2、狭义相对论的一些实验证据……几乎所有的结论都成为了人们质疑的目标,除此之外,爱因斯坦的推理过程、逻辑结构等等也难逃一劫……在这些质疑的声音中,有一些是自身站不脚的,但也有一些确实来势汹汹,非可小视,怠慢不得。
而在如此猛烈的攻击之下,大厦也确实暴露出来了一些令人不太满意的地方!
其实,这也是符合我们老祖宗的训言来的——谁能一眼望穿天下事,谁能一书写尽天下理呢?
说到底,每一个时期,人类的认识能力、实践能力都是有限的。而我们的理论却又正是在这样认识和实践的基础上总结出来的。所以理论规律应该是具有历史性的,也就是说,这个理论只有对于某一个特定的时期才是有效的,才是正确的。而随着人类自身的不断发展,认识和实践范围的不断扩大,必然会遇到新的现象,而这些现象再用之前的理论去解释的时候,就很有可能行不通了!毕竟,之前的理论是建立在之前的基础上的!像牛顿力学,它在低速情况下是和实际吻合的,但当我们发展到可以接触高速世界时,它就显得有些力不从心了。
而这在很大程度上也是由于物理学理论本身的一些特点所决定的。
很少有听过数学史上出现过物理学这样的大革命吧?有也是一些数学危机,但那更多可以说是由于概念等不够清晰而造成的,像无理数的出现、无穷小量的理解和集合论问题这三次数学危机。而就算对于非欧几何的诞生这样的冲击,也一样不能说欧几里得几何本身是有问题的。数学并不像物理学这样可以经常推翻之前的理论。
可以说,数学和物理学都是建立在一系列的假设的基础上的。比方说,几何学的公设,就是它的基础,而也是人为地规定的,你可以通过规定不同的公设,严格地建立起不同的体系,它们是平权的,不能说我的就对,你的就错。在数学中,一旦有了基础,只要你之后的推理是符合逻辑的,没有互相矛盾的,那么这就算一个正确的、有效的体系了。
但物理学不同,它必须得符合客观世界!(例如,你假定光速对于任何人来说都是一个常数是吧?那如果这跟客观世界相悖了,那这个假设就得淘汰!)但我们理论的基础假设呢,却是由我们主观根据经验来确定的!这就可能有矛盾了!主观的不见得就一定和客观的相符!客观只有一个,而主观则会由于不同的人会出现不同!所以很有可能我们的假设是存在问题的!例如以太这样的假设,它是我们主观想象的。
而只要假设出现了差错,也就是基础出了问题,那么整个体系肯定就会有不对之处了!可能它是处于一个比较明显的位置,人们很快就发现了,于是这个理论便夭折。比方说,洛伦兹的假设。但也有可能它是隐藏在一个很小很小的角落里,因为它超出了当时人类的认知范围,所以人们在很长一段时间都没有注意到它,于是,这个理论就成为了那个时代的真理了。比如说绝对时空观。
从这个角度来说,老祖宗的“时势造英雄”是非常有道理的。人类的认知永远具有时代局限性。就算你在2007年发现了3007年的理论,但在它现今的时代也是无法生存的!因为人们根本就不屑一顾,它可能远远超过了我们的社会发展,从而我们根本就用不上!想象一下,在牛耕时代,你拿量子理论去跟他说会有什么作用呢?
除非你所有的出发点——假设是正确的,否则就不能成为一个绝对正确的理论!
但不幸的是,这样的几率太小了!我们人类有史以来都没有遇到过!当然,不排除以后会遇到的可能。
接下来,我将简单说说狭义相对论在假设方面所遇到的挑战。而对于它的那些结论、推理过程和逻辑结构方面的挑战,我就不说了,有兴趣的读者可以自己去了解一下。
我之所以要聊聊狭义相对论这方面的内容,目的是为了让大家明白这样一个道理——我们很难找到一个完美的理论,狭义相对论也存在着一些不太让人满意的地方,但在对那一个时代来说,它还是具有很大的积极性的。我们应该辨证地看待狭义相对论,推而广之,更要辨证地看待一切物理理论!
这也是我们应该具备的科学素养。
好,我们继续前进。
在狭义相对论中,沿用了牛顿力学关于“刚性量杆”服从欧几里得几何的假定。
欧几里得几何是我们熟悉的几何了。但是,前面我们也已经说过了非欧几何,事实上,只要改变欧几里得几何的第五条公设,我们是可以得到与之不同、却又同样是正确的新的几何体系,像黎曼几何就是其中的一种。为什么可以这样呢?因为虽然我们的基础(公设)不同了,但我们的逻辑推理过程一样是合法的!所以,这在数学上是平权的!也就是说,不仅仅只存在一种几何学,相反可以有很多种!
但在这里,你主观地选择了欧几里得几何!况且你又还没有知道究竟哪个几何才是真正合适的!凭感觉乱抓一个,这就有点说不过去了吧?!
打个比方说,你要从这里的A地去B地办点事情。而现在,连接A地总共就有10条道路,你在未知哪条路可以通向B地的情况下,你怎么可以说正东方向的那条就是行得通的呢?
是吧?
狭义相对论在这条假设上显得有些先入为主了。
再来看另外一个。
狭义相对性原理说到了惯性系的问题,但有点黑色幽默的是——
狭义相对论却无法解决惯性运动和惯性系的起源问题!
而光速不变原理也同样地遭遇了一些尴尬。
光速不变原理说:在所有的惯性系看来,真空的光速都是一个常数c。