愛因斯坦(12)_學達書庫

一二

　　不久，在物理學發展史上有重大意義的索爾維會議在布魯塞爾召開了。這個會議是比利時化學家和工業家、百萬富翁索爾維接受德國著名物理化學家能斯特的建議組織召開的。會議邀請了20多位世界各國最傑出的物理學家，給他們訂了頭等來回客票，在大都會飯店包了幾十間頭等客房和兩個會議大廳，並外加每人1000法郎的禮金。愛因斯坦也接到了請柬，以奧匈帝國皇家大學教授的身份來到了布魯塞爾。

　　世界上從來沒有這麼多的「智慧」聚集在一起，這兒真是群星燦爛！大家紛紛做學術報告，並自由交換對當時「物理學危機」的意見。普朗克的頭頂幾乎全禿光了，他握住愛因斯坦的手，顯得有些興奮，親切地向愛因斯坦介紹：「德國來了能斯特、維恩，法國來了居里夫人、郎之萬和彭加勒，英國來了盧瑟福和金斯，荷蘭來了洛倫茲和昂內斯……」

　　在索爾維會議上，物理學家們對相對論也進行了熱烈的討論。雖然在這次會議上，相對論並未被充分的理解，但是世界認識了愛因斯坦。

　　索爾維會議之後，在物理學的同行中，訪問愛因斯坦或邀請他去訪問的人越來越多。歐洲的許多大學都向愛因斯坦發出講學邀請，甚至大洋彼岸美國的哥倫比亞大學也發來邀請。蘇黎世聯邦工業大學終於不敢怠慢自己的學生了，他們請愛因斯坦回母校主持一個新開設的數學物理學講座。

　　面對這麼多的邀請，愛因斯坦選擇了母校。因為他的妻子米列娃不喜歡布拉格，她想念蘇黎世，而愛因斯坦對母校也有一種依戀之情。1912年秋天，愛因斯坦回到了母校，聘書的期限是10年。他見到了學生時代最要好的朋友格羅斯曼，格羅斯曼此時也在母校擔任教授。

　　在第一屆索爾維會議上，愛因斯坦給普朗克留下的印象太深了。普朗克深深感到，這位年僅32歲的愛因斯坦教授，正站在天才的頂峰上，不愧是當代的物理學的泰斗。回到柏林以後，普朗克開始從事一項困難的工作，他要把愛因斯坦請到柏林來。普朗克和能斯特，這兩位德國物理學界的台柱人物，聯名向上司報告：只有把愛因斯坦請來，柏林才能成為世界上絕無僅有的物理學研究中心。

　　1913年夏天，這兩位年過半百、德高望重的權威學老，風塵僕僕地來到了蘇黎世，拜訪年輕的愛因斯坦，向他發出誘人的邀請。愛因斯坦將被委任為威廉皇帝物理研究所的所長並把他選進普魯士科學院任院士，還聘他擔任柏林大學的教授。而且許諾，愛因斯坦有講課的權力，但是沒有講課的義務。講多講少，講什麼內容；講多少時間，都由他自便。大學裡的一切事務，他都不必過問。

　　愛因斯坦有些猶豫，他不願離棄蘇黎世和平寬容的環境，也不願去同柏林的軍事、傲慢和偽善的環境打交道。然而，柏林有一批世界傑出的物理學家和數學家，有那樣優越的使他能全身心投入研究的條件。結果普朗克和能斯特還是說服了他，但還不是最後同意。又經過幾天認真地思考，愛因斯坦終於接受了邀請。1913年7月10日，在普魯士皇家科學院學部全會上，愛因斯坦以44票對2票，榮膺為正式院士。這以後，他除了幾次外出出訪和講學外，一直在柏林工作了近20年。

　　4.探索引力與宇宙之謎

　　獨創的引力理論

　　在狹義相對論發表以後，愛因斯坦科學研究的主流就在於探索更廣泛的理論，這就是廣義相對論。

　　愛因斯坦第一次考慮廣義相對論是在1907年。這個思想是突然產生的。愛因斯坦建立狹義相對論以後，他對狹義相對論並不滿意，因為這個理論只局限於彼此作相對運動的參考系，而不能用於參考系的一般運動。他力圖突破這種限制，設法解決在一般情況中的相對論問題。1907年約翰·斯塔克要愛因斯坦為《放射性年鑒》寫一篇關於狹義相對論的專題論文。在寫這篇文章時，他忽然想到，幾乎所有自然規律都可以在狹義相對論的框架內加以討論，而唯獨引力定律不行。最令他不滿意的是，雖然狹義相對論對慣性和能量之間的關係已經作了明確的闡述，但是對慣性和重量或引力場能量之間的關係並沒有闡述清楚。他意識到這個問題不可能在狹義相對論的框架內得到解決。如何下手呢？

　　有一天，忽然有了突破。愛因斯坦在伯爾尼專利局，正坐在一把椅子上，突然一個想法打動了他：如果一個人自由下落，他就不會感覺到自己的重量。他吃了一驚。這個簡單的思想實驗對他有極深刻的影響，它把愛因斯坦引向了引力理論。他坐在椅子上繼續思考：一個下落的人被加速，那麼他的感覺和判斷就都發生在加速的參考系中。他決定把相對論擴展到有加速度的參考系。他感到，這樣做就有可能同時解決引力問題。一個正在下落的人感覺不到自己的重量，因為可看作在他的加速度參考系中有一個新的引力場，它抵消了地球的引力場。在加速度的參考系中，看來需要一個新的引力場。

　　愛因斯坦作了進一步的思考，將思考的結果寫入發表在德國《放射學和電子學年鑒》1907年第4卷的《關於相對性原理和由此得出的結論》一文中。在該文的第五部分「相對性原理和引力」中，他一開始就提出一個問題：「是否可以設想，相對性原理對於相互作加速運動的參照系也仍然成立？」也就是說，應該成立一條「廣義相對性原理」：即所有參考物體K、K′等不論它們的運動狀態如何，對於描述自然現象（表述普遍的自然規律）都是等效的。慣性參照系不應該是自然界中的一種具有特殊地位的參照系。

　　同時，在該部分，他明確地提出了「等效原理」：引力場同參照系的相當的加速度在物理學上完全等價。所謂等效原理，即認為從時空小範圍來看，一個沒有引力場的勻加速運動的坐標系同有引力場的慣性系是等價的。也就是說，可以在任何一個局部範圍內找到一個坐標系，使引力在其中被消除。其合理性可以通過一個理想電梯實驗來說明。比如，一個人處於密閉的電梯內，在地球引力場內讓電梯處於靜止或勻速運動的狀態，此時電梯是一個有引力場的慣性系，電梯內的人受到引力作用，使他的腳同地板間產生的壓力等於他的重量。

　　另外再設想若不存在地球引力場，而使密閉的電梯以與重力加速度數值相等的加速度向上運動，此時電梯是一個沒有引力場的非慣性系，電梯裡的人在慣性力的作用下使他的腳同地板間也產生一個壓力，其數值顯然也等於他的重量。處於上述兩種情況的人將無法區別電梯到底是處於加速運動狀態還是處於引力場中。假使處於地球引力場中的電梯繩索斷了，那麼電梯將作自由落體運動，這時處於密閉電梯中的人將看不到任何引力存在的現象，即處於失重狀態。這說明，可以通過選擇某種坐標系，在局部範圍內使引力完全消除。這個理想實驗也說明，任何可以歸屬於加速參照系的效應都可被看作是一種引力效應。

學達書庫(xuoda.com)