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幾乎無人能懂的廣義相對論是如何得到世人認同的?

《廣義相對論的基礎》是愛因斯坦于1916年在《物理學雜志》上發表的一篇著名論文。該文中創立的廣義相對論,是一種沒有引力的新引力理論,是適用于所有參照系的物理定律。相對論的創立,改變了人們認識我們所賴以生存的這個世界的思想觀念和思維方式,對開創物理學乃至整個人類文明的新紀元都產生了巨大的影響。

1905年,愛因斯坦發表了《論動體的電動力學》的論文,創立了“狹義相對論”。1916年,他又在《物理學雜志》上發表了《廣義相對論的基礎》,從而創立了“廣義相對論”。相對論是一種全新的理論,并且數學結構過于艱深,許多人看也看不懂,聽也聽不明。據說愛因斯坦有一次對卓別林說:“您真偉大,您演的電影全世界人人都能看懂。”而卓別林幽默地對愛因斯坦說:“您也真偉大,您的相對論世界上幾乎沒有幾個人能夠弄懂。”相對論如此難懂,人們又是如何認同它的呢?這要歸因于愛因斯坦從相對論出發,所做的一些偉大的科學預言。

在愛因斯坦的相對論中,有關于“質能轉換”的結論:能量和質量是同一物質的兩個不同的側面,質量可以轉變為能量,能量也可以轉變為質量。放射能就是微小的質量轉變成了能量。由于轉變成能量的質量非常小,以致用普通的重量測定方法測不出虧損的質量;但微小質量所釋放出能量卻非常巨大,因此可以通過能量的測定,推出虧損的質量。1905年9月,愛因斯坦根據相對論原理推導出物體能量與質量的關系式:E=mc2即能量等于質量與光速平方的乘積。愛因斯坦的這一結論后來被原子彈的爆炸所證實,并且一直是原子能利用的理論基礎。

愛因斯坦的相對論認為:空間和時間不僅與運動有關,而且與物質的質量、分布狀態有關。在任何具有質量的物體周圍,都會產生引力場,這是一種新的物質形態。在強引力場的作用下,時間和空間會發生彎曲,質量越大,時間和空間的彎曲越厲害。為此,他預言:恒星發出的光由于太陽的影響會發生彎曲,所以我們看到的恒星位置與實際位置會有一點誤差。他還計算出了偏斜度為1.75弧秒。由于平時日光太強,只有在日全食時才好觀察。1919年5月29日,赤道地區將要發生日全食,這正好被利用來觀測太陽邊緣所射來的星光,來證實相對論的正確與否。那一天,科學家們分別在南美和北美設立了兩個觀測點,精確地拍下了在變暗了的太陽周圍星光的照片。觀測證明:星光在通過太陽附近時,由于太陽巨大質量的作用,的確發生彎曲而偏離了原來的直線。通過計算,彎曲度是1.61到1.98弧秒之間。這與愛因斯坦四年前預言的相差無幾。

1919年11月6日,英國的戴森爵士在英國皇家學會正式宣布了觀測結果。這一消息立即在全世界引起了極大的轟動。11月7日,新聞媒介發表新聞,標題為“科學革命”,兩個副標題為“宇宙新理論”和“牛頓觀念的破產”。12月14日,愛因斯坦的照片登在《柏林畫報》周刊的封面上。

世界各國的報紙雜志,爭先恐后地刊登這則新聞,愛因斯坦一夜之間成了世界最著名的人物。美國的《紐約時報》從1919年11月9日開始,連續刊登愛因斯坦的文章和傳奇故事。各國競相邀請愛因斯坦作演講,與大眾見面,每到一地均受到國王才能得到的禮遇。有一次,一位姑娘見到鼎鼎大名的愛因斯坦,竟然因為過分激動而昏了過去,其知名度之大可想而知。

愛因斯坦的相對論還預言,引力場很強的恒星發出的光譜線向紅端(波長比較長的一端)推移,1924年,在天文觀測中證實了有引力紅移現象。

相對論中還有一個偉大的科學預言,就是水星近日點的運動是由于太陽本身引起了空間結構的改變而造成的。觀測證明,水星每繞太陽公轉一周,離太陽最近那一點的位置就有些改變。愛因斯坦的廣義相對論還圓滿地解釋了這種現象。

隨著大口徑的光學望遠鏡和射電望遠鏡的發展,人們陸續發現了一些新天體,那里存在著很強的引力場。廣義的相對論成了進行這方面研究的重要工具。

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