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教育情怀 博客

一个教师的思想能走多远,他的学生就能走多远!

 
 
 

日志

 
 

引用 物理学和伟大的科学家们(第二部分)  

2010-06-30 18:44:45|  分类: 资料  |  标签: |举报 |字号 订阅

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引用

清风飘舞物理学和伟大的科学家们(第二部分)

   转载
1919年5月29日清晨,巴西南部一个叫做索不拉尔的偏僻村庄里。太阳刚刚升起。上帝赐予了当地人永久的宁静,在他们眼中,世界不过是蓝天,麦田,草原,绵羊,仅此而已。甚至刚结束的硝烟弥漫的第一次世界大战仿佛也是天边的传说。
    但他们还是一大早就被人吵醒了,门口来了一队行装古怪的外国人。有的操着蹩足的葡萄牙语向他们问好,有的打着手势借水喝,更多人在忙着架设天文望远镜和照相机。
    中午时分,灿烂的阳光慢慢开始变暗,本世纪一次著名的日全食发生了。围观的人群骚动了起来,纷纷在胸口画着十字,有人急忙去找牧师,而那些外国人则胸有成竹地开始进行观测。
    他们是一支天文观测队,来自遥远的英国,此行的目的是验证一个德国人的奇怪理论。
    很快数据得到了处理,而且底片也冲出来了。
    领队的教授是一个标准的英格兰绅士,虽然绅士们最推崇沉着冷静的作风,但是教授的目光明显流露出期待和不安。当他将湿漉漉的底片放在灯下时,很快教授先生的手连同大胡子都激动地抖了起来,宇宙有界还是无界,我们所属的空间平直还是弯曲,牛顿思想胜利还是被颠覆,都取决这几张小小的底片了。他深吸一口气,睁大了眼睛。
    很快,即使离屋子五十米以外的地方都可以听到一声毫无风度的嚎叫:“我的上帝,难道那个叫爱因斯坦的德国人到底说中了?!“
    在两张重叠的底片上可以清晰地看到一条笔直的星光在穿过阴影中的太阳时,竟然发生了偏转,偏转角是1.7秒。
    
     英国皇家学会的大厅里,坐满了英伦三岛的科学精英。他们有的可能意识到这会是个不平凡的日子,特地换上节日才穿里的西装。
    当大会主席汤姆逊爵士,扶了扶眼镜,慢吞吞地宣布这次大会的议题是《广义相对论在天文学上的验证》时,底下的学者们就开始窃窃私语,而后声音愈来愈大,有的甚至不等主持人的召唤隔着橡木桌就站起来大声辩论,汤姆生几次摇玲试图控制局势都未成功,他遗憾地摇摇头,向旁边的几位委员尴尬地笑笑。
    但是当著名的天文学家爱丁顿勋爵,这次天文测量的总领队出席在会场时,下面顿时静了下来。他满脸风尘,声音低哑而且发言简短,但纵使会场离他最远的人也听清了这样几句,“……铁一般的事实……光线弯曲了……与爱因斯坦博士的计算结果完全一致……“
    会议开到很晚,没人提前退出会场,甚至没有人站起来发言。鲜红的地毯,昏黄摇曳的烛光,将沉思中的学者们的脸衬得或明或暗。没人感到饥饿,没人感到倦意,更为糟糕的是工作人员似乎也受上了物理学家风范的影响,粗心得连晚餐也忘了上。但人们根本顾不上这些,从白发班驳的老学究,到颇富朝气的新锐,都在默默地思考着,激动着。
    无论是赞成派还是反对派,都清楚这的确是重要的一天,不仅二十世纪物理学的一代巨人就此崛起,而且是他,爱因斯坦,亲手抡起大槌,将牛顿苦心创建,业已竣工百年的经典物理学的大厦砸开第一道裂纹。
    牛顿也错了?物理学就此混乱?末日就此到来?呵,依撒克.牛顿,我们心中的神祗,我们都是你忠实的追随者,你会怎样指示我们呢?人们纷纷把目光投向大厅正中牛顿的巨幅画像上。
    牛顿不说话,他只是高深莫测地笑着。
    
     在伦敦,第二天影响甚大的《泰晤士报》头版头条的报道是《光线弯曲了,牛顿神话的破灭》,盛赞爱因斯坦是继牛顿之后的最伟大的物理学家,他更正了人类的时空观,拓展了人类的思维世界,并且断言他的相对论产生的影响决不会只囿于二十世纪。很快,从踯躅在伦敦街头的商贩,到面目黝黑的煤炭工人,都隐约知道了科学界最近发生了惊天动地的事,至于对其它人有什么影响,一时还领悟不到。毕竟,这离相对论的副产品之一──原子弹的诞生,还有漫长的二十六年。
     在大西洋彼岸的纽约,惯用哗众取宠手法的《纽约时报》的头条标题是“俄国爆发革命“,但接下去以更大的标题写道:“爱因斯坦的胜利“,“恒星在不在它们应在的位置上出现,但是似乎不必担心。“按照他们的报道,公众们已开始怀疑九九乘法表的正确性,学生们则开始拒绝作几何题,又据称,爱因斯坦在把他的著作交付出版商时,警告说全世界仅有12个人懂相对论,但出版商乐于承担这个风险。
     在巴黎,沙龙里“相对论“立时成了最时髦的词语。雍容的女贵族可以一边抚着怀中的哈巴狗,一边和女友们眉飞色舞地谈论“相对论“,如同在谈论昨夜刚上演的歌剧。她们并不需要纸和笔。
     在柏林,官方机构正在为难是否宣传这位并不是日尔曼人而是犹太人的传奇科学家的时候,大街小巷的啤酒馆里的人都在神秘而兴奋地谈论着爱因斯坦和他的相对论。是的,自从一战以德国的惨败而告终后,很久没有这样激动人心的话题了。一个德国人能受到战胜国的推崇,真是少见。一夜之间,即使是小学生也把爱因斯坦那著名的公式 写入了练习簿。
    1919 第一次世界大战的硝烟刚刚散尽。为民族主义所鼓动的人们在狂欢或狂悲过后,却发现轰轰烈烈的一战除了大口径重炮,齐柏林飞艇,满目疮痍的建筑物和以百万计亲人充当的炮灰以外,委实没有剩下什么。理性终于在人们的冷静中回归,科学再度被摆上至高无上的地位。
    不管怎么讲,1919年的爱因斯坦如日中天。
  街头的电车刚刚停稳,就下来一个穿褐色风衣,头发凌乱的中年人。刚才在电车上,警惕的售票员几乎把他认作小偷,因为他实在很少见这种脖子上扎着领带,脚下穿着拖鞋的人。不过要是他知道这就是大名鼎鼎的爱因斯坦教授,一定会惊讶得说不出话的。爱因斯坦先生刚刚从他朋友洛仑兹教授的电报里得知广义相对论被证实的消息,他不过微微一笑,自然,一切都在意料中了。
    心情毕竟很好,他边走边哼着舒伯特的小夜曲,但是没过多久声音就小了下去。爱因斯坦,这位历史上出名的智者,又一次晃着硕大的头脑陷入沉思,他在想些什么呢……
  
  1879年3月14日,阿尔伯特.爱因斯坦诞生于德国南部一个宁静的小城乌尔姆。和牛顿一样,这个注定要震撼世界的人的童年并未有任何特异之处。
     他的父亲海尔曼.爱因斯坦虽说是一位商人,但是他年青在学校里展现的数学方面的才华是有目共睹的。而他的母亲艾尔莎则是音乐爱好者,并经常在家庭聚会大声朗诵席勒的诗篇。父亲的数学才华加上母亲的艺术天赋,照理小爱因斯坦应该聪颖过人。然而这个孩子天生沉默寡言,以致忧心的母亲一度怀疑他是否有智力障碍。
     但是当他的母亲奏起钢琴时,小爱因斯坦就会侧过脑袋倾听。他的湛蓝的目光显得很是深邃,孩子显然是听懂了。这就是美呀。也许他毕生所追求的自然界和谐的美就根源于此。
     很快爱因斯坦就发现小城的环境并不适合他。弯曲而狭窄的街道,庄严的哥特式教堂,威武雄壮的炮台,这里似乎更适宜培养出一批热血的日尔曼战士,而不是他这种视自由为生命的思想家。在宏大的阅兵式上,普鲁士军官刻板的军令,士兵们单调的步伐,往往成为孩童们模仿的对象。而这时可怜的爱因斯坦紧张地抓住大人的手,他要回家。军号和刺刀是他厌恶了一生的东西。
     在学校的情况似乎也妙不到哪里去。他是一个犹太人,而欧洲排犹的习俗由来已久。周围同学有意无意的伤害,使小爱因斯坦更加孤僻。老师们也没有注意到蜷在教室一角的他,在老师看来,不能掌握拉丁文语法的孩子是没有前途的,而且小爱因斯坦回答问题时总显得很迟钝。他们并不能理解这是爱因斯坦思考比同龄人深刻得多的缘故。
     这期间也发生了触及爱因斯坦终生的事。
    他的父亲送给小爱因斯坦一个罗盘针。不管他怎么拨动指针,它永远只朝一个方向。这在大人们看来是司空见惯,但在孩子的眼里充满了神奇,一定有什么神秘的力在推动它,怎么才能找到这种力呢?孩子为这苦恼了一段时间。
    在他升入中学的时候,他第一次接触到了几何。这更是一个充满魔力的世界。书上各种复杂的定理归根到底由几个公理推论而出,一切是那么的简明,而证明过程又严格得无可挑剔,自然界有它独特的秩序美。
    更令小爱因斯坦惊奇的是自然界竟也会骗人!人们通过粗浅的直觉经验得来的结论往往是那么的不可靠。上帝不仅淘气,而且吝啬,他经常会把真理象皮球一样踢向更深处,然后转过身向人们扮个鬼脸。人类对真理的追寻如同与上帝的角力。“或许我们对世界的看法根本就有偏差,因为它不过是建立在几个公理之上的,如果这些公理本身也有漏洞呢?“当小爱因斯坦摆弄着圆规和三角板的时候,心中升起这样的念头。当然他没有说出来,说出来也只会导致大人紧张地伸出手去摸他的额头,没有人相信若干年后这个羸弱的孩子会轻轻掀翻整个人类的世界观。
    对于爱因斯坦而言,长期音乐的熏陶赋予他美感与想象,对常见事物的深思训练了他的洞察力,而几何题迷宫一样的推理使他的思路更加缜密。他无疑是幸运的。
    然而爱因斯坦还是不能足够敏锐地回答老师的问题而遭白眼,还是不得不交出自己精心制作却依旧丑陋的泥捏小板凳而遭同学们嘲笑,拉丁语的课文念得结结巴巴,算术考试也由于马虎而错误百出,整个少年时代,学业不过平平。
    
