聊聊狭义相对论-第10章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
异端总能在时代上找到他们的位置。
早在1883年，奥地利物理学家马赫就写了一本名叫《力学及其发展的历史批判概论》的书，对牛顿的绝对时空观打出了反对的第一声炮响。“我们不要忘记世界上的一切事物都是相互依赖的，并且我们本身和我们的所有思想也是世界的一部分。”他写道，呵呵，直接质疑牛顿的绝对时间和绝对空间。他还更进一步指出“绝对时间是一种无用的形而上学的概念”。马赫的思想对后来的很多物理学家产生影响，其中包括相对论的创始人爱因斯坦。
另外一位“起义军”是亨利？庞加莱。这个人物，中国的朋友一定不会生疏。在去年，著名华人数学家丘成桐就向世界宣布，来自中国中山大学的教授朱熹平和旅美数学家曹怀东为“庞加莱猜想”的破解做了封顶工作，这“庞加莱猜想”的解决可是震惊中外的大事！我们中国同胞也着实高兴了一回。
这个“庞加莱猜想”的提出者正是我们这位仁兄。
“庞加莱猜想”在这里就不细说了，毕竟，那是数学上的问题，不过它的解决也将对物理学起到很大的影响。
庞加莱跟笛卡儿是“老乡”——都是法国人。他也跟笛卡儿一样，不仅数学不赖，物理学也不简单。或者说，庞加莱更拽一点，他可是“最后一个数学全才”！在各个数学领域都干得贼拉出色，都是顶呱呱的。“庞加莱猜想”就是最好的证明，呵！这一提出来，难倒你多少数学家呀，竟用了100年才证明出来！
要是你学习过非欧几何的话，肯定不会不知道庞加莱模型（对，就是用单位圆作为非欧平面那个），正是他的努力，才使得非欧几何被人更广泛地接受。
在物理学上，可以说，庞家军几乎是差不多要干掉经典物理学帝国，甚至政权都建立得七七八八了。
庞加莱1854年4月29日生于南锡，1912年7月17日卒于巴黎。少时就表现出了非凡的数学才能，在科学上具有很高的造诣。在经典物理学帝国政治腐败，民不聊生的末期。他揭竿而起，来势汹汹。
几年里，接连出兵，战绩累累。
首先指出想要证明物质相对以太的运动是不可能的，实际上将矛头对准了以太。
接着提出光速对于每一个观测者都应该是相同的。
还抗议说同时性是没有意义的。
写下了“质量应随速度的增大而增大”的庞加莱思想。
……
可以说，这些结论和后来的相对论是极其接近甚至是一样了（当然在这里先不细说了，后面将会详细说到）。庞加莱已经能够清晰地听到相对论的呼吸和心跳声，却由于无法用一个逻辑的体系将这些结论统一起来，最后与相对论擦肩而过，这多令人叹息呀！
似乎历史的重任注定要落在另外一个人身上……
与庞加莱是一个很厉害的数学家相比，洛伦兹更应该算是一个物理学家。但是，就是那么有趣，在解决经典物理学的危机中，两个人竟互相颠倒了过来——庞加莱提出了很多物理原理和思想，而洛伦兹却得到了一大堆数学表达式！
前面已经说到，洛伦兹提出了收缩假说的表达式，但是由于“来历不明”而并不被大家接受，而认为那只不过是乱来的小把戏。在1895年以及接下来的几年中，洛伦兹一直在这个问题上孜孜不倦，埋头苦干，不断用数学方法改进。并最终在1904年，他完成了《速度小于光速系统中的电磁现象》的论文，提出了一个变换式，这也就是后来以他的名字来命名的、相对论的基本变换式——洛伦兹变换（咱们后面再细细道来）。
