數理化通俗演義(插圖版·全5冊)

第六十一回 天馬行空小職員發表高論 價值連城短論文裝備大軍

字體:16+-

——狹義相對論的創立

上回說到以太說雖經多方改良但已很難維持局麵,這時有人便幹脆提出一個全新的革命學說,此人就是愛因斯坦。

1905年,當物理學界正被天空出現的兩朵烏雲所困擾時,愛因斯坦還是瑞士伯爾尼專利局的一個三級小職員。他已經想清楚這個問題,提出了一個嶄新的“相對論”。

各位讀者,這相對論實在難懂,據說當時全世界隻有三個人能弄懂它。愛因斯坦成名之後許多人慕名去聽他的報告,但又常常聽不懂,後來愛因斯坦也摸著這些聽眾的心理,總是在報告的前半部分講些熱情洋溢的話,然後宣布:“現在休息,那些對下麵問題不感興趣的女士、先生們可以退場了。”愛因斯坦很羨慕卓別林的電影擁有眾多的知音。一次,他們見麵了,愛因斯坦說:“卓別林先生,您真偉大,您演的電影全世界人人都能看懂。”那位幽默大師立即說:“您也很偉大,您的相對論全世界幾乎沒有幾個人能夠弄懂。”相對論如此難懂,我們就隻好深理淺說,長話短敘,先簡單交代幾句再講愛因斯坦的故事。

邁克爾遜實驗證明,無論順著還是逆著地球運動的方向光速都是一樣。愛因斯坦就緊緊抓住這一點把它固定下來,叫“光速不變原理”。就是說,光源無論是向我們跑來、離去或靜止,都不能改變光速。這是因為光源的運動造成光的頻率和波長的改變,它們互相補償,所以光速保持不變。這是愛因斯坦理論中基本的一條,有它為前提才能討論以後的問題。這好像很難懂,但我們用實際生活中的例子一比也就十分清楚了。比如你原地不動,對麵有人向你扔過一個皮球來。你能看見他的頭、臉、身、手和皮球,這當然是因為光從他身上反射到你的眼裏。如果按照經典的速度合成原理,球一出手後就有一個向你而來的速度,這時球反射到你眼中的速度是光速加球速,比球未出手前要快(多出一個球速)。但是這一“快”就糟了,你就會先看到正在空中的球,後看到拿在手裏的球。如果真是這樣,我們怎麽能看籃球比賽呢,生活中的一切動作豈不都要顛倒過來?所以無論光源如何動,光速總是不變的。經典理論的速度合成原理一碰到光速就不適用了。在天文觀察中也能說明這一點,有一種“雙星”是在軌道上互相繞著運行,就是說某星一會兒向地球飛來,一會兒又繞走了,離地球而去。如果按速度合成原理這麻煩就更多了,這星會以光速加星速、光速減星速(星速對地球來說又在不斷變)等不同速度接連送到我們眼裏,我們看到的就不再是一顆星,而是一大堆星的幻影了。可是這種現象從沒有發生,否則本來就夠紛亂的星空就更是一鍋粥了。當然,愛因斯坦還有許多具體的證明,我們這裏不過是盡量從淺處說明罷了。