愛因斯坦廣義相對論「奇蹟年」，又獲諾獎！ （轉載）

愛因斯坦廣義相對論「奇蹟年」，又獲諾獎！ （轉載）

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第一次是2017年檢測引力波的LIGO項目的三位科學家獲得諾貝爾物理學獎。

北京時間2017年10月3日下午5點45分，2017年諾貝爾物理學獎被授予3位美國科學家：MIT物理學教授Rainer Weiss, 加州理工學院物理學教授Barry C. Barish和Kip S. Thorne，以表彰他們「對LIGO探測器和引力波觀測的決定性貢獻」。其中，Rainer Weiss獨享一半獎金，Barry C. Barish和Kip S. Thorne分享另一半。獎金共900萬瑞典克朗。

（來源：https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/；）

今年北京時間10月6日下午6時許，Roger Penrose、Reinhard Genzel、Andrea Ghez獲獎。英國科學家Roger Penrose「由於發現黑洞的形成是廣義相對論的一個有力預測」而被授予了諾貝爾物理學獎。德國科學家和美國科學家Reinhard Genzel、Andrea Ghez因「在銀河系中心發現了一個超大質量的緻密物體」而被授予諾貝爾物理學獎。

來源：https://www.nobelprize.org/

這兩次諾貝爾獎均與愛因斯坦廣義相對論高度相關。

愛因斯坦曾說，如果說狹義相對論，不是我老愛做出來，別人也能做出來。但是，廣義相對論，如果不是我老愛做出來，人類永遠做不出來。（本人的演繹表述）。

可以說，1915年愛因斯坦提出廣義相對論，是他繼1905年「奇蹟年」之後的 第二個「奇蹟年」。

那麼，老愛是怎樣提出廣義相對論的呢？且聽本人來「演繹」這個科學史最輝煌的故事。

20191126周二下午，聆聽了希伯來大學前校長、理論物理學家哈諾赫·加特福倫德教授（Hanoch Gutfreund）關於愛因斯坦廣義相對論的起源和發展的報告：

THE GENESIS OF GENERAL RELATIVITY AND ITS CONSEQUENCES

知新溫故。聽完報告之後，又查閱和核實了曾經閱讀過的兩本愛因斯坦傳記：

1）《上帝難以捉摸：愛因斯坦的科學與生平》，派斯 著。曾在清華大學科學史系成立大會上，聆聽楊振寧先生說，這是他見到的世界上最好的科學家傳記。同時，他尖銳地批評我國學者的科學史研究和撰寫的科學家傳記（參見：楊振寧：我們的科學史寫作為什麼不成功http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/7/381102.shtm）。此書由愛因斯坦研究專家中國科學院自然科學史研究所的方在慶研究員翻譯出版。該傳記的主標題：引用的是愛因斯坦的一個名言：Subtle is the Lord。個人認為，可以這樣翻譯：上帝微妙玄通。

2）《愛因斯坦傳》，艾薩克森 著，張卜天 譯。張卜天博士大約已翻譯出版了30本左右的科學史著作，現為清華大學科學史系教授。

還在百度上查閱了Gutfreund教授的一些信息。原來關於他的中文信息很多，包括這則信息：

［2018年］希伯來大學原校長哈諾赫·加特福倫德教授（Hanoch Gutfreund），陪同［清華大學］陳旭考察了愛因斯坦檔案館，了解希伯來大學創始人之一、著名物理學家愛因斯坦的文書手稿、私人藏書等相關歷史文檔。希伯來大學是全球最大的愛因斯坦遺物保存地，目前收藏有８萬份愛因斯坦相關文件，其中包括4萬餘份愛因斯坦手稿原件。

筆者聽了 Gutfreund教授的報告，收穫很大，這裡單說，因為從這個報告得來的信息，筆者將1915年稱為愛因斯坦「第二個奇蹟年」（或奇蹟年第二春）。

大家都知道，1905年，作為瑞士伯爾尼專利局普通職員的愛因斯坦，在「業餘」發表了五篇高度原創性的論文（其中一篇是博士論文），創建了狹義相對論；運用普朗克提出的「量子」概念，解釋了光電效應；為原子的存在提供了強有力的論證（及精確算出了阿夫伽德羅常數）。以及E=MC2。然而，愛因斯坦拿著這5篇高度原創性的論文以及其他論文，想到大學做「青椒」，吃了很多閉門羹，一波三折。

