第161夜 相对论(第4/4页)
脑和感官可以更加精密,如果我们可以轻易地感知一纳秒的时间,就不会产生普适的“现在”的概念,我们会很容易意识到在过去与未来之间存在着中间区域。我们会意识到说“此时此地”是有意义的,但是把“此时”当作全宇宙共同的“此时”是没有意义的。
正如问我们的星系是在仙女座的“上面还是下面”是一个没有意义的问题一样,因为“上”与“下”只在地球表面有意义,而非在宇宙里。宇宙中不存在“上”或“下”。同样,宇宙中的两个事件也不存在“之前”或“之后”。
《物理学年鉴》发表了爱因斯坦的文章,所有问题一下全都明了了,这给物理世界带来的冲击是巨大的。麦克斯韦方程组与牛顿物理学的明显冲突广为人知,但没人知道该怎样解决。爱因斯坦的方法极其简洁,震惊了所有人。
有个故事说,克拉科夫大学昏暗的教学楼里,一位严肃的教授从研究室走出来,挥舞着爱因斯坦的文章,高喊着:“新的阿基米德诞生了!”
尽管爱因斯坦在1905年迈出的步伐已经引起了惊叹,我们却还没有谈到他真正的杰作。爱因斯坦最大的成就是第二种相对论,十年以后在他三十五岁时发表的广义相对论。
广义相对论是物理学家创造的最美的理论,也是量子引力的第一大支柱,是本书的核心。20世纪物理学的真正神奇之处由此展开。最美的理论发表狭义相对论后,爱因斯坦成了知名的物理学家,收到了许多大学的邀请函。
但有件事一直困扰着他:狭义相对论与引力理论并不相容。他在给自己的理论撰写评论时意识到了这一点,并且想弄清楚物理学之父牛顿伟大的万有引力理论是否也应该重新考虑,使其与相对论相容。
这个问题的起源很容易理解。牛顿已经解释了物体下落与行星公转的原因,他设想了一种所有物体间互相吸引的力:“引力”。但这种力是如何在中间没有任何媒介的情况下吸引遥远物体的,这点他一直无法理解。
正如我们已经看到的,牛顿本人也怀疑,在不接触物体间的力的概念中,有某些东西被遗漏了;地球要想吸引月球,二者之间应该存在某种能够传递这种力的东西。
两百年之后,法拉第找到了答案——不是引力,而是电磁力的答案:场。电磁场可以传递电磁力。到了这一步,逻辑清晰的人都会明白,引力肯定也有它的法拉第力线。类比来看,太阳与地球间的引力,或是地球与下落物体间的引力,很明显也是源于一种场——在这里是引力场。对于是什么传递了力这一问题,法拉第和麦克斯韦发现的解答一定不仅适用于电场力,也适用于引力。
肯定存在引力场和与麦克斯韦方程组类似的方程,能够描述法拉第的引力线的运动。在20世纪的头几年,这一点对任何足够智慧的人来说都很明显;也就是说,只对阿尔伯特·爱因斯坦来说很明显。
在爱因斯坦父亲的发电厂中,电磁场可以推动转子,爱因斯坦自青年时期就对此着迷,并着手研究引力场,寻找可以对其进行描述的数学。他深入思考这一问题,花了十年时间才解决它。这十年间他狂热地研究、尝试、试错、困惑,有睿智的设想也有错误的想法,发表了一系列写有不正确方程的文章,还有更多的错误与压力。最终在1915年,他完成了包含完整解答的文章,把它命名为“广义相对论”——他的杰作诞生了。
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