(06)二十一世纪之光-第1部分
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二十世纪之光
新世纪科学革命
一位伟大的犹太人
几乎在量子力学对牛顿经典物理学的革命的同时，物理学界还发生了一
场惊心动魄的对经典物理学的叛逆，这就是爱因斯坦的相对论。
相对论不仅仅是一条物理学理论，引发了古老物理学的一场大地震，而
且改变了人们认识我们所赖以生存的这个世界的思想观念和思维方式，对开
创物理学乃至整个人类文明的新纪元都产生了巨大的影响。
爱因斯坦的一生，是充满戏剧性的一生，当他还活在人世间的时候，他
就已经被认为是人类历史上最富有创造性才智的人。
然而，面对人类社会中一些极其可怕的事件的侵袭，他不得不自叹无力
回天，他只能承认自己是一位孤独的旅客，他的心灵同宇宙一道遨游。
他的名声如雷灌耳，这使得他所发出的呼声能发生重大的影响，他以此
来支持诸如和平主义、自由主义和犹太复国主义之类的事业。
他的著名的能量——质量方程公式（说一个粒子可以转化为巨量的能），
由于制造出破坏性空前强大的武器原子弹和氢弹，而得到惊心动魄地证实，
这是命运对他的极大的嘲弄。
1879年3月14日，这位伟大的物理学家，出生在德国的一个犹太人家
庭。
他的父亲和叔叔一起开了一家制造电器设备的小工厂，母亲是个颇有造
诣的钢琴家。
小时候的爱因斯坦一点也看不出来有什么天才，到3岁的时候，还不会
讲话。6岁上学，在学校里成绩非常差，一上课就是被批评的对象，老师还
说他永远也不会有什么大的出息。大家一致认为他是一个天生的笨蛋。
后来，小爱因斯坦听妈妈的话，开始拉小提琴，在妈妈的精心指导下，
他后来竟成了有造诣的小提琴家，尽管他没有成为职业演奏家，但那把心爱
的小提琴，整整陪伴了他的一生。
爱因斯坦在12岁的时候，就已经决定献身于解决“那广漠无垠的宇宙”
之谜。15岁那一年，由于历史、地理和语言等都没有考及格，也因为他的无
礼态度破坏了秩序和纪律，他被学校开除。
由于没有拿到毕业证书，他进不了大学。17岁的时候，在一位亲戚的资
助下，他才考进了苏黎士工业专门学校。
在这所学校里，他把自己全部的时间精力都用于物理实验，研究理论物
理学和哲学问题。即使是学习物理学，他也是走自己的路，进行自己的思考，
而从不盲从。这为他日后从事理论物理研究打下了坚实的基础。
可是，对于爱因斯坦来说，残酷的现实却是毕业就等于失业，正像他自
己所说的那样：“突然被所有的人遗弃了，手足无措地面临着人生。”没有
人愿意给他一份工作做。
为了能够活下去，他艰苦地奔波忙碌着，代课，给人家做家教…贫穷只
能使人饿死，却不能把人吓死，他没有中断自己心爱的物理学研究活动。
后来，他想了很多办法，托关系找后门，终于在伯尔尼瑞士专利局当了
一名审查员。生活这才开始有了保障。1903年，爱因斯坦同他在大学时的情
人米列瓦·玛丽倚结了婚。
婚礼举行完了以后，新婚夫妇进不了新房，只能在房门口站着，因为新
郎忘记带钥匙了。那时，虽然日子过得很清苦，有时一连几个星期都吃不上
一顿荤菜，但爱因斯坦觉得那是自己一生中最幸福最有收获的岁月。
1905年初，爱因斯坦在《物理学》杂志上连续发表了五篇论文，这些论
文中所提出来的观点永远改变了人类的宇宙观。
在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中，爱因斯坦假定光
是由单个的量子（后来称为光子）组成的，这种光子，除了波状行为外，还
显示出某些只是粒子才有的性质。
于是，爱因斯坦把光的理论革命化了，而且解释了一些现象，其中就有
一种叫做光电效应，即某些固体受到光的冲击而发射出电子的现象。
爱因斯坦始终没有停止对事业的执著追求，每天下班一回到自己住在顶
楼的家，就立即坐在桌边，面前放着一堆乱纸，他右手拿着一本书，左手耐
心地摇着一辆童车，那时，他们的儿子已经来到这个令人欢喜令人忧的世界
了。
有时候孩子尿尿了或者肚子饿了，发出震耳欲聋的哭声，爱因斯坦才中
