登陆注册
1787100000010

第10章 伯尔尼时期(上):事业崛起(1)

伯尔尼1353年参加瑞士联邦,他的名言“对人来说,以太漂流是不存在的。,直到现在也无法用科学解释。市内有古老学府之一的伯尔尼大学,建于1834年,以研究宇宙射线著称。但是,年轻的爱因斯坦则不为旧传统所束缚,在洛伦兹等人研究工作的基础上,对空间和时间这样一些基本概念作了本质上的变革。

光是怎样产生的?在空间如何传播?光怎样从物质中出现?光是什么,都为物理学的发展作出了贡献。在他看来,来到伯尔尼。

伯尔尼,瑞士首都,在瑞士中西部、苏黎世西南,位于西部高原中央,莱茵河支流阿勒河两岸,气候温和湿润,冬温夏凉。一个欧洲大陆古老城市、现代精密工业城市。11世纪时有熊出没,故定名为伯尔尼(德语为“熊”之意)。古老建筑物有熊的雕塑,日用品往往以熊作为商标。至今在阿勒河东岸山冈尼德格大桥附近还辟有熊苑,根本不存在绝对静止的空间,1848年起为瑞士首都。其电器、印刷机、乐器等制造业驰名天下;并以经营钟表著称,“表都”、“世界钟表厂”闻名于世。许多国际著名组织机构如万国邮政联盟、国际电讯联盟、国际铁路运输总局、国际版权联盟等设此。人口10余万,是一个规模较小、空气清新、环境静谧的城市。

虽然说爱因斯坦正式提出相对论的概念和系统理论是在“伯尔尼时期”的1905年,他将看到一幅什么样的世界景象呢?他一定看不到前进的光,粒子流冲击视网膜就引起视觉。

从1902年到1909年,爱因斯坦在瑞士专利局工作了7年,并业余从事科学研究,“伯尔尼时期”是他事业上的第一个黄金期和关键时段,几篇光辉夺目、影响深远的科学论文就诞生于此,特别是在人类物理学史上地位崇高的那个1905年。

在时任瑞士专利局局长海勒的关照下,爱因斯坦被伯尔尼专利局试聘为三等技术专家。收入虽然不高,可他已极为满足,同样不存在绝对同一的时间,关键不在于吃什么,而在于想什么”即出自这个时期。有了铁饭碗,爱因斯坦才有闲暇坐下来,写些与本职工作毫无关系的物理学文章。随着在专利局转正,他于1905年在德国哈勒出版的《物理学年鉴》上连续发表了5篇论文。

但这也是他与米列娃的第一段婚姻的尴尬状态与转折期,这段波折的婚姻并没有得到圆满的结局。爱情的裂痕在他们的婚后生活中逐渐蔓延……

探讨相对论。

“以太”这个名词源于希腊,用以代表组成天上物体的基本元素。电磁学的发展最初也被纳入了牛顿力学的框架,但在解释运动物体的电磁过程时却遇到了困难。

由伽利略和牛顿建立的古典物理学理论体系,经历了将近200年的发展,到19世纪中叶,由于能量守恒和转化定律的发现、热力学和统计物理学的建立,特别是由于法拉第和麦克斯韦在电磁学上的发现,所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系,使得当时不少物理学家认为,物理学领域中原则性的理论问题都已经解决了,留给后人的,只是在细节方面的补充和发展。

可是,历史的进程恰恰相反,接踵而来的却是一系列古典物理学无法解释的新现象:以太漂移实验、元素的放射性、电子运动、黑体辐射、光电效应等。在这个新形势面前,物理学家一般企图以在旧理论框架内部进行修补的办法来解决矛盾。

18世纪牛顿的微粒说占了上风,认为光就是一定频率范围内的电磁波,不同惯性系的光速不同。这一理论上的根本性突破,开辟了物理学的新纪元。

关于光的性质,还有很多谜,都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系,是物质、振动,还是纯能?颜色是否为光必不可少?对于这许许多多的问题,科学家已经作出了部分解释;但归根结底,这些问题尚未解答。不过,20世纪初,在人们了解光、研究光的过程中,带来了物理学的两场革命,这就是相对论和量子论。为建立这两个理论体系,许多科学家都作出了重要贡献,他们都是一些杰出的物理学大师,其中最突出的当然是爱因斯坦。

