他一直在苦思"以太之迷"，而且他走的道路与所有人的都不同。还在他中学的时候，他一度对迈克斯韦的电磁理论崇拜之致。这并不是因为它能解决很多实际问题，比如导致电磁波的发现。爱因斯坦看中的是公式本身具有完美的对称性，但是显然这种协变性与牛顿的经典理论是相冲突的。



　　　　 比方说，按照牛顿力学的观点，如果一个人站在速度为20米/秒的车上以相对于车以10米/秒的速度向前抛出一个皮球，在地面静止的人来看，球的速度是20加10等于30米/秒。任何初通物理的人都会得出这个结论。然而，我们知道光也是一种电磁波，它在真空中的速度是30万公里/秒，如果那个站在车上的人拿的是支手电筒，那么在地面上的人看来，光的速度是多少呢，还是30万公里/秒加上20米/秒吗？还能简单地叠加吗？



　　　　 要是你以30万公里/秒的速度追上一束光，你会看到怎样的景象呢，你会看到光波在原地不动地抖动吗？



　　　　 爱因斯坦进行了一次冒险，他宁愿为了从对称性这种单纯的美学观点出发，而放弃掉人们习以为常的经验。他也是信仰上帝的，但他不是信仰那个只手捏控人类命运的上帝，而是那个在万物的有序和谐中显示出来的上帝。



　　　　



　　　　 我们称之为冒险，是因为仅仅在几十年后，两个在美国留学的年青人在研究基本粒子中"t-q之迷"的时候，提出的"在弱相互作用中宇称不守恒"理论，简单地说就是对称性的破坏，在当时激起轩然大波，按照普通美国人的解释是他们又推翻了爱因斯坦的相对论。事实上推翻的不是相对论，而是从古希腊文明以来人们对自然界恒久抱有的美丽幻想。仿佛无数物理学家费劲心机终于战战兢兢揭开上帝──这位梦中情人头上的面纱，却失望地看到一张坑坑洼洼的老妪的脸。



　　　　 这两个值得全人类骄傲的年青人都是中国人，他们一个叫李政道，一个叫扬振宁。



　　　　



　　　　 观念上的重大修改无疑引起很多麻烦，对于新观念的创始人来说更是如此。很快爱因斯坦的头脑里塞满了以太，量子，时间，空间这些东西，以至于给他的孩子小汉斯拿着奶瓶喂奶时也时常走神。而逻辑上的混乱让爱因斯坦更是无所适从。



　　　　他疲倦地从办公室回到家里，头脑里天旋地转，然而凭直觉爱因斯坦逐步认定有种极平常的经验在作祟，究竟是什么呢？他越想越困，眼睛慢慢快要阖上了，这时，厨房里传来妻子米列娃的呼唤，"阿尔伯特，吃饭的时间到了，还不快收拾桌子？"



　　　　 "时间！？"宛如流星划过脑际，爱因斯坦几乎从椅子上跳将下来。他匆匆翻开牛顿的《自然科学的哲学原理》。在上面牛顿以确凿的口气写道：



　　　　"绝对空间就其本性来说与外界任何事物毫无关系，它永远是同一的，不动的。"



　　　　 "绝对的，真实的数学时间本身按其本性来说是均匀流逝的，与外界的任何事物无关。"



　　　　"在运动系和静止系坐标变换时，显然，时间是不变的。"



　　　　不会是这样的，一定不是这样，爱因斯坦一边埋着头，一边踱着步，一个在运动着的车上的人看到的时间，与在地上静止的人看到的时间未必相同，嘿嘿，根本不存在绝对的空间和绝对的时间，既然如此，我们费力寻找的以太，刻意想测量出地球相对于绝对空间的速度，都是徒然。以太不是找不到，而是根本就不存在！！



　　　　



　　　　 在一个月内，名不见经传的爱因斯坦向德国最有声望的杂志《物理学年鉴》（Annalen der Physik）发表了四篇论文。他挑出分量最轻的一篇，内容是通过中性物质的稀溶液的扩散和内摩擦来测定原子的大小，寄给了他的母校苏黎士联邦工业学院，毫不费力地取得了博士学位。另一篇是关于研究悬浮微粒的布朗运动的，也开辟了一个新方向。



