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日志

二十世纪之光(二)

已有 934 次阅读2010-6-16 17:54 |个人分类:文章转载|系统分类:好文分享

   广义相对论问世
     1912年冬天,当第一场瑞雪普降人间的时候,大地白茫茫的一片好干净,天与地之间一片澄明,人们纷纷来到雪地里堆雪人、打雪仗。
    爱因斯坦踏着地上的积雪,口里哼着一曲古老的歌谣,又回到了苏黎士(瑞士)联邦工业大学。从这时起,他有了一笔丰厚而稳定的收人,生活得非常幸福美满,对自己的婚姻也觉得很满意。
    然而好景不长,1914年4月,爱因斯坦又把家搬到柏林,在那里,爱因斯坦接受了普鲁士科学院的一个职位。那年夏天,他的妻子和两个儿子在瑞士度假,由于一次大战的爆发而不能返回柏林,几年之后,这一被迫性的长期的两地分居导致了离婚。
    爱因斯坦厌恶战争,他曾利用自己的影响,号召人们同法西斯主义进行坚决的斗争,并不惜代价去阻止罪恶的战争,“他必须准备坐牢,准备经济破产,总之,他必须准备为他的祖国的文明幸福的利益而牺牲他个人的幸福”。他还直言不讳地批判了德国军国主义。
    但爱因斯坦始终没有忘记自己肩上所担负的神圣的使命,他更加全神贯注地去完成他的广义相对论。
    为了研究广义相对论,爱因斯坦可真是不要命了,多年以来没有规律的生活,给他的身体造成了巨大的伤害,肝炎和胃病几乎要把他给摧垮了。
    爱因斯坦以为自己得了癌症,于是,他更加自觉地抓紧一切时间,真是达到了不吃饭不睡觉的地步。
    为了研究,他把自己关在一间小阁楼里,把门从里面反锁着,不让任何人打扰,只是到了黄昏时分,他才出去放放风。
    两个星期之后,爱因斯坦面无血色地从小阁楼里走了出来,手里抱着一叠厚厚的文稿,大声地向世界宣布:我研究出来了!就这样,广义相对论诞生了。
     1916年,在《物理学》杂志上,他发表了《广义相对论的基捶一文。
    诺贝尔物理奖金获得者马克斯·玻恩把广义相对论看作是“人类关于大自然的思想的最伟大成就,是哲学的深度、物理学的直觉和数学的技巧的最惊人结合”。
    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。
    广义相对论认为,时间空间与物体运动整体的不可分割性,不但在匀速直线运动情况下存在,而且在有加速度运动的情况下,也同样存在。
    爱因斯坦还进一步指出,加速度运动与引力场(重力场)引起的运动就是一回事,是等价的或等效的。这就推广了相对论的基本内容。
    根据等效原理,引力可以等效为加速系统中的惯性力。引力可以被一个加速系统完全抵消,引力也可以用一个加速系统体现出来。
    这样,爱因斯坦就把引力进一步归结为由加速系统所体现出的时空几何特征。不同的加速系统就有不同的时空几何特征,则就代表不同的引力常所以,爱因斯坦的广义相对论又把引力与时间空间的几何特征联系起来了。所谓几何特征,那就是时间、空间距离的测量,时空的弯曲性质等。
    那么,引力究竟是什么呢?引力就是时空的弯曲,在广义相对论中引力的本质就是时空弯曲,引力本身已不存在。
    比方说,有两个质量很大的钢球,由于受万有引力而相互吸引,相互接近,这是牛顿的看法。
    爱因斯坦的广义相对论则并不认为两个钢球间存在吸引力,它们之所以接近,是由于时空好像一张原来拉平的膜,现在两个钢球太重使这张膜压弯了,这时两个钢球是由于沿弯曲的膜滚到一起,即由于时空弯曲而沿短程线运动。可见二者是根本不同的引力理论。
    爱因斯坦认识到,我们所生存的具有长、宽、高三个方位的空间和一直流动延续下去的时间,结合在一起成为四维时空的整个宇宙是弯曲而有曲率的。
    爱因斯坦从广义相对论出发,作了一些伟大的科学预言,有的已经被观测所证实,比如水星近日星的进动,光谱线的引力红移和引力场中光的弯曲。
    水星是我们所知道的离太阳最近的行星,它每绕太阳公转一周,离太阳最近那一点的位置就有些改变,这种现象称作水星近日星的进动。爱因斯坦根据广义相对论解释了当时人们不能圆满解释的这种现象。
    爱因斯坦的第二个预言就是,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,l924年,在天文观测中证实了有引力红移现象。
    其中较容易测量的是星星所发出的光线,从太阳旁边通过变得偏斜弯曲的数据。根据爱因斯坦的计算,可偏斜度为1.75弧秒。
