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虽说可以不被人家干掉,但也会被口水淹死呀!
你负得起后果吗?要知道,丢掉以太,对经典物理学来说,那是釜底抽薪呀!没了以太,就等于毁了经典物理学!
遥想当年,牛顿在《自然哲学之数学原理》的一开始就给出8个定义,之后在附注中这样写到——
“至此,我已定义了这些鲜为人知的术语,解释了它们的意义,以便在以后的讨论中理解它们。我没有定义时间、空间、处所和运动,因为它们是人所共知的。”(注意后面那句话)
“绝对的、真实的和数学的时间,由其特性决定,自身均匀地流逝,与一切外在事物无关。”
“绝对空间:其自身特性与一切外在事物无关,处处均匀,永不移动。相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构,或是对绝对空间的量度,我们通过它与物体的相对位置感知它;……例如,地球在运动,大气的空间相对于地球总是不变,但在一个时刻大气通过绝对空间的一部分,而在另一个时刻又通过绝对空间的另一部分。”
可见,在牛顿物理学中,时间和空间都是绝对的。时间不会由于外部世界的变化而受到影响,它是独立流逝的,与它之外的东西都没有关系。而更重要的是,从牛顿的地球和大气的例子中,我们可以清晰地领略到,空间也是绝对的,它是其他一切外部事物运动的度量标准。而这个唯一的绝对空间又是什么呢?
正是以太!
再来,电磁学中,光波靠什么介质传播呀?
还是以太!
由此可见,以太在经典物理学中具有多么重要的位置。
万万不可去掉呀!这也是当时大多数物理学家的忧虑。
从牛顿的讨论中,我们也可以了解到牛顿的绝对时空观,它们不会受到任何外界事物的影响。这也符合我们的认识呀!时间如流水,试问有谁可以让时间慢下去或快起来的?时间是无情的,它不会取悦于个人欢喜,所以,古往今来,留下了那无数感慨时间的佳句名篇。空间自然也是绝对的呀,它独立存在着,我们只能够在其间运动,而永远不能消灭它,或者改变它半点!
要是有一天,有人说时间和空间都是可以改变的,那我们就会用惊奇的眼光看着他,怀疑他是不是有点问题。
可以说,没有接触过相对论的人们,他们的时空观基本上都与牛顿的一致。而就算学习过相对论的人,也未必可以完全离开绝对时空观。绝对时空观是我们的常识,要改变它,确实不容易办到。也正因如此,当时很多物理学家都不敢跨过这道门槛。
但是,革命的时机已经成熟!暴风雨即将来临!
乱世出英雄。
异端总能在时代上找到他们的位置。
早在1883年,奥地利物理学家马赫就写了一本名叫《力学及其发展的历史批判概论》的书,对牛顿的绝对时空观打出了反对的第一声炮响。“我们不要忘记世界上的一切事物都是相互依赖的,并且我们本身和我们的所有思想也是世界的一部分。”他写道,呵呵,直接质疑牛顿的绝对时间和绝对空间。他还更进一步指出“绝对时间是一种无用的形而上学的概念”。马赫的思想对后来的很多物理学家产生影响,其中包括相对论的创始人爱因斯坦。
另外一位“起义军”是亨利?庞加莱。这个人物,中国的朋友一定不会生疏。在去年,著名华人数学家丘成桐就向世界宣布,来自中国中山大学的教授朱熹平和旅美数学家曹怀东为“庞加莱猜想”的破解做了封顶工作,这“庞加莱猜想”的解决可是震惊中外的大事!我们中国同胞也着实高兴了一回。
这个“庞加莱猜想”的提出者正是我们这位仁兄。
“庞加莱猜想”在这里就不细说了,毕竟,那是数学上的问题,不过它的解决也将对物理学起到很大的影响。
庞加莱跟笛卡儿是“老乡”——都是法国人。他也跟笛卡儿一样,不仅数学不赖,物理学也不简单。或者说,庞加莱更拽一点,他可是“最后一个数学全才”!在各个数学领域都干得贼拉出色,都是顶呱呱的。“庞加莱猜想”就是最好的证明,呵!这一提出来,难倒你多少数学家呀,竟用了100年才证明出来!
要是你学习过非欧几何的话,肯定不会不知道庞加莱模型(对,就是用单位圆作为非欧平面那个),正是他的努力,才使得非欧几何被人更广泛地接受。
在物理学上,可以说,庞家军几乎是差不多要干掉经典物理学帝国,甚至政权都建立得七七八八了。
庞加莱1854年4月29日生于南锡,1912年7月17日卒于巴黎。少时就表现出了非凡的数学才能,在科学上具有很高的造诣。在经典物理学帝国政治腐败,民不聊生的末期。他揭竿而起,来势汹汹。
几年里,接连出兵,战绩累累。
首先指出想要证明物质相对以太的运动是不可能的,实际上将矛头对准了以太。
接着提出光速对于每一个观测者都应该是相同的。
还抗议说同时性是没有意义的。
写下了“质量应随速度的增大而增大”的庞加莱思想。
……
可以说,这些结论和后来的相对论是极其接近甚至是一样了(当然在这里先不细说了,后面将会详细说到)。庞加莱已经能够清晰地听到相对论的呼吸和心跳声,却由于无法用一个逻辑的体系将这些结论统一起来,最后与相对论擦肩而过,这多令人叹息呀!
