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狭义与广义相对论浅说-第14部分
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�1981，259）。1911年4月，法国物理学家B．朗之万在波隆那哲学家大会上发表演说，为相对论增添了更为轰动性的色彩。朗之万是一位卓越的科学家，爱因斯坦曾经说过，如果他没有发现狭义相对论，朗之万将会发现它。在讨论时间相对性或钟慢问题时，朗之万没有采用爱因斯坦那种利用运动时钟和静止时钟解释时间效应的费解的作法，而是用所谓的“孪生子悖论”取代了爱因斯坦的“时钟悖论”，并立即成为众所皆知的由相对论引出的怪物。相对论的时间问题是这样产生的：如果一对孪生兄弟一个留在地球上，另一个去星际空间旅行，那么当旅行的兄弟返回地球时，竟会发现与留在地球上的兄弟的年龄已经不同了。朗之万列举的另一个例子是，旅行者沿直线飞向一颗恒星，绕其一周后原路返回。如果旅行的速度足够大（当然比光速小），最后旅行者将发现，在他两年的旅行中，地球已经度过了漫长的两个世纪。哲学家H．相格森后来承认，正是朗之万19if年4月的演讲，“第一次唤起了我对爱因斯坦观念的注意”。
时钟（或孪生子）悖论很快成为（在某种程度上今天仍然是）相对论使人困惑甚至招来敌意的原因。V．劳厄曾谈到那些反对相对论的“思想内容”、基本公式或数学结果的人。1911年他写信给爱因斯坦，反对相对论的共同理由“主要是时间相对性和由此产生的悖论”。劳厄在1912年写的第一部相对论教科书中指出：这些悖论和其它有关时间相对性的问题具有“伟大的哲学意义”，正是由于这一原因，“只能用哲学方法”对待这些问题。我们还注意到，爱因斯坦在1911年讨论这一见解时，使用了理想实验的方法。他假设把装有“小生物的盒子”送向“遥远的飞行旅程”，结果在它返回地球时，“盒子的内部情况几乎没有变化”，而留在地球上的生物已“繁衍生息许多代了”。
尽管许多人不愿轻易接受爱因斯坦对物理学基本思想进行彻底重构，但他们却已在应用爱因斯坦的数学结果了。劳厄（和另一些人）曾指出，这些数学结果在形式上和洛伦兹理论的结果是一致的，但它们的‘物理本质’御有差异。劳厄甚至宣称（1911），两种理论的“实质差别是不可言喻的”。但人们很快就认识到爱因斯坦的理论更加优越，特别是在广义相对论建立之后，狭义相对论的重要性尤其显露出来。
大约到了1911年，爱因斯坦的狭义相对论已经有了数量足够多的拥护者，一场科学革命发生了。同一年，A．索末菲宣布，相对论理论已经“完整地建立起来了，它不再是物理学的前沿了”（米勒1981，257）。1912年初，刚刚获得1911年度诺贝尔物理学奖的W．维恩建议，授予爱因斯坦和洛伦兹这项最高奖赏。他在推荐书上写道：从“逻辑的观点看”，相对论原理“应当被看作理论物理学最重要的成就之一”（佩斯1982，153）。他说，目前已有“实验明确证实了这一理论”。他总结说，“洛伦兹是发现相对论原理数学内容”的第一人，而爱因斯坦则“成功地将相对论简化为一个简单的原理”。
当然，并不是所有物理学家都接受这一革命性的新观念。范德瓦尔斯在1912年说，至今还不能解释为什么质量和长度随着速度的变化而变化（米勒1981，258）。除了时间相对性引起悻论外，在否定绝对长度、时间和质量方面还引起了更根本性的反对意见，而“同时性的相对性”也是很难令人接受的。然而更加困难的是抛弃以太概念。如果没有介质支承，光和其它电磁波如何在空间存在呢？反对意见和声势如此强烈，也可看作是新理论革命性质的一个标志。