　　　　第三篇是著名的光电效应，历史上第一次提出光量子的理论，在发展与相对论并称二十世纪物理学两大基石的量子力学中意义重大，几年后单凭此而不是相对论就获得诺贝尔物理奖。其实就爱因斯坦的贡献来看，一生完全可以五次登上诺贝尔奖的领奖台。光量子理论；狭义相对论；广义相对论；统计物理中的玻色──爱因斯坦凝聚；还有我们熟悉的激光的理论工作也归功于他。



　　　　第四篇的论文名字很朴素，叫《论运动物体的电动力学》。然而稍通物理学史的人都知道这是一篇惊世骇俗的文章，它宣布了狭义相对论的诞生。在这篇文章里，爱因斯坦没有卖弄令人目眩的数学技巧，平实而又深刻是爱因斯坦论文的一贯风格。读懂它并不需要高深的数学知识，但更需要革命性的思想和与日常经验决裂的勇气，尤其是在当时。



　　　　 爱因斯坦提出的假设很简单，第一，我们无法确定相对静止的物体到底是处于静止状态还是匀速运动状态。因为绝对静止的空间不存在了，一切静止都是相对的。第二，光在真空中的速度永远不变而且不可超越，它与光源的速度无关。也即，对于站在地面上的人看，20米/秒的车上发出的光和即使以光速飞行的火箭（当然是不可能的）上发出的光的速度是一样的，均为30万公里/秒。



　　　　 从这两个假设出发首先得出的古怪结论是：所谓"同时"是相对的！假设我们站在地面上，一架飞机从我们面前匀速飞过。在我们地面上的人看来，我们右边的人挥起手的"同时"左边的人弯下腰，而在飞机上的人则坚决不这样认为，他们认为我们右边的人先挥手，而左边的人后弯腰。与此相反，在飞机上的人认定机头处空中小姐不小心打破只碟子的"同时"机尾处的乘客点燃支香烟，而地面上的人异口同声地说碟子先落在地上然后香烟才被点着。



　　　　 荒谬吗？我奉劝各位不要带着秒表上飞机一证真伪，因为"同时"事件在另一群人眼中的时间差是千万分之一秒，你可不具备那个反应能力。而这又是由于飞机的速度尽管达到几百米每秒，比起光的速度，30万公里/秒，还是望尘莫及的。不过这样也不错，至少平时说"这两件事同时发生"时不用再地加上诸如"在我们这群相对静止的人看来"之类的复杂状语了。



　　　　 为了更好地解释狭义相对论，爱因斯坦设计了一个著名的思想实验。所谓思想实验，就是在地球上的实验室无法实现的条件下作的假想实验，因为跨入二十世纪以来，人们对通常状态下的物质研究几乎穷尽，动辄就研究绝对零度的低温或者上亿度的高温，速度接近光速的运动或者万万分之一米长度的空间。这对爱因斯坦这位思想大师来说轻车熟路，并很快成为他在学术上进攻或者防守的利器。



　　　　 爱因斯坦这样假设："观察者M站在铁路边上，在沿火车前进方向上有一个点B,在运动相反方向同样距离上有一点A，某一时刻A和B同时闪电，观察者M自然认定这两个点是同时闪光的，因为光的传播速度不变，而他又恰好站在两个闪光点的中心。"



　　　　 "假定在闪电时，有一列车从A点到B点方向运动。在两道闪电的一刹那，在火车内的观察者N恰好在与地面观察者M相对的位置上，但N正向闪光点B运行，而离开闪光点A,自然他看到B点的闪光比A点的早，但他知道他是在运动中的，根据自己运动的速度，也很容易得出两道光是同时发生的结论。"



　　　　 但根据前面两个基本假设，同样可想，火车是静止的，而地面正在向后运动。因此，火车上的观测者N是相继看到那些闪光的，因而他得出B点发光比A点早的结论。他又知道自己的位置是在两个闪光的中间，由于他认为自己是静止的，所以他不得不断定他看到的头一个闪光比他看见的下一个早。"