    据当时天文观测,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。广义相对论能否被证实,就要看这一次的观测结果了。
    全世界的科学家们都在翘首期待着这一天的早日到来。日食那天,观测队拍摄了大量的日食照片,经过对这些照片的显影与分析研究,终于测得光经过太阳附近的弯曲度是1.61到1.98弧秒之间。它与爱因斯坦的计算相差无几。
    爱因斯坦一直把广义相对论看成是自己一生中最重要的科学成果。确实,广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想,这一全新的引力理论,到目前为止,依旧是一个最好的引力理论。
    当然,在以后的几十年中,由于很少得到新的观测或者实验的检验,同时也由于广义相对论的数学结构过于艰深,广义相对论在差不多半个世纪的时间里受到了冷落。
    本世纪60年代以后,广义相对论又重新散发出其特有的芬芳。
    由于大口径的光学望远镜和射电望远镜的发展,陆续发现了一些新天体,那里存在着很强的引力常而广义相对论正是进行这方面研究的重要工具,它曾经预言过有引力波。
    引力是从牛顿时代就已经为人们所广泛了解的,而引力波就不同了。这同人们很早就知道带电体之间有作用力,但是不等于已经认识到电波的存在一样。
    直到1978年,人们才从对一个脉冲双星系进行几年观测结果的分析中,找到了引力波存在的间接证据。
    爱因斯坦还根据广义相对论,提出了关于宇宙的有限无边模型,推动了宇宙学的发展。
    广义相对论的问世,使爱因斯坦这个名字迅速传遍了全世界。这使爱因斯坦感到不可思议。
    有一次,他的儿子问他:“爸爸,你怎么会出名的呢?”他先是哈哈大笑,然后作了一个形象、生动、传神的比喻:“儿子,你看,一个盲目的甲壳虫在一个球面上爬行,它没有意识到它走过的路是弯的,而我能意识到。”
    当爱因斯坦期待着罪恶的战争能早一点结束的时候,他越来越多地卷入到和平运动中去,甚至有好几次到大街上去散发传单。他在给朋友的信中,感慨万千地写道:“古代的耶和华仍然无处不在。哎,他把无辜者和犯罪者一道屠杀,他使那些犯罪者盲目得如此可怕,以致他们竟然不会有犯罪的感觉…我们正在应付一种流行的谬见,这种谬见业已造成无穷的苦难,它有一天将会消失,成为后代子孙惊奇的一种荒谬可怕而又无法理解的源泉。”
    然而,爱因斯坦对人世间的一些事情却看得过于简单,1918年,德意志共和国宣告成立和实行停战,他就曾十分天真地认为,军国主义在德国已经彻底根除了。
    统一场论
    尽管20年代,对于爱因斯坦的相对论,人们持欢迎的态度,也夹杂着一些恶声臭骂,而爱因斯坦却没有在乎别人是怎么说他的,他仍旧一如既往地走着自己的路,去寻找电磁和引力之间的数学关系。
    爱因斯坦认为,这是发现掌管从电子到行星宇宙万物运行的共同规律的第一步。
    爱因斯坦企图寻求一个方程或公式把物质和能的各种普遍性质都联系起来,这就得到了所谓的统一场论。
    统一场论是爱因斯坦着力攀登的一座高峰,尽管这场攀登从一开始就注定是要失败的。他除了选择的目标比别人高大外,在达到这个目标的征途中,还大刀阔斧地使用了批判的武器。
    当然,爱因斯坦的批判不是指向个别的科学推论,而是直接牛顿力学的基石,指向绝对的时空观。
    牛顿力学认为,物质的质量是不随机械运动而变化的,是绝对的;描述物体运动的空间和时间也是脱离物质运动而绝对孤立地存在的;空间就是欧几里得几何学中的三维空间。
    爱因斯坦认为,我们衡量物体长度的尺子本身是和物体同样处在一个运动的坐标系中,如果用一个固定不变的尺子,是没法衡量一个运动物体的长度的,因此长度所表达的空间不是绝对孤立地存在的,空间是跟运动和物质相联系的。
    然而,爱因斯坦没有能够完成统一场论,他没有能够把引力理论和电磁理论统一起来。因为迅速发展着的量子理论揭示,单个电子的运动是无法预测的,它在任何时刻的位置和速度都不能以同等精确度来测定,也就是说,亚原子层次的任何物理体系的未来是不能预测的。
    爱因斯坦完全承认量子力学的辉煌成就,但却拒绝接受认为这些理论是绝对的想法,而坚信他的广义相对论对于未来的发现是更能令人满意的基矗爱因斯坦曾经说过一句话,表明他相信宇宙是精确设计成的:“上帝是难以捉摸的,但不是心怀好意的。”在这一点上,他同绝人多数物理学家没有能够走在一条道上。
