第一章 物理史話[8]

20世紀初物理學發生了三件大事，一是1905年的狹義相對論；二是1915年的廣義相對論；三是1925年的量子力學。而量子力學的誕生則在當時物理界很大範圍的人們思想中，意味着宣告了經典物理大廈的徹底崩潰，或者說是與過去的物理學理論體系告別。以後又隨之產生了量子場論。

愛因斯坦（1879~1955年）是繼牛頓之後最偉大的科學家，他是狹義相對論的重要發現者，對最先量子力學的創立具有重大的貢獻，獨自創建了廣義相對論即現代引力論。在牛頓絕對時間、絕對空間中萬有引力是以無限速度傳遞的，而電磁波是以有限速度傳播的、當時已經認定光也是電磁波中的一種。最先有人認為它的傳遞是需要通過一種叫做以太的介質來進行，以太是一種充滿整個空間絕對靜止的剛體物質，而米高遜——莫雷的實驗結果否認了以太的存在。愛因斯坦在1905年發表的狹義相對論中，將空間和時間組成四維時空，以太的存在就是多餘的了。狹義相對論拋棄了牛頓的絕對時空觀，導致物理學上一場新的革命。它用尺縮、鐘慢來解釋真空中的光速是宇宙中的最大的速度。而著名的質能等效公式則是以後核能發展的理論依據。而這時候的年青的愛因斯坦在大學畢業以後，連中學教員的職務都沒有謀到，藉助於朋友的幫忙才得以在伯爾尼專利局任一名小職員。愛因斯坦說，如果他不發表狹義相對論，五年內必有他人發表。

1915年愛因斯坦發表了廣義相對論，實質上就是進一步將引力論與狹義相對論結合在了一起。它以時空的曲率來體現引力場，廣義相對論將物理定律擴展到對任何坐標的範圍。他成功地預言了光線在太陽引力場附近會受到折射。實際上正是他的引力場方程引導人們在以後開創了理論宇宙學。愛因斯坦說如果他沒有發表廣義相對論則人們至少得等五十年，這個估計還是合情理的。當年伽利略在比薩斜塔所做的自由落體實驗，在實質上是說明了引力質量等於慣性質量的等效性，但這一結論卻是在整整等待了三百年後才由廣義相對論發現的。

愛因斯坦提出光子理論，使人們才真正接受光子的存在，這些就是量子力學發現的前奏，1921年愛因斯坦因光子理論而獲得諾貝爾物理學獎。其實有不少人認為他在相對論上的貢獻更為重要，只是諾貝爾評獎委員會對激進的相對論一直持有相當謹慎的態度，事實上也正因為這，諾貝爾獎迄今為止還未曾對相對論理論頒發過。愛因斯坦在布朗運動、作為激光機制的基礎的輻射理論等方面都有着關鍵性的貢獻。

相對論是研究大尺度的宇宙的理論，它僅能稱為經典理論，它裏面沒有考慮研討微觀粒子世界的量子力學的不確定性原理。由於愛因斯坦因循守舊地認為宇宙應該是處於一種穩定狀態的思想太根深蒂固。雖然他的引力場方程明白顯示出宇宙決非是靜止的，他卻滿懷憂心地為此在自己的引力場方程中，特地引進了一項宇宙常數，而心安理得地將宇宙禁錮於穩態；而恰恰是這一不慎之舉，從而使人類失去了一次重大的科學預言的機會。直到1929年哈勃根據觀察到的光譜紅移現象推出哈勃定律。將宇宙歸結為正處於膨脹狀態，愛因斯坦才後悔地說：“引入宇宙常數是我一生所犯的最大的錯誤。”他的場方程還得出緊緻物體的引力塌縮的解。也就是描述黑洞的解，出於同樣的道理他卻認為物質不可能如此緊密，著文認為這是荒謬的。

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