　　　　 有趣的是地面上的观测者M也不能不同意这个结论，他的确看见两个闪光是同时发生的。但既然现在他是被假定运动着的。当他考虑到光速和他是在向发光的A点运动着这一事实，也作出B点闪光比A点早的结论。



　　　　 总之一句话，对于闪电是否同时发生的问题，我们不能一口咬定是或不是，而是要就选定的参考系来回答。



　　　　



　　



作者：ooooooops　回复日期：2003-10-12 09:44:21　　你可能已经迷惑了，但再往下推导更会导致你意想不到的结论。比如说"尺缩效应"和"钟缓效应","质增效应"。"尺缩效应"指在你面前有把尺子，当它相对你运动的时候，你会发现它的长度缩短。



　　　　 而"钟缓效应"指在运动的参考系里时钟会变慢。比如，在地面上和飞机上各有一人手那时钟，这时飞机上一只鸡蛋落在机舱的地板上。从鸡蛋脱手的那一瞬间开始，机上和地上的人同时开始记时，到落地时止。结果是地面上的人测出的时间长一些。换句话说，在地面静止的人看来，处于运动状态的物体时间变慢。



　　　　 "质增效应"是指运动中的物体质量增加。譬如一筐一斤重的鸡蛋，如果它飞得足够快，我们在地面上静止的人称来重量会达到五斤。它飞得更快的话，会毫不犹豫地将地球上最大的磅秤压歪。但它永远也到不了光速，不光是鸡蛋，任何有质量的物质的速度都绝对达不到光速。光也是一种物质，它的速度之所以能臻极限，原因就是光本身静止时是没有质量的。当然，你若据次推理出质量越小的物质跑得越快，显然是荒谬的。



　　　　 至此相对论的费解可见一斑。而在爱因斯坦出名后，有一段时间里很多人在"弄懂"了自己的相对论后，忙不迭地再向自己的亲友介绍。



　　　　 还是有部分人自始至终地困惑。一次，一位大学生找到爱因斯坦请教为何时间时快时慢。爱因斯坦不愿再制造玄想，他的幽默发挥了作用，"朋友，当你夏天坐在一个火炉旁，你会觉得一分钟是一小时，而当你坐在一个美丽女郎身边时，一小时就象一分钟，难道不是这样么？"



　　　　大众媒体对相对论也异乎寻常地加以关注。从牛顿时代以来，观众们第一次渴望了解高高在上的物理学家们到底在弄些什么，虽然其中猎奇的心情远重于对科学精神的景仰。很多哲学家，神学家，印象派画家，现代派诗人，专栏作家，以及各行各业的人纷纷在报刊杂志上撰文用自己的语言表达自己对相对论的理解和认识。



　　　　 最后推导出来的公式更是威力惊人，它是由爱因斯坦在发表狭义相对论后一个月在另一篇论文中提出的，在今天则几乎是条成语。它就是"E=MC2"，表示能量等于质量乘以光速的平方。留心的观众会注意到，在好莱坞的电影和动画片中如果要刻画一位资深教授，则会让他在黑板上写上一些不知所云的杂乱公式后，重重地补上E=MC2这几个大字的。



　　　　 能量等于质量乘以光速的平方，即使是在不甚关心其实用价值的纯理论型的物理学家看来也是惊心动魄的，几百年以来所毫无疑义的，不，甚至人类自诞生来就模糊意识到的质量守恒定律被破坏了。质量和能量本身并无区别，而且可以相互转换。即使是最前卫的哲学家也会吸口冷气，太不可思议了。但不管哲学家怎么喋喋不休地发挥思辨的威力，物理学家是不屑一顾的，他们只认定确凿的事实和严密的逻辑。物理学家和自然哲学家都是研究世界的奥秘的，但在这一点上，两者有本质的区别。



　　　　 而在绝大多数人眼里，能量等于质量乘以光速的平方，即能量是质量的九百万倍，多么诱人的前景呀。指甲盖般大小的物质的质量如果完全消失，其释放的能量是用以万吨煤炭来计算的。我们这个星球从进入工业化社会以来，能源问题就仿佛人类脖子上的绞索，越勒越紧。



