愛(ài)因斯坦與相對(duì)論

愛(ài)因斯坦提出的相對(duì)論是20世紀(jì)理論物理的頂峰。愛(ài)因斯坦曾就相對(duì)論解釋說(shuō)：狹義相對(duì)論適用于引力之外的物理現(xiàn)象，廣義相對(duì)論則提供了引力定律以及它與自然界其他力之間的關(guān)系。

愛(ài)因斯坦是一位將懷疑權(quán)威同“相信世界在本質(zhì)上是有秩序的和可認(rèn)識(shí)的”這一信念結(jié)合在一起的科學(xué)工作者。他不盲目相信權(quán)威，只是充分利用前人的經(jīng)驗(yàn)積累，然后再加上自己的獨(dú)立研究，才得以邁向一個(gè)又一個(gè)的科學(xué)高峰。

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論便是在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。自17世紀(jì)以來(lái)，牛頓力學(xué)一直被人類視作全部物理學(xué)，甚至整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，它可以被用來(lái)研究任何物體的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)入20世紀(jì)后，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的理論體系無(wú)法解釋在一些新的物理實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象。對(duì)牛頓力學(xué)堅(jiān)信不疑的科學(xué)家們陷入了迷茫，盡管他們無(wú)力調(diào)和舊理論和新發(fā)現(xiàn)之間的矛盾，但他們?nèi)匀徊桓覒岩膳ｎD力學(xué)。就在這場(chǎng)物理學(xué)革命中，愛(ài)因斯坦選擇了一條與其他科學(xué)家不同的道路，終于成功提出了狹義相對(duì)論。

愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論包括兩條基本原理：相對(duì)性原理和光速不變?cè)怼?/p>

狹義相對(duì)論可以推導(dǎo)出物體的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)速度有著密切的關(guān)系，質(zhì)量會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加而增加，還推論出質(zhì)量和能量可以互換。愛(ài)因斯坦得出的質(zhì)能關(guān)系式為：E=mc²，其中m表示物體的質(zhì)量，c表示光速，E是同m相當(dāng)?shù)哪芰?。?ài)因斯坦的這個(gè)方程式對(duì)原子內(nèi)部隱藏著巨大能量的秘密作了揭示，為原子能應(yīng)用的主要理論基礎(chǔ)，為原子核物理學(xué)家和高能物理學(xué)家的科學(xué)研究提供了便利。

根據(jù)狹義相對(duì)論的兩條基本原理，還可以推導(dǎo)出前人無(wú)法想象的結(jié)論。比如，飛船上的一切過(guò)程都會(huì)比在地球上慢。假如飛船以每秒鐘30000千米的速度飛行，那么飛船上的人過(guò)了1年，地球上的人就過(guò)了1.01年；假如飛船以每秒鐘2999000千米的速度飛行，那么飛船上的人過(guò)了1年，地球上的人就過(guò)了50年。這是多么神奇?。?/p>

有一點(diǎn)需要說(shuō)明，相對(duì)論的效應(yīng)在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)非常微小，很難被察覺(jué)，因此牛頓力學(xué)與相對(duì)論的結(jié)果非常接近。只有當(dāng)速度大到能夠和光速相比時(shí)，才可以改用相對(duì)論力學(xué)。因而，我們?nèi)粘Ｉ钪兴芙佑|到的各個(gè)領(lǐng)域，還必須都應(yīng)用牛頓力學(xué)的原理和公式。

1912年10月，愛(ài)因斯坦在蘇黎世大學(xué)任教。在此期間，他繼續(xù)鉆研，不斷對(duì)狹義相對(duì)論的思想進(jìn)行豐富和充實(shí)。1913年，愛(ài)因斯坦和他的老同學(xué)——數(shù)學(xué)教授格羅斯曼合作，寫(xiě)了一篇重要的論文《廣義相對(duì)論和引力理論綱要》，為廣義相對(duì)論的建立掃清了障礙。

1915年，愛(ài)因斯坦終于完成了創(chuàng)建廣義相對(duì)論的工作。次年，他發(fā)表了自己的總結(jié)性論文《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》。在這篇論文中，他提出了新的引力方程，這與200年來(lái)在科學(xué)界占?jí)艛嗟匚坏呐ｎD引力方程不同。人們將這篇論文稱為20世紀(jì)理論物理學(xué)的巔峰。

愛(ài)因斯坦后來(lái)又在廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上導(dǎo)出了一些重要結(jié)論，如光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)中發(fā)生彎曲；水星近日點(diǎn)的旋進(jìn)規(guī)律；引力場(chǎng)中的光譜線向紅端移動(dòng)等。

1919年5月29日發(fā)生了一次日全食，由英國(guó)派出的兩支天文考察隊(duì)分別在兩個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了獨(dú)立觀測(cè)，并拍攝到清晰的日食方向的星光照片。觀測(cè)結(jié)果證明愛(ài)因斯坦的預(yù)言是正確的。光線不但呈現(xiàn)彎曲，就連彎曲的程度和數(shù)值也同于愛(ài)因斯坦的計(jì)算結(jié)果。其他兩項(xiàng)預(yù)言也在后來(lái)相繼得到證實(shí)。

愛(ài)因斯坦被人們譽(yù)為“20世紀(jì)的牛頓”。他的廣義相對(duì)論如今已成為現(xiàn)代物理學(xué)最主要的理論基礎(chǔ)，標(biāo)志著原子理論時(shí)代的到來(lái)。