自然科学名家名作中的为什么
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几乎无人能懂的广义相对论是如何得到世人认同的?

《广义相对论的基础》是爱因斯坦于1916年在《物理学杂志》上发表的一篇著名论文。该文中创立的广义相对论,是一种没有引力的新引力理论,是适用于所有参照系的物理定律。相对论的创立,改变了人们认识我们所赖以生存的这个世界的思想观念和思维方式,对开创物理学乃至整个人类文明的新纪元都产生了巨大的影响。

1905年,爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》的论文,创立了“狭义相对论”。1916年,他又在《物理学杂志》上发表了《广义相对论的基础》,从而创立了“广义相对论”。相对论是一种全新的理论,并且数学结构过于艰深,许多人看也看不懂,听也听不明。据说爱因斯坦有一次对卓别林说:“您真伟大,您演的电影全世界人人都能看懂。”而卓别林幽默地对爱因斯坦说:“您也真伟大,您的相对论世界上几乎没有几个人能够弄懂。”相对论如此难懂,人们又是如何认同它的呢?这要归因于爱因斯坦从相对论出发,所做的一些伟大的科学预言。

在爱因斯坦的相对论中,有关于“质能转换”的结论:能量和质量是同一物质的两个不同的侧面,质量可以转变为能量,能量也可以转变为质量。放射能就是微小的质量转变成了能量。由于转变成能量的质量非常小,以致用普通的重量测定方法测不出亏损的质量;但微小质量所释放出能量却非常巨大,因此可以通过能量的测定,推出亏损的质量。1905年9月,爱因斯坦根据相对论原理推导出物体能量与质量的关系式:E=mc2即能量等于质量与光速平方的乘积。爱因斯坦的这一结论后来被原子弹的爆炸所证实,并且一直是原子能利用的理论基础。

爱因斯坦的相对论认为:空间和时间不仅与运动有关,而且与物质的质量、分布状态有关。在任何具有质量的物体周围,都会产生引力场,这是一种新的物质形态。在强引力场的作用下,时间和空间会发生弯曲,质量越大,时间和空间的弯曲越厉害。为此,他预言:恒星发出的光由于太阳的影响会发生弯曲,所以我们看到的恒星位置与实际位置会有一点误差。他还计算出了偏斜度为1.75弧秒。由于平时日光太强,只有在日全食时才好观察。1919年5月29日,赤道地区将要发生日全食,这正好被利用来观测太阳边缘所射来的星光,来证实相对论的正确与否。那一天,科学家们分别在南美和北美设立了两个观测点,精确地拍下了在变暗了的太阳周围星光的照片。观测证明:星光在通过太阳附近时,由于太阳巨大质量的作用,的确发生弯曲而偏离了原来的直线。通过计算,弯曲度是1.61到1.98弧秒之间。这与爱因斯坦四年前预言的相差无几。

1919年11月6日,英国的戴森爵士在英国皇家学会正式宣布了观测结果。这一消息立即在全世界引起了极大的轰动。11月7日,新闻媒介发表新闻,标题为“科学革命”,两个副标题为“宇宙新理论”和“牛顿观念的破产”。12月14日,爱因斯坦的照片登在《柏林画报》周刊的封面上。

世界各国的报纸杂志,争先恐后地刊登这则新闻,爱因斯坦一夜之间成了世界最著名的人物。美国的《纽约时报》从1919年11月9日开始,连续刊登爱因斯坦的文章和传奇故事。各国竞相邀请爱因斯坦作演讲,与大众见面,每到一地均受到国王才能得到的礼遇。有一次,一位姑娘见到鼎鼎大名的爱因斯坦,竟然因为过分激动而昏了过去,其知名度之大可想而知。

爱因斯坦的相对论还预言,引力场很强的恒星发出的光谱线向红端(波长比较长的一端)推移,1924年,在天文观测中证实了有引力红移现象。

相对论中还有一个伟大的科学预言,就是水星近日点的运动是由于太阳本身引起了空间结构的改变而造成的。观测证明,水星每绕太阳公转一周,离太阳最近那一点的位置就有些改变。爱因斯坦的广义相对论还圆满地解释了这种现象。

随着大口径的光学望远镜和射电望远镜的发展,人们陆续发现了一些新天体,那里存在着很强的引力场。广义的相对论成了进行这方面研究的重要工具。