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第8章 爱因斯坦的相对论(3)

爱因斯坦先后创立的狭义相对论和广义相对论,一方面越来越为科学界和广大公众所重视,另一方面却遭到一小撮人和排犹分子的歧视。他们搞了一个组织,即所谓“反相对论公司”,专门反对相对论;他们还举行公开演讲,印发文集,在报刊上展开全面攻势,对爱因斯坦进行不能令人容忍的谩骂。1920年8月24日,这一伙人在柏林音乐厅举行演讲,又肆意攻击相对论。爱因斯坦闻讯专门前去参加,作为听众泰然自若地坐在会场里。

事隔两天,8月27日,爱因斯坦即在《柏林日报》发表了题为《我对反相对论公司的答复》的声明。在声明中,爱因斯坦首先指出,就他所知简直没有一位在理论物理学中做出一点有价值的成绩的科学家,会不承认整个相对论是合乎逻辑地建立起来的,并且是符合于那些迄今已判明是无可争辩的事实。他举出最杰出的物理学家诸如洛仑兹、普朗克、索末菲、劳厄、玻恩、拉摩尔、爱丁顿、德比杰、朗之万、勒维·契维塔都坚定地支持这理论,而且他们自己也对它作出了有价值的贡献。

在有国际声望的物理学家中间,直言不讳地反对相对论的,爱因斯坦在声明中说,只能举出勒纳德的名字来。作为一位精通实验物理学的大师,爱因斯坦钦佩勒纳德;但是他在理论物理学中从未干过一点事,而且他反对相对论的意见是如此肤浅,以至到目前为止,爱因斯坦认为没有必要给他详细回答。

由于当时从未有科学家要使用报纸上的篇幅就某个问题作出答复,爱因斯坦的一些朋友从报上看到这篇声明都感到震惊,有的人甚至还写信责备他。例如,爱因斯坦的挚友埃伦菲斯特从莱顿写信给他说:“我的妻子和我都绝对无法相信你自己竟会在《我的答复》这篇东西里写下哪怕最少几个字”。“我们一分钟也不能忘怀,你一定是为一种特别无礼的方式所激怒,我们也忘怀不了,你在那边是生活在一种不正常的道德风气里;尽管如此,但是这个答复还是含有某些完全是非爱因斯坦的反应。我们可以用铅笔把它们一一划出来。如果你真是用你自己的手把它们写下来,那就证明了这些该死的猪猡终于已经成功地损害了你的灵魂,这对我们来说是多么可怕呀!”爱因斯坦于1920年9月10日给埃伦菲斯特的回信中作了这样的解释:“只要我还想留在柏林,我就不得不这样做,因为在这里每个小孩都从照相上认得我。如果一个人是民主主义者,他就得承认有要求公开发表意见的权利。”

魏兰德等人发动的对相对论和爱因斯坦的攻击,引起了德国一些著名物理学家的愤慨。在柏林音乐厅那个会的第二天,即1920年8月25日,劳厄、能斯特和鲁本斯就联名给柏林各大报纸发出一个声明。《柏林日报》刊载了这个声明,其内容如下:“我们不想在这里来谈论我们对于爱因斯坦产生相对论的那种渊博的,可以引为范例的脑力劳动的意见。惊人的成就已经取得,在将来的研究工作中当然还会进一步证明。此外,我们必须强调指出,爱因斯坦除了研究相对论,他的工作已经保证他在科学史中有一个永久性的地位。在这方面,他不仅对于柏林的科学生活,而且对于整个德国的科学生活的影响大概都不是估计过高的。任何有幸亲近爱因斯坦的人都知道,在尊重别人的文化价值上,在为人的谦逊上,以及在对一切哗众取宠的厌恶上,从来没有人能超过他。”

爱因斯坦作为最伟大的物理学家,是因为他在狭义相对论、广义相对论、光量子论、分子运动论、宇宙学和统一场论等六大领域都作出了杰出的科学贡献,这是其他物理学家无法比拟的。