    对此,德国物理学家玻恩曾经作过这样的评价:“我们中间很多人都认为,这无论对他还是对我们都是一出悲剧,他在孤独中探索自己的道路,而我们失去了我们的领袖和旗手。”这一评价,以及别人认为他后半生的工作大部分是徒劳的断占,只有留诸后世来加以评判了。
    然而,爱因斯坦确确实实是老了,这是不以人们的意志为转移的。
    独特的人格
    爱因斯坦寄寓在柏林的两间小房子里,过着简单朴素的生活,如同清教徒一般。这里没有接待过任何客人,除了他的助手和秘书之外,爱因斯坦很少让别人来这里。他过着完全隐居的独立生活。
    这位大学者坐在一把古老的圈椅里,他那梦幻似的眼光远远越过了这座城市里所有的建筑、喧哗和骚动,一直望到了他自己也说不清楚的遥远的远方。
    他的膝盖上放着不少张草稿纸,手里拿着一支老式钢笔,满纸写的都是公式和方程,突然,他的手停下来,眼睛朝向遥远的地方搜索。在沉思中,他还喜欢喃喃自语。
    尽管爱因斯坦才50岁还不到,但他的脸上却明显地印有数十年来紧张脑力劳动所留下来的痕迹。他的头发已变成花白色,脸色也十分苍白,有着在大城市温室内生活的人的那种气色。
    爱因斯坦最大的业余爱好是音乐,特别是经典音乐。在这里,感受之深,寓意之远,是同至高无上的美的形式交织在一起的,这种和谐的统一,在爱因斯坦看来,就意味着人间最大的幸福。
    在大事小事中时时感受到的人类要生存的这种意志已经通过音乐上升到一种绝对的力量,这种力量反过来又吸收了各种感受,并把它融化为高超的美的现实。
    爱因斯坦本人就是个熟练的提琴家,他每天都要拉一会儿他心爱的小提琴,这时,他就完全被带进了扑朔迷离的音乐王国之宫,他沉缅于丰富的幻想或快乐的思想之中,忘却了人间世界,滚滚红尘的喜怒哀乐他都毫无感觉,他完全进入了物我两忘的人生最高境界中去了。
    爱因斯坦还喜欢独自即兴地弹奏钢琴,但是一有人进屋,他就立即中断不弹了。对于他来说,音乐是一件私事,不打算让外人听的,这意味着劳动之后的消遣,或者是新工作开始之前的娱乐或激励。
     1928年初,爱因斯坦突然得了严重的心脏病,而且病情相当危险。他不得不停止了工作,躺在床上休息了四个月。这种状况持续了近一年的时间,他不得不取消了所有的活动,更深地走向孤独。
    由于身体的原因以及他不喜欢公开的庆祝活动,他一直都在寻思着如何去回避他的50岁的祝寿活动,他须寻找一个地方,所有的人都找不到他。
    为了免去一切风险,他于生日的前几天就来到了哈斐尔河乡间一个花匠的朴素农舍里来过他的生日。
    他什么佣人也没有,他自己烧火做饭,自己给自己的生日燃放了一挂长长的鞭炮,自己给自己唱起了生日祝福歌,他是多么地快活,也全然不管这一天全世界的报纸都在发表有关他的文章,也全然不管这一天全世界有多少人在向他表示崇高的敬意!
    在这个崇拜成功而对成功之前所走过的痛苦道路全然无知和冷酷无情的社会里,爱因斯坦觉得很不舒服,时常在郁郁寡欢的时候,他为自己的一些奇怪念头而感到震惊。
    这个不公道的世界充满了那么多的陷阱和苦难,对他如此宽宏大量,又如此众多的诋毁和谋杀别的有价值的人,永无止境地迫害穷人和失败者,所有这一切都使得爱因斯坦充满着痛苦和失望。
    爱因斯坦只能把自己越来越深地埋葬在科学工作中,沉默不语,与世隔绝,这个世界是属于他一个人的,天与地间,好像也只剩下他一个人似的,他什么都可以想,也什么都可以不想,这里没有狰狞的面孔,而只有真理和谬误。
    爱因斯坦的声望并没有使他的本质的人性发生扭曲或异化。他一直都在逃避这种声誉所能带来的一切荣华和危险。这种声誉,一直是他所厌恶着的。
    对大自然的无限接近使爱因斯坦感到极度的喜悦。尽管他住在柏林,但是他一直都不认为自己是个城市居民。他那么清晰地看到高楼大厦里所堆积着的人性的缺乏:束缚在劳役锁链下一大群贫穷的和富有的奴隶,而这种劳役的目标几乎完全是为满足物质需要。
    而在大自然中,这一切都不复存在了。当爱因斯坦一头扎进了自然的怀抱中的时候,他看到了阳光、空气和草木,都伸出她们温暖而又柔软的手,轻轻地哼着眠歌,拍打着他,他便带着天真满意的笑容睡着了。
    当人们大批大批地投身于物欲的泥坑里的时候,我们不能不把荣誉的棕榈枝授予爱因斯坦,他的工作是纯理性的,他的生活是宁静谦逊的。
    然而,人类生活中所屡屡出现的那些灾难却一再打击着善良的爱因斯坦:纳粹军国主义在德国的烧杀掳掠;国际联盟的软弱无能;预示着世界范围的经济危机的来临的纽约证券市场的崩溃;特别是他的小儿子爱德华神经失常,这件事比一切别的事件都更加严重地破坏爱因斯坦的乐观天性。
    爱因斯坦多么希望战争能够不再继续下去,人类能够永远和平共处呵!
