如果沒有他，今天的文明將不存在

央視國際 (2005年03月02日 16:42)

　　有一個小學生問老師：愛因斯坦有什麼發明嗎？老師説：沒有。小學生不解：既然沒有發明，為什麼説愛因斯坦非常偉大？老師説：因為如果沒有他，今天的文明都將不存在。

　　1904年愛因斯坦首次提出了相對論，今年是相對論問世一百年。

　　相對論和量子論都被列入迄今為止最偉大的科學成就，支撐著所有的現代物理學。

　　相對論研究的是宏觀的宇宙，包括太陽發光和宇宙大爆炸；量子論研究的是非常微觀的世界，今天我們大部分的電子、化學産品都是在量子論的基礎上研究出來的。這兩大理論使人類能夠了解宇宙，建設一個現代化的地球。

　　愛因斯坦沒有發明，甚至沒有實驗室，實驗總是在他的大腦中完成。愛因斯坦的偉大在於他不僅是相對論之父，而且量子理論也是在相對論的基礎上産生的，所以有人稱愛因斯坦是量子論的教父。

　　愛因斯坦與當今世界

　　舉一個簡單的例子，就可以知道相對論與我們的生活有著怎樣密切的關係。愛因斯坦認為物質的質量是能量的壓縮，只要用E=mc2公式就可以算出質量或能量的變化，煙感器就是根據這個公式設計出來的。镅241是一種帶有放射性的金屬，在每一個煙感器中，都有非常微量的镅241。镅241釋放出帶電的微小粒子束，任何煙霧一旦出現，就會改變微小粒子帶電的狀態，引發能量變化，啟動報警器。

　　全球衛星定位系統也依賴於愛因斯坦的相對論。愛因斯坦指出：傳統的時間概念只能在簡單的條件下才能確定，當多種因素暫時聯絡起來的時候，傳統的計時方法就失去作用。全球定位衛星發出的信號，由於處在不同的參照繫上，時空無法和地面同步，只有根據衛星和地面的原子鐘不斷調整時間，才能保證定位系統的精確。光纖通訊也要依賴相對論的幫助。愛因斯坦指出當電子在特定條件下被激活，與光子發生作用，能産生等量的光子。科學家後來發現這種現象的延續就能産生激光束。今天的光纜中傳送的就是激光。

　　今天的數碼相機和相對論也有關係。愛因斯坦指出光束中的光子帶有足夠能量，可以解除金屬對電子的束縛。當光線照射到金屬，就會産生電流，進而能形成電子圖像。電腦的顯示屏也跟愛因斯坦有關。雖然當電子被加速以後，在屏幕上能産生光，但是出現的是一團光而不是圖像，如何將電子束變成圖像就離不開相對論的幫助了。在醫學方面，同位素、放射等治療手段越來越普及，放射科醫生也用E=mc2公式測量x射線對DNA的殺傷力。相對論與我們的生活如此密切的例子太多太多了。

　　光速導致發現

　　愛因斯坦從小就迷上了物理，16歲時就開始考慮光速問題。1904年愛因斯坦首次提出了相對論，1905年愛因斯坦在瑞士伯爾尼專利局當一個三級小職員，但他的相對論理論已很成熟，儘管沒有人承認他。

　　傳統的牛頓理論認為，速度可以相加。但是對光線就不成立了，實驗證明不論火車朝什麼方向開，信號燈相對火車的速度是一樣的。在相對論之前，邁克爾遜實驗已證明，順著與逆著地球運動的方向光速都是一樣。這個道理並不難懂：比如你原地不動，對面有人向你扔過來一個籃球。你能看到球，如果按照經典的速度相加原理，球一齣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)。如果真是這樣，我們怎麼能看籃球比賽呢？

　　在天文觀察中也能説明光速不受星球運動方向的影響：“雙星”是某星球一會兒向地球飛來，一會兒又繞離地球的現象，如果按速度合成原理，這星球會以光速加星速、光速減星速(星速對地球來説又在不斷變)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更是一鍋粥了。