在众多的反相对论的观点中，普林斯顿大学的W．F．马吉教授（1912，293）很有代表性。19if年，他在美国物理学会作会长就职演说时说，相对论原理不能满足这样的标准：任何“真正有用的终极答案……应当为每一个人所能理解，包括训练有素的学者及一般公众”。对他来说，相对论无法使人理解，因为它不能“用普通的，任何人都能明白的力，空间和时间概念来描述”。可是他显然并不清楚，牛顿的力和惯性的概念在1687年时是多么新奇！他显然也不懂得，除了少数几个学过理论物理学的人之外，真正懂得力和概念这些“普通概念”的人是多么稀少！
马吉还宣称，“应当问问相对论发展中新思想的创造者，他们是否认识到这一理论的用途是多么有限，是否认识到它用可理解的术语描述宇宙是多么的无能为力”。他准备“警告他们最好先收起他们的辉煌理论，除非能够通过简化，利用普通物理学概念圆满解释相对论原理”。
L．T．莫尔1912年在《自然》杂志（1912，94：370－371）上发表评述文章，总结归纳了马吉演说中的观点，并就科学革命作出了以下论述：
爱因斯坦教授的相对论和普朗克教授的量子论已被喋喋不休地宣布为自牛顿时代以来科学方法上最伟大的一场革命。他们用数学符号作为科学的基础，拒绝承认数学符号背后潜在的坚实的实验基础，因而用主观宇宙取代客观宇宙。从这一角度来看，他们的做法无疑是革命的。问题是，他们这样做是前进还是倒退，是走向光明还是陷入黑暗？一般认为，伽利略和牛顿开创的革命依靠科学家们的实验方法取代了学院派的形而上学方法，这显然是正确的。而现在，所谓的新方法似乎恰恰相反，因此，如果这里包含什么思想革命的话，那事实上不过是返回到中世纪的繁琐哲学的方法中去。
大约在20年后，L．T．莫尔（现任辛辛那提大学研究生院院长）在他撰写的牛顿传记（1933，333）中，仍然表达了他对“爱因斯坦教授广义的相对论”的厌恶，他指责这是“通向唯心主义哲学的最大胆的企图；这样的哲学只是灵活思维的逻辑游戏，完全无视客观世界的事实；它或许是有趣的，但却深深陷入了经院哲学”。他总结道，如果坚持相对论物理学（及其哲学），“将导致科学颓废变质成为中世纪经院哲学和宗教神学”。读者对于莫尔污蔑数学和符号逻辑学的伟大发展也许不会感到奇怪，他写道（同上，332），“值得注意的事实是，两部伟大的著作，两部或许是科学头脑所能做出的最天才的创造，现在正受到攻击：《新工具》受到现代符号逻辑学家的攻击；《原理》受到相对论物理学的攻击”。他最后的结论是：“当现代派被长期遗忘之后，亚里士多德和牛顿将会重新受到尊重；他们的学说将重新获得应用”（同上），从这些事例中我们可以发现，一场科学革命的深度与保守主义的猖狂进攻的猛烈程度以及它给科学思想所带来的根本变化的程度是成正比的。
广义相对论
爱因斯坦曾经说过，即使他没来到这个世界上，狭义相对论也会出现，因为“时机已经成熟”（英费尔德1950，46），但广义相对论则不然。他怀疑，如果他未建立广义相对论，“它是否会为人所知”。广义相对论被称作“第二次爱因斯坦革命”（同上）。这是一次极大的飞跃，正当许多物理学家开始接受狭义相对论时，它再一次把他们抛在后面。普朗克曾以极大的热情欢迎狭义相对论并成为最早的支持者之一，他曾对爱因斯坦说：“现在一切都要解决了，你为什么还要招惹其它另一些事呢？”爱因斯坦之所以这么做是因为他是一位天才，远远走在了同时代人的前面。他懂得狭义相对论是不完满的，未能解决加速度和引力问题。