16日,包括中國(guó)在內(nèi)的多國(guó)天文學(xué)家宣布首次通過光學(xué)、紅外、紫外、高能、射電等多種電磁波段,直接探測(cè)到1.3億光年外的雙中子星合并產(chǎn)生的引力波及其伴隨的電磁信號(hào)。
至此,廣義相對(duì)論長(zhǎng)達(dá)百年正確與否的爭(zhēng)論可以塵埃落定,它將迎來與量子理論的終極對(duì)決,同時(shí),所有地球人將目光穿越時(shí)空,將敬仰和贊頌送給上世紀(jì)人類最后的一位預(yù)言大師:他完全憑借一己之力,依靠憑空想象和推測(cè)提出了一系列改變?nèi)祟悮v史和科技走向的物理理論,這其中就包括預(yù)測(cè)引力波的存在。
1905年是人類物理學(xué)歷史上的第二個(gè)大奇跡年,在這一年,沒有大學(xué)學(xué)位,沒有自己的實(shí)驗(yàn)室,時(shí)任瑞士伯爾尼專利局三級(jí)技術(shù)審查員阿爾伯特·愛因斯坦一口氣在德國(guó)的物理學(xué)雜志《物理學(xué)年鑒》上發(fā)表了五篇論文,其中三篇“稱得上是物理學(xué)史上的最偉大的作品”,第一篇使用普朗克剛剛提出的量子理論審視光電效應(yīng),一篇論述懸浮小粒子的狀況(即現(xiàn)在所謂的布朗運(yùn)動(dòng)),一篇概述了狹義相對(duì)論。第一篇解釋了光的性質(zhì)(還促使許多事情成為可能,其中包括電視),為作者贏得了一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。第二篇提供了證據(jù),證明原子確實(shí)存在,這個(gè)事實(shí)過去一直存在一些爭(zhēng)議。第三篇完全改變了世界。
這篇引出了后世所稱為狹義相對(duì)論的《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》無論是在表達(dá)方式還是在內(nèi)容上,都是發(fā)表過的最優(yōu)秀的科學(xué)論文之一。它沒有腳注,也沒有引文,幾乎不用數(shù)學(xué),沒有提及影響過該論文或在該論文之前的任何作品,只是對(duì)一個(gè)人的幫助致以謝意。他是專利局的一名同事,名叫米歇爾·貝索,這是極其令人震驚的??梢哉f,愛因斯坦好像“全憑思索,獨(dú)自一人,沒有聽取別人的意見就得出了結(jié)論?!痹谶@篇論文中,他著名的等式E=MC2在這篇論文中并未出現(xiàn),但出現(xiàn)在幾個(gè)月以后的一篇短小的補(bǔ)充里。
這個(gè)人類歷史上最簡(jiǎn)潔最完美的能量守恒公式簡(jiǎn)單來說,指的是質(zhì)量和能量是等價(jià)并且可以互相轉(zhuǎn)換,它們不過是同一東西的兩種形式:能量是獲釋的質(zhì)量;質(zhì)量是等待獲釋的能量。由于c2(光速的平方)是個(gè)大得不得了的數(shù)字,這個(gè)等式意味著,每個(gè)物體里都包含著極大的能量,這個(gè)等式直接促成了原子彈以及核聚變民用化的發(fā)明和出現(xiàn),并間接地引出了暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。
同時(shí),狹義相對(duì)論也解釋了放射作用是怎么發(fā)生的:一塊鈾怎么源源不斷地釋放出強(qiáng)輻射能量,而又不像冰塊那樣融化。該理論解釋了恒星為什么可以燃燒幾十億年而又不把燃料用盡。愛因斯坦用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式,一下子使地質(zhì)學(xué)家和天文學(xué)家的視界開闊了幾十億年。同時(shí)該理論還提到了時(shí)間膨脹和多維空間,尤其表明,光速是不變的,最快的,什么速度也超不過它。因此,這使我們一下子弄清了宇宙性質(zhì)的核心。
以上那些包羅萬(wàn)象的全新發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新牛逼嗎?牛逼!
但是比起十年之后愛因斯坦提出的廣義相對(duì)論來說,這些又算不上什么了。
這時(shí)候我們本文的主角要登上歷史舞臺(tái)了,這也是他能夠提出廣義相對(duì)論的主要誘因,它的名字叫“引力”。
愛因斯坦之所以提出廣義相對(duì)論,起碼在一開始更像是想為引力問題找個(gè)答案。他很早就清楚地認(rèn)識(shí)到,狹義相對(duì)論里缺少一樣?xùn)|西,那就是引力。狹義相對(duì)論之所以“狹義”,是因?yàn)樗芯康耐耆窃跓o障礙的狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)的東西。但是,要是一個(gè)運(yùn)動(dòng)中的東西,尤其是光,遇到了比如引力這樣的障礙會(huì)怎么樣?在此后10年的大部分時(shí)間里,他一直在思索這個(gè)問題,最后于1916發(fā)表了題為《關(guān)于廣義相對(duì)論的宇宙學(xué)思考》的論文。
廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)到了引力波、黑洞、宇宙常數(shù)等,直接將人類從經(jīng)典物理學(xué)帶入了現(xiàn)代物理學(xué),也同時(shí)將地球人帶入了宇宙和時(shí)空這樣的宏觀的領(lǐng)域,并使得時(shí)間旅行這樣的超現(xiàn)實(shí)科幻情景成為了可能。
在“廣義相對(duì)論”的眾多概念中,最具挑戰(zhàn)性的,最難以用直覺體會(huì)的,在于時(shí)間是空間的組成部分這個(gè)概念。我們本能地把時(shí)間看作是永恒的,絕對(duì)的,不可改變的,相信什么也干擾不了它的堅(jiān)定步伐。事實(shí)上,愛因斯坦認(rèn)為,時(shí)間是可以更改的,不斷變化的。時(shí)間甚至還有形狀。它與三維空間結(jié)合在一起——用斯蒂芬·霍金的話來說是“無法解脫地交織在一起”——不可思議地形成了所謂的“時(shí)空”。
而引力就是由于時(shí)空扭曲所造成的,任何有質(zhì)量的物體加速運(yùn)動(dòng)都會(huì)對(duì)周圍的時(shí)空產(chǎn)生影響,時(shí)空在伸展和壓縮的過程中,會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),這些振動(dòng)就是引力波。這些波動(dòng),我們可以想象為將一塊石子投入水中所掀起的漣漪,因此,引力波又被稱為“時(shí)空漣漪”,他們應(yīng)該是可以通過電磁波段可聽或者可見的。
愛因斯坦在廣義相對(duì)論中是這樣描述的:“引力波以光速迅速擴(kuò)散,充滿整個(gè)宇宙?!?/p>
一百年之后,科學(xué)實(shí)踐證明這位不修邊幅,頭發(fā)如鳥窩,三歲才學(xué)會(huì)說話,在大學(xué)階段并沒有任何突出表現(xiàn),也未顯露出任何天才本色的愛因斯坦又對(duì)了。
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