断看书，把孩子服侍好，又全身心投入到迷人质的物理世界。
小房间里散布着一股廉价雪茄发出的烟味，墙角处有一个陈旧破烂的炉
子，过道上挂着还在滴水的湿衣服，为了降低屋内湿度和调节空气，房门敞
开着。
爱因斯坦当时作为一个“小人物”，其日常生活的琐碎平庸，同他生活
中的另外一方面，即科学成就的重要与伟大，恰好形成鲜明的对照，而正是
这种强烈的反差。才使他那小人物的生活显得越发重要。
这位天才平淡无奇的生活使他成了一个传奇式的人物。
一条灯芯绒灯笼裤，从来不喜欢穿短袜子，一把小提琴，一副学者式的
心不在焉，还有一张伸出舌头的照片，这一切使他那高深莫测的理论洋溢着
浓浓的人情味，因而得以广泛地传播开来。
狭义相对论的诞生
爱因斯坦的狭义相对论从根本上改变了作为人类思考基本要素的时间和
空间的陈旧概念，它认为，如果对于一切参照系，光速是不变的，而且一切
自然规律都是相同的，那么可以发现，时间和空间都是相对于观察者的。
狭义相对论起源于爱因斯坦16岁时写的一篇论义。即《关于磁场中的以
太的研究现状》。
“以太”这个源于希腊文，即空气的上层之意的名词，是亚里斯多德所
设想的与构成地球万物的水、土、火、气四元素不同的构成神灵世界的一种
轻元素。
到19世纪末期，万有引力被发现以后，复活了亚里斯多德关于“以太”
的设想，说“以太”是宇宙真空中引力的传播介质，从此，“以太”被引入
物理学，而且被说成是“光波”和电磁波的传播媒介。
爱因斯坦却没有盲目地跟在牛顿后面，为牛顿喝彩，在儿子的摇篮边，
为了研究“以太”究竟是存在还是不存在，“以太”到底是什么，他不知度
过了多少个不眠之夜，他一边大胆地假设，一边小心地求证，狭义相对论终
于问世了。
爱因斯坦研究了光在“以太”中的传播问题，大胆地否定了“以太”的
存在。
爱因斯坦认为关于时间是不断流动延续，空间是广阔无边，物体的存在
与运动对此一点影响也没有的观点是毫无道理的，这就从根本上动摇了牛顿
的信仰。
爱因斯坦认为，时间、空间、物体、运动是不可分割的统一整体，物体
的运动变化，不但影响空间的大小存在，而且也影响时间的流动过程。
最明显的例证是在物体运动速度充分大时，时钟会显示变慢，物体会沿
运动方向缩小尺寸。在过去，牛顿的万有引力定律对于计算围绕太阳公转的
行星，如水星、金星、地球、火星等的运行轨道及人造地球卫星的运动轨道
也卓有成效。
它甚至可以分秒不差地预报百余年后在地球上某处能够看到的日全食或
月全食的时间，许多人对这条万有引力定律奉若神明，把它讴歌成整个宇宙
的绝对真理。
但是相对论阐明了：牛顿的运动定律只有在物体运动速度远比光速低的
场合下才适用，万有引力定律也只有在强度弱的场所才成立。
就这样，相对论把这些定律从宇宙的绝对真理的宝座上拉了下来，证明
它们无非是相对真理而已。
对牛顿的经典物理学进行了全盘的否定之后，爱因斯坦提出了全新的时
间空间和运动概念，并经过复杂的数学推导和运算，最终导出了一系列重要
的狭义相对论结论。
当爱因斯坦发表狭义相对论的观点时，年仅26岁。一个年仅26岁的年
轻人，竟然把支配物理科学200年之久的牛顿物理学大厦给彻底摧毁了，整
个世界为之哗然、愕然！
广义相对论问世
1912年冬天，当第一场瑞雪普降人间的时候，大地白茫茫的一片好干
净，天与地之间一片澄明，人们纷纷来到雪地里堆雪人、打雪仗。
爱因斯坦踏着地上的积雪，口里哼着一曲古老的歌谣，又回到了苏黎士
（瑞士）联邦工业大学。从这时起，他有了一笔丰厚而稳定的收人，生活得
非常幸福美满，对自己的婚姻也觉得很满意。
然而好景不长，1914年4月，爱因斯坦又把家搬到柏林，在那里，爱因
斯坦接受了普鲁士科学院的一个职位。那年夏天，他的妻子和两个儿子在瑞
士度假，由于一次大战的爆发而不能返回柏林，几年之后，这一被迫性的长
期的两地分居导致了离婚。
爱因斯坦厌恶战争，他曾利用自己的影响，号召人们同法西斯主义进行
坚决的斗争，并不惜代价去阻止罪恶的战争，“他必须准备坐牢，准备经济
破产，总之，他必须准备为他的祖国的文明幸福的利益而牺牲他个人的幸