他后来谈到导致他思想豁然开朗的主要思想（他曾将其称为“一生中最令自己兴奋的思想”，见佩斯1982，178引用的爱因斯坦的回忆。）是1907年11月在伯尔尼专利局工作时产生的。这个思想是：“一个人在自由下落时，将感觉不到自己的重量。”他说，这一“最简单的思想”促使他天。始研究引力理论，但直到1915年，他才发表了比较完整的广义相对论理论，第二年他又发表了被一位传记作家称为“钦定版本”的广义相对论，这个理论的建立主要基于英费尔德所说的“三个主题”：引力，等效原理，几何学与物理学的关系。理论的核心则是新的引力场定律和引力场方程，有人说，麦克斯韦在电磁场上做过什么工作，爱因斯坦在引力场也做过什么工作。广义相对论引人注目的特征之一是将牛顿力学中的引力简化为四维时空中的弯曲。J．H一吉恩斯在《不列颠百科全书》1922年第12版的相对论条目中写道：“宇宙图景”的新情景不再是“三维空间中一片以太海洋的受迫振动”，而是“四维空间世界线上的一个纽结”。
广义相对论提出了三个可检验的预言。第一个是水星的近日点的摄动，该现象指出，轨道上运动的行星在绕太阳运行时，每完成一个周期并非精确返回到空间的原来位置，而是稍稍有些前移。这一事实早在19世纪中叶就已发现，但经典的牛顿天体力学无法对摄动现象做出满意的解释。第二个预言是，光线在引力场中将发生偏转。按照这个说法，星光在经过太阳附近时，将受到太阳引力的影响而偏折。结果是恒星的机位会有一个变化。观测这一现象只有发生日全蚀时才能进行，否则太阳的强烈光线使地面上根本观测不到太阳附近的恒星光线（瑞士天文学家M．施瓦兹柴尔德对这个现象做了详细的定量描述）。第二个预言通常被称为谱线“红移”，即恒星辐射总是背离我们而去。这就是广义相对论提出的三项检验方法。但我们知道当时正是1915年，第一次世界大战的硝烟笼罩在各科学发达国家的上空。爱因斯坦正在柏林，不可能进行任何日蚀观测。
但爱因斯坦没有停止工作，1917年，他在《普鲁士科学院院刊》上发表论文，题为《广义相对论宇宙观》。尽管其中的结论已被抛弃，但这篇论文开辟了理论物理学的一个新领域。爱因斯坦指出，“义相对论能为我们的宇宙结构……问题带来希望之光”。科学的宇宙学研究由此创立，它把宇宙从形而上学的一个分支转变为物理学和天文物理学的一部分（英费尔德1950，72；“论爱因斯坦和宇宙学”，见佩斯1982，&15）。
英国无文学家A．爱丁顿在战时研究了爱因斯坦的著作（见第25章），并很快成为爱因斯坦思想的忠实信徒和热情宣传者。他后来写了大量著作，包括权威性的《引力相对论理论报告》（1918），学术著作《相对论的数学理论》（1923），两部通俗著作《空间，时间和引力》（1920）以及《物质世界的本质》（1928），此外还有大量的演讲，文章和小册子。P．A．M．狄拉克回忆说，他在布里斯托尔大学读书时，就是通过爱丁顿的著作才最初接触到相对论的。更为重要的是，第一次世界大战刚一结束，爱丁顿立即在1919年组织了一支英国日蚀观测队，去检测星光经过日全蚀太阳时将发生偏转的预言。与预言相符观测结果立即震撼了全世界的科学家和公众。