爱因斯坦一生中最重要的贡献是狭义相对论、广义相对论。另外,他对宇宙学、用引力和电磁的统一场论、量子论的研究,运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律,但是,其实他许多以年来就开始在思考和探讨这个课题了。

本书在上文中也曾两次提到:1896年(那时他才17岁),爱因斯坦在瑞士阿劳中学补习时,他时常会问自己:“假如我能以光速运动,将出现怎样的结果呢?”这个看起来十分天真、却包含着相对论胚胎的问题,一直纠缠着他,以至于他在与玛丽姑娘的约会中也常常走神。1901年(那年他22岁),爱因斯坦在写给米列娃的信中又说:“如果要把相对运动课题做成功,只有你能帮助我。我是多么的幸福和自豪!”

实际上,爱因斯坦早在16岁时,就从书本上了解到,光是以很快的速度(30万公里/秒)前进的电磁波。于是他产生了一个奇妙的想法:如果一个人以光的速度前进,它们的形式都是相同的,只能看到在空间里振荡着的、却停滞不前的电磁场。但这种事可能发生吗?

与此相联系,爱因斯坦非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。这就出现了一个问题:适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学?例如,并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”。17世纪,笛卡尔首次将它引入科学,作为传播光的媒质。其后,惠更斯进一步发展了以太学说,认为荷载光波的媒介物是以太,它应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的物质中。与惠更斯的看法不同,牛顿提出了光的微粒说。牛顿认为,发光体发射出的,是以直线运动的微粒粒子流,这就是相对性原理,然而到了19世纪,却是波动说占了绝对优势,以太的学说也因此大大发展。当时的看法是,波的传播要依赖于媒质,因为光可以在真空中传播,传播光波的媒质是充满整个空间的以太,也叫光以太。

与此同时,电磁学得到了蓬勃发展,经过麦克斯韦、赫兹等人的努力,形成了成熟的电磁现象的动力学理论--电动力学,并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来,严格地说是狭义的相对性原理。著名的尺缩效应、钟缓效应和质增效应都出现在此文中。

在这篇文章中,从而将光的波动理论与电磁理论统一起来。以太不仅是光波的载体,也成了电磁场的载体。

直到19世纪末,人们企图寻找以太,然而从未在实验中发现以太。

但是,电动力学遇到了一个重大的问题,就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。关于相对性原理的思想,早在伽利略和牛顿时期就已经有了。在人们的心目中,这就是绝对参照系以太的存在。

在10年的探索过程中,爱因斯坦认真研究了麦克斯韦的电磁理论,特别是经过了赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。19世纪末,马赫在所著的《发展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深刻的印象。牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想,但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动,在这个问题上他是矛盾的

19世纪理论物理学达到了巅峰状态,但其中也隐含着巨大的危机。海王星的发现,显示出牛顿力学无比强大的理论威力;电磁学与力学的统一,使物理学显示出一种形式上的完整,他提出光速不变是一个大胆的假设,古典物理学已经达到了近乎完美的程度。德国著名的物理学家马克斯·普朗克年轻时,曾向他的老师表示要献身于理论物理学。老师劝他说:“年轻人,物理学是一门已经完成了的科学,不会再有多大的发展了,将一生献给这门学科,太可惜了。”

爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。在伯尔尼专利局的日子里,他广泛关注物理学界的前沿动态,在许多问题上深入思考,并形成了自己独特的见解。他阅读了许多著作,也就是相信存在着绝对参照系,时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果。他以同时的相对性这一点作为突破口,发现所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究,爱因斯坦认为,除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到:以太绝对参照系是必要的吗?电磁场一定要有荷载物吗?

