愛因斯坦坐馬車
在愛因斯坦不足16歲的時候,有一次乘坐馬車。
當他看到馬車在地麵上經過時,忽然產生了一個奇怪的念頭:如果有人以光速和光線一齊前進,那麼,他看到光線還是靜止在空間中的電磁波嗎?
就像我們坐在一輛勻速行駛的汽車上,觀察與我們以同樣的速度、同樣的方向、一塊兒前進的另一輛汽車,就會感覺那輛汽車似乎是不動的。
愛因斯坦憑著推理和想象,認為這種感覺是不會出現的。
火車上的乘客,相對於火車沒有運動,相對於地麵卻以每秒幾十米的速度飛馳而過。火車相對於地麵運動、地球相對於太陽運動,這些都是相對運動。
但是,如果按此繼續推導下去,太陽相對於銀河係中心運動,那銀河係又相對於什麼運動呢?
根據經典物理學的解釋,除去相對運動外,還有絕對運動,即相對於絕對空間的運動。
牛頓把絕對空間解釋為:“是和外界任何事物無關,而永遠是相同的和不動的。”既然絕對空間和外界毫無關係,那它又是如何存在和被人所了解的呢?
對於這個問題,愛因斯坦決定從“以太之謎”入手進行研究。“以太”這個詞,是古希臘人的創造。他們認為空氣中充滿著以太這種物質。它們是肉眼看不見,但無處不在的。
牛頓借用“以太”一詞,把它作為萬有引力的傳播媒介。
但光的“波動說”,卻認為以太是光波的傳播媒介,就像空氣是聲波的媒介一樣。“波動說”還認為:“以太”無所不在,不但充滿宇宙空間,而且滲透於氣體、水和一切物體之中。它沒有一點摩擦阻力,不影響一切物體的運動。
19世紀末,“以太”又被人們說成是電磁場的承擔者和電磁波的傳播者。還有人幹脆把這樣看不見、摸不著、說不清、道不明的“以太”,說成是牛頓的絕對空間!
這種說法可靠嗎?難道光隻有借助傳播媒介才能傳播嗎?而這種傳播媒介又隻能是“以太”嗎?
“既然沒有任何東西,能夠證明絕對空間和絕對時間的存在,那麼,它們就是不存在的。”
在狹義相對論中,愛因斯坦提出了兩個基本原理:一、光的速度是不變的;二、當物體運動的速度接近或達到光速時,相對該物體來說,時間將減慢。這即是所謂狹義相對論原理。
愛因斯坦又根據狹義相對論原理,推導出了物體的質量也與運動密切相關:運動速度增加,質量也隨之增加。並得出了質能關係式:E=mc2。
這就是說:物體轉化為能量時,能量的總值相當於它的質量與光速的平方的乘積,從而揭示了原子內部蘊藏著巨大能量的秘密!對於相對論原理,愛因斯坦自己曾經做過簡明扼要的說明:“要點是這樣的:早先人們認為,假如由於某種奇跡,一切有形體的事物突然一下子消失了,那麼空間和時間仍會留下來。按相對論來說,空間和時間是和一切事物一起消失的。”
時間、長度和質量是力學研究中的三個基本量。在牛頓的力學中,它們是絕對的,不變的。但在相對論中,它們卻又變成了和測量者所在的坐標係有關的量。
此外,在牛頓的力學中,質量和能量二者分明,互不相關,各自守恒。而在相對論中,牛頓的守恒定律就變成了質能守恒定律,即E=mc2。
於是,空間和時間統一起來了,物質和運動統一起來了,質量和能量統一起來了。
這是一場真正的物理科學的革命!
夢想小啟迪
愛因斯坦由平常乘坐的馬車引發聯想,開創了標誌著他終生事業的相對論。愛因斯坦之所以成為20世紀最偉大的科學家,與他留心觀察生活和鍥而不舍的探索精神是分不開的。