今天很难想像1919年世界科学界的无限兴奋之情。两支观测队分别出发，一个派往巴西的索布拉尔，另一个由爱丁顿率领来到西班牙所属圭那亚海岸附近的普林西比岛。1919年秋，观测数据进行了整理和分析后，在11月6日召开的英国皇家天文学学会和皇家学会的联席会议上天文学家们宣布：“星光确实按照爱因斯坦引力理论的预言发生了偏折。”皇家天文学会的侧察部杂志和《皇家学会会刊》都对历史性的会议作了充分报道。著名科学家J．J．汤姆森是会议主席，他宣称：这是“自牛顿以来引力理论的一项最重要的成果”，是“人类思想的最伟大的成就”。第二天，1919年11月7日，历来严谨的英国《泰晤士报》赫然出现了醒目的标题：“科学中的革命”，两个副标题是“宇宙新理论”，“牛顿观念被推翻”。11月8日，《泰晤士报》又发表了另一篇论述革命的文章，标题为“科学革命”，“爱因斯坦挑战牛顿”，“杰出物理学家的观点”。文章告诉读者，“这件事成了下议院热烈讨论的话题”；卓越的物理学家，皇家学会会员，剑桥大学J．拉莫尔教授“受到围攻，要求对牛顿是否被击败，剑桥大学是否垮台做出答复”。荷兰的报纸也迅速刊登了这一消息。H．A．洛伦兹在11月9日的《鹿特丹报》上发表文章，《纽约时报》立即翻译转载。11月23日，M．玻恩也在《法兰克福大众报》上发表文章。12月14日，爱因斯坦的照片刊登在《柏林画报》周刊的封面上，照片下的文字说明宣称：爱因斯坦开创了“人类自然观的一场革命”；他的洞察力堪与哥白尼、开普勒和牛顿相比（佩斯1982，308）。在12月4日《自然》杂志的一篇文章中，E．昆宁翰指出：爱因斯坦的“思想是革命性的”。
A．佩斯（1982，309）曾核查了自1919年11月9日开始《纽约时报》索引中有关爱因斯坦和相对论的文章标题或传奇故事。“爱因斯坦理论的胜利”与“十二智者书”连接在一起（其中谈到爱因斯坦警告出版商的话“全世界不会有再多的人懂得它”）。该报不仅刊登传奇故事，而且还发表了社论，相关文章持续见报，直至当年12月佩斯发现，从那以后直到爱因斯坦去世，《纽约时报》没有一年不刊登有关爱因斯坦的文章，爱因斯坦成了一位传奇人物。当爱因斯坦1921年去伦敦时，霍尔丹勋爵在皇家科学院的一次演讲中，把爱因斯坦引见给了大家。爱因斯坦住在霍尔丹的别墅里，当爱因斯坦来到他家时，霍尔丹的女儿见到这位著名的客人后，竟“激动得昏了过去”（佩斯1982，312）。霍尔丹在皇家科学院介绍爱因斯坦时，谈到在这次演讲之前，爱因斯坦“已经到西敏寺大教堂瞻仰了牛顿的墓地”。
自那时起直至现在，科学家和非科学家，历史学家和哲学家撰写的著作都把（广义和狭义）相对论与“革命”紧紧地联系在一起了。1912年，霍尔丹在他的著作《相对论时代》（第4章）中谈到这个问题时写道：“爱因斯坦开创了我们关于物理学观念的革命”。对于哲学家K．波普尔（惠特罗1967，25）来说，爱因斯坦使“物理学革命化”。物理学家M．玻恩（1962，2）和S．伯吉亚（1979，82）的表述分别是：爱因斯坦的“革命时空观”和“爱因斯坦革命”。玻恩（1965，2）还说：“IM年的狭义相对论”是标志物理学“古典时期的终结和新纪元的开始”的一件大事。S．温伯格（1979，22）认为，爱因斯坦最伟大的成就是，“他第一次把时间和空间纳入了物理学的体系，从而脱离了形而上学的束缚”。按照数学家A．玻莱尔（1960，3）的说法，爱因斯坦“不仅带给我们新的物理学理论，而且教给了我们认识世界的新方法”。因此，“凡是学习过他的理论的人，不可能再按他们过去的思维方式进行思考了”。西班牙哲学家J．0．伽塞特在他的著作中没有明确使用革命一词，但他却宣称：爱因斯坦的“相对论是当今最重要的智慧成果”。因此，爱因斯坦相对论在开创物理学革命的同时，也引起了一场哲学革命。
事实表明，广义相对论比狭义相对论更能满足本书第3章提出的科学革命的检验标准。但是，广义相对论的发展史比起狭义相对论来更显得艰难曲折。很长一个时期，只有天文学家�
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