    为了敦促1932年2月在日内瓦召开的世界裁决会议能够达成裁军协议,他竟然准备建立爱因斯坦反战者国际基金。
    当这些会谈失败了的时候,爱因斯坦感觉到他多年来支持世界和平和人类谅解的活动所得到的只是一场空。他以少有的愤怒向记者发表声明:“他们(政客和政治家)骗了我们,他们愚弄了我们。上亿的欧美人民,和将来出生的亿万男女都已经受骗和正在受骗,被出卖,被骗去了生命、健康和幸福。”
     1933年,阿道夫·希特勒就任德国元首之后,纳粹分子没收了他的全部银行存款,冲进他的住宅抢走了他夫人保险箱内的财物,把他在柏林的心爱的别墅洗劫一空,暴徒们还在大街上公开烧毁他的手稿和著作。希特勒政府还公开取消他的德国国籍。
    爱因斯坦的生命面临着巨大的威胁。他被一艘私人快艇送到了美国的普林斯顿。肉体的和精神的双重打击,使他更加衰老了。一个朋友这样写道:“似乎有什么东西在他心里死灭。他坐在我们家里的一张椅子上,用手指搓弄他的白发,精神恍惚地谈论世上种种事情。他再也不笑了。”
     1939年,丹麦原子物理学家玻尔带给爱因斯坦一个消息,说已经有人分裂了铀原子,总质量稍有点亏损,因已转变为能量。
    玻尔设想,如果分裂铀原子的链式反应能够加以控制,那就会产生巨大的爆炸。
    爱因斯坦担心纳粹会首先制造出这种“炸弹”,便写信给当时的罗斯福总统,建议美国在“原子弹”研究上要赶快行动。
    爱因斯坦没有直接参加原子弹的研制工作。直到1945年广岛被炸为平地以后他才知道核裂变炸弹已经搞成功。然而,爱因斯坦的名字却同原子时代的来临引人注目地联系在一起。
    爱因斯坦不止一次地呼吁美国政府,不要让科学的发现变做杀人的武器,然而,他的愿望无人理睬。
    同他在过去时代的声誉相比,爱因斯坦已经越来越不为人所重视,他自己说,他觉得自己在这个世界上很像是个生客。他的身体状况越来越差,已经不能再拉小提琴了。许多年以前留下来的胃病迫使他放弃抽烟,而且还必须十分注意自己的饮食。
     1955年4月15日,爱因斯坦住进了医院。他在安静地等待终结,他感到在这地球上已经完成了他的使命,他不止一次地对来探望他的亲人说:“我在这里已经把事情做完。”
    由于大动脉外壁破裂,他的身体不可阻挡地被损毁,但他的内心是健康的,甚至可以说是愉快的。
    有一次,他对来访的一位朋友说:“我在最后时刻里所经受过的,不是人所能忍受的。——我也许再也不能忍受了!”
    但是,在顽强地抵抗所有来自肉体的痛苦的时候,他还拒绝吃药,拒绝打针,拒绝同任何人讨论动手术。
    他默默地然而从容镇静地忍受他的命运,直到生命的最后时刻,他还发出一股内在的力量,闪烁出一种巨大的人格的光辉。
     1955年4月18日凌晨1时25分,阿尔贝特·爱因斯坦的心脏停止跳动。
    在人类无始无终而又无穷无尽的悲哀与寂静中,只有歌德的诗句在人类头顶的上空沉默地回响着:我们全都获益不浅,全世界都感谢他的教诲;那专属他个人的东西,早已传遍广大人群。
    他像行将陨灭的彗星,光芒四射,
    把无限的光芒同他的光芒永相连结。

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