愛因斯坦(18)_學達書庫

一八

　　廣義相對論的初始思想是從非常一般的前提——慣性質量和引力質量的等價性中推導出來的。在古典力學中，這種等價性用引力場的特性是無法解釋的，因為在其他場，例如在電場的場合下，並沒有這種等價性。廣義相對論把上述等價性納入了彼此有聯繫的規律體系中，納入宇宙統一的因果公式中。因而世界圖像更趨近於「內在的完備」。消除「古典的理想」用慣性系統來任意限制相對性，就起到了這種作用。

　　在「外部的證實」方面，它碰到了新的事實——光的重量。這個事實意味著，不僅力學過程，而且光學過程在加速運動的系統中，都遵循相對性原理。由此可以提出，不是古典相對性原理，而是愛因斯坦在1905年發現的理論得到了推廣，反常的空-時相關關係被推廣在所有的運動中。

　　等價性原理本身還不能說明在相當大的空間區域中的加速運動的相對性。在兩個升降機上，其中一個處於引力場中並且是靜止的，而另一個在加速運動著。

　　如果用線把兩個重物懸掛在第一個升降機的天花板上，引力的方向指向地心，這些方向相交於地心，因此嚴格地說，重物所拉緊的線不是平行的。如果把重物懸掛在第二個加速運動著的升降機天花板上，慣性力使線拉緊卻是嚴格平行的。在狹小的升降機中，其區別覺察不出來，但是要否定某個大區域內引力和慣性的等價性，這樣的區別就足夠了。

　　愛因斯坦到底還是證明了加速運動的相對性。為此，他把引力同空-時彎曲等同起來。假定有一張曲線力圖，圖上沿著一根軸記下以釐米計算的物體走過的距離，而沿著另一根垂直於第一根軸的軸記下以秒計算的經過的時間，如果物體作慣性運動，那末它的運動在這種空-時曲線圖上將由一條直線表示；如果物體作加速運動，它的運動將由一條曲線表示。如果所有的物體（包括光量子）在引力場中都使自己的世界線變彎，如果全部世界線都變彎，我們就可以說空-時整個說來是彎曲的。

　　愛因斯坦曾假定，只有空間是彎曲的，而時間並不彎曲。因此，從地理上的給定地點出發，沿最短路徑到宇宙旅行，人們將沿一條閉合的空間軌跡移動，並將在另一時間，譬如說是在公元萬億年，返回到同一地點。也就是說，宇宙空間是有限的，而時間是無限的。

　　光的引力質量概念和光線在重物作用下——在物體的引力場中發生相應的彎曲的概念，使人想起牛頓在《光學》中提出過的問題。不過，這裡的類比純粹是外在的。牛頓是用光離開物體的現象來解釋衍射，而且同物體的質量無關。愛因斯坦的光子概念在某種程度上是回復到牛頓的觀點。

　　這一概念也沒有直接的實驗根源，它屬類似列維葉的發現，或把未發現的元素列入門捷列夫週期表那樣的一些發現：在這些發現中，理論上的推測走在實驗證明前面去了。對愛因斯坦來說，這些發現的存在是反對最新實證論、唯我論形式的一個不容置疑的論據。引力場中光線彎曲的概念的形成，是說明愛因斯坦「內在的完備」和「外部的證實」公式的一個好例證。狹義的理論的「外部的證實」成了初始的事實，它不可能使現代的人們吃驚。相反，廣義的理論最先具有崇高的和不容爭辯的「內在的完備」，而且使它得到了「外部的證實」的觀察卻令人吃驚。這種觀察除證明了唯理論思想外，還導致了關於現實的可靠觀念。

　　在1971年初，著名的英國天文學家和物理學家愛丁頓發表了一個對發展相對論極為重要的想法，即有可能用直接的觀察驗證光是否具有引力的質量。

　　愛丁頓屬進一步深入研究和普及愛因斯坦思想的積極參加者。至今還流傳這樣一次有趣的對話，有一次，有人對愛丁頓說，他是真正懂得相對論思想的三個學者之一，並且注意到愛丁頓臉上為難情緒後，就開始使他相信這真是這麼一回事。愛丁頓回答說：「不，我不過在問自己，您認為的第三個學者是誰呢？」

　　另外一些人說，愛丁頓的特點是有驚人的科學想像力和發明能力。他導致了對相對論的命運有非常重大影響的天文觀察思想的產生。如果說光具有引力質量，即重量，當它從重物附近經過時，就不可避免地要向重物方面偏傾，就像地球上空飛行的炮彈偏向地面，最後落地一樣。根據愛因斯坦引力論得出，光線經過地球附近時，將偏向一面的情形會覺察不出來，光線在一秒過程中總共偏傾10米。當經過更重的物體附近，即受到引力更大的作用時，光線偏傾的程度將更大。太陽附近光的偏傾將比地球附近大27倍。

　　如果恒星光在射抵地球之前經過太陽附近，它將偏傾，在星空照片中這顆星的圖像與沒有太陽時所拍的照片相比，將發現有位移。但是，當太陽當空時，星星，特別是太陽光盤附近的星星，既不可能看到，也不可能拍攝下來。因此，必須在日蝕的時候才能給太陽光盤附近看得見的星星拍照，需要選擇這樣一次日蝕，那時太陽正好位於亮星的光路上，這一次日蝕在1919年5月29日發生。愛丁頓在日全蝕地區內著手準備考察，並決定派出兩支考察隊：一支去幾內亞灣的普林西林西比島，另一支去巴西的索不拉爾農村。

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