     从1896年到1900年,爱因斯坦求学于瑞士苏黎士工业大学,这是他一生中十分平静和惬意的地方。
     瑞士立国数百年,自由的氛围欧洲无国可及。爱因斯坦在这里听不到士兵们无休止的冲杀声,空气清新,阳光也分外的和媚,即使巡逻在街头的警察也是步履缓慢,眼角蕴含着笑意。
     在这里,爱因斯坦的自由散漫发挥到极致。他可以穿着拖鞋进出教室,可以蓬头垢面地整天窝在实验室,可以和同学们在一起自由讨论,可以不去上自己不喜欢的课。他甚至对数学这样重要的课都去敷衍。在他当时看来,物理世界是简单而优美的,上帝只垂青1,2,3,4,而数学只是徒增形式上的复杂。这甚至影响他多年以后的研究工作。
     用现在的眼光看来,当时无论数学还是物理都发展得远不够充分。到二十世纪末,我们才发现数学和物理交叉愈来愈深。以前只是物理简单地从数学中寻找工具,而现在甚至物理可以导致数学中的突破。
     我记得在一次报告中,诺贝尔物理奖获得者李政道博士伸出双手,这样说道:“物理学和数学犹如一根树枝上的两片叶子。“
     可是一般说来, 极富洞察力具有哲学家气质的人,并不一定很胜任细琐而又精密,逻辑性强的数学推理工作。
     从来没有人能兼两者之长,牛顿不能,爱因斯坦也不能。
     更主要的是爱因斯坦发现展现他面前的数学分支繁复,数论,几何,拓扑等等,任意一门就会耗尽一生的精力。这情形犹如布里丹之驴。这头可怜的驴子因为摆在它面前的两堆稻草同样厚而无法选取吃哪一堆,最终活活饿死。
  但是,爱因斯坦很快就要为自己的选择付出代价了。考试之前,他对着自己散乱不堪的笔记发愣。幸好他的老朋友格罗斯曼先生是一个生来与爱因斯坦处处相反的人,他的笔记和他的人一样,光鲜齐整,一丝不苟。当爱因斯坦在发展广义相对论时发现几何知识欠缺而找其时已为数学教授的格罗斯曼援手时,这已经是十几年以后的事了。
     爱因斯坦用格罗斯曼的笔记马虎对付了考试,但这并未改变老师对他的看法。在教授们眼中,他懒惰无比,性格怪僻,而且他是唯一与教授打招呼用“喂“的学生。这也是爱因斯坦虽然聪明绝顶,却不谙世事,天真得如同孩子的缘故。
    他的数学老师闵可夫斯基看见爱因斯坦从实验室里衣冠不整地跑出来,便将他挡住:
    “爱因斯坦,你也许是个聪明人,但你决不适合搞物理,为什么你不尝试一下其它职业,比如学医或者法律呢?“
    “也许吧。“爱因斯坦淡淡地回答道。
    仅仅几年后,闵可夫斯基为他“并不勤劳“的学生的狭义相对论摇旗呐喊,并为此名动四海时,一位记者不合时宜地问道:
    “教授先生,您何以曾断言爱因斯坦不适合从事物理工作呢?“
     “他太懒了,至少在当时。“教授耸耸肩。
    不幸的是这位闵可夫斯基先生不久就身缠沉疴,临死前曾大发感慨:在相对论刚出世的年月就死去,真是可惜呀。
    
    也不能说爱因斯坦在这几年无所事事,他主要的精力花在实验室里,当时全世界的物理学家都在疲于奔命地寻找以太,他也曾设计过几个实验,显而易见,简陋的条件和根本不存在的以太使他的努力徒劳。
    他也经常和他的朋友们去一个叫做“都会“的咖啡厅 。他们在这里经常进行哲学话题的探讨,一次同学介绍了马赫的作品《力学》给他。马赫是对牛顿的经典力学开炮的第一人,他尖锐地抨击了牛顿绝对空间和绝对时间的观念。
    爱因斯坦如获至宝,马上拿回去通宵阅读。马赫的思想赫然如黑夜中的明星,空间也是绝对的,时间也是绝对的,既然都是绝对而孤立的,那么我们怎么能感觉到时间和空间的存在呢?
    夜已经很深了,爱因斯坦屋内的灯光依旧闪烁,这位思想的巨人,又开始磨砺他的旷世利剑了。


当爱因斯坦走出校门,却悲惨地发现自己毕业即失业,而且父亲在意大利办的公司也破了产,丝毫帮不上忙。他曾努力地申请留在苏黎士工业学院教书,但是高高在上的教授们冷漠地拒绝了他。没有人喜欢一个离经叛道的斗士。
     秋天晚上的瑞士已颇见寒意了,我们的爱因斯坦先生披着深色的风衣,手中的旧皮箱里盛着全部的家当,凉风拂着乱发,静静地走在漫长的街道上,路灯划下斜斜的影子。
    真是安静呀,事实上终其一生,爱因斯坦都是在这种静谧中度过,这不仅是指外部环境上的,更是他内心深处的。无论他是在日内瓦时的穷困潦倒,或是在柏林时的誉满全球,还是在普林斯顿时的无人喝彩,孤独的感觉始终如影身随。
    后来他曾反复说过自己最希望的职业是看守灯塔,汹涌而漆黑的海面上一盏明灯,指引了航船的同时也照亮了自己的内心,那里更象是一间祈祷室,可以静静地聆听上帝的指示。他甚至不愿意接受作为教授这项职业所领的薪水,而宁愿把物理学研究作为业余爱好。看来显然是受了中世纪的大哲学家斯宾诺沙的影响,这位先哲的正式职业是在荷兰阿姆斯特丹的一家偏僻的眼睛店里磨镜片。
    可是现在真是发愁呀,辘辘的饥肠,妻子焦灼期盼的眼睛,还有她肚里的孩子……
    迎面刮来一张残破的报纸,爱因斯坦没精打采地一瞥,上面印着份招聘启事:"伯尔尼专利局,征聘二级工程师,须受高等教育,精通机械工程或物理学……"
    爱因斯坦眼睛一亮。
    
     很快伯尔尼专利局的职员们迎来了一位新同事,这位同事似乎格外地忙。工作十分卖力不说,还经常和夫人一起排队买面包,或者推着婴儿车在公园闲转,而在上班时还偷偷地在纸上写写画画。幸亏他的上司一点儿也不知道这位年轻的专利审查员完成任务是多么迅速,不然他这种拙劣的表演很快就会露馅的。
     其时已经是1905年,爱因斯坦26岁。当时他久已远离的物理学界正处于更大的混乱中,寻找以太的实验彻底失败,一些物理学家提出种种解释。比如爱尔兰物理学家斐兹杰诺提出,运动的物体可能因为以太风压缩而变短,但这遭到更多人的反驳。不仅如此,几年以前,伦琴发现的X射线更使人觉察到物质内部有更为基本的结构,而普朗克在1900年提出的量子论,也已经掀开了物理学新的篇章,只是当时没有人意识到罢了。无论怎样,用"山雨欲来风满楼"来形容当时的情形是再恰当不过的。
     然而爱因斯坦在学术上处于十分封闭的状态,他没有机会听取报告,也没机会参加学院的讨论班,和他交往频繁的不过是一些民间物理学爱好者。但是这并不能阻止他向物理学的塔尖迈进。
     他一直在苦思"以太之迷",而且他走的道路与所有人的都不同。还在他中学的时候,他一度对迈克斯韦的电磁理论崇拜之致。这并不是因为它能解决很多实际问题,比如导致电磁波的发现。爱因斯坦看中的是公式本身具有完美的对称性,但是显然这种协变性与牛顿的经典理论是相冲突的。
     比方说,按照牛顿力学的观点,如果一个人站在速度为20米/秒的车上以相对于车以10米/秒的速度向前抛出一个皮球,在地面静止的人来看,球的速度是20加10等于30米/秒。任何初通物理的人都会得出这个结论。然而,我们知道光也是一种电磁波,它在真空中的速度是30万公里/秒,如果那个站在车上的人拿的是支手电筒,那么在地面上的人看来,光的速度是多少呢,还是30万公里/秒加上20米/秒吗?还能简单地叠加吗?
     要是你以30万公里/秒的速度追上一束光,你会看到怎样的景象呢,你会看到光波在原地不动地抖动吗?
     爱因斯坦进行了一次冒险,他宁愿为了从对称性这种单纯的美学观点出发,而放弃掉人们习以为常的经验。他也是信仰上帝的,但他不是信仰那个只手捏控人类命运的上帝,而是那个在万物的有序和谐中显示出来的上帝。
    
