第一章 物理史话[8]

20世纪初物理学发生了三件大事，一是1905年的狭义相对论；二是1915年的广义相对论；三是1925年的量子力学。而量子力学的诞生则在当时物理界很大范围的人们思想中，意味着宣告了经典物理大厦的彻底崩溃，或者说是与过去的物理学理论体系告别。以后又随之产生了量子场论。

爱因斯坦（1879~1955年）是继牛顿之后最伟大的科学家，他是狭义相对论的重要发现者，对最先量子力学的创立具有重大的贡献，独自创建了广义相对论即现代引力论。在牛顿绝对时间、绝对空间中万有引力是以无限速度传递的，而电磁波是以有限速度传播的、当时已经认定光也是电磁波中的一种。最先有人认为它的传递是需要通过一种叫做以太的介质来进行，以太是一种充满整个空间绝对静止的刚体物质，而迈克尔逊——莫雷的实验结果否认了以太的存在。爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论中，将空间和时间组成四维时空，以太的存在就是多余的了。狭义相对论抛弃了牛顿的绝对时空观，导致物理学上一场新的革命。它用尺缩、钟慢来解释真空中的光速是宇宙中的最大的速度。而著名的质能等效公式则是以后核能发展的理论依据。而这时候的年青的爱因斯坦在大学毕业以后，连中学教员的职务都没有谋到，借助于朋友的帮忙才得以在伯尔尼专利局任一名小职员。爱因斯坦说，如果他不发表狭义相对论，五年内必有他人发表。

1915年爱因斯坦发表了广义相对论，实质上就是进一步将引力论与狭义相对论结合在了一起。它以时空的曲率来体现引力场，广义相对论将物理定律扩展到对任何坐标的范围。他成功地预言了光线在太阳引力场附近会受到折射。实际上正是他的引力场方程引导人们在以后开创了理论宇宙学。爱因斯坦说如果他没有发表广义相对论则人们至少得等五十年，这个估计还是合情理的。当年伽利略在比萨斜塔所做的自由落体实验，在实质上是说明了引力质量等于惯性质量的等效性，但这一结论却是在整整等待了三百年后才由广义相对论发现的。

爱因斯坦提出光子理论，使人们才真正接受光子的存在，这些就是量子力学发现的前奏，1921年爱因斯坦因光子理论而获得诺贝尔物理学奖。其实有不少人认为他在相对论上的贡献更为重要，只是诺贝尔评奖委员会对激进的相对论一直持有相当谨慎的态度，事实上也正因为这，诺贝尔奖迄今为止还未曾对相对论理论颁发过。爱因斯坦在布朗运动、作为激光机制的基础的辐射理论等方面都有着关键性的贡献。

相对论是研究大尺度的宇宙的理论，它仅能称为经典理论，它里面没有考虑研讨微观粒子世界的量子力学的不确定性原理。由于爱因斯坦因循守旧地认为宇宙应该是处于一种稳定状态的思想太根深蒂固。虽然他的引力场方程明白显示出宇宙决非是静止的，他却满怀忧心地为此在自己的引力场方程中，特地引进了一项宇宙常数，而心安理得地将宇宙禁锢于稳态；而恰恰是这一不慎之举，从而使人类失去了一次重大的科学预言的机会。直到1929年哈勃根据观察到的光谱红移现象推出哈勃定律。将宇宙归结为正处于膨胀状态，爱因斯坦才后悔地说：“引入宇宙常数是我一生所犯的最大的错误。”他的场方程还得出紧致物体的引力塌缩的解。也就是描述黑洞的解，出于同样的道理他却认为物质不可能如此紧密，著文认为这是荒谬的。

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