　　愛因斯坦緊緊抓住這一點繼續追問：光速不變，只有時間和距離是變量才能成立。他用這個尺度來量運動的物體，這下可發現了一個大問題：原來時間、空間都沒有個固定標準，是相對的，可變的。

　　稱稱燈光有多重

　　接著，愛因斯坦得出了幾個重要結論：時間、距離會因運動快慢而變化。

　　就是説在運動中的鐘會比靜止時走得慢，尺子也會縮短。隨著速度減慢，鐘會走得快一些，尺子會慢慢變長，直到靜止時恢復原狀。我們平時處在低速運動中當然不可能覺察，但是如果以每秒26萬公里的速度運動時，一米的尺子就會縮成半米，地上過了一小時，運動中的時鐘卻才走了半小時。一個人要是坐上光子火箭到宇宙裏去旅行，當他歸來時會奇怪地發現，兒子已白髮蒼蒼，而自己卻還那樣年輕。這樣的實驗我們當然還沒有條件做，但是同樣道理的實驗卻完全可以證明，運動中的“鐘”確實會變慢。比如以原子的放射性作為衡量時間的尺度，因此我們可以把它看成是一個“鐘”。根據相對論，運動粒子比靜止粒子的衰變期應該長一些，實驗結果證明，從粒子加速器裏出來的以接近光速運動的粒子比其他靜止的粒子確是衰變得慢。

　　第二個結論是關於質量和能量的關係，這就是那個極其著名的愛因斯坦方程：E＝mc2

　　有了這個公式，經典物理學中不能稱重的，也變成可以稱一稱了。可以算出一個10瓦的燈泡每分鐘發射的光輕於710-12克。每天太陽放出輻射能，其損失的質量達41011噸。電磁場也可以稱量，一個1米直徑的銅球充電到1000伏的電勢時，它周圍的場重210-22克，一個普通實驗室裏的磁場重10-15克。熱能也可以稱量，一升水在100℃時比同樣數量的冷水重10-20克，一個兩萬噸級的原子彈所釋放的總能量約重1克。這個公式在核子裂變中最能體現，將質量很小的一塊鈾的原子結構破壞掉，將産生原子彈的威力。

　　相對論的另一個結論是揭示了質量和速度的關係，運動中的物體比靜止時質量加重。

　　扭曲時空才有引力

　　1916年愛因斯坦又提出：星球的質量使周圍的時空彎曲，星球上的“引力”實際上是一個時空被彎曲的現象，好像一個鉛球墜在一張床單上，所有掉下去的物質都會按照床單的形狀滑落，光線也不例外。黑洞就是受到“鉛球”的影響産生的。作為廣義相對論的一部分，1911年愛因斯坦在一篇論文中提出恒星發出的光由於受太陽的影響會發生彎曲，所以我們看到的恒星位置與實際位置會有一點誤差。雖然數學公式能夠證實這個理論的正確，但是為了在實踐中證實這個理論，1919年5月29日，英國劍橋大學天文臺臺長埃丁頓率領一支觀測隊攜帶了大批器材趕到西非幾內亞普林西比島，在日食這個最好的時機拍攝了一批照片。將其中的16張送到英國皇家學會，結果證明愛因斯坦的理論沒有錯。

　　不存在精確時空

　　愛因斯坦認為，任何實驗也測不出絕對運動和絕對時間。在兩個做勻速直線運動的參照係中，一切自然時間、距離都是相對的。在這個參照系裏觀察是靜止的，在那個參照係觀察就可能是運動的，不單力學實驗，連光學實驗，都是這樣。我們平時總覺得同時，但事實上，光把發生的一切傳到我們眼裏就已經有誤差了，只不過因為光速太快、距離太短，誤差根本覺不出來。（文/前衛）

　　（來源：青年參考）

責編：戴昕 　來源：