     我们称之为冒险,是因为仅仅在几十年后,两个在美国留学的年青人在研究基本粒子中"t-q之迷"的时候,提出的"在弱相互作用中宇称不守恒"理论,简单地说就是对称性的破坏,在当时激起轩然大波,按照普通美国人的解释是他们又推翻了爱因斯坦的相对论。事实上推翻的不是相对论,而是从古希腊文明以来人们对自然界恒久抱有的美丽幻想。仿佛无数物理学家费劲心机终于战战兢兢揭开上帝──这位梦中情人头上的面纱,却失望地看到一张坑坑洼洼的老妪的脸。
     这两个值得全人类骄傲的年青人都是中国人,他们一个叫李政道,一个叫扬振宁。
    
     观念上的重大修改无疑引起很多麻烦,对于新观念的创始人来说更是如此。很快爱因斯坦的头脑里塞满了以太,量子,时间,空间这些东西,以至于给他的孩子小汉斯拿着奶瓶喂奶时也时常走神。而逻辑上的混乱让爱因斯坦更是无所适从。
    他疲倦地从办公室回到家里,头脑里天旋地转,然而凭直觉爱因斯坦逐步认定有种极平常的经验在作祟,究竟是什么呢?他越想越困,眼睛慢慢快要阖上了,这时,厨房里传来妻子米列娃的呼唤,"阿尔伯特,吃饭的时间到了,还不快收拾桌子?"
     "时间!?"宛如流星划过脑际,爱因斯坦几乎从椅子上跳将下来。他匆匆翻开牛顿的《自然科学的哲学原理》。在上面牛顿以确凿的口气写道:
    "绝对空间就其本性来说与外界任何事物毫无关系,它永远是同一的,不动的。"
     "绝对的,真实的数学时间本身按其本性来说是均匀流逝的,与外界的任何事物无关。"
    "在运动系和静止系坐标变换时,显然,时间是不变的。"
    不会是这样的,一定不是这样,爱因斯坦一边埋着头,一边踱着步,一个在运动着的车上的人看到的时间,与在地上静止的人看到的时间未必相同,嘿嘿,根本不存在绝对的空间和绝对的时间,既然如此,我们费力寻找的以太,刻意想测量出地球相对于绝对空间的速度,都是徒然。以太不是找不到,而是根本就不存在!!
    
     在一个月内,名不见经传的爱因斯坦向德国最有声望的杂志《物理学年鉴》(Annalen der Physik)发表了四篇论文。他挑出分量最轻的一篇,内容是通过中性物质的稀溶液的扩散和内摩擦来测定原子的大小,寄给了他的母校苏黎士联邦工业学院,毫不费力地取得了博士学位。另一篇是关于研究悬浮微粒的布朗运动的,也开辟了一个新方向。
    第三篇是著名的光电效应,历史上第一次提出光量子的理论,在发展与相对论并称二十世纪物理学两大基石的量子力学中意义重大,几年后单凭此而不是相对论就获得诺贝尔物理奖。其实就爱因斯坦的贡献来看,一生完全可以五次登上诺贝尔奖的领奖台。光量子理论;狭义相对论;广义相对论;统计物理中的玻色──爱因斯坦凝聚;还有我们熟悉的激光的理论工作也归功于他。
    第四篇的论文名字很朴素,叫《论运动物体的电动力学》。然而稍通物理学史的人都知道这是一篇惊世骇俗的文章,它宣布了狭义相对论的诞生。在这篇文章里,爱因斯坦没有卖弄令人目眩的数学技巧,平实而又深刻是爱因斯坦论文的一贯风格。读懂它并不需要高深的数学知识,但更需要革命性的思想和与日常经验决裂的勇气,尤其是在当时。
     爱因斯坦提出的假设很简单,第一,我们无法确定相对静止的物体到底是处于静止状态还是匀速运动状态。因为绝对静止的空间不存在了,一切静止都是相对的。第二,光在真空中的速度永远不变而且不可超越,它与光源的速度无关。也即,对于站在地面上的人看,20米/秒的车上发出的光和即使以光速飞行的火箭(当然是不可能的)上发出的光的速度是一样的,均为30万公里/秒。
     从这两个假设出发首先得出的古怪结论是:所谓"同时"是相对的!假设我们站在地面上,一架飞机从我们面前匀速飞过。在我们地面上的人看来,我们右边的人挥起手的"同时"左边的人弯下腰,而在飞机上的人则坚决不这样认为,他们认为我们右边的人先挥手,而左边的人后弯腰。与此相反,在飞机上的人认定机头处空中小姐不小心打破只碟子的"同时"机尾处的乘客点燃支香烟,而地面上的人异口同声地说碟子先落在地上然后香烟才被点着。
     荒谬吗?我奉劝各位不要带着秒表上飞机一证真伪,因为"同时"事件在另一群人眼中的时间差是千万分之一秒,你可不具备那个反应能力。而这又是由于飞机的速度尽管达到几百米每秒,比起光的速度,30万公里/秒,还是望尘莫及的。不过这样也不错,至少平时说"这两件事同时发生"时不用再地加上诸如"在我们这群相对静止的人看来"之类的复杂状语了。
     为了更好地解释狭义相对论,爱因斯坦设计了一个著名的思想实验。所谓思想实验,就是在地球上的实验室无法实现的条件下作的假想实验,因为跨入二十世纪以来,人们对通常状态下的物质研究几乎穷尽,动辄就研究绝对零度的低温或者上亿度的高温,速度接近光速的运动或者万万分之一米长度的空间。这对爱因斯坦这位思想大师来说轻车熟路,并很快成为他在学术上进攻或者防守的利器。
     爱因斯坦这样假设:"观察者M站在铁路边上,在沿火车前进方向上有一个点B,在运动相反方向同样距离上有一点A,某一时刻A和B同时闪电,观察者M自然认定这两个点是同时闪光的,因为光的传播速度不变,而他又恰好站在两个闪光点的中心。"
     "假定在闪电时,有一列车从A点到B点方向运动。在两道闪电的一刹那,在火车内的观察者N恰好在与地面观察者M相对的位置上,但N正向闪光点B运行,而离开闪光点A,自然他看到B点的闪光比A点的早,但他知道他是在运动中的,根据自己运动的速度,也很容易得出两道光是同时发生的结论。"
     但根据前面两个基本假设,同样可想,火车是静止的,而地面正在向后运动。因此,火车上的观测者N是相继看到那些闪光的,因而他得出B点发光比A点早的结论。他又知道自己的位置是在两个闪光的中间,由于他认为自己是静止的,所以他不得不断定他看到的头一个闪光比他看见的下一个早。"
     有趣的是地面上的观测者M也不能不同意这个结论,他的确看见两个闪光是同时发生的。但既然现在他是被假定运动着的。当他考虑到光速和他是在向发光的A点运动着这一事实,也作出B点闪光比A点早的结论。
     总之一句话,对于闪电是否同时发生的问题,我们不能一口咬定是或不是,而是要就选定的参考系来回答。

 

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你可能已经迷惑了,但再往下推导更会导致你意想不到的结论。比如说"尺缩效应"和"钟缓效应","质增效应"。"尺缩效应"指在你面前有把尺子,当它相对你运动的时候,你会发现它的长度缩短。
     而"钟缓效应"指在运动的参考系里时钟会变慢。比如,在地面上和飞机上各有一人手那时钟,这时飞机上一只鸡蛋落在机舱的地板上。从鸡蛋脱手的那一瞬间开始,机上和地上的人同时开始记时,到落地时止。结果是地面上的人测出的时间长一些。换句话说,在地面静止的人看来,处于运动状态的物体时间变慢。
     "质增效应"是指运动中的物体质量增加。譬如一筐一斤重的鸡蛋,如果它飞得足够快,我们在地面上静止的人称来重量会达到五斤。它飞得更快的话,会毫不犹豫地将地球上最大的磅秤压歪。但它永远也到不了光速,不光是鸡蛋,任何有质量的物质的速度都绝对达不到光速。光也是一种物质,它的速度之所以能臻极限,原因就是光本身静止时是没有质量的。当然,你若据次推理出质量越小的物质跑得越快,显然是荒谬的。
     至此相对论的费解可见一斑。而在爱因斯坦出名后,有一段时间里很多人在"弄懂"了自己的相对论后,忙不迭地再向自己的亲友介绍。
     还是有部分人自始至终地困惑。一次,一位大学生找到爱因斯坦请教为何时间时快时慢。爱因斯坦不愿再制造玄想,他的幽默发挥了作用,"朋友,当你夏天坐在一个火炉旁,你会觉得一分钟是一小时,而当你坐在一个美丽女郎身边时,一小时就象一分钟,难道不是这样么?"
    大众媒体对相对论也异乎寻常地加以关注。从牛顿时代以来,观众们第一次渴望了解高高在上的物理学家们到底在弄些什么,虽然其中猎奇的心情远重于对科学精神的景仰。很多哲学家,神学家,印象派画家,现代派诗人,专栏作家,以及各行各业的人纷纷在报刊杂志上撰文用自己的语言表达自己对相对论的理解和认识。
     最后推导出来的公式更是威力惊人,它是由爱因斯坦在发表狭义相对论后一个月在另一篇论文中提出的,在今天则几乎是条成语。它就是"E=MC2",表示能量等于质量乘以光速的平方。留心的观众会注意到,在好莱坞的电影和动画片中如果要刻画一位资深教授,则会让他在黑板上写上一些不知所云的杂乱公式后,重重地补上E=MC2这几个大字的。
     能量等于质量乘以光速的平方,即使是在不甚关心其实用价值的纯理论型的物理学家看来也是惊心动魄的,几百年以来所毫无疑义的,不,甚至人类自诞生来就模糊意识到的质量守恒定律被破坏了。质量和能量本身并无区别,而且可以相互转换。即使是最前卫的哲学家也会吸口冷气,太不可思议了。但不管哲学家怎么喋喋不休地发挥思辨的威力,物理学家是不屑一顾的,他们只认定确凿的事实和严密的逻辑。物理学家和自然哲学家都是研究世界的奥秘的,但在这一点上,两者有本质的区别。
     而在绝大多数人眼里,能量等于质量乘以光速的平方,即能量是质量的九百万倍,多么诱人的前景呀。指甲盖般大小的物质的质量如果完全消失,其释放的能量是用以万吨煤炭来计算的。我们这个星球从进入工业化社会以来,能源问题就仿佛人类脖子上的绞索,越勒越紧。
    甚至在本世纪的九十年代,一个超级大国在海湾名为抗击侵略实为保障石油供应的畅通还狠狠地开过一仗。而相对论诞生了,能量似乎唾手可来,无数的科幻小说展示着在能量极大丰富的年代里,机床永不停息地转动,电线纵横四野,地球上即使最阴暗的角落也装上了电灯,到处一片光明,因为我们这个星球别的没有,质量可大得吓人,我们可以一点一点象吃面包一样将地球的质量全变成能量。
     然而当记者兴致勃勃地向爱因斯坦教授提出灿烂的前景时,这个老实人摇头否认了:"这根本不能,没人能随便减少质量,上帝未必会允许开这个玩笑。"
     仔细想想,我们何尝能够轻易地将物质的质量消除掉。譬如一块石头,我们尽可以用锤子砸成小块,然后碾成碎末,可是当你仔细地收集这些碎末后就会发现它的质量并未变化。就算是化学反应,当我们耐心收集在空气中燃烧的煤炭的生成物,包括水蒸气,二氧化碳,煤渣之类的物质,并放在天平上后,我们一定会失望地低下头。
     看来是不可能了。但是爱因斯坦当时的话也说得过满。可能即便是他也未曾料到科学发展的势道惊人如斯。上帝的玩笑也有人敢开了。
     十几年后,德国物理学家发现在核裂变前后质量出现了亏损,虽然亏损质量微不足道,但是带来的后果是可怕的。仅仅在几年后,人类第一颗原子弹在美国爆炸成功,紧接着日本人遭受了自基督降世以来最残酷的惩罚,几十万人死伤,其中一部分人瞬间还被原成基本粒子,真成了魂飞魄散。E=MC2在给人间带来希望之前,带来的先是致命的创伤。当然,这一切对于深爱和平的爱因斯坦来说无疑是一记重拳,直至临死前他为此仍耿耿不已。