　　　　甚至在本世纪的九十年代，一个超级大国在海湾名为抗击侵略实为保障石油供应的畅通还狠狠地开过一仗。而相对论诞生了，能量似乎唾手可来，无数的科幻小说展示着在能量极大丰富的年代里，机床永不停息地转动，电线纵横四野，地球上即使最阴暗的角落也装上了电灯，到处一片光明，因为我们这个星球别的没有，质量可大得吓人，我们可以一点一点象吃面包一样将地球的质量全变成能量。



　　　　 然而当记者兴致勃勃地向爱因斯坦教授提出灿烂的前景时，这个老实人摇头否认了："这根本不能，没人能随便减少质量，上帝未必会允许开这个玩笑。"



　　　　 仔细想想，我们何尝能够轻易地将物质的质量消除掉。譬如一块石头，我们尽可以用锤子砸成小块，然后碾成碎末，可是当你仔细地收集这些碎末后就会发现它的质量并未变化。就算是化学反应，当我们耐心收集在空气中燃烧的煤炭的生成物，包括水蒸气，二氧化碳，煤渣之类的物质，并放在天平上后，我们一定会失望地低下头。



　　　　 看来是不可能了。但是爱因斯坦当时的话也说得过满。可能即便是他也未曾料到科学发展的势道惊人如斯。上帝的玩笑也有人敢开了。



　　　　 十几年后，德国物理学家发现在核裂变前后质量出现了亏损，虽然亏损质量微不足道，但是带来的后果是可怕的。仅仅在几年后，人类第一颗原子弹在美国爆炸成功，紧接着日本人遭受了自基督降世以来最残酷的惩罚，几十万人死伤，其中一部分人瞬间还被原成基本粒子，真成了魂飞魄散。E=MC2在给人间带来希望之前，带来的先是致命的创伤。当然，这一切对于深爱和平的爱因斯坦来说无疑是一记重拳，直至临死前他为此仍耿耿不已。



　　



作者：ooooooops　回复日期：2003-10-12 09:45:33　　不过总的来说，我们尽管以种种或好奇或欣赏的角度来看相对论，但是它离日常生活委实过远。所以人们在白天惊讶地讨论完相对论带来的后果之后，晚上仍可以高枕无忧地阖上眼睛。



　　　　 但是如果我们生活在一个光速可轻易接近的社会可就大不一样了。让我们假想这样一个星球：



　　　　 首先在这个星球上拥有人数最多的职业是哲学家。他们自小就深刻地理解任何运动都是相对的这一观点。因为即使在孩童的眼里，玩具一运动起来长度就会变短，这在地球上非把小孩吓哭不可。孩子若想看见自己父母的真实脸孔，非得让他们静止不动。他们能够平心静气地面对一切变化，也因为从小他们就在不确定中长大。



　　　　 他们的计时系统是繁琐的。你要想弄清楚标准时间，首先要考虑的是你处于什么状态。当然是相对星球上所规定的标准静止系来说的。



　　　　 这些人的语言是索然无味的，同地球人相比，他们加入了很多复杂的定语和状语，而且定语和状语的地位与主语和宾语是平齐的。这个民族长于思辨，然而在展示他们的文采时就不免大打折扣了。



　　　　 他们个个绅士风度，无论走路还是开车都是慢条斯理。他们的行动稍一变快就会损坏路面而给政府带来不必要的负担。但他们还是常常在运动中，读书看报亦是如此，这样可以充分地利用时间。



　　　　 当然他们也如绅士般的胸襟宽阔，能容忍一切错误，因为要想绝对精确地存活在那里几近幻想。



　　　　比如一早在地铁站，两个小伙子在等车，下面是他们的对话：



　　　　 "嗨，老兄，你好。请问在静止的地面上看现在几点了？"



　　　　 回答的人立刻站稳，然后说："在静止的地面上看是七点五十四分。"



　　　　 第一个人点点头："火车还有一分钟就要到站，那我还可以花半个小时吃完这块面包，再读完今天的早报了。"言毕，他就匆忙地走动，虽然在静止的人看来面包加重了胃的负担，但他本人显然意识不到，请注意他身体也是在运动中的。



