敢于向权威提出挑战
爱因斯坦是相对论的创始人,相对论无疑是他最重要的成就。与其他研究工作相比,相对论对自然科学思想体系产生了更深远的影响,它的作用远远超出哲学思想的范畴。
它引起了一场最激烈的争论,也正是通过这场争论及以后的实践,让全世界的人都了解到了爱因斯坦的伟大。
1905年,爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表了长达30页的论文《论动体的电动力学》。这篇文章宣告了相对论的创立。
1914年,米立娃和两个儿子爱德华和汉斯·阿尔伯特同年,还在这一杂志上,他以题为《物体的惯性同它所包含的能量有关吗》一文又作了重要补充。这两篇论文都收集在1913年相对论重要的历史文献《相对论原理》一书中,与读者再次见面。对于爱因斯坦在相对论中研究的问题,当时物理界的看法是不同的。
19世纪,先是光学的机械理论居于统治地位。这种理论认为,光是一种称之为“光以太”或简称“以太”的弹性介质的波动。
光以太学说与牛顿力学所引出的“绝对空间”理论紧密相连。牛顿认为:“绝对空间由于它的本性以及它同外界事物的无关;它永远是同一的和不动的。”
于是,牛顿认为可以把以太看做是绝对参考体系,它决定了世界上一切运动的永恒的绝对状态。
马赫又对牛顿的时空概念作了有力的批判,但还是没有推翻。这是因为要改变时间和空间的概念,客观条件还没有成熟。
美国物理学家麦克尔逊做了实验。麦克尔逊的实验得到的结果,彻底否定了光以太的存在。
麦克尔逊的实验结果使理论物理学家陷入难以自拔的思维困境,又像是一个系在人们心头达十年之久的、无法解开的死结,但它被年轻的爱因斯坦解开了。
1905年,爱因斯坦提出了相对论,他把作为光波载体的以太,从物理学世界中清除出去了。他认为,光以太原本只是物理学界的一个“幽灵”,他把独立的物理实体,即电磁场请出来,坐在以太的位置上,这也是崭新的、勇敢的行动。尽管法国物理学家彭加勒在他之前就曾提过应该抛弃以太假说,但是他没能把这种想法变成新的自然观的基础。
“无以太物理学”是爱因斯坦思想的重要成果之一。
人生最早的愿望,往往会成为一个人为之奋斗一生的原始动力。因此,早期目标、中期奋斗、后期成就,是大多数成功者的途径。爱因斯坦狭义相对论思想的产生,最早源于16岁时一直困扰着他的一个问题。在1895年进入阿劳中学上学时,他已比同龄的中学生掌握了更多的物理方面的知识。他对探索自然奥秘有着无比浓厚的兴趣,时常一个人静静地思考一些科学特别是物理学方面的问题。
一天,他突然想到这样一个问题:假如一个人以光速跟着光波跑,那么他就处在一个不随时间而改变的波场之中。也就是说,应该看到这条光线就好像一个在空间振荡而停滞不前的电磁场。然而看来不会有这种事情。这个问题他一直想搞清楚,并为此沉思了十年。
1896年爱因斯坦进入苏黎世联邦工业大学以后,继续思考着关于运动物体的光学特性的问题。对于当时物理学中流行的光是通过以太这种特殊的介质来传播的观点,一开始他也是毫不怀疑的。
但爱因斯坦想,光通过以太的海洋传播,那么地球也应是在以太中运动的,反过来说,以太应有相对于地球的运动。这应该可以通过实验来加以验证。因此他就去查阅有关这方面的资料。可是他查遍了所能找到的物理学文献,都没有找到关于以太的明确的实验证据。
于是爱因斯坦想亲自来验证一下。可是他的老师不支持他,他也没有机会和能力建造这种设备,事情就这样不了了之。后来,当他正在学校思考以太流的问题时候知道了麦克尔逊实验的“零”结果。
数学家明可夫斯基曾是爱因斯坦在联邦工业大学上学时的老师。当年爱因斯坦经常逃课,明可夫斯基骂他“懒胚”。当爱因斯坦《论动体的电动力学》发表以后,明可夫斯基很快理解了,并看到了这篇论文的深刻意义。他实在没有想到,曾被他骂为“懒胚”的学生,现在竟写出了如此深刻的论文。
明可夫斯基是搞数学的,他从数学的角度认真地思考了爱因斯坦的理论,结果得到一种非常美妙的描述狭义相对论的数学方法。
明可夫斯基的论文在1907年发表。第二年夏天,在科隆举行的“德国自然科学家和医生协会”第八十届年会上,他作了一个报告,宣传相对论的思想,题目是“空间和时间”,其中有一段著名的话:
先生们!我要向诸位介绍的空间和时间的观念,是从实验物理学的土壤中生长起来的,这就是它们力量的所在。
这些观念是带有革命性的。从现在起,空间自身和时间自身消失在阴影之中了,现实中存在的只有空间和时间的统一体。
明可夫斯基的报告引起了与会者的巨大反响。可惜三个多月后,疾病就夺去了他年仅44岁的生命。去世前,他万分遗憾地说:“在发展相对论的年代里死掉,真是太可惜了。