似乎历史的重任注定要落在另外一个人身上……
与庞加莱是一个很厉害的数学家相比,洛伦兹更应该算是一个物理学家。但是,就是那么有趣,在解决经典物理学的危机中,两个人竟互相颠倒了过来——庞加莱提出了很多物理原理和思想,而洛伦兹却得到了一大堆数学表达式!
前面已经说到,洛伦兹提出了收缩假说的表达式,但是由于“来历不明”而并不被大家接受,而认为那只不过是乱来的小把戏。在1895年以及接下来的几年中,洛伦兹一直在这个问题上孜孜不倦,埋头苦干,不断用数学方法改进。并最终在1904年,他完成了《速度小于光速系统中的电磁现象》的论文,提出了一个变换式,这也就是后来以他的名字来命名的、相对论的基本变换式——洛伦兹变换(咱们后面再细细道来)。
洛伦兹一直没有跳出以太的条条框框(看来他的奥卡姆剃刀原理不太过关哟!^_^),他企图在经典理论的范围内解决问题,但是事与愿违,从他得到的理论中竟然得到了粒子质量随速度的改变而改变、时间会变慢、粒子在以太中的运动速度不能大于光速等与经典理论相矛盾的结论,令洛伦兹啼笑皆非,连连摇头。
虽是如此,与庞加莱一样,洛伦兹也不能算是真正发现了相对论。他的观念依旧无法超越经典物理学,他说“我们不能无条件接受光速极限”,还认为同时性是理所当然的,并且表明自己从不怀疑绝对时空。M.Born是这样评价洛伦兹的——“也许(洛伦兹)从来没有成为一个相对论者。”
而在此时,一个名叫科恩的物理学家也在一步步接近相对论,不过,都是可望而不可即。
从上面三个人的例子,我们不难感受到,时代发展到今天,物理学发展到这种地步,相对论已是呼之欲出了!它已经具备了降临世上的基本条件,甚至基本轮廓都已经呈现了,可以说是历史不可阻挡的潮流!接下来,就是要看是谁捡到这块蛋糕了。
爱因斯坦也表示过,如果没有他,狭义相对论依旧是会诞生的,它不是一个人的天才创造,而应该是时代的产物!
我想再强调一遍,狭义相对论应是时代的产物。认为相对论是爱因斯坦个人的杰作,那是对相对论的误解,是对历史的不尊,是对其他物理学家的忽视。
确实,只要我们仔细去回味一下之前的旅途,我们是可以明白这个道理的。牛顿为了解决麦克斯韦的光速问题,从经典的角度出发,提出一个方法。但是,随着时代的发展,人类能够接触到的东西更多了。于是,麦克尔孙和莫雷做了一个名垂青史的实验,结果证明牛顿的方法是行不通的。那就得找第二种办法呀!洛伦兹、庞加莱等人就担负起了这个责任,并且向前走了一大步,离最终目标也只有一步之遥了。可以说,这时候,相对论是水到渠成,历史潮流。
绝非一个人可以创造一个超出时代的奇迹。
英雄也得向时代低头。毕竟,谁能一眼望穿天下事,只有时代的发展,人类方能获得更多的认识。
可是,反过来想,捡蛋糕的人也得有点水平吧?呵呵,可不是每个人都能捡到蛋糕的哟!从这个角度上看,爱因斯坦又确实拥有过人之处。
好了,一路走来,到了这儿,已经是1904年。此时此刻,距离那个光辉的时刻只有一年了!
回头看看经典物理学大厦,那天梯在不停地晃动,整幢大厦岌岌可危。只要有一个轻轻地一推,所有一切都将化为灰烬。黑云压城城欲摧,暴风雨必将来临,革命在所难免。
不过,我们得折回到25年前,去迎接那个将来要推倒这幢大厦的英雄。一瞥他的童年和成长历程,思考一下他的成功究竟是偶然,还是必然。
没错,咱们到最近的德国南部的那间小旅馆里去歇一会儿,洗洗尘,睡个好觉……
第三章 人类科学的异端
之所以不顺着麦克尔孙…莫雷实验直接进入狭义相对论,而来个转折回到爱因斯坦的成长历程,原因有二:一是按笔者个人感觉,爱因斯坦的童年对他以后的成就和人格有很大的决定作用,他小时候受到的一些影响,在他以后的生活和研究中留下了深刻的印记。如果我们可以透过这些去看相对论和科学的话,将会加深我们的理解以及思考的空间。
二是爱因斯坦曾经说过,他发表狭义相对论之前,并不太清楚麦克尔孙…莫雷实验,可以说,麦克尔孙…莫雷实验对他完成相对论的创建没有起到太大的作用。在我看来,