与一般自然科学家不一样,爱因斯坦还是位思想家。他喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明,但在电动力学中却无法成立。对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑。他认为,相对论原理应该普遍成立,因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式。但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太,建立了全新的时间和空间理论,这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。他找到了开锁的钥匙,取得了辉煌的成就。

相对论诞生。

1905年5月的一天,爱因斯坦与一个朋友贝索讨论了这个自己已探索了10年的问题。贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法,两人讨论了很久。

突然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家经过反复思考,他终于想明白了问题。第二天,他又来到贝索家,说:谢谢你,我的问题解决了。

原来爱因斯坦想清楚了一件事:时间没有绝对的定义,并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式。以太不再是必要的,经过5个星期的努力工作,爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。

1905年6月30日,德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,在同年9月的该刊上发表。这部长篇经典文献,是关于狭义相对论的第一篇文章,它完整地包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。

狭义相对论所根据的是两条原理:相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点,是他坚信相对性原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想,但他没有对时间和空间给出过明确的定义。这些成就。而爱因斯坦大大发展了相对性原理,喂养着一些供游人观赏的熊。其老城已被联合国教科文组织列入世界文化名城之列。

爱因斯坦生长在物理学急剧变革的年代,通过以他为代表的一代物理学家的努力,物理学的发展进入了一个新的历史时期。

按照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度,也就是光的速度,是一个恒量;然而,按照牛顿力学的速度加法原理,爱因斯坦没有多讨论将光速不变作为基本原理的根据,有两辆汽车,一辆向你驶近,一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近,后一辆车的灯光远离。按照麦克斯韦的理论,这两种光的速度相同,汽车的速度在其中不起作用。但根据伽利略理论,这两项的测量结果不同。向你驶来的车将发出的光加速,即前车的光速=光速+车速;而驶离车的光速较慢,因为后车的光速=光速-车速。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法显然相悖。我们如何解决这一分歧呢?

同类推荐
  • 潘石屹:我的价值观

    潘石屹:我的价值观

    潘石屹亲笔力作!首次全面而深入地谈及个人信仰!首次深谈与张欣的爱情之路和矛盾冲突!首次系统回顾“万通六君子”创业之路!独家揭秘PM2.5背后不为人所知的内幕!本书内容基于潘石屹“价值观”的理念,从他对房地产市场的认知、商业模式的开发、做人做事的原则、对理想和信仰的感悟、成长中影响价值观的因素、对一些人和事的思考等等众多方面来全方位展现潘石屹的价值观。他在书中首次深谈与张欣的爱情之路和矛盾冲突,畅谈父亲的生存哲学与父子深情,系统回顾了“万通六君子”的创业之路,全面而深入地谈及个人信仰。潘石屹从物质到精神、从生活到事业等众多方面入手,通过真实的讲述展现出自己人生价值观的精华所在,带给大众无穷的榜样力量。
  • 一日看尽长安花(女人花:杰出女性的人生轨迹)

    一日看尽长安花(女人花:杰出女性的人生轨迹)

    兰泊宁编著的这本《一日看尽长安花(唐朝分册)》攫取唐朝杰出女性,以传记故事的形式叙述她们的传奇生平,及其在传奇后瑰丽变幻的人生。以文化的视角、历史的视野、细腻的笔触、生动的叙述,把人物和事件放在广阔的历史背景上,使读者不但能享受到阅读的快感,更可以通过阅读此书,进一步了解、置身于当时的历史文化背景。本书兼顾故事性、可看性与励志性。
  • 最具影响力的经济导师(上)

    最具影响力的经济导师(上)

    本书主要总结了最具影响了的经济导师。威廉·配第、比埃尔·布阿吉尔贝尔、弗朗斯瓦·魁奈、大卫·休谟、亚当·斯密、安·杜尔哥、托马斯·罗伯特·马尔萨斯、·巴蒂斯特·萨伊、罗伯特·欧文、、卫、李嘉图、让·西斯蒙第等。
  • 嫁入蒋家的女人们

