愛因斯坦(28)_學達書庫

二八

　　思想實驗再進一步。假使裡面的觀察者用力朝任意方向推動一下物體，它就會作勻速直線運動；可是，它遲早要碰到升降機周圍牆壁而使勻速直線運動受阻。此外，整個升降機遲早會碰到地面，從而破壞實驗。所以這個坐標系是局部慣性的。再假設有一個與自由下落的升降機作直線勻速運動的升降機，它們二者都是局部慣性坐標系，那麼在升降機裡面做實驗的觀察者和在外面的觀察者怎樣來描述這一實驗事實呢？

　　「外面的觀察者看到升降機的運動和機內一切物體的運動，發現它們與牛頓引力定律是一致的。在他看來，由於地球的引力場作用，運動不是直線勻速的，而是加速的。

　　「可是在升降機內出生和成長的一代物理學家，卻會作出完全不同的想法。他們確信自己保有一個慣性系，而把所有的自然定律都關聯到他們的升降機，而且很有信心地說，在他們的坐標系中，定律都有一種特別簡單的形式。他們會很自然地認為他們的升降機是靜止的，而他們的坐標系是慣性的。」

　　愛因斯坦根據這一思想實驗，推斷出慣性系與相對於慣性系作等加速度的坐標系在物理上完全等效的假設，這一假設構成慣性質量與引力質量相等的「等效原理」。

　　其實，慣性質量和引力質量相等這一事實，從伽利略和牛頓時代以來是物理學上熟知的，但物理學家們都設有循此深思；物體的慣性和重量本身完全不同，為什麼都用同一個常數（質量）去量度？為什麼兩者在數值上相等？

　　愛因斯坦的高明在於，他從眾所周知的平常事實中發現了問題。英費爾德說，在科學發展的近300年間，愛因斯坦是頭一個從加速度的等同性看到某種重要的啟示的人。而這一發現極大地受益於愛因斯坦上述的思想實驗。

　　愛因斯坦的等效原理的建立成為了廣義相對論的出發點。善於從平常事實中看到和發現對立面，從而追索其統一是愛因斯坦理論思維的重要特徵。等效性、對稱性、統一性這些概念屬同一個系列的範疇，在理論探索中，每一個等效原理或對稱原理的建立，都意味著統一性的構成，意味著理論的重大進步，它使相反的東西達到了相成，使對立達到統一。

　　愛因斯坦在廣義相對性原理的基礎上對引力問題作了重要解決，建立了一個新的引力理論。新理論不像牛頓那樣將引力看作成一種力，而認為引力是由於物質的存在而產生的空一時連續區中的一種彎曲的場。愛因斯坦由此又推出三個著名的預言：1.2.光線在太陽引力場中的偏折；3.光譜線紅移。第二個預言於1919年被觀察證實。

　　愛因斯坦構建的廣義相對論學說既發展了狹義的相對，又發展了牛頓的引力學說。從量上來說，廣義相對論對牛頓學說只作了很小的修改，但是在質上，則是一場深刻的物理學上的革命。德布羅意提出，愛因斯坦的引力理論可以作為20世紀數學物理學的一個最優美的紀念碑而永垂不朽，因為對萬有引力現象的新解釋既雅致又美麗。

　　做思想實驗是愛因斯坦的拿手本領，英費爾德說是愛因斯坦的癖好。他在創立相對論的過程中，他把思想實驗在科學研究中的作用和地位充分地體現了出來，並且在相當程度上顯示出思想實驗的機理。他確定同時性概念的物理意義靠的是思想實驗，從而成功地幫助他闖過了通向相對論的重要關口。去尋求超越狹義相對論的新理論的關鍵時刻，還是依靠思想實驗，從而提出等效原理。儘管愛因斯坦的思想實驗並非個個成功，但卻是他獲取科學探索勝利的重要階梯。愛因斯坦無論是靜坐家中，還是散步在戶外，他那時時用手指纏繞著自己額上的一綹白髮深深地沉思的面容成為人們最難忘懷又最感人心的愛因斯坦的形象。

　　愛因斯坦愛好沉思，這是他十分突出的性格。他的女婿凱澤爾曾經描述過他的工作狀態。這個學者坐在一張舊的圈椅上，他那夢幻似的眼光遠遠越出他的小房間之外。他在置放膝上的白紙本上寫著。突然，他的手停了下來，眼睛轉向遙遠的地方搜索。在沉思中，這位科學家在小房間裡踱來踱去。他進入沉思是突然的，他從沉思中醒來也往往是突然的，而這戲劇性的時刻，他尋求的答案往往突然而至。

　　給愛因斯坦擔任過助手的物理學家巴納士·霍夫曼也有同樣的觀察記述：愛因斯坦在思考問題時總把自己的一綹長長的灰發纏卷在食指上，全神貫注地踱來踱去，突然，愛因斯坦顯得輕鬆起來，臉上現出笑容。這意味著已經找到問題的解決辦法。愛因斯坦的答案常常是正確的。有時候解答是那樣的簡單，以至於霍夫曼和英費爾德總抱怨自己為什麼竟沒有想到。霍夫曼認為，那簡直是莫名其妙的魔術。

學達書庫(xuoda.com)