厚德 勵(lì)學(xué) 敦行

    1915年11月，愛因斯坦先后向普魯士科學(xué)院提交了四篇論文，在這四篇論文中，他提出了新的看法，證明了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，并給出了正確的引力場(chǎng)方程。至此，廣義相對(duì)論的基本問(wèn)題都解決了，廣義相對(duì)論誕生了。1916年，愛因斯坦完成了長(zhǎng)篇論文《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》，在這篇文章中，愛因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對(duì)論稱為狹義相對(duì)論，將只對(duì)于慣性系物理規(guī)律同樣成立的原理稱為狹義相對(duì)性原理，并進(jìn)一步表述了廣義相對(duì)性原理：物理學(xué)的定律必須對(duì)于無(wú)論哪種方式運(yùn)動(dòng)著的參照系都成立。

　　愛因斯坦的廣義相對(duì)論認(rèn)為，由于有物質(zhì)的存在，空間和時(shí)間會(huì)發(fā)生彎曲，而引力場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)彎曲的時(shí)空。愛因斯坦用太陽(yáng)引力使空間彎曲的理論，很好地解釋了水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)中一直無(wú)法解釋的43秒。廣義相對(duì)論的第二大預(yù)言是引力紅移，即在強(qiáng)引力場(chǎng)中光譜向紅端移動(dòng)，20年代，天文學(xué)家在天文觀測(cè)中證實(shí)了這一點(diǎn)。廣義相對(duì)論的第三大預(yù)言是引力場(chǎng)使光線偏轉(zhuǎn)，。最靠近地球的大引力場(chǎng)是太陽(yáng)引力場(chǎng)，愛因斯坦預(yù)言，遙遠(yuǎn)的星光如果掠過(guò)太陽(yáng)表面將會(huì)發(fā)生一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。1919年，在英國(guó)天文學(xué)家愛丁頓的鼓動(dòng)下，英國(guó)派出了兩支遠(yuǎn)征隊(duì)分赴兩地觀察日全食，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的研究得出最后的結(jié)論是：星光在太陽(yáng)附近的確發(fā)生了一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和皇家天文學(xué)會(huì)正式宣讀了觀測(cè)報(bào)告，確認(rèn)廣義相對(duì)論的結(jié)論是正確的。會(huì)上，著名物理學(xué)家、皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)湯姆孫說(shuō)：“這是自從牛頓時(shí)代以來(lái)所取得的關(guān)于萬(wàn)有引力理論的最重大的成果”，“愛因斯坦的相對(duì)論是人類思想最偉大的成果之一”。愛因斯坦成了新聞人物，他在1916年寫了一本通俗介紹相對(duì)認(rèn)的書《狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》，到1922年已經(jīng)再版了40次，還被譯成了十幾種文字，廣為流傳。

　　相對(duì)論的意義

　　狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論建立以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去了很長(zhǎng)時(shí)間，它經(jīng)受住了實(shí)踐和歷史的考驗(yàn)，是人們普遍承認(rèn)的真理。相對(duì)論對(duì)于現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展和現(xiàn)代人類思相的發(fā)展都有巨大的影響。　　相對(duì)論從邏輯思想上統(tǒng)一了經(jīng)典物理學(xué)，使經(jīng)典物理學(xué)成為一個(gè)完美的科學(xué)體系。狹義相對(duì)論在狹義相對(duì)性原理的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動(dòng)力學(xué)兩個(gè)體系，指出它們都服從狹義相對(duì)性原理，都是對(duì)洛倫茲變換協(xié)變的，牛頓力學(xué)只不過(guò)是物體在低速運(yùn)動(dòng)下很好的近似規(guī)律。廣義相對(duì)論又在廣義協(xié)變的基礎(chǔ)上，通過(guò)等效原理，建立了局域慣性長(zhǎng)與普遍參照系數(shù)之間的關(guān)系，得到了所有物理規(guī)律的廣義協(xié)變形式，并建立了廣義協(xié)變的引力理論，而牛頓引力理論只是它的一級(jí)近似。這就從根本上解決了以前物理學(xué)只限于慣性系數(shù)的問(wèn)題，從邏輯上得到了合理的安排。相對(duì)論嚴(yán)格地考察了時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)這些物理學(xué)的基本概念，給出了科學(xué)而系統(tǒng)的時(shí)空觀和物質(zhì)觀，從而使物理學(xué)在邏輯上成為完美的科學(xué)體系。

　　狹義相對(duì)論給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并提示了質(zhì)量與能量相當(dāng)，給出了質(zhì)能關(guān)系式。這兩項(xiàng)成果對(duì)低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體并不明顯，但在研究微觀粒子時(shí)卻顯示了極端的重要性。因?yàn)槲⒂^粒子的運(yùn)動(dòng)速度一般都比較快，有的接近甚至達(dá)到光速，所以粒子的物理學(xué)離不開相對(duì)論。質(zhì)能關(guān)系式不僅為量子理論的建立和發(fā)展創(chuàng)造了必要的條件，而且為原子核物理學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用提供了根據(jù)。
　　
　　廣義相對(duì)論建立了完善的引力理論，而引力理論主要涉及的是天體。到現(xiàn)在，相對(duì)論宇宙學(xué)進(jìn)一步發(fā)展，而引力波物理、致密天體物理和黑洞物理這些屬于相對(duì)論天體物理學(xué)的分支學(xué)科都有一定的進(jìn)展，吸引了許多科學(xué)家進(jìn)行研究。

　　一位法國(guó)物理學(xué)家曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)愛因斯坦：“在我們這一時(shí)代的物理學(xué)家中，愛因斯坦將位于最前列。他現(xiàn)在是、將來(lái)也還是人類宇宙中最有光輝的巨星之一”，“按照我的看法，他也許比牛頓更偉大，因?yàn)樗麑?duì)于科學(xué)的貢獻(xiàn)，更加深入地進(jìn)入了人類思想基本要領(lǐng)的結(jié)構(gòu)中。”

　　本文摘自《百年科學(xué)發(fā)現(xiàn)》  2005-3-28