愛因斯坦的宇宙①

質(zhì)能方程與廣義相對論

C.P．斯諾曾指出，狹義相對論重要而又深刻，然而即使沒有愛因斯坦，5年之內(nèi)也會有人想到。而廣義相對論則完全不是，如果沒有他，我們有可能到現(xiàn)在還在等待著那個理論的誕生。

26歲之前的普通生活

1879年，阿爾伯特·愛因斯坦出生在德國南部烏爾姆的一個家庭里，后來在慕尼黑長大。他并不是一個聰明的孩子，至少看起來是這樣的。愛因斯坦直到3歲才學(xué)會說話，而后又因為父親生意上的失敗不得不舉家搬遷至米蘭。10歲的他在瑞士繼續(xù)學(xué)業(yè)，1896年放棄德國國籍進入蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)。他選擇了一個旨在培養(yǎng)初中教師的普通課程標(biāo)準(zhǔn)進行學(xué)習(xí)。

4年后，21歲的他順利畢業(yè)并發(fā)表了一篇關(guān)于流體的論文，不巧的是，有人在他之前已經(jīng)做過研究。一年后，他愛上了一位匈牙利姑娘米勒娃·瑪麗奇，未婚先孕，他們將孩子送給了別人家。1903年，他與瑪麗奇完婚，并在瑞士專利局從事著一份穩(wěn)定的工作。

E=mc2

就是這樣一個不太聰明的普通人，讓人很難將他與科學(xué)聯(lián)系起來的人，大大改變了人們對于世界的認知。

一塊鈾為什么能夠源源不斷地放出能量，而不會像冰塊、煤炭那樣損耗呢？

1905年6月30日，愛因斯坦在德國《物理學(xué)年鑒》中投了一篇名為“論動體的電動力學(xué)”的論文，這是一篇沒有腳注、引語的論文，幾乎沒有提及影響過的論文以及此前發(fā)表過的任何論文。幾個月后他又發(fā)了一篇短小的補充，在這篇補充中提出了他著名的等式E=mc2。

氫彈的原理

氫彈就是利用內(nèi)部一個小型鈾原子彈爆炸而產(chǎn)生的高溫引爆和聚變，反應(yīng)過程中釋放出巨大的能量，具有強大的殺傷力。

核武器爆炸的威力通常用同等爆炸威力的TNT（三硝基甲苯）的質(zhì)量來進行衡量。第二次世界大戰(zhàn)期間投放在日本廣島的“小男孩”原子彈威力相當(dāng)于1.3萬噸TNT，而1961年蘇聯(lián)“沙皇氫彈”的威力相當(dāng)于5000萬噸TNT，約是“小男孩”的3800倍。

根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，在核聚變反應(yīng)中，反應(yīng)物與生成物之間的能量差是產(chǎn)生大量能量的原因。氘-氚（D-T，氫的兩種同位素）的核聚變反應(yīng)產(chǎn)生氦（He）、中子（n）以及釋放出的核能。利用核聚變發(fā)電是目前考慮中的未來主要能源供應(yīng)方式。

簡單來說，質(zhì)量和能量是等價的，能量是釋放出來的質(zhì)量，質(zhì)量是儲存起來的能量。c表示光速，也就是說，小小的質(zhì)量蘊含著巨大無比的能量。而我們現(xiàn)在制造出來的鈾彈也只是釋放出了能量的1%。算下來一個普通成年人的質(zhì)量，如果可以的話，能夠釋放出與30顆氫彈相近的能量。

該理論同時也表明光速是不變的，并且是宇宙中最快的，沒有任何速度可以超越它。此外，愛因斯坦的宇宙觀中不存在光以太這種媒介。

關(guān)于廣義相對論的宇宙學(xué)思考

愛因斯坦清楚地意識到，狹義相對論里缺少一種東西——引力。他用了10年的時間來思考這一問題：運動的東西在遇到障礙時會怎樣，比如光遇到引力會發(fā)生哪些變化或現(xiàn)象。這是狹義相對論里不曾提及的，狹義相對論的研究客體是在無障礙狀態(tài)下運動的東西。

1917年初，愛因斯坦發(fā)表了一篇題為《關(guān)于廣義相對論的宇宙學(xué)思考》的文章。這篇文章中提出了物質(zhì)間引力相互作用的理論，首次把引力場解釋成時空的彎曲。引力不是一種“力”，而是時空彎曲的一件副產(chǎn)品。布爾斯、莫茨和韋弗評價認為，愛因斯坦關(guān)于引力的點子是“一切點子中最偉大的點子，作為一個腦子的獨創(chuàng)，這是人類最高的智慧成就”。

關(guān)于愛因斯坦開始思考引力問題的原因，有人說是因為1907年愛因斯坦看到有個工人從房頂上不慎摔下來。這種說法不得不說可信度值得懷疑，不過據(jù)愛因斯坦說，他是坐在椅子上，開始想到引力問題的。

廣義相對論視域下的引力

從某種意義上來說，引力并不存在，行星和恒星之間相互“吸引”的作用是由于空間和時間的扭曲造成的。

引力的猜想

對于引力的解釋，愛因斯坦與牛頓的看法不同，在廣義相對論中，愛因斯坦認為物質(zhì)在空間中會使得空間出現(xiàn)彎曲，物質(zhì)的質(zhì)量越大，這種彎曲越明顯。而這種現(xiàn)象會使得靠近的物體在運動上受到影響，這種影響就被稱為引力。

難以掙脫的引力

黑洞是宇宙空間內(nèi)存在的一種密度無限大、體積無限小的天體，此處的時空曲率大到連光也無法從中逃脫。黑洞無法直接觀測，只能通過間接方式對它的質(zhì)量等情況進行推測。