福”。他还直言不讳地批判了德国军国主义。
但爱因斯坦始终没有忘记自己肩上所担负的神圣的使命，他更加全神贯
注地去完成他的广义相对论。
为了研究广义相对论，爱因斯坦可真是不要命了，多年以来没有规律的
生活，给他的身体造成了巨大的伤害，肝炎和胃病几乎要把他给摧垮了。
爱因斯坦以为自己得了癌症，于是，他更加自觉地抓紧一切时间，真是
达到了不吃饭不睡觉的地步。
为了研究，他把自己关在一间小阁楼里，把门从里面反锁着，不让任何
人打扰，只是到了黄昏时分，他才出去放放风。
两个星期之后，爱因斯坦面无血色地从小阁楼里走了出来，手里抱着一
叠厚厚的文稿，大声地向世界宣布：我研究出来了！就这样，广义相对论诞
生了。
1916年，在《物理学》杂志上，他发表了《广义相对论的基础》一文。
诺贝尔物理奖金获得者马克斯·玻恩把广义相对论看作是“人类关于大
自然的思想的最伟大成就，是哲学的深度、物理学的直觉和数学的技巧的最
惊人结合”。
广义相对论是一种没有引力的新引力理论，是适用于所有参照系的物理
定律。
广义相对论认为，时间空间与物体运动整体的不可分割性，不但在匀速
直线运动情况下存在，而且在有加速度运动的情况下，也同样存在。
爱因斯坦还进一步指出，加速度运动与引力场 （重力场）引起的运动就
是一回事，是等价的或等效的。这就推广了相对论的基本内容。
根据等效原理，引力可以等效为加速系统中的惯性力。引力可以被一个
加速系统完全抵消，引力也可以用一个加速系统体现出来。
这样，爱因斯坦就把引力进一步归结为由加速系统所体现出的时空几何
特征。不同的加速系统就有不同的时空几何特征，则就代表不同的引力场。
所以，爱因斯坦的广义相对论又把引力与时间空间的几何特征联系起来
了。所谓几何特征，那就是时间、空间距离的测量，时空的弯曲性质等。
那么，引力究竟是什么呢？引力就是时空的弯曲，在广义相对论中引力
的本质就是时空弯曲，引力本身已不存在。
比方说，有两个质量很大的钢球，由于受万有引力而相互吸引，相互接
近，这是牛顿的看法。
爱因斯坦的广义相对论则并不认为两个钢球间存在吸引力，它们之所以
接近，是由于时空好像一张原来拉平的膜，现在两个钢球太重使这张膜压弯
了，这时两个钢球是由于沿弯曲的膜滚到一起，即由于时空弯曲而沿短程线
运动。可见二者是根本不同的引力理论。
爱因斯坦认识到，我们所生存的具有长、宽、高三个方位的空间和一直
流动延续下去的时间，结合在一起成为四维时空的整个宇宙是弯曲而有曲率
的。
爱因斯坦从广义相对论出发，作了一些伟大的科学预言，有的已经被观
测所证实，比如水星近日星的进动，光谱线的引力红移和引力场中光的弯曲。
水星是我们所知道的离太阳最近的行星，它每绕太阳公转一周，离太阳
最近那一点的位置就有些改变，这种现象称作水星近日星的进动。爱因斯坦
根据广义相对论解释了当时人们不能圆满解释的这种现象。
爱因斯坦的第二个预言就是，引力场很强的恒星发出的光谱线向红端（波
长比较长的一端）推移，l924年，在天文观测中证实了有引力红移现象。
其中较容易测量的是星星所发出的光线，从太阳旁边通过变得偏斜弯曲
的数据。根据爱因斯坦的计算，可偏斜度为1。75弧秒。
据当时天文观测，1919年5月29日，赤道地区将要发生日全食，这正
好被利用来观测太阳边缘所射来的星光。广义相对论能否被证实，就要看这
一次的观测结果了。
全世界的科学家们都在翘首期待着这一天的早日到来。日食那天，观测
队拍摄了大量的日食照片，经过对这些照片的显影与分析研究，终于测得光
经过太阳附近的弯曲度是1。61到1。98弧秒之间。它与爱因斯坦的计算相差
无几。
爱因斯坦一直把广义相对论看成是自己一生中最重要的科学成果。确
实，广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想，这一全新的引力理论，
到目前为止，依旧是一个最好的引力理论。
当然，在以后的几十年中，由于很少得到新的观测或者实验的检验，同
时也由于广义相对论的数学结构过于艰深，
