物理巨作：《 論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》

 　　愛(ài)因斯坦就寫(xiě)好了那篇?dú)v史性文獻(xiàn)《 論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》 ，1905 年9 月發(fā)表在著名的德文雜志《 物理學(xué)年鑒》 上.在這篇論文中，愛(ài)因斯坦十分果斷地把相對(duì)性原理和光速不變?cè)�理這兩條看起來(lái)似乎矛盾的設(shè)想放在一起作為基本出發(fā)點(diǎn)，他稱之為兩條公設(shè).

　　愛(ài)因斯坦明確指出，在他的理論里，以太的概念將是多余的，因?yàn)檫@里不須要特設(shè)絕對(duì)靜止的參照系.愛(ài)因斯坦不是像洛倫茲那樣，事先假設(shè)某種時(shí)空變換關(guān)系，而是以兩條公設(shè)為出發(fā)點(diǎn)，推導(dǎo)出時(shí)空變換關(guān)系.他非常簡(jiǎn)潔地建立了一系列新的時(shí)空變換公式之后，立即推導(dǎo)出了運(yùn)動(dòng)物體的“長(zhǎng)度收縮”、運(yùn)動(dòng)時(shí)間的“時(shí)鐘變慢”、同時(shí)性的相對(duì)性以及新的速度合成法則等等，由此形成了一套嶄新的時(shí)空觀.

　　愛(ài)因斯坦之所以能夠如此利落地摒棄舊的一套時(shí)空觀，是因?yàn)樗��?jīng)過(guò)10 年的思索，研究了一系列物理學(xué)中的矛盾，總結(jié)了各方面的事實(shí)，充分認(rèn)識(shí)到絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間是人為的、多余的概念.1915 年，洛倫茲在總結(jié)自己沒(méi)有提出相對(duì)論的原因時(shí)說(shuō)：“如果我現(xiàn)在必須寫(xiě)最后一章，我一定給愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論一個(gè)更為重要的地位，根據(jù)這一理論，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電磁現(xiàn)象的理論達(dá)到了我沒(méi)有獲得的簡(jiǎn)明性.我失敗的主要原因是我墨守這一概念，只是把時(shí)間t 認(rèn)為是真實(shí)的時(shí)間，而把我的地方時(shí)間廠充其量只看做是一個(gè)數(shù)學(xué)輔助量而已."

　　由于人們的思想長(zhǎng)期受到傳統(tǒng)觀念的束縛，一時(shí)難以接受嶄新的時(shí)空觀，愛(ài)因斯坦的論文在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)受到冷遇，被人們懷疑，甚至遭到反對(duì).在法國(guó)，直到191 。年幾乎沒(méi)有人提到愛(ài)因斯坦的相對(duì)論.在實(shí)用主義盛行的美國(guó)，最初十幾年中相對(duì)論也沒(méi)有得到認(rèn)真對(duì)待.邁克耳孫至死(1931 年)還念念不忘“可愛(ài)的以太”，認(rèn)為相對(duì)論是一個(gè)怪物.相對(duì)論徹底否定以太的必要性，被人們看成是不可思議的事，當(dāng)時(shí)甚至掀起了一場(chǎng)“保衛(wèi)以太”的運(yùn)動(dòng).J . J .湯姆孫在1909 年宣稱：“以太并不是思辨哲學(xué)家異想天開(kāi)的創(chuàng)造，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，就像我們呼吸的空氣一樣不可缺少.”愛(ài)因斯坦是1921 年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的，不過(guò)不是由于他建立了相對(duì)論，而是“為了他的理論物理學(xué)研究，特別是光電效應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)”.諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)委員會(huì)主席奧利維亞為此專門(mén)寫(xiě)信給愛(ài)因斯坦，指明他獲獎(jiǎng)的原因不是由于相對(duì)論，并在授獎(jiǎng)典禮上解釋說(shuō)：“因?yàn)橛行┙Y(jié)論目前還正在經(jīng)受嚴(yán)格的驗(yàn)證."

