1908年，愛(ài)因斯坦終于得到了編外講師的職位，并在第二年當(dāng)上了副教授，1912年，愛(ài)因斯坦當(dāng)上了教授，1913年，應(yīng)普朗克之邀擔(dān)任新成立的威廉皇帝物理研究所所長(zhǎng)和柏林大學(xué)教授。在此期間，愛(ài)因斯坦在考慮將已經(jīng)建立的相對(duì)論推廣。對(duì)于他來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)問(wèn)題使他不安。第一個(gè)是引力問(wèn)題，狹義相對(duì)論對(duì)于力學(xué)、熱力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的物理規(guī)律是正確的，但是它不能解釋引力問(wèn)題。牛頓的引力理論是超距的，兩個(gè)物體之間的引力作用在瞬間傳遞，即以無(wú)窮大的速度傳遞，這與相對(duì)論依據(jù)的場(chǎng)的觀點(diǎn)和極限的光速?zèng)_突。 第二個(gè)是非慣性系問(wèn)題，狹義相對(duì)論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣，都只適用于慣性系。但事實(shí)上卻很難找到真正的慣性系。從邏輯上說(shuō)，一切自然規(guī)律不應(yīng)該局限于慣性系，必須考慮非慣性系。狹義相對(duì)論很難解釋所謂的雙生子佯謬，該佯謬說(shuō)的是，有一對(duì)孿生兄弟，哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行，根據(jù)相對(duì)論效應(yīng)，高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢，等哥哥回來(lái)，弟弟已經(jīng)變得很老了，因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)經(jīng)歷了幾十年。而按照相對(duì)性原理，飛船相對(duì)于地球高速運(yùn)動(dòng)，地球相對(duì)于飛船也高速運(yùn)動(dòng)，弟弟看哥哥變年輕了，哥哥看弟弟也應(yīng)該年輕了。這個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)直沒(méi)法回答。實(shí)際上，狹義相對(duì)論只處理勻速直線運(yùn)動(dòng)，而哥哥要回來(lái)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)變速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這是相對(duì)論無(wú)法處理的。正在人們忙于理解相對(duì)狹義相對(duì)論時(shí)，愛(ài)因斯坦正在接受完成廣義相對(duì)論。 1907年，愛(ài)因斯坦撰寫(xiě)了關(guān)于狹義相對(duì)論的長(zhǎng)篇文章《關(guān)于相對(duì)性原理和由此得出的結(jié)論》。在這篇文章中，愛(ài)因斯坦第一次提到了等效原理，此后，愛(ài)因斯坦關(guān)于等效原理的思想又不斷發(fā)展。他以慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量成正比的自然規(guī)律作為等效原理的根據(jù)，提出在無(wú)限小的體積中均勻的引力場(chǎng)完全可以代替加速運(yùn)動(dòng)的參照系。愛(ài)因斯坦并且提出了封閉箱的說(shuō)法：在一封閉箱中的觀察者，不管用什么方法也無(wú)法確定他究竟是靜止于一個(gè)引力場(chǎng)中，還是處在沒(méi)有引力場(chǎng)卻在做加速運(yùn)動(dòng)的空間中，這是解釋等效原理最常用的說(shuō)法，而慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等是等效原理一個(gè)自然的推論。 1915年11月，愛(ài)因斯坦先后向普魯士科學(xué)院提交了4篇論文。在這4篇論文中，他提出了新的看法，證明了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，并給出了正確的引力場(chǎng)方程。至此，廣義相對(duì)論的基本問(wèn)題都解決了，廣義相對(duì)論誕生了。 1916年，愛(ài)因斯坦完成了長(zhǎng)篇論文《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》。在這篇文章中，愛(ài)因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對(duì)論稱(chēng)為狹義相對(duì)論，將只對(duì)于慣性系物理規(guī)律成立的原理稱(chēng)為狹義相對(duì)性原理，并進(jìn)一步表述了廣義相對(duì)性原理：物理學(xué)的定律必須對(duì)于無(wú)論哪種方式運(yùn)動(dòng)著的參照系都成立。愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論認(rèn)為，由于有物質(zhì)的存在，空間和時(shí)間會(huì)發(fā)生彎曲，而引力場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)彎曲的時(shí)空。愛(ài)因斯坦用太陽(yáng)引力使空間彎曲的理論，很好地解釋了水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)中一直無(wú)法解釋的43秒。廣義相對(duì)論的第二大預(yù)言是引力紅移，即在強(qiáng)引力場(chǎng)中光譜向紅端移動(dòng)，20世紀(jì)20年代，天文學(xué)家在天文觀測(cè)中證實(shí)了這一點(diǎn)。