洛伦兹一直没有跳出以太的条条框框（看来他的奥卡姆剃刀原理不太过关哟！^_^），他企图在经典理论的范围内解决问题，但是事与愿违，从他得到的理论中竟然得到了粒子质量随速度的改变而改变、时间会变慢、粒子在以太中的运动速度不能大于光速等与经典理论相矛盾的结论，令洛伦兹啼笑皆非，连连摇头。
虽是如此，与庞加莱一样，洛伦兹也不能算是真正发现了相对论。他的观念依旧无法超越经典物理学，他说“我们不能无条件接受光速极限”，还认为同时性是理所当然的，并且表明自己从不怀疑绝对时空。M．Born是这样评价洛伦兹的——“也许（洛伦兹）从来没有成为一个相对论者。”
而在此时，一个名叫科恩的物理学家也在一步步接近相对论，不过，都是可望而不可即。
从上面三个人的例子，我们不难感受到，时代发展到今天，物理学发展到这种地步，相对论已是呼之欲出了！它已经具备了降临世上的基本条件，甚至基本轮廓都已经呈现了，可以说是历史不可阻挡的潮流！接下来，就是要看是谁捡到这块蛋糕了。
爱因斯坦也表示过，如果没有他，狭义相对论依旧是会诞生的，它不是一个人的天才创造，而应该是时代的产物！
我想再强调一遍，狭义相对论应是时代的产物。认为相对论是爱因斯坦个人的杰作，那是对相对论的误解，是对历史的不尊，是对其他物理学家的忽视。
确实，只要我们仔细去回味一下之前的旅途，我们是可以明白这个道理的。牛顿为了解决麦克斯韦的光速问题，从经典的角度出发，提出一个方法。但是，随着时代的发展，人类能够接触到的东西更多了。于是，麦克尔孙和莫雷做了一个名垂青史的实验，结果证明牛顿的方法是行不通的。那就得找第二种办法呀！洛伦兹、庞加莱等人就担负起了这个责任，并且向前走了一大步，离最终目标也只有一步之遥了。可以说，这时候，相对论是水到渠成，历史潮流。
绝非一个人可以创造一个超出时代的奇迹。
英雄也得向时代低头。毕竟，谁能一眼望穿天下事，只有时代的发展，人类方能获得更多的认识。
可是，反过来想，捡蛋糕的人也得有点水平吧？呵呵，可不是每个人都能捡到蛋糕的哟！从这个角度上看，爱因斯坦又确实拥有过人之处。
好了，一路走来，到了这儿，已经是1904年。此时此刻，距离那个光辉的时刻只有一年了！
回头看看经典物理学大厦，那天梯在不停地晃动，整幢大厦岌岌可危。只要有一个轻轻地一推，所有一切都将化为灰烬。黑云压城城欲摧，暴风雨必将来临，革命在所难免。
不过，我们得折回到25年前，去迎接那个将来要推倒这幢大厦的英雄。一瞥他的童年和成长历程，思考一下他的成功究竟是偶然，还是必然。
没错，咱们到最近的德国南部的那间小旅馆里去歇一会儿，洗洗尘，睡个好觉……
第三章 人类科学的异端
之所以不顺着麦克尔孙…莫雷实验直接进入狭义相对论，而来个转折回到爱因斯坦的成长历程，原因有二：一是按笔者个人感觉，爱因斯坦的童年对他以后的成就和人格有很大的决定作用，他小时候受到的一些影响，在他以后的生活和研究中留下了深刻的印记。如果我们可以透过这些去看相对论和科学的话，将会加深我们的理解以及思考的空间。
二是爱因斯坦曾经说过，他发表狭义相对论之前，并不太清楚麦克尔孙…莫雷实验，可以说，麦克尔孙…莫雷实验对他完成相对论的创建没有起到太大的作用。在我看来，这是可信的。因为爱因斯坦的人格可以首先给出肯定的答案，他一生同情弱者，信奉真善美，充满正义感；再一个，爱因斯坦成长中所养成的那种对美的追求和思维，使得他能够独立从对规律的信仰的角度来发现相对论，而不一定要从具体矛盾出发。因此，从爱因斯坦的角度出发，麦克尔孙…莫雷实验跟狭义相对论没有必然的因果关系。