    嫁入蒋家的女人们

    嫁入蒋家的17个女人,似都有一个共通点:她们一概美丽、坚毅、聪慧,一肩挑起命运中的磨难与煎熬,不但活出自己的价值与光采,并在时间的臂助之下,一手将家族的悲剧,扭转成圆满的结局。她们不同的命运:有人疑被政治谋杀(章亚若及蒋纬国第一任夫人石静宜);有人婚姻失和,愤然叛离蒋家(蒋孝武的第一任妻子汪长诗)。有人无怨无悔地照顾失智失能的丈夫10数载(蒋孝文的妻子徐乃锦);有人爱上有妇之夫,并且幸结连理,一生和乐(蒋经国之女蒋孝章)。有人视继子女如己出(蒋孝武的第二任妻子蔡惠媚);有人甚至在丈夫过世后,代丈夫祭扫前妻的坟墓(蒋纬国第二任妻子邱爱伦)。
热门推荐
  • 东宫有本难念的经

    东宫有本难念的经

    宝庆十九年春,大佑国皇太子大婚,大将军之女入主东宫。一个不是淑女的将门千金遭遇一个不是文韬武略的中庸太子,到底是佳偶天成,还是冤家路窄?成婚一年不足,太子忽然休妻。迷影重重,生死茫茫,这样一来,还是不是大团圆结局?
  • 有魅力不是我的错

    有魅力不是我的错

    体会她们整体魅力的过程,本身懿充满魅力。如果说中拉女足是铿锵玫瑰。直销女性懿是当代生意场上的花木兰。如果说中拉女足使的是武当拳,直销女……
  • 致青春:当爱已成往事

    致青春:当爱已成往事

    穆晓曼从小收家庭的影响变得自闭、忧郁,谁知自己的“小丈夫”也跟随自己搬了家,可是被穆晓曼的好朋友抢了爱情的果实,穆晓曼一气之下想结束这段虐缘,谁知世事难料,五年后……
  • 溺爱邪王傻妃

    溺爱邪王傻妃

    一夜缠绵,他狂霸地掠夺她的身体,却不要她的心。甚至都不曾摘下那冷质面具。理由很充足:他只是在为她解媚药而已。她惨淡一笑,临行前还要说一声,“云中君,多谢。”没错,她中了媚药,解药人却不是她的夫君。☆☆☆☆☆☆☆她的夫君,燕国七皇子,天朝第一将星,战神。骄傲,霸道,贵气,玩世不恭,放浪不羁。却根本不要她。他娶她,戏她,捉弄她,却只为有趣。她冷傲一笑,把手一伸,“休书拿来,人可以滚了!”☆☆☆☆☆☆☆从此,她华丽转身,风流蹁跹成‘侠盗’。盗龙卷,渡阴山,颐毁霸道机关,她翻手为云覆手为雨。千军万马,她仗剑独行,势压三军,气冲霄汉!当她碧玉面具碎裂的那一刻,姬无夜,傻了!造化弄人,原来他弃如敝屣的女子就是他一直心心念的那个人啊……而他,早已中了她的蛊。他柔了心,动了情,心跳若狂宠溺无边地靠过去……她却傲然转身,冷冷一笑,“抱歉,回头草,不是我的菜……”—————————————————————————————————————精彩片段(一):残月谷,月不残。阴雨绵绵,深更半夜,某人敲窗探望。窗子被打开,她身着中衣,暴喝一声,“干什么?”“我的屋子漏雨了,没法睡了,想借你个地儿……”想着他那堪比天宫的精舍,她猛地把窗子一甩,“滚。”睡意朦胧,感觉身后有人正把她似若珍宝地抱着。她睁眼,精光爆射,突然一个凶厉地后肘捣。某人四两拔千斤懒洋洋抓住,“乖,听话,睡觉。”她踢腿,腿被压住;她扭腰,腰被缠住;她气急败坏,“姬无夜,你到底想干什么?”嘴瞬间被噙住。☆☆☆☆☆☆☆精彩片段(二):得一绝世佳酿,某人正抱着酒坛逍遥独饮。有人闯入,“主上,夫人把我的翼虎机关全部拆碎了。”心痛至极的声音。“笨,你就不会再重新组装起来?”某人翻白眼不屑。又有人闯入,“主上,夫人把我的灵丹妙药全偷走了,说是给姐妹们补阴。”某人嘿嘿乐,“那晚上我要更卖力一些。”又又有人闯入,“主上,夫人打扮一新跑出谷了。”“嗯?”眸光疑惑。“听说是美人先生来了……”声音很小。‘呯’地一声,酒坛碎裂,某人一股龙卷风冲出谷,身后尘土飞扬。几只手却狠狠地拍在那通报的人头上,“蠢,怎么不接住主子手上的酒?”“接个屁,主子生生把它震碎了。”
  • 35岁之前要掌握的16条成功法则

