愛因斯坦——從坐馬車想到相對論

——從坐馬車想到相對論

阿爾伯特·愛因斯坦（1879—1955），是20世紀最偉大的物理學家。他在物理學的量子論、宇宙學、相對論三個不同領域取得了歷史性成就。特別是他的狹義相對論更是具有偉大的科學意義。

在愛因斯坦不足16歲的時候，有一次乘坐馬車，當他看到馬車經過時，忽然產生了一個奇怪的念頭：如果有人以光速和光線一齊前進，那么，是不是將看到光線乃是靜止在空間中的電磁波呢？

就像我們坐在一輛勻速行駛的汽車上，觀察與我們以同樣的速度、同樣的方向，一塊兒前進的另一輛汽車一樣，感覺那輛汽車似乎是不動的。

可是，愛因斯坦卻憑著推理和想象，認為那是不可能的。

火車上的乘客，相對于火車沒有運動，相對于地面卻以每秒幾十米的速度飛馳而過。火車相對于地面運動、地球相對于太陽運動，這些都是相對運動。但是，如果按此繼續推導下去，太陽相對于銀河系中心運動，那銀河系又相對于什么運動呢？

根據經典物理學的解釋，除去相對運動外，還有絕對運動，即相對于絕對空間的運動。牛頓把它解釋為：“是和外界任何事物無關，而永遠是相同的和不動的。”

既然絕對空間和外界毫無關系，那它又是如何存在和被人所了解的呢？

對于這個問題，愛因斯坦決定從“以太之謎”入手進行研究。

“以太”這個詞，是古希臘人的創造。他們認為空氣中充滿著這種以太物質是肉眼看不見的，但無處不在。

牛頓借用以太一詞，把它作為萬有引力的傳播媒介。

但光的“波動說”卻認為以太是光波的傳播媒介，就像空氣是聲波的媒介一樣。

“波動說”還認為，以太無所不在，不但充滿宇宙空間，而且滲透于氣體、水和一切物體之中。它沒有一點摩擦阻力，不影響一切物體的運動。

19世紀末，以太又被人們說成是電磁場的承擔者和電磁波的傳播者。還有人干脆把這樣看不見摸不著、說不清道不明的以太，說成是牛頓的絕對空間！

這種說法可靠嗎？“難道光只有借助傳播媒介才能傳播嗎？而這種傳播媒介又只能是以太嗎？”

“既然沒有任何東西，能夠證明絕對空間和絕對時間的存在，那么，它們就是不存在的。”

在狹義相對論中，愛因斯坦提出了兩個基本原理：

一、光的速度是不變的。

二、當物體運動的速度接近或達到光速時，相對該物體來說，時間將減慢。即所謂狹義相對論原理。

愛因斯坦又根據狹義相對論原理，推導出了物體的質量也與運動密切相關，運動速度增加，質量也隨之增加，并得出了質能關系式：E=mc2，即物體轉化為能量時，能量的總值相當于它的質量與光速的平方的乘積，從而揭示了原子內部蘊藏著巨大能量的秘密！

對于相對論原理，愛因斯坦自己曾經做過簡明扼要的說明：

“要點是這樣的：早先人們認為，假如由于某種奇跡，一切有形體的事物突然一下子消失了，那么空間和時間仍會留下來。照相對論來說，空間和時間是和一切事物一起消失的。”

時間、長度和質量是力學研究中的三個基本量。在牛頓的力學中，它們是絕對的、不變的。但在相對論中，它們卻又變成了和測量者所在的坐標系有關的量。

此外，在牛頓的力學中，質量和能量二者分明，互不相關，各自守恒。而在相對論中，牛頓的守恒定律就變成了質能守恒定律，即E=mc?2?。

于是，空間和時間統一起來了，物質和運動統一起來了，質量和能量統一起來了。這是一場真正的物理科學的革命！

愛因斯坦由平常乘坐的馬車引發聯想，通過豐富的想象力，開創了他終生事業標志的相對論，證明了“任何事都不是絕對的，而是相對的”。愛因斯坦是20世紀最偉大的科學家，他總結出了一條自己成功的公式：成功=艱苦的勞動+正確的方法+少說空話。