(1)狭义相对论。1905年6月,爱因斯坦创立的狭义相对论,引发了物理学的一场革命,它变革了传统的时空、质量、动量、能量等基本概念,不仅深刻揭示了作为物质存在形式的时间和空间的统一性,而且深刻揭示了各种物理运动形式的统一性:力学运动和电磁运动的统一性,以及两种运动量度(动量和能量)的统一性,从而极大推动了物理学的发展。

(2)广义相对论。在多数物理学家还不理解狭义相对论的时候,爱因斯坦却继续努力把他的理论向前推进。1907年提出了均匀引力场与均匀加速度的等效原理。以后经过8年艰苦的探索,中间得到了他的老同学格罗斯曼的帮助,应用了黎曼的曲面几何,终于在1915年11月建立了广义相对论。广义相对论进一步深刻揭示了作为时间和空间统一体的四维时空同物质的统一关系,深刻揭示了时间和空间不可能离开物质而独立存在,空间的结构和性质取决于物质的分布,物质之间的引力不过是空间曲率的一种表现。

(3)光量子论。早在1905年3月,爱因斯坦就写了《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》的论文,提出光量子假说,把普朗克的量子概念扩充到辐射在空间的传播上去。爱因斯坦的光量子论揭示了光的量子本性,光不仅仅被看成是一种波动,它同时也是一种粒子,是粒子和波的综合。对于统计的平均现象,光表现为波动;对于瞬时的涨落现象,光表现为粒子,从而揭示了微观粒子的波粒二象性。

1916年爱因斯坦发表的论文《关于辐射的量子理论》,是量子论发展第一阶段的理论总结,它从玻尔的原子构造假说出发,用统计力学的方法导出普朗克的辐射公式,提出受激辐射理论。这不仅对20世纪20年代量子力学的创立有重要作用,也为20世纪60年代蓬勃发展起来的激光技术准备了理论基础。

1924年德布罗意的物质波假说提出不久,就得到爱因斯坦的热情支持,而且爱因斯坦立即用来研究单原子理想气体,同印度青年物理学家玻色合作,提出玻色一爱因斯坦统计法。由于受了爱因斯坦这项工作的启发,薛定谔才试图去发展德布罗意理论,并于1926年建立了波动力学。

(4)分子运动论。1905年的4月和5月,爱因斯坦发表了两篇关于分子运动论的论文,试图通过对悬浮粒子运动(即1827年发现的布朗运动)的观测来测定分子的实际大小。4月写的一篇是他向苏黎世大学申请博士学位的论文。他从事这项研究,是为了解决半个多世纪来科学界和哲学界长期争论不休的原子和分子是否存在的问题。3年后,法国物理学家佩兰以精密的实验证实了爱因斯坦的理论预测,这就以无可辩驳的事实证明了原子和分子的存在。

(5)现代宇宙学。爱因斯坦在建立广义相对论后,就开始有关宇宙学问题的探索。1917年发表题为《根据广义相对论对于宇宙学所作的考查》的论文,提出宇宙空间是有限无界的假说,这是现代宇宙学的开创性文献。后来,由于荷兰天文学家德西特和前苏联大气物理学家弗里德曼的工作,发现宇宙空间可能是在不断膨胀着,预见到各个星系之间存在着相互分离(远退)的运动。这一预见为美国天文学家哈勃于1929年发现河外星系谱线的红移而得到了有力的支持。

(6)统一场论的研究。从20世纪20年代开始直至晚年,爱因斯坦把主要的科学创造精力用于统一场论的研究。企图建立一种包括引力场和电磁场的统一理论,用广义相对论的推广形式来概括所有各种物理运动形式,用场的概念来解释物质结构和量子现象。他认为这是相对论发展的第三阶段。

虽然这一研究探索当时未取得具有物理意义的结果,但近年来正以新的形式显示它有着不可估量的生命力。正如爱因斯坦自己在晚年时所说:“我完成不了这项工作了;它将被遗忘,但是将来会被重新发现。”

事实正是如此,1967年,巴基斯坦物理学家萨拉姆和美国物理学家温伯格各自独立地提出了电弱统一理论。电弱统一理论的成功又进一步促进了强、弱和电磁4种相互作用统一的所谓大统一理论的研究,以及包括引力在内的4种相互作用统一的所谓超统一理论的研究。

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