在很多人的刻板印象中，愛因斯坦只有屈指可數的幾篇「代表作」，只重論文「質量」而不重論文「數量」。這不符合歷史事實。比如前述1905年，愛因斯坦發表了5篇高質量的論文。再說1915年，愛因斯坦「發表」了四篇論文，標誌著「廣義相對論」的誕生。

請看Gutfreund教授的一張PPT：

（來源：Gutfreund教授PPT 20191126）

大意是：1915年（11月），愛因斯坦在皇家普魯士科學院提交了4篇論文，分別是：

1）11月4日 關於廣義相對論

2）11月11日 關於廣義相對論的一個補充 對廣義相對論給出了一個簡要而邏輯的結構

3）11月18日 從廣義相對論解釋水星的進動問題 對廣義相對論作出了重要的確證

4）11月25日 引力的場方程 最終確立了廣義相對論的邏輯結構

本人核查了派斯撰寫的愛因斯坦傳記，信息如下：

愛因斯坦後來把他在1915年在普魯士科學院「發表」的4篇論文，精心修改完善，完成了題為「廣義相對論基礎」的論文，1916年3月投稿給他當年「發家」並最鍾愛的期刊《物理學紀事》上，並接受和正式發表。

該文後來出了單行本，愛因斯坦平生第一本書（CHUNV作）「橫空出世」。到12月，愛因斯坦把狹義相對論和廣義相對論合二為一，完成並出版《狹義和廣義相對論淺說》這本高級科普書。這是愛因斯坦流傳最廣的一本書，被翻譯為世界很多國家和民族的文字。

其實，在1916年愛因斯坦也是論文高產的。6月他完成了第一篇關於引力波的論文。7月愛因斯坦返回到對量子理論的興趣，在後來的8個月發表了3篇關於量子理論的論文。

（來源：Gutfreund教授PPT 20191126）

綜上所述，愛因斯坦1915年在普魯士科學院「發表」的4篇論文，以及1916年春天在《物理學紀事》正式發表的「廣義相對論的基礎」，標誌著「廣義相對論」的正式問世。愛因斯坦1915年創造了繼1905年「奇蹟年」之後的「第二個奇蹟年」！

愛因斯坦本人並不認為宇宙中有黑洞存在，但是，1965年PENROSE利用嚴謹的、確鑿的、精巧的數學論證，廣義相對論必然可以推論出黑洞是存在的。該論文1965年發表於Physical Review Letters。

來源：Theoretical foundation for black holes and the supermassive compact object at the galactic centre (pdf) 原始來源：Penrose, R., 1965, 「Gravitational collapse and space-time singularities」Physical Review Letters, vol. 14, no. 3. pp. 57–59, 1965

最後，寫一個「打油詩」獻給愛因斯坦和PENROSE：

BLACK HOLE AND ITS MYSTERY LAY HID IN THE DARKEST NIGHT，

GOD SAID "LET EINSTEIN BE，AND NEXT PENROSE"

AND THE DARKEST SECRETS OF THE UNIVERSE BECAME LIGHT.

附PENROSE代表作

Penrose, R., 1963, 「Asymptotic properties of fields and space-times」, Physical Review Letters, vol. 10, no. 2. pp. 66–68. doi: 10.1103/PhysRevLett.10.66.
Penrose, R., 1965, 「Gravitational collapse and space-time singularities」, Physical Review Letters, vol. 14, no. 3. pp. 57–59, 1965. doi: 10.1103/PhysRevLett.14.57.
Penrose, R., 1969, 「Gravitational collapse: the role of general relativity」, Nuovo Cimento Rivista Serie, vol. 1. p. 252.
Penrose, R. and Floyd, R. M., 1971, 「Extraction of rotational energy from a black hole」, Nature Physical Science, vol. 229, no. 6. pp. 177–179. doi: 10.1038/physci229177a0.
Penrose, R., 1989, Emperor’s New Mind, Oxford University Press.
Penrose, R., 2010, Cycles of Time: An Extraordinary View of the Universe, The Bodley Head, ISBN 978-224-08036