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就存在於主觀印象之中,用精密的儀器就可以把它們如實地測量出來。愛因斯坦的學說否定了絕對時間的存在,使科學思想發生了革命。下面的例子可以說明他的學說究竟是怎樣徹底改變我們的時間觀的。
設想有一架飛船X以每秒100000公里的速度飛離地球。在飛船上和地球上的觀察者都對飛船速度進行測量,兩者所測得的結果相等。與此同時,有另一架飛船Y沿著飛船X的同一方向但以大得多的速度作飛行運動。如果地球上的觀察者對飛船Y的速度進行測定,就會發現它是在以每秒180000公里的速度飛離地球。飛船Y上的觀察者也會得到同樣的結果。
由於現在兩個飛船都沿同一方向運動,兩者的速度差似乎應該是80000公里/秒,而且較快的飛船肯定會以這個速度飛離較慢的飛船。
但是愛因斯坦學說卻預言,如果觀察者是在這兩個飛船上進行的,兩個觀察者會一致認為它們之間的距離是以100000公里/秒而不是80000公里/秒的速率增加。
乍看起來,這樣的結果荒唐可笑,作者這裡在措詞上耍了個花招,或者認為這個問題的某些重要的細節還沒有提及,事實決非如此。這個結果與飛船構造的詳細情況或用來推進飛船的力毫無關係;不是觀察有錯誤,不是由於測量儀有毛病,措詞上也沒有玩弄花招。根據愛因斯坦的速度合成公式很容易計算出來,上述結果只不過是時空基本性質的一個產物。
但是所有這些,在理論上似乎使人感到高深莫測,實際上許多人在長年中把相對論視為無實用價值的“象牙之塔”之類的假說,避而不談。自從1945年原子彈落在長崎、廣島以來,人們對相對論開始正目以視。從愛因斯坦相對論所得出的結論之一就是物質和能量在某種意義上來看是等同的,兩者的關係可以用公式E=MC2來描述,其中E代表能量,M代表質量,C代表光速。由於C是個很大的數字,等於186000英里/秒,那麼C2就是一個更為巨大的數字。由此可知,很小量的物質即使只發生部分轉變也會釋放出巨大的能量。
當然人們不能只根據公式E=MC2製造原子彈和建立核電站。切須記住許多其他人也對發展原子彈發揮了重要的作用,但是愛因斯坦為之做出的重大貢獻是不言而喻的。愛因斯坦1939年致函羅斯福總統,指出了製造原子彈武器的可能性,強調了美國搶在德國前面造出這種武器的重要意義。就是這封信促進了曼哈頓工程的建立,導致了第一顆原子彈的發射。
狹義相對論引起了人們激烈的爭執,但是有一點是一致的,那就是它是曾被髮明的最令人感到神密莫測的學說。可是人們都錯了,因為愛因斯坦的廣義相對論一開始就有這樣的前提,引力效應並不是通常所說的物理力,而是空間本身彎曲的結果。一個多麼令人驚奇不已的學說啊!
怎樣才能測出空間本身的曲度呢?空間彎曲究竟意味著什麼呢?愛因斯坦不僅提出了這一學說,而且把這一學說用清晰的數學式表達出來,他的數學表示式可以做出一些具體的預見,使他的假說得到驗證。後來所做的觀察──其中最有名的觀察是在日全食期間做的──反覆證明了愛因斯坦方程的正確性。
廣義相對論與所有其他科學定律相比具有幾個獨到之處。愛因斯坦學說的提出並不是以細緻的實驗為基礎,而是以對稱和精巧的數學為依據,即象希臘哲學家和中世紀學者那樣,以理性主義為依據(這樣地的學說就與基本上以實驗為依據的現代科學發生了衝突)。但是希臘哲學家在追求美和對稱過程中從來沒能提出一種經得起實驗的關鍵性檢驗的力學學說,而愛因斯坦的學說到目前為止卻經受住了各種檢驗。一般認為在所有的科學學說中,廣義相對論最美妙、最幽雅、最有效、最有說服力。這是他的研究方法帶來的一個成果。
廣義相對論還有另一個獨到之處。大多數科學定律只是近似正確,它們可以在許多情況下應用但並不是所有的情況下都能應用。但是就我們所知相對論卻根本沒有例外的情況。就所掌握的情況,無論從理論還是從實驗來看,愛因斯坦廣義相對論所得出的推論都近似正確。未來的實驗可能會打破這一學說的完美紀錄,但到目前為止,它仍是最接近於科學家設想過的真理極限。
雖然愛因斯坦以其相對論最為世人所知,但是他的其它科學成就也完全足可使他進入著名科學家的行列。事實上愛因斯坦獲得諾貝爾物理獎主要是他的光電效應論文。在此之前光電效應是使物理學家迷惑不解的一個重要現象。他在這篇論文中提出了光
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