　　　　 等半小时后他回到这里时，尽管百般注意，地板上还是被踩了个坑。在他低声抱怨政府在施工中时偷工减料声中，火车进站了。



　　　　 两人在火车上继续讨论。



　　　　 "你看，窗外那个姑娘身材真不错。"一个由衷地赞叹到。



　　　　 "老兄，你又犯错了，她相对我们是运动的。所以在现在我们看来很完美的身材下车后再看一定会大失所望的。"



　　　　 但是最大的麻烦的不是在一般性的谈话中，而是在法庭审判中。看，现在法官一筹莫展了。案子本身很简单。在两辆对开的列车上，两个人互朝对方射了一枪。显然，一人行凶应处极刑，另一人自卫应当释放。可谁先开的枪呢？双方都有满车的人作证是对方先动的手，而且证人们都是品性良好，素无犯罪记录的守法公民。



　　　　 好了，让难题留给法官来解决，我们则从荒而不谬的想象中走回来。



　　　　 显然爱因斯坦在接受鲜花和掌声的同时，也面临着无数人的驳斥与挑战。当然反对最大的声音来自物理学家自己的阵营，这里包括许多成名已久的人物，比如英国皇家学会会长汤姆逊勋爵，还有以寻找以太的实验而名动天下的迈克尔逊教授，这位执著的先生可谓九死不悔，直至1932年还在奋力追寻并不存在的以太。



　　　　太多的人以经典物理的卫道士自居，他们人人手持大棒，头罩钢盔，虎势眈眈地盯着这群试图把牛顿拉下马的"暴徒"们。而爱因斯坦和他的少数派支持者们坚定地手挽着手，细弱的声音终于会聚成洪亮的口号："革命！革命！"这不是十月革命时的俄国，但是人们热切期盼的心情何等相似呀。



　　　　爱因斯坦可以把他的一些无聊的对手的攻击象蛛丝般轻轻拂去，然而对那些和他一样认真而严肃的对手的挑战则不可等闲视之。



　　　　这时有人提出著名的"双生子佯谬"。一对孪生子自小就惨遭分离，哥哥被塞入一艘以近光速运行的宇宙飞船飞离地球，弟弟则眼巴巴地看着哥哥飞走。弟弟如果懂相对论，一定会想，哥哥在高速运动的宇宙飞船中长大，他那里的时间比地上慢得多，有朝一日我们兄弟俩再见一面，我成了步履蹒跚的老翁，哥哥则正是青春少年时，那时将真是会感慨万千呀。可是与此同时，哥哥在羡慕留在地球上的弟弟，弟弟的世界以那么快的速度离我而去，他们的钟表一定走得很慢，他会比我年青得多哩。问题是两人一见面，究竟会怎么样？不能简单地回避二人见面的可能性。



　　　　问题是在狭义相对论中自始至终都是有这样一个前提，运动都是是简单的匀速直线运动。而如果哥哥确实想见到弟弟，则须先减速到静止，再回头扑向地球。这其间就不属于狭义相对论的范围了，它要由后来的广义相对论来解决。



　　



作者：湖人附近　回复日期：2003-10-12 09:45:40　　第一



作者：ooooooops　回复日期：2003-10-12 09:47:58　　1912年，已小有名望的爱因斯坦受聘回到母校。那里他的亲密老同学如格罗斯曼在等着他，曾经嘲笑过他的教授们等着他，渴望全新物理知识的工业大学的学生们也等着他。



　　　　他的生活境遇却也没提高哪里去，因为第二个孩子爱德华出生了，家庭的负担骤然重起来。尽管在他的相对论中每一个物体边上都挂了个钟来矫正时间，而在现实生活中却常常为家里没有一块钟表而苦恼。而且给学生们上课也并不是很情愿的事，这绝对不是因为爱因斯坦鄙视他们，而是爱因斯坦的风格委实不适合教学。他的板书犹如他年青时的笔记一样不忍卒读，而且思想跳跃性奇大，往往就一个问题大发见解而不顾整个课程的进度。开始慕名而来听课的学生甚至挤到了走廊，但后来就门可罗雀了。