 

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不过总的来说,我们尽管以种种或好奇或欣赏的角度来看相对论,但是它离日常生活委实过远。所以人们在白天惊讶地讨论完相对论带来的后果之后,晚上仍可以高枕无忧地阖上眼睛。
     但是如果我们生活在一个光速可轻易接近的社会可就大不一样了。让我们假想这样一个星球:
     首先在这个星球上拥有人数最多的职业是哲学家。他们自小就深刻地理解任何运动都是相对的这一观点。因为即使在孩童的眼里,玩具一运动起来长度就会变短,这在地球上非把小孩吓哭不可。孩子若想看见自己父母的真实脸孔,非得让他们静止不动。他们能够平心静气地面对一切变化,也因为从小他们就在不确定中长大。
     他们的计时系统是繁琐的。你要想弄清楚标准时间,首先要考虑的是你处于什么状态。当然是相对星球上所规定的标准静止系来说的。
     这些人的语言是索然无味的,同地球人相比,他们加入了很多复杂的定语和状语,而且定语和状语的地位与主语和宾语是平齐的。这个民族长于思辨,然而在展示他们的文采时就不免大打折扣了。
     他们个个绅士风度,无论走路还是开车都是慢条斯理。他们的行动稍一变快就会损坏路面而给政府带来不必要的负担。但他们还是常常在运动中,读书看报亦是如此,这样可以充分地利用时间。
     当然他们也如绅士般的胸襟宽阔,能容忍一切错误,因为要想绝对精确地存活在那里几近幻想。
    比如一早在地铁站,两个小伙子在等车,下面是他们的对话:
     "嗨,老兄,你好。请问在静止的地面上看现在几点了?"
     回答的人立刻站稳,然后说:"在静止的地面上看是七点五十四分。"
     第一个人点点头:"火车还有一分钟就要到站,那我还可以花半个小时吃完这块面包,再读完今天的早报了。"言毕,他就匆忙地走动,虽然在静止的人看来面包加重了胃的负担,但他本人显然意识不到,请注意他身体也是在运动中的。
     等半小时后他回到这里时,尽管百般注意,地板上还是被踩了个坑。在他低声抱怨政府在施工中时偷工减料声中,火车进站了。
     两人在火车上继续讨论。
     "你看,窗外那个姑娘身材真不错。"一个由衷地赞叹到。
     "老兄,你又犯错了,她相对我们是运动的。所以在现在我们看来很完美的身材下车后再看一定会大失所望的。"
     但是最大的麻烦的不是在一般性的谈话中,而是在法庭审判中。看,现在法官一筹莫展了。案子本身很简单。在两辆对开的列车上,两个人互朝对方射了一枪。显然,一人行凶应处极刑,另一人自卫应当释放。可谁先开的枪呢?双方都有满车的人作证是对方先动的手,而且证人们都是品性良好,素无犯罪记录的守法公民。
     好了,让难题留给法官来解决,我们则从荒而不谬的想象中走回来。
     显然爱因斯坦在接受鲜花和掌声的同时,也面临着无数人的驳斥与挑战。当然反对最大的声音来自物理学家自己的阵营,这里包括许多成名已久的人物,比如英国皇家学会会长汤姆逊勋爵,还有以寻找以太的实验而名动天下的迈克尔逊教授,这位执著的先生可谓九死不悔,直至1932年还在奋力追寻并不存在的以太。
    太多的人以经典物理的卫道士自居,他们人人手持大棒,头罩钢盔,虎势眈眈地盯着这群试图把牛顿拉下马的"暴徒"们。而爱因斯坦和他的少数派支持者们坚定地手挽着手,细弱的声音终于会聚成洪亮的口号:"革命!革命!"这不是十月革命时的俄国,但是人们热切期盼的心情何等相似呀。
    爱因斯坦可以把他的一些无聊的对手的攻击象蛛丝般轻轻拂去,然而对那些和他一样认真而严肃的对手的挑战则不可等闲视之。
    这时有人提出著名的"双生子佯谬"。一对孪生子自小就惨遭分离,哥哥被塞入一艘以近光速运行的宇宙飞船飞离地球,弟弟则眼巴巴地看着哥哥飞走。弟弟如果懂相对论,一定会想,哥哥在高速运动的宇宙飞船中长大,他那里的时间比地上慢得多,有朝一日我们兄弟俩再见一面,我成了步履蹒跚的老翁,哥哥则正是青春少年时,那时将真是会感慨万千呀。可是与此同时,哥哥在羡慕留在地球上的弟弟,弟弟的世界以那么快的速度离我而去,他们的钟表一定走得很慢,他会比我年青得多哩。问题是两人一见面,究竟会怎么样?不能简单地回避二人见面的可能性。 
    问题是在狭义相对论中自始至终都是有这样一个前提,运动都是是简单的匀速直线运动。而如果哥哥确实想见到弟弟,则须先减速到静止,再回头扑向地球。这其间就不属于狭义相对论的范围了,它要由后来的广义相对论来解决。
  


