每一次新的科學理論誕生,都會帶來一場理論的衝擊。可是在這場新理論的衝擊波中,不同的科學家有著不同的命運。達爾文提出進化論,受到上帝教徒的猛烈抨擊;哥白尼提出日心說,險些被火燒死;現在被我們廣泛接受的大陸漂移學說,魏格納在提出之時也是受盡辱罵。
愛因斯坦卻是幸運的,他顛覆了物理學開山鼻祖牛頓提出的經典時空觀,卻幸運地趕上了天有異象,驗證了自己的理論並得到了學術界的認可。
愛因斯坦的一生充滿傳奇,他的相對論更是物理學上的一朵奇葩。
前物理學家,現科學作家萬維鋼所著《相對論究竟是什麼》這本書,從理論物理的發展歷史出發,為我們講述愛因斯坦和他的相對論。
人生有三重境界,一是看山是山,看水是水,二是看山不是山,看水不是水,三是看山還是山,看水還是水。到了第三重算是看破了紅塵。
萬維鋼指出,物理學就是一場看破紅塵的旅程。普通人每天過日子,看太陽升起落下,看璀璨星空,看山川河流靜靜流動,可物理學家卻偏要看破這一切的本質。天狗食日是日食現象,太陽的升起落下遵循著行星運行的規律,而我們所見到的光也有著相應的特性。
我們的祖先崇拜天空,創造了很多關於上天的故事,比如天庭王母、牛郎織女的鵲橋之約等等。天空對我們來說本來是很神秘的存在,古人還要祭天求得風調雨順,可是物理學家卻看破宇宙的本質。天空還是那片天空,只不過不再神秘。
相對論的誕生也是如此。一個物體,最初我們看到的它就是靜態的,是完完全全的它,可當它運動起來,在我們的眼裡,就因為遠近有了大小之分,而它運動的聲音也有了高低之分,那麼運動的物體還是原來的物體嗎?不,他們還是原來的物體,只不過我們更理解它的本質了。
世界上的萬事萬物,都在不斷地變化,這樣的相對論頗有那句「人不可能兩次踏進同一條河流」的哲學意味。
這一觀點恰恰拓展了牛頓力學,牛頓經典時空觀認為,不管是靜止的物體還是運動的物體,周圍的時間空間都不會因為物體而發生變化。可相對論時空觀卻認為時間和空間與物體的運動狀態有關。那麼當時空發生變化時,我們該怎麼辦?
這種感覺就好像是,我們在一個運動的球裡走動,天旋地轉。那麼相對論會讓我們頭暈目眩嗎?
書中介紹了很多有意思的相對論。相對論的一個重要結論是,在同一個坐標系下看是同時發生的兩件事,在另外一個坐標系看就可能不是同時的了。也就是說,你的當下只是你在自己坐標系下的一個幻覺,在別人看來你的當下與他的當下,完全沒有牽扯。
更神奇的是相對論還暗藏長壽的秘訣。相對論可以讓一個運動物體的時間變慢,這個效應叫做時間膨脹。一個人若是從地球坐飛船,飛向遙遠的星球,由於飛船上的時間比地球上的慢,一個人經歷的時間要比地球上的人少得多,壽命居然不費吹灰之力地就被延長了。
在廣義相對論中,時空還可以是彎曲的。整個時空就好像一個蹦蹦床,而物體在上面運動會帶來蹦蹦床的形狀變化。而這個物體的質量越大,自身的尺寸越小,蹦蹦床的彎曲程度就越大。目前最大,最彎的蹦蹦床要數黑洞,我們看到的黑洞內部沒有光線射出,是一條有去無回的路,就好像一團泥沼,吸住了周邊的時空。
這麼一看相對論確實讓人有點眩暈。但是在眩暈的世界裡不迷失自己的判斷力,才是真正的英雄。而愛因斯坦,無疑是那個真正的英雄。
愛因斯坦的相對論並不是一蹴而就的,它雖然顛覆了牛頓的理論,卻在牛頓經典力學的基礎上進行了傳承和創新。
相對論就像一個潘多拉的魔盒,打開之後是鋪天蓋地的奇妙宇宙世界。周圍的時空會彎曲,人的壽命可以延長……
可愛因斯坦從不止步於已有的發現,除了時空的特殊性,他還提出光並不像水流一樣連續流動,而是一小份一小份的光子,也就是現在我們說的量子。量子屬於微觀的領域,而之前的相對論屬於宏觀的領域。
可惜的是,愛因斯坦首先提出量子概念,卻沒能把量子理論發揚光大。量子力學的世界裡沒有確定性,只講概率,愛因斯坦不相信,他說上帝不會擲骰子。
他反對不確定的量子力學,認為哪怕是微觀世界,物理定律也完全可以計算一切。只是一直到1955年離世,他也沒能統一宏觀和微觀的理論。
《相對論究竟是什麼》這本書中用淺顯易懂的語言介紹了愛因斯坦探索研究相對論的一生,雖然最後他並沒有找到統一宏觀和微觀的物理計算方法,但是它的相對論帶給我們一個奇妙的宇宙世界,原來我們的身邊無時無處都在變動。
而我們能做的或許是在變動之中,保持鎮定,不沾沾自喜。科學研究一直在向前發展,愛因斯坦之後有顛覆思維的量子力學,之後一定還有更多刷新認知的新發現。潘多拉的魔盒打開了,但是學習的腳步不該停下。