　　　　但是他幸运地找到了他的合作伙伴，格罗斯曼教授。此时的格罗斯曼在数学上已颇有建树。而广义相对论的建立则超出了爱因斯坦在数学上的能力，非得与人合作不可。所以广义相对论的难度之大，在深度和广度上在当时已超出了即使是第一流的物理学家或者数学家的理解能力。通常出现这种情况，物理学家模糊能够理解广义相对论的深刻本质，却对怪如天书的数学公式望洋兴叹；数学家大概能看得懂要命的公式，但对其艰深的物理内涵苦思不解。



　　　　如此看来，《纽约时报》当时所竭力宣称的"全世界只有12个人懂广义相对论"并非单纯的噱头。至少爱丁顿教授就这样看。爱丁顿就是前文那个坚信广义相对论必然正确且亲自率天文队去观测并证实的英国人。当记者带给他一个更极端的消息"地球上仅有三个半人理解相对论"时，他立即低下了头。记者跟着道："我们都知道您肯定是其中之一，但您似乎不必谦虚至此。"爱丁顿却抬头反驳道："对不起，我不是谦虚，刚才我一直在想另外那半个人到底是谁？"



　　　　广义相对论的创建足足花了爱因斯坦十年的工夫，这是他一生中精力最旺盛的十年。可见它要让人在铁一般的事实找到以前接受它是多么困难呀。



　　　　但也有慧眼识英雄的伯乐。他们是身在柏林的见识远卓的两位科学伟人，一个叫普朗克，一个叫能斯脱。



　　　　普朗克是最早提出量子论的人，也是高度评价相对论的第一人。他不止一次地把爱因斯坦比作当代的哥白尼。当时的普朗克几乎是德意志民族的科学象征，他出身贵族，温文尔雅，交游广际，受到上至皇帝威廉二世，下至底层百姓的衷心尊敬，甚至在当时的一马克金币背面都刻着他的头像。



　　　　能斯脱则既是二十世纪著名的化学家，也是一位拥有杰出政治才能的组织者。



　　　　他们一致想把这个出生在德国的犹太巨人拉回柏林。他们提出的条件是诱人的，包括聘请爱因斯坦担任正在筹建中的威廉皇帝物理学会会长，并担任年薪1200马克的普鲁士科学院的院士和柏林大学的终身教授。这对爱因斯坦来说可谓是名利双收，而且说好了可以不用教学而专心研究，更主要地是又找到了"很多"志同道合的人。据新闻界的说法："全世界懂相对论的12个人中有8个就在柏林。"



　　　　这是世界少有的优越条件，爱因斯坦怎能不动心呢？但是这和爱因斯坦的一贯追求尖锐地不合。当初他们一家人不正是为了躲避德国人对犹太人敌视的目光而弃离故土的吗？虽然他现在功成名就，但是在遥远的柏林仍会有寄人篱下的感觉。可是在哪里不是寄人篱下呢？作为犹太人，他们在欧洲流浪已近千年，大部分人连自己民族的母语--希伯来语都不会说。



　　　　 什么时候我们犹太人才会有自己的祖国呢？爱因斯坦的眼眶湿润了。他做梦也没有想到在暮年会见到自己的国家在中东崛起，虽然那是在600万鲜活的生命教训了几乎灭种的犹太人之后。



　　　　 他执意去柏林了。但是他的妻子米列娃坚决反对。米列娃是他在苏黎士工业大学时的同班同学，塞尔维亚人，在当时是一位罕见的女物理学家。在高傲的日尔曼人眼里，犹太人是流氓，斯拉夫人则是乞丐。身为斯拉夫人米列娃向来心高气傲，是不会喜欢柏林那阴冷的空气的。



　　　　 况且夫妇二人积怨已深，主要是米列娃是个激进的女权主义者，她不愿沦为庸俗的家庭主妇，她也要有自己的事业。但是米列娃总是被爱因斯坦的巨大光环笼罩住，显不出她的所在。同时爱因斯坦是一个向上帝选择了智慧的人，选择了智慧就选择了孤独，选择了孤独就选择了痛苦。他自始至终无法溶入他的家庭，他的生命的绝大部分既没有留给妻子，也没有留给孩子，而是留给了上帝和他心爱的物理学。