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1912年,已小有名望的爱因斯坦受聘回到母校。那里他的亲密老同学如格罗斯曼在等着他,曾经嘲笑过他的教授们等着他,渴望全新物理知识的工业大学的学生们也等着他。
    他的生活境遇却也没提高哪里去,因为第二个孩子爱德华出生了,家庭的负担骤然重起来。尽管在他的相对论中每一个物体边上都挂了个钟来矫正时间,而在现实生活中却常常为家里没有一块钟表而苦恼。而且给学生们上课也并不是很情愿的事,这绝对不是因为爱因斯坦鄙视他们,而是爱因斯坦的风格委实不适合教学。他的板书犹如他年青时的笔记一样不忍卒读,而且思想跳跃性奇大,往往就一个问题大发见解而不顾整个课程的进度。开始慕名而来听课的学生甚至挤到了走廊,但后来就门可罗雀了。
    但是他幸运地找到了他的合作伙伴,格罗斯曼教授。此时的格罗斯曼在数学上已颇有建树。而广义相对论的建立则超出了爱因斯坦在数学上的能力,非得与人合作不可。所以广义相对论的难度之大,在深度和广度上在当时已超出了即使是第一流的物理学家或者数学家的理解能力。通常出现这种情况,物理学家模糊能够理解广义相对论的深刻本质,却对怪如天书的数学公式望洋兴叹;数学家大概能看得懂要命的公式,但对其艰深的物理内涵苦思不解。
    如此看来,《纽约时报》当时所竭力宣称的"全世界只有12个人懂广义相对论"并非单纯的噱头。至少爱丁顿教授就这样看。爱丁顿就是前文那个坚信广义相对论必然正确且亲自率天文队去观测并证实的英国人。当记者带给他一个更极端的消息"地球上仅有三个半人理解相对论"时,他立即低下了头。记者跟着道:"我们都知道您肯定是其中之一,但您似乎不必谦虚至此。"爱丁顿却抬头反驳道:"对不起,我不是谦虚,刚才我一直在想另外那半个人到底是谁?"
    广义相对论的创建足足花了爱因斯坦十年的工夫,这是他一生中精力最旺盛的十年。可见它要让人在铁一般的事实找到以前接受它是多么困难呀。
    但也有慧眼识英雄的伯乐。他们是身在柏林的见识远卓的两位科学伟人,一个叫普朗克,一个叫能斯脱。
    普朗克是最早提出量子论的人,也是高度评价相对论的第一人。他不止一次地把爱因斯坦比作当代的哥白尼。当时的普朗克几乎是德意志民族的科学象征,他出身贵族,温文尔雅,交游广际,受到上至皇帝威廉二世,下至底层百姓的衷心尊敬,甚至在当时的一马克金币背面都刻着他的头像。
    能斯脱则既是二十世纪著名的化学家,也是一位拥有杰出政治才能的组织者。
    他们一致想把这个出生在德国的犹太巨人拉回柏林。他们提出的条件是诱人的,包括聘请爱因斯坦担任正在筹建中的威廉皇帝物理学会会长,并担任年薪1200马克的普鲁士科学院的院士和柏林大学的终身教授。这对爱因斯坦来说可谓是名利双收,而且说好了可以不用教学而专心研究,更主要地是又找到了"很多"志同道合的人。据新闻界的说法:"全世界懂相对论的12个人中有8个就在柏林。"
    这是世界少有的优越条件,爱因斯坦怎能不动心呢?但是这和爱因斯坦的一贯追求尖锐地不合。当初他们一家人不正是为了躲避德国人对犹太人敌视的目光而弃离故土的吗?虽然他现在功成名就,但是在遥远的柏林仍会有寄人篱下的感觉。可是在哪里不是寄人篱下呢?作为犹太人,他们在欧洲流浪已近千年,大部分人连自己民族的母语--希伯来语都不会说。
     什么时候我们犹太人才会有自己的祖国呢?爱因斯坦的眼眶湿润了。他做梦也没有想到在暮年会见到自己的国家在中东崛起,虽然那是在600万鲜活的生命教训了几乎灭种的犹太人之后。
     他执意去柏林了。但是他的妻子米列娃坚决反对。米列娃是他在苏黎士工业大学时的同班同学,塞尔维亚人,在当时是一位罕见的女物理学家。在高傲的日尔曼人眼里,犹太人是流氓,斯拉夫人则是乞丐。身为斯拉夫人米列娃向来心高气傲,是不会喜欢柏林那阴冷的空气的。
     况且夫妇二人积怨已深,主要是米列娃是个激进的女权主义者,她不愿沦为庸俗的家庭主妇,她也要有自己的事业。但是米列娃总是被爱因斯坦的巨大光环笼罩住,显不出她的所在。同时爱因斯坦是一个向上帝选择了智慧的人,选择了智慧就选择了孤独,选择了孤独就选择了痛苦。他自始至终无法溶入他的家庭,他的生命的绝大部分既没有留给妻子,也没有留给孩子,而是留给了上帝和他心爱的物理学。
     不合则散。爱因斯坦吻别了在梦中的小汉斯和小爱德华,他们是睡得多么香甜呀。
     爱因斯坦又一次提着大皮箱,在一个寂静的夜里慢慢地走上了征程,这次他真的除了物理学什么都没留下。

 

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1916年,他与格罗斯满曼合作的论文《广义相对论纲要和引力理论》正式发表,正如爱因斯坦所料,一石再激千层浪。
     静寂已久的物理学界从未象这次一般阵线分明。保守的一派在狭义相对论发表时觉得爱因斯坦只不过还在变魔术;到广义相对论发表时,人人都在摇头,都说一个天纵其才的物理学家就此精神失常,即使原来很多支持爱因斯坦的人也认为他走得太远,而少数真正革新的一派则信心满怀,他们坚信新的时代即将到来了!。
     这是怎样的理论呢?
     那还得从牛顿时代开始。牛顿在发表万有引力的公式时,他定义了物体的引力质量;而在推导他著名的牛顿第二定理时,又引进了惯性质量。为了验证这两种质量的等价性,牛顿亲自用空心摆作了实验,在当时的条件下,精度是千分之一。百年后,贝塞尔还是用单摆,精度提高到十万分之一。从1890年起尼厄用扭摆孜孜不倦地作了二十五年实验,精度自是更上一层楼,达到了亿分之一。直至本世纪七十年代狄克等人采用最新技术,发现即使在千亿分之一的精度内,两者仍是相等的。
     看来是没有什么问题了。但是自牛顿以降,从来没有人考虑到这两种质量在数值上的严格相等决非偶然。然而这决逃不过爱因斯坦那鹰隼般锐利的眼睛。擅长在人们司空见惯的现象中找到突破口的,就这一点来说,爱因斯坦算得上古今独步。
     我们都有这样的生活经验,坐在汽车里突然起动时,会觉得自己的后背受力的推动。按照牛顿的解释,这是因为在一个加速的参考系里(比如汽车刚起动时),物体受惯性力的缘故。
     爱因斯坦的思想实验又开始发挥威力了。当你处在自由下落的电梯里,你会发现自己完全失重,如果电梯体积大得能容纳一座高楼的话,你可以先在你的心上人面前吹嘘一番,然后爬到第二十层楼的窗台放心地跳将下去,你不会跌成肉泥而会滑稽得象个气球一样悬在空中,就象若干年后我们在电视里看到太空舱里臃肿的宇航员一样。
     但是如果在没受任何引力作用的太空中电梯以9.8米每秒平方的加速度(稍通物理的人都知道这是地球的重力加速度)向上运动时,他是绝对不能断定自己是在地球上受引力的作用还是在受惯性力的作用。还记得伽利略的大船吗,它那里详尽地说明了匀速运动和静止无法分辨。这个足够大的"电梯"里也是如此,当你发现随手丢下一个东西,它会象在地球上一样愈来愈快地砸向地面的时候,你会从第二十层楼的窗台上忙不迭地蹦回屋内,。你若有可能向空中开上一炮,那条美丽的弹道曲线与地球上的一样吻合。你作任何实验都不能证实你所在的外部环境究竟如何。
     爱因斯坦的结论是在局部的区域内,引力和惯性力是不可分辨的。这就是著名的等效原理。如此一来,牛顿时代所固有的惯性系(匀速直线运动或静止系)比非惯性系(加速运动系)优越的观念需要彻底修改了。在爱因斯坦的理论中,任何参考系都是平等的,不管静止的也好,还是运动的也好,你站在任何一个参考系都不会改变你对世界的看法和对自然规律的表述。
     总的来说广义相对论仍是美学的直接产物。可以想象爱因斯坦对于所有参考系中惯性系趾高气扬地凌驾于非惯性系之上时,心中是一种怎样的不适呀。万物平权,这是至高无上的美学准则。深刻与美,则一贯是爱因斯坦科研奉行的主旨。
     在物理学发展的长河中,有些理论的创始人只能冠以一个名字。广义相对论便是一例。可以说,没有爱因斯坦再过两百年也未必会有人发现它,这于狭义相对论是不同的。发展狭义相对论的时候,仿佛如鲠在喉,多少人在没日没夜地思考它,因为大家都明白没它就意味着物理学的彻底崩溃,爱因斯坦不过凭借他的天赋捷足先登罢了。
     广义相对论则不同,它是在没有任何先兆下横空出世的。没有任何实验上的矛盾,没有任何实际中的需求,没有任何人意识到它的必要性。即使没它也不妨碍火箭发射,卫星上天和通讯技术,计算机的迅猛发展。但显然人类对宇宙本身的认识会大大延迟一步。
     以当代物理学家的眼光看,广义相对论与其说是一门科学,不如说更象一门艺术,它把几何学和物理学完美地结合在一起,给人最深的印象不是逻辑体系的无可挑剔,而首先是一种优雅的美。
     更主要的是广义相对论继狭义相对论之后,又一次掀起了时空观的大革命。
     可能你又紧张地四处张望,我们的日常经验又有什么不合逻辑了呢?
     有的。翻开初中一年级的几何课本,扉页里就提出了一条人所共知的平行公理:"在平面内过已知直线外一点,只有一条直线和已知直线平行。"这是早在公元前300年就由欧几里德作为欧氏几何的第五公设载入《几何原本》。
     第五公设又称平行公理。以它和其它的几个公理建立起来的欧氏几何获得辉煌的成功。随之导出的许多定理成了我们脑中根深蒂固的观念:三角形内角和180度,勾股定理描述的是直角三角形的斜边的长度的平方等于两直角边的平方和等等。后来笛卡儿在此的基础上创立了解析几何,顺势导致了微积分的诞生。
     欧氏几何成了人类创立千年的完美的数学大厦的重要基石。而且在人类的文明中,从平常无奇的桌椅,到气势恢弘的宫殿,从呼啸而至的炮弹,到俯瞰人间的卫星,无不闪烁着欧氏几何的光彩。这有什么问题呢?一加一难道不等于二吗?
     最早产生怀疑的是敏锐的数学家。他们怀疑的根据是仅是欧氏几何的第五公设表述过繁。数学家和物理学家都有同样的毛病,凡是复杂的就是不够优美的。从古希腊时代就有人怀疑这第五公设只不过是条定理,一定可以用其它的几条公理证明出来。看来不怎么费劲,但是这一努力就是一千多年。
     直到18末世纪出了个旷世的数学家,他的名字叫高斯。直至今天人们仍津津乐道他在小学一年级就别出心裁地创造出从一加二加到一百时新算法的奇迹。被誉为"数学王子"的他的光辉掩盖着整个十九世纪。高斯最早认识到这种证明是徒劳的,平行公理是独立成立的,而且把用别的公理抽换掉平行公理,导出来一套奇怪的几何。不过,高斯是个谨慎的人,他将手稿压下没有发表。他考虑到他在数学界至高无上的地位,这样冒然出击导致的只会是所有人的攻击。
     但是他是对我们这个空间产生怀疑的第一人。他曾提出作个实验,在三个临近的山峰上测量一下三角形内角和到底是不是180度。
     还是有勇敢的斗士。他们是俄国的罗巴切夫斯基和匈牙利的波尔约,各自独立地提出非欧几何向全世界挑战。经过艰苦的努力,他们终于使大部分数学家承认还存在一套与欧氏几何并列的几何,它的前提是过直线外一点至少可以有两条直线与该直线共面而不相交。导出的结论令人困惑:三角形的内角和小于180度,同一直线的斜线和垂线不一定相交等等。


