- 畫解科學圖景：100位科學人物的探索創新
- 劉夕慶編著繪
- 1483字
- 2023-12-11 17:07:41
08
愛因斯坦
熱愛方能尋得“宇宙能量”
阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）
愛因斯坦這位科學偉人的成就有很多，其中，有一種貫穿他思想并不斷發展、值得大書特書的東西，那就是“能量”。牛頓對“力”的概念的發展延伸至整個宇宙，與之相仿，愛因斯坦對能量的發展也達到了“宇宙能級”，甚至超過了自然宇宙的能級。
大眾對愛因斯坦在“能量”方面貢獻中最熟悉的，莫過于他早年基于狹義相對論推導出的“質能關系式”：E=mc2[1]（見題圖下方太陽中標注的方程）。20世紀上半葉，他的個人思想，對世界的科學進步、和平事業與社會事務的影響，像核能一樣影響巨大。
人到中年，愛因斯坦將基于廣義相對論推導出的引力場方程
[2]（見題圖下方自行車尾跡所示方程）運用于宇宙整體模型的創建，得到的“靜態宇宙”需要一個“Λ[3]”來平衡（見題圖肖像之簽名下方的黃色字母），而這個被稱為“宇宙常數”的常數項與后來宇宙學家發展起來的“暗能量”概念有著異曲同工之妙——據科學家們的測算，這種能量已占到整個宇宙成分的70%，你說夠不夠大？
更有甚者，愛因斯坦晚年與其繼女有數量眾多的通信往來，他在信中提出宇宙間最大的能量形態竟然是“愛”——這是高過一切自然力量的精神能量。因為，自小到大，是愛引導著愛因斯坦的一路前行；如果沒有愛給予的精神支撐，他就不能夠創作出宇宙中巨大科學能量概念的思想圖景——這是因為沒有人的存在，宇宙中再大的能量也無法被感知。愛因斯坦的那句關于熱愛的名言——“熱愛是最好的老師”——也間接證明了他對愛這一無與倫比能量形式的肯定。
毋庸置疑，愛因斯坦是20世紀乃至有史以來最偉大的科學思想家之一，在他思考并用實驗證明后，自牛頓時代以來的時間、空間都變了形，整個宇宙中目前已知的四種基本物理元素（能量、質量、空間、時間）都產生了聯系。
愛因斯坦引力論優于牛頓引力論的地方表現在它的精確性等方面，支持廣義相對論的現象有：光線在巨大引力場天體周圍通過時會發生偏折（引力透鏡效應）和引力紅移、水星進動等。對于這些現象，無法用牛頓引力論的精確計算來解釋。愛因斯坦曾將大球置于橡皮膜上，讓周邊的小球繞行，以此來比喻時空彎曲的圖景：如果將太陽放置于橡皮膜上，那地球繞行就相當于一顆小球的運動。他騎自行車繞圈行駛傾向內側的情景也是一樣的道理。他一貫奉行采用形象思維的“理想實驗”方法。
在廣義相對論的創立過程中，“引力質量和慣性質量相等”這一點是愛因斯坦在伯爾尼專利局當小職員期間頓悟的。而當他將廣義相對論運用于靜態宇宙模型時，又衍生出了一個能量四散的斥力形式Λ——這是一個無可比擬的宇宙間強大的能量形態。心中有熱愛，方能尋得“宇宙能量”。
創作感言
在題圖中，晚年的愛因斯坦目光深邃、直向遠方，額頭上皺紋形同五線譜一般，推導引力場方程式過程留下的數字與符號就像跳躍的音符——它們仿佛是伴隨其愛好一生的小提琴奏出的科學旋律，其中隱含著能量元素。他依據其獨創的廣義相對論場方程，并在其中添加了一個代表斥力的宇宙項。畫中，老年的他正回首一生——最大的幸福莫過于創立了自己的引力論，而遺憾的則是在靜態宇宙模型中加入了“Λ”斥力——殊不知，如今Λ又被宇宙學家重新拾起，因為必須要有一個與引力相對峙的力才行，否則便不會有宇宙如今的格局……
[1]E=mc2（質能關系式），其中，E為能量，m為質量，c為光速。這個方程表述的是：能量等于質量乘以光速的平方。表現形式有兩種：核裂變與核聚變。比如，原子彈爆炸屬于核裂變反應，太陽能量生成屬于核聚變反應。
[2]
（引力場方程）表述的是：時空決定物質如何運動，物質決定時空如何彎曲。
[3]Λ（宇宙常數）是愛因斯坦在其場方程中引入的表征某種“宇宙斥力”的常數。