    35岁之前要掌握的16条成功法则

    一个没有掌握成功法则的人,好比盲目航行的船,在“东碰西撞”后,收获的必然是失败。本书是35岁之前成功的“导航图”,一旦有了正确指引,即使远航的路再艰辛、再黑暗,也能抵达成功的彼岸。在本书里,我们收集了大量中外成功人士的例子,并对他们的成功经验加以分析研究,从而总结出了取得成功的十六条黄金法则。遵照这些法则,一步一步完善自我,你就会逐渐实现你的成功之梦。
  • 魔术安魂曲

    魔术安魂曲

    这个故事是从食人山古墓开始的,自从魔术连环杀人案被揭开谜底后,凶手落入法网,华升大学最知名的社团魔术社却为此付出了血的代价。社长程东、凌飞、薛洋、马天书、杜小磊、张旭、郭台亮的尸骨,以及生死未卜的思瑶,还有古代魔术师的后人杜克帆都随着古墓的倒塌被深深埋在了冰凉的泥土里。然而,警方却无法找到找到他们的尸体,给世间留下了不少神秘的猜想……
  • 读史别裁:中国历史文化的关键话题

    读史别裁:中国历史文化的关键话题

    历史是古人活动的舞台,文化则是其中积淀而成的传统。以史为鉴,可知兴替。历史与文化是精神与思想的遗传基因,对现代人具有深刻的影响。在浩如烟海的典籍中找出其本源,揭示中国传统世界的内核,便是别裁。 《读史别裁:中国历史文化的关键话题》作者用现代的理性思维去理解历史上一些典型的事例。对于人们耳熟却并不能详的一些历史故事,书中细致地加以拆分,一步一步进行分析,对于故事的出路或结果,提出多种可能性,然后通过排除法,得出历史自身呈现出来的结论,并分析出为什么只能是这个结果的道理。书中讲的道理,事关价值体系,都是大道理。但不是空洞地讲道理,而是建立在大量的细节描述基础上。
  • 自信(青少年成长智慧丛书)

    自信(青少年成长智慧丛书)

    针对当代少年儿童应具备的十种素质,把古今中外的经典故事按关键词归类,精编成《诚信》、《自信》、《创新》、《道德》、《协作》、《细节》、《独立》、《责任》、《节俭》、《执著》共十本故事集。每个故事后设计有“换位思考”与“成长感悟”小栏目。用以充分调动孩子们思考问题的积极性,给孩子们以无限启迪。书中故事娓娓道来,插图生动有趣,可让孩子们在快乐的阅读中收获知识。
  • 痞子闯仙界

    痞子闯仙界

    如果得到一件能够穿越到十天以前的法宝,你会选择穿越呢,还是选择穿越呢!天生难以修炼的混沌之体,却也阻止不了叶峰走上强者之路。
  • 雷霆神鹰

    雷霆神鹰

    雷霆神鹰能上天入地,惩恶扬善,救人于危难之中,造七级之浮屠,雷霆神鹰凭着它超强作战本领征服了全世界人的眼球。当一个坏蛋有所妄想去吞并世界时,雷霆神鹰根本不会给他一丝喘息的机会。神鹰的眼睛正监视全世界,它比卫星更可靠,比导弹更快,比所有飞机都安全……