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没有多久,高斯最得意的嫡传弟子黎曼又把第五公理换成了同一平面的两条直线一定相交,演绎出与欧氏几何,罗巴切夫斯基几何鼎足并称的黎曼几何,这已经快接近答案。可惜黎曼只是一个数学家,他模糊意识到什么,但是最终不可能揭开事实的真相。他到死也未料到他所创建的新几何才是我们这个世界真正成立的。
     尽管一系列优秀的数学家前仆后继地发展了非欧几何。但是即使在数学家内部也只不过认为这是一套漂亮的游戏而已。幸好数学家的癖好和物理学家亦有不尽相同之处,在他们的世界里漂亮但无用的玩意儿触目皆是,但在物理学家那里会被无情地抛弃掉。仿佛上帝为了捉弄人类,先扔下一把钥匙,物理学家不屑一顾而数学家们喜滋滋地捡走了,几十年后再重重地扔下一把大锁砸在爱因斯坦头上,爱因斯坦几经努力才在数学家的旧仓库中找到了那把锈迹斑斑的钥匙。
     一开始爱因斯坦没有充足的信心完成广义相对论,他发现导致的几何结果当真匪夷所思。但是老朋友格罗斯曼介绍的黎曼几何使他茅塞顿开,这不就是他这些年来苦苦觅寻的吗?爱因斯坦无疑是极端幸运的。如果让爱因斯坦自己来凭空创造一套几何,纵使有格罗斯曼的帮助,也势必成挟泰山以超北海,是所不能了。回首当年,黎曼,这位继高斯后首屈一指的大数学家,为这套几何亦是耗尽了一生的心血。
     爱因斯坦认识到,我们所在的这个空间,不是简单的长,宽,高三维空间,而是包含时间在内的四维时空;不是我们想象中的平直,而是一个弯曲的空间。
     弯曲就意味着如果现在你朝某个方向射出一束光线,若干年后,如果地球,甚至银河系还存在的话,你会发现光从你背后绕了回来。当然,再不可能找到象当年那样为了验证地球是球体而勇于拔锚扬帆环航世界一周的麦哲伦船长了。
     我们这个空间应遵循的规律是符合黎曼几何的,而不是欧氏几何。比如说,当你精确测量空间三点的所连成三角形的内角和,会发现它大于180度。凭你直觉的经验,一定会觉得两点间直线最短,实际上真正短的是一条曲线,"世界线"。
     至于真正意义上的四维时空,决不仅是几何上的花样。它第一次深刻地揭示了空间和时间如何不可分割。现在我们定义空间中任意一个物体,仅有长,宽,高的坐标是不够的,还必须加上时间。可是,在满眼三维物体的这个世界上,我们怎么能够拥有四维的想象呢?
     如果把作为三维物体的书本放到光源的对面,它的影子会投射在二维的墙面上,随着书本的转动,影子的形状也会改变。有机械制图经验的人仅凭三张不同侧面的投影就能大致想象实物的样子。
     四维时空的观点则认为,我们日常所见到的所有事物,不过是四维时空中的"原物"在空间上的一种"投影"。这样就可以清楚地解释一辆高速行驶的列车为什么对于静止在月台的人来说长度会缩短。因为我们所看到的不过是一个"投影"而已。"原物"在四维时空中旋转,从而分到属于空间的三维部分(我们见到的)少了些,分到属于时间的一维部分多了些。实际上,"原物"(注意是在四维时空)是不变的。
     正如爱因斯坦的老师闵可夫斯基在1908年德国自然科学家学会的第八十次年会上的报告中宣称的那样:"我们现在讲述的空间和时间的观点,是在实验物理学基础上发展起来的,这就是理论之所以有力的原因。它的意义是革命性的。从此以后,时间和空间退化为虚幻的影子,只有两者结合才能保持独立的存在。"
     在牛顿力学中,一个物体如果不受外力的作用,它将作匀速直线运动。在相对论中亦是如此,但是这个"直"线是是四维时空中的直线,在三维空间中则表现为弯曲的"世界线"。上帝在造物时就神秘地暗示我们,物体运动是尽可能走近路的。譬如,夜空中的星星看似遥不可及,动辄以亿光年计算,实际上它们到我们的最短距离决不是简单的两点一直线,而是一条弧线,犹如一条隧道,可以抄直到达终点。
     纵使在受引力的作用下,物体的运动也是如此。因为爱因斯坦一针见血地指出,万有引力根本不是一种力!这不是象牛顿那样认为的,太阳如何牵引地球,而地球如何吸引砸到牛顿头上的苹果。无论地球还是苹果,它们都是在别无选择地走最近的路。它们的路径之所以弯曲,以至那么多年来我们一直错误地认为是受了力的结果,仅仅是因为任何物体都会使自己周围的空间弯曲,而质量大的物体(譬如太阳)犹使空间变形得厉害。换句话说,如果我们这个空间什么物质都没有,它是平坦的欧氏空间;之所以弯曲的原因就是有物质存在。
     你将一块薄橡皮膜崩在一个长方形的框架上,在放上一个橙子,它会自然地凹陷下去。再在橙子边上放一个石子,不用推动石子它就会自动滚向橙子。这并不是因为橙子吸引了石子,而是它造成的"场"使石子义无返顾地选择最短路径滚了下去。当然这是比喻,但是地球绕太阳旋转,苹果落向地面的根源也类似于此。
     这是对牛顿定义的引力新的诠释,引力不过是加速运动(以三维空间的观点看)带来的幻觉。牛顿的因果关系看来颠倒了,因为物体本身在没有外力时的运动就不是完美的匀速直线运动,而是沿着弯曲路线的加速运动,导致的幻像就是有"力",即万有引力产生了。
     至此你就可以大概理解为什么连头脑向来敏锐的物理学界的领袖人物都认为爱因斯坦发了疯。爱因斯坦深感苦恼的是自己的相对论发表之初在物理学圈内睬之者甚少,被新闻界披露之后,反是好奇心很强的圈外人,比如哲学家,作家,艺术家纷纷拜访,获得只言片语后回去演绎自己的"相对论"。至于后来相对论成为偷懒的中学生不作几何题的理由,更是爱因斯坦始料未及的。
     最感兴奋的则是罗马教廷里的主教们。尽管他们曾经把布鲁诺烧死在火刑台上,把哥白尼的书封禁,把伽利略投入监狱,但是科学的观念毕竟逐步深入人心,牛顿学说的发表更是一记重拳,打得他们自此抬不起头。天主教只成了部分人的信仰,如果神学家再敢于和科学家论战,一定会被驳斥得体无完肤。
     但是现在好了,牛顿的理论也被人踩翻在地。而爱因斯坦根据广义相对论提出宇宙有限的假说,更是令他们浮想联翩。宇宙有限,那么宇宙之外不就是天堂么?于是在爱因斯坦访问英国的宴会上,他的邻座,坎特伯雷大主教恭恭敬敬地向爱因斯坦请教:"教授,听说您的理论似乎提供了宗教界的某种证据。"
     爱因斯坦微笑地摇头:"对不起,相对论纯粹是科学上的问题,与宗教没有关系。"
     为了说服更多的人,爱因斯坦几经寻觅,终于在天文学上找到第一个证据。九大行星中离太阳最近的是水星,广义相对论只能在巨大质量(比如太阳)的附近才能显现它的威力。正好水星的运动几百年来有个悬而未决的问题,即水星在绕太阳转动的同时,自己的轨道也在缓慢地转动,这在天文学上称为水星的进动。天文学家采用牛顿的引力理论,结果总是相差一些。而爱因斯坦根据自己的计算,弥合了这些误差。
     第二个预言是太阳光的引力红移。爱因斯坦的理论指出在引力场强弱不同的地方,时钟走时是不一样的。从而当光从太阳附近的强场传播到地球附近的弱场时,光谱线会向红色的一端发生微乎其微的移动。
     这种观测在当时根本无法实现,直到1958年德国年轻的物理学家穆斯堡尔发明了穆斯堡尔效应,找到一种精度大为提高的测量时间的方法。即使你的手表走了三千年后只比标准时间慢百分之一秒,也能觉察出来。通过这种方法,研究人员发现在建筑物底部(这里的引力场稍强)比顶层的时钟走得慢。
     顺便提一下前面提到的"双生子佯谬",由于在宇宙飞船里的哥哥想要回到地球上来,必须先大幅减速,然后再转身向着地球的方向加速,这期间受到惯性力,即引力的作用,其间飞船上的钟会走慢。70年代有人在卫星上放置了精确的记时器,当它随着卫星围绕地球转过几圈后回来和地面上的同样的记时器比较,果然验证了变慢的结论。
     最直接的证据是光线通过太阳时受到引力场的作用而弯曲。早年爱因斯坦在提出等效原理时,他根据牛顿力学计算的弯曲角度是0.87秒。当他十年以后意识到空间是弯曲的时候,这个角度才修正到原来的两倍,1.74秒。幸亏早期的一次日全食时的测量因为天气原因而失败,否则这会迫使爱因斯坦全盘放弃他那未成熟的理论的。
     决定性的时刻终于到了。英国剑桥大学的天文学教授爱丁顿带队分兵两路,一路奔向南美洲的巴西,一路远赴非洲西部的普林西比岛。在出发前大家讨论了这次观测可能的三种情况:要么根本就不偏转,要么就接近牛顿力学所计算的0.87秒,要么就接近爱因斯坦的广义相对论所预言的1.74秒。
     "如果测量值比爱因斯坦的还大一倍,那会怎么办呢?"组里的一位成员忧心地问道。
     "那么爱丁顿和爱因斯坦都要疯了。"
     爱丁顿当时在普林西比的那一路,他们一大早就兴致勃勃地架好望远镜,可是热带的气候委实难测,一场瓢泼大雨将他们的希望浇灭,要不是巴西那边测量成功的消息及时传来,爱丁顿这次可真的要疯掉了。
     结果正如本章开头的那一幕,上帝的面纱揭开了一角,广义相对论证实了。