　　　　 不合则散。爱因斯坦吻别了在梦中的小汉斯和小爱德华，他们是睡得多么香甜呀。



　　　　 爱因斯坦又一次提着大皮箱，在一个寂静的夜里慢慢地走上了征程，这次他真的除了物理学什么都没留下。



作者：ooooooops　回复日期：2003-10-12 09:49:18　　3



　　　　 1916年，他与格罗斯满曼合作的论文《广义相对论纲要和引力理论》正式发表，正如爱因斯坦所料，一石再激千层浪。



　　　　 静寂已久的物理学界从未象这次一般阵线分明。保守的一派在狭义相对论发表时觉得爱因斯坦只不过还在变魔术；到广义相对论发表时，人人都在摇头，都说一个天纵其才的物理学家就此精神失常，即使原来很多支持爱因斯坦的人也认为他走得太远，而少数真正革新的一派则信心满怀，他们坚信新的时代即将到来了！。



　　　　 这是怎样的理论呢？



　　　　 那还得从牛顿时代开始。牛顿在发表万有引力的公式时，他定义了物体的引力质量；而在推导他著名的牛顿第二定理时，又引进了惯性质量。为了验证这两种质量的等价性，牛顿亲自用空心摆作了实验，在当时的条件下，精度是千分之一。百年后，贝塞尔还是用单摆，精度提高到十万分之一。从1890年起尼厄用扭摆孜孜不倦地作了二十五年实验，精度自是更上一层楼，达到了亿分之一。直至本世纪七十年代狄克等人采用最新技术，发现即使在千亿分之一的精度内，两者仍是相等的。



　　　　 看来是没有什么问题了。但是自牛顿以降，从来没有人考虑到这两种质量在数值上的严格相等决非偶然。然而这决逃不过爱因斯坦那鹰隼般锐利的眼睛。擅长在人们司空见惯的现象中找到突破口的，就这一点来说，爱因斯坦算得上古今独步。



　　　　 我们都有这样的生活经验，坐在汽车里突然起动时，会觉得自己的后背受力的推动。按照牛顿的解释，这是因为在一个加速的参考系里（比如汽车刚起动时），物体受惯性力的缘故。



　　　　 爱因斯坦的思想实验又开始发挥威力了。当你处在自由下落的电梯里，你会发现自己完全失重，如果电梯体积大得能容纳一座高楼的话，你可以先在你的心上人面前吹嘘一番，然后爬到第二十层楼的窗台放心地跳将下去，你不会跌成肉泥而会滑稽得象个气球一样悬在空中，就象若干年后我们在电视里看到太空舱里臃肿的宇航员一样。



　　　　 但是如果在没受任何引力作用的太空中电梯以9.8米每秒平方的加速度（稍通物理的人都知道这是地球的重力加速度）向上运动时，他是绝对不能断定自己是在地球上受引力的作用还是在受惯性力的作用。还记得伽利略的大船吗，它那里详尽地说明了匀速运动和静止无法分辨。这个足够大的"电梯"里也是如此，当你发现随手丢下一个东西，它会象在地球上一样愈来愈快地砸向地面的时候，你会从第二十层楼的窗台上忙不迭地蹦回屋内，。你若有可能向空中开上一炮，那条美丽的弹道曲线与地球上的一样吻合。你作任何实验都不能证实你所在的外部环境究竟如何。



　　　　 爱因斯坦的结论是在局部的区域内，引力和惯性力是不可分辨的。这就是著名的等效原理。如此一来，牛顿时代所固有的惯性系（匀速直线运动或静止系）比非惯性系（加速运动系）优越的观念需要彻底修改了。在爱因斯坦的理论中，任何参考系都是平等的，不管静止的也好，还是运动的也好，你站在任何一个参考系都不会改变你对世界的看法和对自然规律的表述。



