中的道理却完全能想得出来。假如有一个升降机处在宇宙空间,你站在里面就会失重,身体飘在空中。这时升降机开始以刚好等于地面重力加速度9.8米/秒^2匀速直线上升,你就会恢复重量,重新站在了地板上。换一个方法,升降机下降,降到地面时你也会恢复重量,站在地板上。
前一种情况人受到惯性力,后一种情况人受到引力,只要加速系的加速度等于引力场强度(都是9.8米/秒^2)惯性力场就等于引力场,也就是说是等效的。因为人被关在升降机里是根本区分不出是哪种力生成作用的。根据同样道理,这个升降机里不是坐着人,而是一枚向斜上方抛出的匀速直线运动的石子,那么这石子也会改变方向而成抛物线弯曲下落。
如果是一条平行射入的光线,这光线也会弯曲向下。好了,爱因斯坦那天马行空般的思维立即又推出下一步极重要的结论。既然惯性力场和引力场是等效的,那么我这个实验就不必非在加速的升降机里做不可了,在任何引力场中都会发生这种光线弯曲的现象。
既然星球有引力能使周围的光线、空间、时间弯曲,那就可以直接表述为星球的质量使周围的时空弯曲,连“引力”这个概念也不必要了。——好个爱因斯坦,他在狭义相对论里开除了“以太”,在广义相对论里又要开除“引力”,将牛顿时空观、经典力学彻底改造了。
他解释道,地球绕太阳转动不是什么引力,是因为太阳巨大的质量使周围时空弯曲,地球只能按曲线运动。同样,开普勒给众星制定的那些轨道也都能这样解释,牛顿万有引力公式作的那些计算也都可以用这个理论去解释。难怪波恩称广义相对论是:“认识自然的人类思维最伟大的成就,哲学的深奥、物理学的洞察力和数学的技巧最惊人的结合。
”这个伟大的理论是爱因斯坦在研究完狭义相对论后又经过十年的思考于1916年最后完成并公布的。与实验物理学家在实验室里具体操作不同,爱因斯坦是做着“思维实验”。对他来说宇宙是一个实验室,那些星球简直如伽利略手中的一粒石子,如法拉第手中的一块磁铁,他将以往别人都认为是正确的最不怀疑的结论一起拿到这个最广大的实验室里一一验证。
他不用像玛丽.居里那样住在烟熏火缭中炼镭,也不用像卢瑟福那样去费力地打碎原子,他将自己关在书房里,展开思想的翅膀,尽情地想着“爱因斯坦升降机”的运动。这正中了郭沫若先生在科学大会上的那句祝词:“科学家也需要幻想,不要以为幻想只是文学家的事。
”不过文学家所幻想的是比真实生活更离奇的情节,更完整的形象;而科学家所幻想的是比常见的现象更本质的规律,更抽象的公式。经过这样冥想了十年之后,有一天爱因斯坦穿着睡衣走下楼来吃早饭,但是他对着盘碗却不动刀叉。
夫人爱丽莎以为他病了,忙用手试试他的额头,问他什么地方不舒服。爱因斯坦拉着她的手说:“不,亲爱的,我有一个奇妙的想法。”说罢,他使走到钢琴边弹起琴来,弹几下,又停下来自语一句:“一个好想法,真是一个美妙的想法!
”爱因斯坦弹了半个小时的琴翻身上楼去了,临走时告诉爱丽莎:“请不要打扰我”。从这一天起,爱丽莎每天上楼给他送三顿饭,其余的话不敢多说一句。爱因斯坦竟两个星期没有下楼。这天他终于出现在楼梯口,脸色苍白,身子疲惫,体重足减少了十几公斤。
他将两页纸放在餐桌上说:“亲爱的,就是它。广义相对论就要问世,现在我死不死都无关紧要了。”天才的思考抵得过一百个实验,一个理论物理学家的思想往往够实验物理学家去忙几十年。爱因斯坦创立广义相对论后,立即提出三个预言让人们去证明。
一是水星近日点的进动会是由于太阳本身引起了空间结构的改变而造成的;二是引力场会使时钟变慢,即会使原子的振动变慢,光的频率变低,光谱红移;三是,引力场会使光线偏折。这三个预言很快被一一验证(不过请读者注意,爱因斯坦这里说的引力场其实并没有引力,就是指的空间弯曲)。
1911年爱因斯坦就曾在一篇论文中提出恒星发出的光由于受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,但由于平时日光太强,只有在日全蚀时才好观察,天文学家们如若不信,请去验证。这可真比当年勒维烈测算海王星还要神奇。
于是,1914年有一批好奇的德国天文学家便组成考察队前往俄国(因为预计在那里将可以看到一次日全蚀),以便乘机验证爱因斯坦的神话。但他们刚到俄国,第一次世界大战就爆发了,德、俄两国成了敌国,他们也就被当作战俘拘留,仪器全部没收。
1919年5月29日,又一次日全蚀的大好时机降临。英国剑桥大学天文台长埃丁顿立即率领一支观测队携带了大批器材赶到西非几内亚普林西比岛。那天这里本来是朗朗晴空,忽然太阳就如一块冰被慢慢溶化一般失去了自己的形象和光彩,最后全部被阴影遮住,只在四周留下一团蔚为壮观的日珥火焰,全蚀时间共302秒钟。
片刻白日里看不见的星斗却又神奇般地重现天空。埃丁顿和他的队员们顾不得欣赏这一生难遇的奇景,他们屏息静气,只听见计时节拍器的滴塔之声,和迅速拍照、换底片的喀嚓声。16张照片送到英国皇家学会,结果证明爱因斯坦
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