此时的爱因斯坦年仅四十岁,但俨然成了物理学界新的教皇。而且世界各地的人们都在传诵着他的名字和他的思想。他的声望达到顶点。
     这时的生活亦温馨如意,他的远房表妹,从小在一起的玩伴埃尔莎和他结了婚。她是一位柔婉体贴,态度随和的女性,丝毫不具备前夫人咄咄逼人的风范。她不懂物理学,但这并不妨碍她把爱因斯坦的生活收拾得井井有条。爱因斯坦,这个长期漂流的游子,终于开始享受家庭的温暖了。
     正在此时,另一场席卷物理学的大风暴正在酝酿中,一群更年轻的物理学家开始聚集在丹麦的哥本哈根。为首的一位是堪与爱因斯坦比肩的大物理学家。他的名字叫玻尔,比爱因斯坦小七岁,至于其他的人年纪更小,有的还在攻读硕士学位。
     正是这群看似毛手毛脚的小伙子,他们戏剧性地改变了二十世纪人类的命运,从某种意义上说,比爱因斯坦的的相对论更能激起人们对自然规律的深思,而且他们工作的触角随着时间的推移深入了人们生活的方方面面。他们理论的一个不起眼的副产品就是半导体,但是没有它今天发展一日千里的计算机技术便成了空中楼阁。
     他们创立的学派叫哥本哈根学派,这是直到今天所有的物理学家听到都会肃然起敬的名字。他们创立的学科则叫量子力学。
     与相对论相比,他们从微观方向向经典物理发动了攻击。这是一场难度更大的战斗,注定不能仅由一个孤身作战科学家象爱因斯坦一样传奇般地完成。这也是他们尽管在物理学史史上留下一连串闪光的名字,但在舆论界反响平平的原因。
     这更是一场革命,他们遇到的阻力一点不比爱因斯坦小,在前辈成名的大师级人物眼里,他们不过还都是一群娃娃。他们在遭受了无数的讥讽和白眼后,自然把求助的目光投向已成为物理学界旗手的爱因斯坦。他的眼力非凡独到,而且向来热心扶植拥有新想法的年轻人。更何况是他最早提出光量子假说,这不仅使他本人登上诺贝尔奖的领奖台,而且也为量子力学的发展指明了道路,说起来他也算是量子力学的前辈之一。
     然而他们万万没有想到 ,量子力学从此招来最大的反对者--爱因斯坦本人。这绝对不是因为爱因斯坦漠视后学上进,而是两派人的世界观根本不同。玻尔那帮人解释世界是采用几率观点,也即在微观的环境里,所有粒子的运动是没有确定轨道可言的,你只能预测在某一点的粒子出现的可能性是多大;而爱因斯坦是绝对不相信上帝会允许不确定的因素存在的。
     天空顿时又是乌云密布,大论战一触即发。玻尔也是个意志坚定的人,认准了的事绝对不回头;虽然反对派有爱因斯坦助阵,势力雄厚,他们也没有屈服。好在接二连三的实验提供了坚实的证据,而且量子力学的体系本身也在爱因斯坦无数次严酷的考验面前愈发显得完美无缺。
     到本世纪二十年代末,世界上绝大多数物理学家的工作都转向量子力学方向来了,对面只有爱因斯坦还在单枪匹马地叫阵,直到去世他都无法容忍量子力学的存在。
     上帝开了个很大的玩笑,一生蔑视权威的爱因斯坦最后也扮演了压制新思想的权威的角色。还是哲学家罗素一语中的,唯一的历史教训就是忘记了历史教训。

那么从那时到爱因斯坦去世还有漫长的几十年,爱因斯坦在忙些什么呢?原来他把毕生的经历投入了另一场空前难度的努力--"统一场论"。
     当时人们知道世界上称的上是力的只有两种,引力和电磁力,而爱因斯坦一直的工作是想把所有的物理几何化。他苦苦寻找到底四维时空究竟有何性质可以把电磁场容括进去。但电磁场似乎也继承了它的创建者麦克斯韦那苏格兰人特有的顽固性,拒绝和爱因斯坦妥协。他花了十年的时间才使引力场几何化,然而还要花多少年才能将电磁场归入这一体系呢?
     "最多三十年吧。"爱因斯坦摸了摸还算茂盛的头发,暗暗地安慰自己。没有人会想到这一努力就是一辈子。
     此时的爱因斯坦已偏离了物理学研究的主流,就象几年前搞广义相对论时一样,他又默默地将自己与外界隔了开来。学术界很长时间没有听到爱因斯坦的消息了,虽然他们每次会议都保留了爱因斯坦的席位以示尊敬,但热心的新闻界还是不时地制造一些耸动的消息来提醒人们不该忘记这位孤独的勇士。一次,《纽约时报》花了整整一版印上了令专业人士都费解的数学符号,并郑重地宣布:"爱因斯坦的新理论试图包括:行星的旋转,光线的疾驶,地球的引力,钻石的光泽,镭元素的不稳定性,轻的氢和重的铅,通过线圈的电流,物质,能量,时间,空间。"
     物理学家们几次呼吁爱因斯坦出山,加入到他们的行列中来。其时的量子力学正方兴未艾,许多神妙的现象亟待解决,他们不希望这么一个天才的头脑去从事当时看来显然无望解决的问题,当然他们更不希望失去一个德高望重的领袖。情形仿佛当年万众呼唤弃离物理学的牛顿一般。
     爱因斯坦没有听到万千的同行们心底的呼唤,在以后的日子里甚至很少出席正规的国际物理学会议,而宁愿在出访一些普通的学校时面对激动无比但大部分不懂物理的年青人讲述自己的想法。三十年代初,他在英国访问期间,没有去剑桥大学,而是来到北英格兰的一所普通的女子学校去演讲统一场论,在众人兴奋而迷惑的眼光中一边深思,一边在黑板上断续写满了复杂的张量公式,这是统一场论中必不可少的数学工具。受宠若惊的校方将这块黑板珍藏起来直到今天。
     更出爱因斯坦意料外的是原本在柏林平静的生活亦出现反复。他没有想到毕生热爱和平的自己竟会长年置身于历史上最大一场战争的策源地。早在一战期间,他就和一些科学家在反对战争的声明上签字。一战的结果是德国战败。在德国重新站起来后不久,有人就在总结失败教训时痛斥背后"卖国"的三种人:和平主义者,知识分子,犹太人。不幸的爱因斯坦三者都占全了。
     1933年5月10日的夜晚,群情骚动的学生举着纳粹的标记,疯狂地喊着"希特勒万岁",在柏林大学周边的广场上将堆积如山的书籍点着。在熊熊的火焰中可以看到,摞在最上层的赫然便是爱因斯坦著的相对论。
     此时的爱因斯坦正在大洋彼岸的美国的一家旅馆里发愣,几天前他就听同事们说起在柏林哪里的报馆被查封,哪条街的犹太人开的商店全部遭到洗劫。看来,德国是回不去了,现在的柏林不仅容不下一个犹太人,也容不下一张书桌了。

 

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望着漫天的星斗,爱因斯坦又一次陷入沉思:难道颠沛流离的日子又开始了么?
     当爱因斯坦得知纳粹当局抄了他在柏林的家并悬赏两万马克买他的人头后,他毅然决定留在美国。不久,德国人将成千上万的犹太人驱赶入集中营的消息传来,爱因斯坦更是痛心疾首,他痛恨那些留在柏林普鲁士皇家科学院和柏林大学的同事们为什么不竭力阻止政府疯狂的举动。
     素来不通事务的爱因斯坦到此时还如此天真,他不明白在一个专制的国家里知识分子噤若寒蝉的处境。连曾辉煌一时的普朗克亦遭厄运,但出于一个日尔曼人对祖国和民族天生的忠诚,他坚决不离开国内。他掩护过千百犹太籍的科学家,但也为此遭到希特勒的将他送入集中营的警告。在战争末期,他和普通的德国人一起一边排着长龙等待发售面包,一边警惕着头顶上盟军飞机的炸弹。
    
     爱因斯坦决定在宁静的小城普林斯顿安静地度过自己的余生。此时的爱因斯坦也明白穷尽一生也未必能给出统一场论一个合理的说法了。但是他并不后悔,科学的发展总是要走弯路的,何况他觉得这未必是弯路,人类总有一天会认识到统一的重要性的。
     有一次,他和一个助手谈起这几十年的奋斗,曾提到统一的尝试总是要有人作的,但年青人不适合干,因为它会毫不留情地吸光人一生的心血;至于自己,反正已经功成名就,正适合干这个。
     看来真的是天妒英才,爱因斯坦当时走得过早过远,因为后来人们才认识到自然界不是仅有两种力,还有强相互和弱相互两种作用力。若勉强就把仅知的两种力统一,根本就是幻想。但爱因斯坦在轰然倒地的同时,手臂依然指着前进的方向。统一,统一,这是千百年来物理学家的最高梦想。
     时光流逝到1979年,此时身在天堂悠闲地叼着烟斗,拉着小提琴的爱因斯坦若不经意地看一下人间诺贝尔物理奖的领奖台,他会开心地微笑的。这年的奖金由美国人格拉肖和温伯格,巴基斯坦人萨拉姆三人共享。他们的贡献是将四种力中的弱相互作用力和电磁力统一起来,人类朝统一的终点迈出关键的一步。