　　普朗克和閡可夫斯基可以說(shuō)是支持相對(duì)論的代表.正是普朗克，當(dāng)時(shí)作為《 物理學(xué)年鑒》 的主編，認(rèn)識(shí)到愛(ài)因斯坦論文的價(jià)值而及時(shí)地予以發(fā)表.所以人們常說(shuō)，普朗克有兩大發(fā)現(xiàn)，一是發(fā)現(xiàn)了能量子，二是發(fā)現(xiàn)了愛(ài)因斯坦.1901 年，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家考夫曼用俘射線的高速電子流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電子的質(zhì)量確實(shí)是隨速度變化的.洛倫茲在1904 年則根據(jù)“收縮假說(shuō)”也推出了電子質(zhì)量公式，后來(lái)證明洛倫茲公式與狹義相對(duì)論的結(jié)果一致.1911 年索爾威會(huì)議召開(kāi)，由于愛(ài)因斯坦在固體比熱容的研究上有一定影響，人們才注意到他在狹義相對(duì)論方面的工作.直到1919 年，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論得到了日全食觀測(cè)的證實(shí)，他才成為世界矚目的人物，狹義相對(duì)論開(kāi)始受到應(yīng)有的重視.

　　廣義相對(duì)論的建立

　　18 ，。年厄擊做了極其靈敏的扭秤實(shí)驗(yàn)來(lái)比較引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量.他利用扭秤兩端重物受到的地球引力和由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力，確定兩者的偏差不超過(guò)5 只108 數(shù)量級(jí).慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量等價(jià)的事實(shí)成了廣義相對(duì)論的重要依據(jù).愛(ài)因斯坦說(shuō)：“廣義相對(duì)論的創(chuàng)立首先是由于物體慣性質(zhì)量同引力質(zhì)量在數(shù)值上相等這一經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，古典力學(xué)是無(wú)法解釋的."

　　在地面上，物體以g 一9 . sm / S ，的加速度向下運(yùn)動(dòng)，這是地球引力作用的結(jié)果.設(shè)想在沒(méi)有引力的太空，一艘飛船以a 一9 . sm / 52 做直線運(yùn)動(dòng)(現(xiàn)在可以做到)，宇航員感受到慣性力，力的方向與a 的方向相同，這時(shí)他完全可以認(rèn)為是受到引力的作用.既然引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量相等，就無(wú)法把加速坐標(biāo)系中的慣性力和引力區(qū)分開(kāi)來(lái).勻加速的參照系與均勻引力場(chǎng)等效，這是愛(ài)因斯坦提出的等效原理的特殊形式.因?yàn)橐�力質(zhì)量和慣性質(zhì)量相等，所以在均勻引力場(chǎng)中，不同的物體以相同的加速度運(yùn)動(dòng)，這也是伽利略白由落體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一般敘述為：在引力場(chǎng)中，如無(wú)其他力作用，任何質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都相同.

　　由于等效原理，相對(duì)于做加速運(yùn)動(dòng)的參照系來(lái)觀測(cè)，任一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都是引力作用的結(jié)果，具有相同的規(guī)律形式.愛(ài)因斯坦進(jìn)一步假設(shè)，相對(duì)任何一種坐標(biāo)系，物理學(xué)的基本規(guī)律都具有相同的形式.這個(gè)原理表明，一切參照系都是平等的，所以又稱為廣義協(xié)變性原理.等效性原理和廣義協(xié)變性原理是廣義相對(duì)論的基本原理.在廣義相對(duì)論的基本原理下，應(yīng)建立新的引力理論和運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律成為一定條件下廣義相對(duì)論的近似規(guī)律.根據(jù)廣義相對(duì)論得出了許多重要結(jié)論，有一些已得到實(shí)驗(yàn)證實(shí).在廣義相對(duì)論建立之初，愛(ài)因斯坦提出了三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：一是水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，二是光線在引力場(chǎng)中的彎曲，三是光譜線的引力紅移.其中只有水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)在當(dāng)時(shí)是已經(jīng)確認(rèn)的事實(shí)，其余兩項(xiàng)后來(lái)才陸續(xù)得到證實(shí).2 。世紀(jì)60 年代以后，又有人提出觀測(cè)雷達(dá)回波延遲、引力波等方案.廣義相對(duì)論在建立的初期并未引起人們的足夠重視，后來(lái)廣義相對(duì)論對(duì)天體物理的許多預(yù)言得到了驗(yàn)證，如脈沖星、致密X 射線源、類星體等新奇天象的發(fā)現(xiàn)以及微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)等.這些發(fā)現(xiàn)一方面證實(shí)了廣義相對(duì)論的正確性，另一方面也大大促進(jìn)了相對(duì)論的進(jìn)一步發(fā)展.

　　(責(zé)任編輯：彭海芝)

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