在瑞士的伯尔尼,住在克拉姆胡同49号顶楼里的一个某专利局的小公务员经常 向人们侃侃而谈: 一对孪生子,其中一个坐上光子火箭去宇宙空间旅行。1年后, 他回到家里,发现自己的孪生史弟已经是白发苍苍的老人,自己却还是那样年轻… …。 1千克煤中蕴藏了21万多亿千卡的能量,如果的马这些能量全部释放出来,可 供一个大城市消耗几年……。
10年之后,在德国的柏林,还是这个人,以柏林科学院院士的身份,在科学院 挤得水泄不通的讲堂里向人们发表演说:空间是弯曲的光线也会拐弯,宇宙在膨胀 和收缩……。讲演者那深刻的思想,精辟的论述,在生动、幽默的趣谈陪衬下,具 有一种特殊的魅力,使听众为之惊叹,为之倾倒。这位讲演者就是在物理学家中负 有盛名的、 被誉为科学巨匠的阿尔伯特.爱因斯坦。(Albert Einstein,1879- 1955)。他所讲的就是经过他严格科学推导而创立的、为现代物理学对发展开辟了 广阔道路的全新的物理学体系——相对论。
今天,相对论已经成为现代物理学的理论大厦最重要的支柱之一,人们对爱因 斯坦及其相对论也有了更广泛地了解。不过,可以肯定地说,从科学史的角度,人 们知道的更多的是在爱因斯坦带有神奇色彩的创造性工作,以及他所提出的深邃问 题和研究的辉煌成果。随着相对论的问世,爱因斯坦的名字作为“智慧”、“理性” 的代名词开始闪耀在全世界报刊上,拨动着人们的心弦。爱因斯坦一下子跃居于群 英荟萃的科学圣坛中最显赫的位置。然而,科学鲜花从来都是在疾风暴雨中绽开的。 对于相对论的问世,人世间赐予爱因斯坦既有赞颂、钦佩和欢呼,也有讥笑、斥责 和咒骂。谁曾知晓,就是这个相对论和自然科学中其他一些改变人们传统观念的理 论一样,也有过一段艰难曲折的历程,遭受了厄运,在它身上,深深地烙着对习惯 势力阻挠的拚搏,对反动阶级扼杀的抗争的斑斑印迹。
科学的丰碑
19世纪末,物理学已经有了相当的发展,似乎近于完美无缺了:研究物体的运 动,有牛顿力学;研究热运动,有热力学和统计力学;研究电磁波和光波,有麦克 斯韦的电磁场理论。因而,许多物理学家踌躇满志,叹为观止。他们普遍认为,理 论上的一些基本的、原则的问题都已经得到解决,这标志着物理学已经发展到了完 整、系统和成熟的阶段,所以,物理学的大厦就算建成了,以后的工作只不过是对 大厦地进一步装修——在细节上不断做些修正和补充,使理论更加完备;在计算上 再细致一点,使常数更加精确。
但是,正当人们在世纪之交为物理学的空前胜利额手相庆之际,以牛顿力学和 麦克斯韦电磁场理论为支柱的无比美好的经典物理学,却在一些新的试验面前显得 无能为力。这些试验表现出与经典物理学理论的尖锐冲突,使经典物理学濒临危机, 其中之一就是麦克尔逊实验室测定的“以太”相对与地球的漂移速度是零。
在相对论之前,牛顿提出了“绝对空间”、“绝对时间”、“绝对运动”的概 念。牛顿认为,空间和时间都同外界的任何事物无关,而且空间和时间二这之间也 是互不相干的:时间是一个独立于空间的连续体,空间也是脱离时间而存在,两者 都具有绝对意义。而所谓“绝对运动”就是相对于“绝对空间”的运动。那么“绝 对空间”是什么呢?当时,物理学家们普遍认为,整个宇宙充满着一种叫做“以太” 的物质,这种被认为是不动的“以太”就是“绝对空间”的化身。这样,就可以把 “以太”当作绝对参考系,有它可以决定宇宙间的一切物体运动的绝对状态。
二百多年来,建立在绝对空间和绝对时间之上的牛顿力学,再解释宏观低速现 象时获得了巨大成功,因此,牛顿关于时间核运动的绝对观点,一直是人们在时空 观念上所奉从的信条。对于牛顿的理论,只有莱布尼茨表示过怀疑,马赫提出过诘 难,此外,在没有其他物理学家提出过问题。
可是,麦克尔逊实验却判定,以太并不存在。这个试验结果是经典物理学赖以 建立的绝对时空观受到了严重的挑战,是经典物理学出现危机的一个征兆,他引起 了老一辈物理学家的震惊。这些经过了严格的经典物理学的训练、对经典物理学感 情挚深、自己也曾为之做过许多贡献的物理学家们,陷入了难以自拔的思维困境: 牛顿的绝对时空观,是经典物理学的根基,根基被破坏,经典物理学的大厦岂不就 要倒塌了?