 

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爱因斯坦在普林斯顿的晚年留下很多有趣的故事。包括他如何在比利时王后的御笔题诗的背后打草稿啦,如何穿着短裤拖鞋出席宴会啦,如何把一千美圆的支票当作书签乱夹结果弄丢了呀,如何忘了自己的家竟然打电话到家里问自己住在哪里啦。
     一次,一个放学的小姑娘看到爱因斯坦蓬头垢面地走在人行道上,仿佛从童话书中走出来的一般,她好奇地跟了一段,然后回去把这个人当作新闻讲给她正在吃饭的父亲听,她父亲登时放下刀叉,神色郑重地望着她说道:"我的孩子,记住这一天吧,今天你见到了世界上最伟大的人!"
     爱因斯坦本人从来没意识到自己的伟大。一次,当犹太人自己建立的国家以色列慕名专程请驻美大使请他回国担任总统时,爱因斯坦婉言谢绝了,他的理由是我对自然界还知道一点点,可是对于社会的事情我什么都不知道。
     随着年事日高,亲朋好友一个又一个先他而去,先是他的大女儿,然后是多年合作的伙伴格罗斯曼教授。在他的葬礼上,爱因斯坦的悼词中写到:"作为普通人的眼光看,你永久离开了我们这个世界;但在我们物理学家都坚信,所谓空间和时间都不过是人脑中一种执著的幻像而已。"
     但是伴他多年的夫人埃尔莎的死对他是沉重的一击,自此他衰老得更快了。幸亏他的妹妹专程赶来陪他,使他的精神稍有好转。当妹妹亦身患重病离他而去时,他自己亦知时间不远了。
     在最后的日子里,他仍没有放弃自己的工作,要命的数学公式始终不断地在脑中徘徊。在1955年4月17日的深夜,躺在病床上的他终于感到自己要蒙幸上帝的召唤了,也许在那里上帝会告诉他统一场论的谜底,想到这里,他艰难的笑了一下。
     他是无法想象第二天全球会以怎样的悲痛来送走他这位人类世界最伟大的儿子的。
     当护士小姐匆忙的脚步声出现在他的床前时,爱因斯坦已经快不省人事了,弥留之际他含糊地用德语吐出两个词,可是没人听懂。可能他在怀念德国,这片让他一辈子爱恨交织的故土。也可能在说统一场论,这个耗尽他后半生心血仍未果的怪物。
     窗外,一片树叶静悄悄地落了下来。
    
    再次谨以至诚,向这位始终孤独的勇敢战士,人类永远的伟大儿子阿尔伯特。爱因斯坦致敬!
    (咦,我为什么说再???)


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二十世纪物理学十大实验
之一
  Arno Penzias 和 Robert Wilson的宇宙背景辐射
    (cosmic background radiation)。他们探测到宇宙中始终存在着
    3k的背景辐射,并且因此得到诺贝尔物理奖。自此,Gamow的宇宙
    大爆炸(the big bang)得到证实,宇宙学掀开了篇章,然后才能有霍金那种
    传奇人物的出现。
    搞笑的是当年他们是作天线实验时发现这个3K的"噪音”
    玩了命似的要把这个三K噪音作掉,调整天线,换零部件,
    甚至爬到天线顶端去刮鸽子粪便。后来干脆认为是美军
    的氢弹爆炸试验惹得祸,直到牛人指出那个3k的噪音根本就是
    宇宙大爆炸到今天的残余。。

第一大实验的直接结果导致了爱因斯坦(A. Einstein)走向神坛。当然
    在此以前,爱因斯坦在学界已经是赫赫有名,狭义相对论,光电效应
    等等都是他的经典杰作,而这次则验证了他毕生的心血结晶——广义相对论。
    
    其实这次实验是一次天文测量,简单的说就是看看光线穿过太阳的时候
    会有什么变化。爱丁顿勋爵(Sir Edington)带领一干人等利用日食的
    机会,穿梭在热带雨林中,终于拍下了一张历史意义的照片,笔直的光线
    穿过太阳时发生了弯曲,弯曲的角度和爱因斯坦广义相对论的预言完全一致。
    爱因斯坦的解释是光线被太阳的强大引力吸引而偏转,就和在
    地面上扔出去的石子的轨迹是抛物线一样。
    
    当时的纽约时报用夸张的篇幅报导了这一观测,所有人都把爱因斯坦称作二
    十世纪的牛顿,他的名声达到顶点。
    
    然后这个牛顿第二在剩下的几十年生命中和量子力学的创始人玻尔(Niels Bohr),海森堡
    ( Werner Heisenberg) 等人无止无休地争论,最后以失败而告终。

    
    
    世人评说美女,溢美之词从古至今不绝于耳,其实归根结底也无非是两点,其一曰容貌,其二曰身材,
    两者的完美结合就是传说中的stunning beauty.
    物理学也是一门极度崇尚美感的科学,它的美也无非是两点,其一曰简洁,其二曰对称。两者一结合
    也是一种骇人听闻的Beauty,典型的如电磁学中的麦克斯韦方程(Maxwell equation). 有修过电磁学
    的人大概都有同感,在经历过眼花缭乱的电学和磁学的公式以后,突然出现在末尾的麦克斯韦方程简直
    给人一种惊艳如斯的感觉,简简单单几个朴素的联立方程竟然把整个电磁学囊括其中。
    当然,很多人对这种突如其来的美感的欣赏也只是停留在很肤浅的层次,确切的说是局限在它的简洁美。
    这其中甚至包括它的创始者Maxwell本人。如果有人能从电磁学读本中的麦克斯韦方程中看到更深刻的东西,譬如对称性,那么恭喜你,你实实在在是有作物理学大师的潜力。
    历史上就是有个人从方程中读出了关于对称性的另类东西,并且以此为突破口敲响了统治数百年之久的牛顿力学的丧钟。那个人就是爱因斯坦,那篇突破性的文献就是《论运动物体的电动力学》,直接宣布了狭义相对论的诞生。
    将美学贯彻研究生涯始终的大概也就爱因斯坦一人而已。他年轻的时候早就觉得伽利略-牛顿体系的绝对空间,绝对时间不够漂亮,终于从麦克斯韦方程中寻得突破导出狭义相对论。后来,他又一次觉得传统
    物理学对于惯性系和非惯性系的生硬分隔实在不够美,终于又一次从引力理论入手,导出了广义相对论。
    广义相对论的诞生完全是一场爱因斯坦的个人秀,因为当时并无强大的实验压力。
    它可以说是爱因斯坦美学观念的直接产物。
    对称性在数学上的语言叫群论,其在二十世纪后五十年的物理学中的地位可谓如日中天。当人们沉醉在
    对称所带来的种种美感和成就的同时,孰料没过多久就突然被重重敲打了一棒。
    事情起因于粒子物理早期著名的TAO,THETA之谜。TAO粒子和THETA粒子是在加速器中发现的两个性质极其类似的粒子,他们的质量,电荷,角动量等等都是完美的一致,然而要命的是在TAO和THETA的不同衰变道中表现出的宇称(镜像对称性)完全相反,因此人们还是忍痛把他们分为两种不同的粒子。
    其实还可以有另一种解释,他们根本是同一种粒子,之所以在两个衰变中表现的宇称不同仅仅是因为在
    衰变过程中宇称并不守恒而已!!
    这种几乎如同皇帝的新装里那个儿童的大喊,在当时也是视为笑谈。甚至如大名鼎鼎的物理学家,哥本哈根学派的中坚人物泡利( W. Pauli)也不以为然地说,我不相信上帝是一个软弱的左撇子,我已经准备好下一笔大赌注,我敢打赌实验将获得对称的结论。泡利关于物理学的打赌几乎是个神话,几十年来凡是他看准的东西从未错过。
    这个案例可以说是常识误导人的又一个经典。上帝似乎是个恶作剧专家,他不停地微笑着告诫人们,
    众人阿,我是爱你们的,可是,你们一定要警惕阿。
    还是有不信邪的人,一位哥伦比亚大学的著名实验物理学家和美国国家标准局合作,试图检验在弱相互作用下的宇称守恒问题。这个实验在概念上是很简明的,主要是要利用一个很强的β放射源(Co60),然后
    在适当控制下极化这个β放射源,使其具有某一个方向性,再放在一个利于观测的环境中,测量这个放射源是不是有一种先天的方向性。当然,其中涉及到诸如低温下的原子核的极化等等技术问题,这位伟大的实验家也是一一克服。
    实验的结果很明确,正如这位实验物理学家确认后立即给那个先前提出不守恒理论的那个理论物理学家打的电话里说的一样,“一句话,宇称守恒已经死了!”
    纽约时报很快以头版刊出了这个大新闻,他们用的标题是“物理的基本观念宣称已经由实验而推翻”。
    随后,美国物理学会在纽约大饭店举行了一次史无前例的年会(三千多人参加),来纪念宇称不守恒的发现。与会的一位著名物理学家感慨万千,“经历过相对论和量子力学的洗礼,我还以为这辈子的激情已经
    燃烧殆尽,不料今天我和诸位又一次站到了历史的转折点。。。。。。”
    
    说道这里大家已经很清楚了,提出宇称不守恒的理论物理学家正是李政道与杨振宁,而证实它的那位实验物理学家正是有物理科学的第一夫人之称的吴健雄。本人最高兴的一点正是在此,一个著名的理论从提出到证实,都是中国人自己作的,这是真正值得全体华人骄傲的事情阿。而吴健雄的这个证实弱相互作用中宇称不守恒的经典实验也足可跻身二十世纪物理学十大实验之列。


 

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