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第三节 敢于向权威提出挑战

  爱因斯坦是相对论的创始人,相对论无疑是他最重要的成就。与其他研究工作相比,相对论对自然科学思想体系产生了更深远的影响,它的作用远远超出哲学思想的范畴。

  它引起了一场最激烈的争论,也正是通过这场争论及以后的实践,让全世界的人都了解到了爱因斯坦的伟大。

  1905年,爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表了长达30页的论文《论动体的电动力学》。这篇文章宣告了相对论的创立。

  同年,还在这一杂志上,他以题为《物体的惯性同它所包含的能量有关吗》一文又作了重要补充。这两篇论文都收集在1913年相对论重要的历史文献《相对论原理》一书中,与读者再次见面。对于爱因斯坦在相对论中研究的问题,当时物理界的看法是不同的。

  19世纪,先是光学的机械理论居于统治地位。这种理论认为,光是一种被称为“光以太”或简称“以太”的弹性介质的波动。

  光以太学说与牛顿力学所引出的“绝对空间”理论紧密相连。牛顿认为:“绝对空间由于它的本性以及它同外界事物的无关;它永远是同一的和不动的。”

  于是,牛顿认为可以把以太看做是绝对参考体系,它决定了世界上一切运动的永恒的绝对状态。

  马赫又对牛顿的时空概念作了有力的批判,但还是没有将其推翻。这是因为要改变时间和空间的概念,客观条件还没有成熟。

  美国物理学家麦克尔逊做了实验。麦克尔逊的实验得到的结果,彻底否定了“光以太”的存在。

  麦克尔逊的实验结果使理论物理学家陷入难以自拔的思维困境,又像是一个系在人们心头达十年之久的、无法解开的死结,但它被年轻的爱因斯坦解开了。

  1905年,爱因斯坦提出了相对论,他把作为光波载体的“以太”,从物理学世界中清除出去了。他认为,“光以太”原本只是物理学界的一个“幽灵”,他把独立的物理实体,即电磁场请出来,坐在“以太”的位置上,这也是崭新的、勇敢的行动。尽管法国物理学家彭加勒在他之前就曾提过应该抛弃“以太”假说,但是他没能把这种想法变成新的自然观的基础。

  “无以太物理学”是爱因斯坦思想的重要成果之一。

  爱因斯坦狭义相对论思想的产生,最早源于16岁时一直困扰着他的一个问题。在1895年进入阿劳中学上学时,他已比同龄的中学生掌握了更多的物理方面的知识。他对探索自然奥秘有着无比浓厚的兴趣,时常一个人静静地思考一些科学特别是物理学方面的问题。

  一天,他突然想到这样一个问题:假如一个人以光速跟着光波跑,那么他就处在一个不随时间而改变的波场之中。也就是说,应该看到这条光线就好像一个在空间振荡而停滞不前的电磁场。然而看来不会有这种事情。这个问题他一直想搞清楚,并为此沉思了十年。

  1896年爱因斯坦进入苏黎世联邦工业大学以后,继续思考着关于运动物体的光学特性的问题。对于当时物理学中流行的光是通过“以太”这种特殊的介质来传播的观点,一开始他也是毫不怀疑的。

  但爱因斯坦想,光通过“以太”的海洋传播,那么地球也应是在“以太”中运动的,反过来说,“以太”应有相对于地球的运动。这应该可以通过实验来加以验证。因此他就去查阅有关这方面的资料。可是他查遍了所能找到的物理学文献,都没有找到关于“以太”的明确的实验证据。

  于是爱因斯坦想亲自来验证一下。可是他的老师不支持他,他也没有机会和能力创造这种设备,事情就这样不了了之。后来,当他正在学校思考以太流的问题时知道了麦克尔逊实验的“零”结果。

  数学家闵可夫斯基曾是爱因斯坦在联邦工业大学上学时的老师。当年爱因斯坦经常逃课,闵可夫斯基骂他“懒坯”。当爱因斯坦《论动体的电动力学》发表以后,闵可夫斯基很快理解了,并看到了这篇论文的深刻意义。他实在没有想到,曾被他骂为“懒坯”的学生,现在竟写出了如此深刻的论文。

  闵可夫斯基是搞数学的,他从数学的角度认真地思考了爱因斯坦的理论,结果得到一种非常美妙的描述狭义相对论的数学方法。

  闵可夫斯基的论文在1907年发表。第二年夏天,在科隆举行的“德国自然科学家和医生协会”第80届年会上,他作了一个报告,宣传相对论的思想,题目是“空间和时间”,其中有一段著名的话:

  先生们!我要向诸位介绍的空间和时间的观念,是从实验物理学的土壤中生长起来的,这就是它们力量的所在。

  这些观念是带有革命性的。从现在起,空间自身和时间自身消失在阴影之中了,现实中存在的只有空间和时间的统一体。

  闵可夫斯基的报告引起了与会者的巨大反响。可惜三个多月后,疾病就夺去了他年仅44岁的生命。去世前,他万分遗憾地说:“在发展相对论的年代里死掉,真是太可惜了。”

  
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