　　　　 总的来说广义相对论仍是美学的直接产物。可以想象爱因斯坦对于所有参考系中惯性系趾高气扬地凌驾于非惯性系之上时，心中是一种怎样的不适呀。万物平权，这是至高无上的美学准则。深刻与美，则一贯是爱因斯坦科研奉行的主旨。



　　　　 在物理学发展的长河中，有些理论的创始人只能冠以一个名字。广义相对论便是一例。可以说，没有爱因斯坦再过两百年也未必会有人发现它，这于狭义相对论是不同的。发展狭义相对论的时候，仿佛如鲠在喉，多少人在没日没夜地思考它，因为大家都明白没它就意味着物理学的彻底崩溃，爱因斯坦不过凭借他的天赋捷足先登罢了。



　　　　 广义相对论则不同，它是在没有任何先兆下横空出世的。没有任何实验上的矛盾，没有任何实际中的需求，没有任何人意识到它的必要性。即使没它也不妨碍火箭发射，卫星上天和通讯技术，计算机的迅猛发展。但显然人类对宇宙本身的认识会大大延迟一步。



　　　　 以当代物理学家的眼光看，广义相对论与其说是一门科学，不如说更象一门艺术，它把几何学和物理学完美地结合在一起，给人最深的印象不是逻辑体系的无可挑剔，而首先是一种优雅的美。



　　　　 更主要的是广义相对论继狭义相对论之后，又一次掀起了时空观的大革命。



　　　　 可能你又紧张地四处张望，我们的日常经验又有什么不合逻辑了呢？



　　　　 有的。翻开初中一年级的几何课本，扉页里就提出了一条人所共知的平行公理："在平面内过已知直线外一点，只有一条直线和已知直线平行。"这是早在公元前300年就由欧几里德作为欧氏几何的第五公设载入《几何原本》。



　　　　 第五公设又称平行公理。以它和其它的几个公理建立起来的欧氏几何获得辉煌的成功。随之导出的许多定理成了我们脑中根深蒂固的观念：三角形内角和180度，勾股定理描述的是直角三角形的斜边的长度的平方等于两直角边的平方和等等。后来笛卡儿在此的基础上创立了解析几何，顺势导致了微积分的诞生。



　　　　 欧氏几何成了人类创立千年的完美的数学大厦的重要基石。而且在人类的文明中，从平常无奇的桌椅，到气势恢弘的宫殿，从呼啸而至的炮弹，到俯瞰人间的卫星，无不闪烁着欧氏几何的光彩。这有什么问题呢？一加一难道不等于二吗？



　　　　 最早产生怀疑的是敏锐的数学家。他们怀疑的根据是仅是欧氏几何的第五公设表述过繁。数学家和物理学家都有同样的毛病，凡是复杂的就是不够优美的。从古希腊时代就有人怀疑这第五公设只不过是条定理，一定可以用其它的几条公理证明出来。看来不怎么费劲，但是这一努力就是一千多年。



　　　　 直到18末世纪出了个旷世的数学家，他的名字叫高斯。直至今天人们仍津津乐道他在小学一年级就别出心裁地创造出从一加二加到一百时新算法的奇迹。被誉为"数学王子"的他的光辉掩盖着整个十九世纪。高斯最早认识到这种证明是徒劳的，平行公理是独立成立的，而且把用别的公理抽换掉平行公理，导出来一套奇怪的几何。不过，高斯是个谨慎的人，他将手稿压下没有发表。他考虑到他在数学界至高无上的地位，这样冒然出击导致的只会是所有人的攻击。



　　　　 但是他是对我们这个空间产生怀疑的第一人。他曾提出作个实验，在三个临近的山峰上测量一下三角形内角和到底是不是180度。



　　　　 还是有勇敢的斗士。他们是俄国的罗巴切夫斯基和匈牙利的波尔约，各自独立地提出非欧几何向全世界挑战。经过艰苦的努力，他们终于使大部分数学家承认还存在一套与欧氏几何并列的几何，它的前提是过直线外一点至少可以有两条直线与该直线共面而不相交。导出的结论令人困惑：三角形的内角和小于180度，同一直线的斜线和垂线不一定相交等等。