廣義相對(duì)論的第三大預(yù)言是引力場(chǎng)使光線偏轉(zhuǎn)，最靠近地球的大引力場(chǎng)是太陽(yáng)引力場(chǎng)。愛(ài)因斯坦預(yù)言，遙遠(yuǎn)的星光如果掠過(guò)太陽(yáng)表面將會(huì)發(fā)生一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。 1919年，在英國(guó)天文學(xué)家愛(ài)丁頓的鼓動(dòng)下，英國(guó)派出了兩支遠(yuǎn)征隊(duì)分赴兩地觀察日全食。經(jīng)過(guò)認(rèn)真的研究，得出最后的結(jié)論是：星光在太陽(yáng)附近的確發(fā)生了一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和皇家天文學(xué)會(huì)正式宣讀了觀測(cè)報(bào)告，確認(rèn)廣義相對(duì)論的結(jié)論是正確的。會(huì)上，著名物理學(xué)家、皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)湯姆孫說(shuō)：“這是自從牛頓時(shí)代以來(lái)所取得的關(guān)于萬(wàn)有引力理論的最重大的成果”，“愛(ài)因斯坦的相對(duì)論是人類(lèi)思想最偉大的成果之一”。愛(ài)因斯坦成了新聞人物，他在1916年寫(xiě)了一本通俗介紹相對(duì)論的書(shū)《狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》，到1922年已經(jīng)再版了40次，還被譯成了十幾種文字，廣為流傳。 狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論建立以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去了很長(zhǎng)時(shí)間，它經(jīng)受住了實(shí)踐和歷史的考驗(yàn)，是人們普遍承認(rèn)的真理。相對(duì)論對(duì)于現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展和現(xiàn)代人類(lèi)思想的發(fā)展都有巨大的影響。相對(duì)論從邏輯思想上統(tǒng)一了經(jīng)典物理學(xué)，使經(jīng)典物理學(xué)成為一個(gè)完美的科學(xué)體系。狹義相對(duì)論在狹義相對(duì)性原理的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動(dòng)力學(xué)兩個(gè)體系，指出它們都服從狹義相對(duì)性原理，都是對(duì)洛倫茲變換協(xié)變的，牛頓力學(xué)只不過(guò)是物體在低速運(yùn)動(dòng)下很好的近似規(guī)律。廣義相對(duì)論又在廣義協(xié)變的基礎(chǔ)上，通過(guò)等效原理，建立了局域慣性長(zhǎng)與普遍參照系數(shù)之間的關(guān)系，得到了所有物理規(guī)律的廣義協(xié)變形式，并建立了廣義協(xié)變的引力理論，而牛頓引力理論只是它的一級(jí)近似。這就從根本上解決了以前物理學(xué)只限于慣性系數(shù)的問(wèn)題，從邏輯上得到了合理的安排。相對(duì)論嚴(yán)格地考察了時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)這些物理學(xué)的基本概念，給出了科學(xué)而系統(tǒng)的時(shí)空觀和物質(zhì)觀，從而使物理學(xué)在邏輯上成為完美的科學(xué)體系。狹義相對(duì)論給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并提示了質(zhì)量與能量相當(dāng)，給出了質(zhì)能關(guān)系式。這兩項(xiàng)成果對(duì)低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體并不明顯，但在研究微觀粒子時(shí)卻顯示了極端的重要性。因?yàn)槲⒂^粒子的運(yùn)動(dòng)速度一般都比但在研究微觀粒子時(shí)卻顯示了極端的重要性。因?yàn)槲⒂^粒子的運(yùn)動(dòng)速度一般都比較快，有的接近甚至達(dá)到光速，所以粒子的物理學(xué)離不開(kāi)相對(duì)論。質(zhì)能關(guān)系式不僅為量子理論的建立和發(fā)展創(chuàng)造了必要的條件，而且為原子核物理學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用提供了根據(jù)。廣義相對(duì)論建立了完善的引力理論，而引力理論主要涉及的是天體。到現(xiàn)在，相對(duì)論宇宙學(xué)進(jìn)一步發(fā)展，而引力波物理、致密天體物理和黑洞物理這些屬于相對(duì)論天體物理學(xué)的分支學(xué)科都有一定的進(jìn)展，吸引了許多科學(xué)家進(jìn)行研究。 一位法國(guó)物理學(xué)家曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)愛(ài)因斯坦：“在我們這一時(shí)代的物理學(xué)家中，愛(ài)因斯坦將位于最前列。他現(xiàn)在是、將來(lái)也還是人類(lèi)宇宙中最有光輝的巨星之一”?！鞍凑瘴业目捶ǎ苍S比牛頓更偉大，因?yàn)樗麑?duì)于科學(xué)的貢獻(xiàn)，更加深入地進(jìn)入了人類(lèi)思想基本要領(lǐng)的結(jié)構(gòu)中?！?/div> |
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