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爱因斯坦的相对论之谜

时间:2022-11-27 09:45:04 来源:网友投稿

布拉格的岁月,对于因斯坦来说,是值得纪念的。在这座充满着幻想和矛盾的城市里,他对引力的研究获得了第一个可喜的成果。他的事业由此进入了辉煌的第二个高峰期。

爱因斯坦1905年发表的相对论,附有一个条件,那就是:两个相对运动的体系是匀速的,因此,它被称作“狭义相对论”。

那么,在有加速度的世界里,情况会怎么样呢?不要那个附加条件的“广义相对论”能够成立吗?这是爱因斯坦几年间一直在苦苦思考的问题。他是一个不知满足的登山者,盼望着征服云天之外的另一座更高的山峰。但是山腰上迷雾缭绕,路在哪里呢?

爱因斯坦到布拉格大学任教后,有件意外的事启发了他。有一天,一个在高楼屋顶上装修的工人不小心摔了下来。所幸的是,他摔在一块很厚的草坪上,居然奇迹般地没有受伤。爱因斯坦同这个工人闲谈时,工人告诉他,在自己摔下来时有一种失重的奇怪感觉。

“失重?”爱因斯坦顿时有所领悟。

“是的,就像重力突然消失了。”

爱因斯坦褐色的眼睛里露出了亮光,沉思片刻后,他像孩子似的高兴地叫起来:“对了,我找到关键啦!”

这是一种顿悟,或叫灵感。就像传说牛顿看见苹果落地,联想到万有引力一样,是长时间思考的结果。

爱因斯坦从工人的谈话中得到启发,经过一番论证和研究,发现了一个重要原理——这就是广义相对论的第一个原理。

爱因斯坦是这样假设的:一个人拿着手帕站在电梯里,电梯的钢索突然断了,于是这个人和电梯一同以自由落体速度坠下来。这时,他丢下手帕。在电梯外面的人看来,电梯、人、手帕一齐向下降落,降落的速度和重量没有关系,所以,都以同样的速度降落。

但是,在电梯里面的人,却感觉到自己是飘忽不定的,手帕也不会掉在地上,只停在他放手那个位置。这和他在毫无重力作用的太空中的感觉一样。

再假设在电梯顶上系上钢索,用和重力加速度同样的力量往上拉。那么,电梯外面的人会说:“电梯上升了。”但在电梯里面的人却一定说:“我在电梯里,稳稳地站着,取出手帕丢下,它就会落在地上。”他并没有发觉电梯开动了,满以为是自己的身体恢复了重量,就像重新站在地球上一样,丢下手帕也会落在地上。

这说明,电梯里的人分不清电梯是在做力口速度运动,还是静止在引力场中。换句话说,两者是等效的!这就是爱因斯坦广义相对论的基石——著名的等效原理。

在攀登的路上,爱因斯坦迈出了决定性的一步。这时,一道霞光在前面升起,令他喜出望外。

爱因斯坦进一步假设:假定快速上升的电梯侧面有个小洞,让一束光从这里水平射进来,会怎么样呢?

这个问题非常绝妙。

爱因斯坦断言:根据光的传导法则,这束光将以不变的速度射向对面的墙,由于在光束照到对面墙上之前,电梯会稍微升高,所以光束照到对面墙上稍低于小洞高度的地方。这就意味着:光线向下发生了弯曲!

从牛顿开始,人们一直认为光线是直线传播的。但是爱因斯坦现在公然宣布:光线和掷皮球一样,都会因为重力的作用,而向下弯曲。

这是一个惊人而富有浪漫色彩的结论。

1911年,爱因斯坦在论文《关于引力对光线传播的影响》中公布了这一理论。论文完成于这一年的6月,发表在《物理学年鉴》第4辑第35卷第679至694页。

在这篇论文中,爱因斯坦提出了一个大胆的预言:星星发出的光线经过太阳旁边时,会因为太阳的引力,而发生弯曲。他甚至计算出,光线弯曲的角度是0.83秒。

论文发表后,在学术界,几乎引起一场小小的地震。

“真是天方夜谭,光线也会拐弯?”

“八成是爱因斯坦大脑袋里哪条神经短路了。”

爱因斯坦听见这些流言飞语,只是淡淡一笑。他想起意大利诗人但丁的一句话:

“走自己的路,让别人去说吧!”

中国青年出版社

2007年6月版

责任编辑:杜海燕

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