- 霍金的宇宙:現代物理和天文學的故事
- (英)戴維·費爾津
- 1064字
- 2021-12-29 18:36:46
一切都是相對的
勒梅特致力于研究愛因斯坦的理論,當時愛因斯坦已經以最富想象力的科學家而聞名于世。為了生計和支撐撰寫關于物理學定律論文等學術研究工作,愛因斯坦曾經效力于在瑞士伯爾尼的專利局。他的第一個重要的成就在1905年公之于世,這就是狹義相對論;另一個重要的成就是1915年發表的廣義相對論。兩個相對論所處理的都是觀測者與觀測者所看到的事件之間的關系的問題。狹義相對論詳細說明了當觀察者和事件是以一種恒定不變的速度相聯系時會發生什么;而廣義相對論還考慮到了引力,也論述了當運動物體在加速或減速時將要發生的事件。這兩個相對論都是很難讀懂的理論,然而它們卻使得愛因斯坦在科學界聲名大振。愛因斯坦當時倒是沒有刻意去創立一種關于宇宙的理論,但他的理論卻無可避免地引起了宇宙學家們的興趣,因為愛因斯坦理論導致了那些自牛頓時代以來從未遭受過挑戰的基本物理學定律的重寫。
愛因斯坦指出,不管在何處觀察,觀察到的發生某一事件的物理規律應該是相同的。這個觀點實際上是基于這樣一種看法,即不同的觀察者觀察同一個事件,可能會得到不同的結果,這要取決于他們觀察時所在的相對位置。這種觀點是受到日常生活中的一些經驗支持的。其中一個大多數人可能都經歷過。當兩列火車停在同一個火車站上時,如果有一個人坐在一列火車上透過窗戶來觀察另一列火車,當他觀察到火車慢慢開動起來時,他很難一下子判斷究竟是哪一列火車開始開動了。他能確切地知道的,只是兩列火車中間肯定有一列開動了。這就是相對論的觀點。
現在來假設這樣一種情況,一個人坐在火車上,另一個人站在車站的月臺上看著火車飛馳而過。在火車上的人面前的桌子上有一個茶杯,茶杯與人之間的距離約有60厘米,在這個人看來,茶杯是靜止不動的;但是,在月臺上的人透過車窗觀察到的,卻是茶杯與火車在一起狂奔。
愛因斯坦的非凡洞察力表現在,他認為物理學定律必須改寫成使得運動定律具有內洽性,比如在以上不同觀測者看到茶杯的不同情形的例子中必須對加速度和動量這類相關概念做出說明。而這意味著要理解時間和空間的本質以及它們對發生在其中的事件的影響。歸根結底,不同觀測者對茶杯觀測的不同結果,是由于他們相對于茶杯的不同時間、空間關系。其中一個在時間和空間隨同茶杯一起運動,所以他與茶杯的相對距離和位置總保持60厘米不變;而另一個觀測者相對于運動的茶杯來說是靜止在時間和空間中的,所以茶杯是在運動之中并飛快在視野中消失。
阿爾伯特·愛因斯坦(1879 —1955)本來無意于親自去揭開宇宙之謎。但是就如在物理學其他的領域中一樣,愛因斯坦的革命性理論已經賦予了宇宙學最具根本性的變革。