正因如此，我决定插叙爱因斯坦的成长故事，希望诸位可以得到更多的体会和启示，也可以看看我上面说得有没有道理，同时还可以增添这篇文章的趣味性，而不只是单纯的理论介绍和讨论。
不再罗嗦了，走吧。
1879年3月14日。
德国南部的乌尔姆小镇。
一个名叫阿尔伯特？爱因斯坦（Albert Einstein）的婴孩呱呱坠地。
谁也不会想到，这个婴孩，未来将改变人类的科学史，甚至改变人类的历史。
一切都是那么的平常，跟平时没有什么两样。
或许，也只有这样的平常才能衬托得出这样的伟大。
两岁时，小阿尔伯特都还没有开口说话，不过医生做了检查之后，说他不是不会说话，而是在思考什么（慧眼识英雄）。正是这个爱思考的习惯，一生伴随着爱因斯坦，并且成就了他那非凡的科学成就。
小阿尔伯特的妈妈葆琳对儿子那丰富的想象力留下了深刻的印象。一天，她在弹奏莫扎特的钢琴奏鸣曲，突然发现小阿尔伯特不知什么时候已一动不动地站在旁边了，他静静地倾听着。看着儿子一脸陶醉的神情，葆琳高兴地抱起他：“亲爱的，你看到什么了呢？”“花园……微风……还有星星……”从断断续续的词语中，我们可以感受到小阿尔伯特的想象力是多么丰富呀！
“想象力比知识更重要”这是爱因斯坦的名言。知识是有限的，而想象力却可到达所有的地方。每当我们被那些物理理论天马行空的结论所震惊时（像广义相对论的时空弯曲、黑洞、弦……），我们就会感受到，物理学确实是一个极其需要想象力的学科，光有数学工具是还不够的，物理学家还得在脑海中描绘那惊人的多维空间和千奇百怪的结构等等，从而更快地找出它们的物理意义和图象。而爱因斯坦恰恰拥有这种强大的武器，所以就更加显得有点与众不同了。
或许，这也是爱因斯坦取得如此叹为观止的科学成就的一个因素吧！
受母亲的影响，小阿尔伯特在三岁就开始练习小提琴。每次，小阿尔伯特都在老师严格的监管下反复练习那些枯燥的指法、基本功，弄得全身酸痛。但是，小阿尔伯特又舍不得那优美的乐声，每次都陶醉于其中。后来，小提琴也成为爱因斯坦终生的陪伴。要是爱因斯坦不当物理学家，也会成为一个重量级的小提琴家。
每当思索那些物理问题，思维陷入死角时，爱因斯坦就会拿起小提琴，在悠扬的乐声中，他的思维却溜进了深邃的科学殿堂。音乐是科学思想的催化剂。在婉转悦耳的音乐中，思想的火花不断迸射，并点燃了真理之火。
物理学家的音乐造诣不低，这是物理学的一大看点。爱因斯坦爱拉小提琴，普朗克的钢琴功夫可谓一流，牛顿的风管也不逊色，费曼的手鼓更值得品味……（费曼是20世纪美国著名物理学家，在量子物理学中贡献很大）
这也是我们应该思考的问题。这么多物理学家喜爱音乐，是偶然吗？艺术跟科学真的分家吗？或者两者是互补的呢？……这就当是今天留给你的作业吧，不要求交上来，但是做了收获肯定不小。
五岁那年，一次生病，父亲为了使躺在病床上的小阿尔伯特不至于那么寂寞，给他带回来了一个罗盘。
这个小东西一下子就吸引住了小阿尔伯特，他拿在手里，发现了一件不可思议（在他看来）的事情：咦？无论怎样转动、翻转，那根小针为什么总是指着同一个方向呢？多么奇怪呀！
小阿尔伯特觉得这罗盘后面肯定隐藏着什么，一定有些什么东西。爸爸告诉他，是磁力使得它永远指着那个方向。
�
