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第23章 发表的文章(1)

我对反相对论公司的答复

我首先要指出的是,得出相对论基于的那些事实都是无可争辩的。我至今还没听说过有哪位科学家怀疑相对论是遵循逻辑建立起来的。当然了,我指的这些科学家是指在理论物理学中作出过贡献或者取得过成就的人。他们都是当代最伟大的物理学家,其中有H.A.洛伦兹、M.普朗克、索末菲、劳尔、玻恩、拉摩、爱丁顿、德比杰、朗之万、勒维--契维塔等。就我所指,这些人都是相对论的坚定支持者,同时他们也对这一理论的建立贡献了自己的力量。要说有影响的人物中有谁反对相对论,我只知道勒那德。尽管我很钦佩这位伟大的物理学家,但是我必须要说他只是在实验物理学方面精通而已,对于理论物理学他几乎一窍不通,也从没取得过什么成绩,就连他反对广义相对论的那些问题也十分幼稚,我甚至觉得没有必要给他作答复。

我不喜欢为相对论大吹大擂,甚至有些厌恶。但没想到我的这种沉默居然也被人当成是反对相对论的理由。凭良心说,我在生活中注重的是遵循客观的规律和事实。我厌恶夸夸其谈,无论是关于相对论还是关于我自己。不过,当做一种玩笑来说还是可以的。我就时常开这种玩笑来嘲笑我自己。现在,我想给那些反对相对论的大人们提供一个机会。

后来我注意到了,在我提出建议之后,在瑙海姆举办的科学家集会的组织者就安排了一个关于相对论的讨论。无论是谁,都可以去那里提出自己对相对论的反对意见,把这些意见在一个科学家的集会上展示给大家。

什么是相对论?

--“时间、空间和万有引力”

我非常高兴《泰晤士报》能给我这样一个机会,让我写一点我的相对论。我已经有很长时间都跟学术界的人士断绝联系了,现在有这样一个机会,这令我很感动,借此机会,我要对英国天文学家和物理学家表示感激。

战争时期,你们国家的一些著名科学家为了验证一个在敌国完成并发表的理论,甘愿耗费很多的时间和精力,而且你们国家的科学事业单位还会付诸大量金钱支持,这完全是由你们国家的科学工作方面伟大而光荣的传统决定的。虽然太阳引起光线的弯曲是一件客观存在的事实,但对我的英国同行们,我还是要表示我最衷心的感谢。因为如果不是他们进行了那次探测工作,我估计在我在世的时间里,我是很难看到我的理论中最重要的部分得以证明。物理学的理论分为很多种。其中最多的就是构造性。这种构造性从最简单的形式体系开始,为比较复杂的现象描绘一幅图像。气体分子运动论就是最好的例证,它认为机械的、热的和扩散的过程都是因为分子运动的结果。当我们认为,我们已经成功把一大堆自然过程了解得很清楚了,那么我们也就是在说:已经建立了概括这些过程的构造性理论。

另外,还有一类重要的理论,这就是“原理理论”。这种理论不使用综合法,而采用分析法。它们是从经验中发现自己的基础和出发点的,没有采用假说构造。它们是一类原理,也是自然过程的普遍特征。这些原理还必须依据数学形式,才能给出各个过程或者它们的理论表述方式。热力学正是做了这项工作,它利用分析方法,从不能存在的永动机出发,导出了满足各个事件成为可能的必然条件。

构造性理论和原理理论各有特点。前者在解释事件时,完备、适应性强而且明确;而后者逻辑完整,基础扎实。相对论正是属于原理理论范畴。

要了解相对论的本性,首先必须要弄清楚它所根据的原理是什么。在我具体讲相对论之前,我必须先告诉大家,相对论具有相反的两大块儿,有点像一座两层的建筑,即狭义相对论和广义相对论。狭义相对论是广义相对论的基础,几乎适用于一切物理现象,但要把引力排除在外;而广义相对论则正好拓展了狭义相对论,提出了一种引力定律,还指出了它与自然界其他力的关系。

从古希腊时代起,我们就知道:要描述一个物体的运动,不能单独地描述它,必须得借助一个参照物,这就需要我们找到适合做参照物的另外一个物体。描述一辆车的运动状况,需要以地面做参照物;而描述一颗行星的运动,那就需要以所有可见恒星为参照。在物理学中,能在空间上为一个事件做参照的事物就是坐标系。如果没有坐标系,伽利略和牛顿的力学定律是没有办法用公式表示出来的。

为了使力学定律有效,对坐标系的选择必须慎重,即要求它必须没有转动和加速度。在力学中,一般把这种坐标系叫“惯性系”。力学认为,自然界不是惯性系的运动状态唯一的决定因素。我们还需要知道这样一条定理:如果一个坐标系对一个惯性系作匀速直线运动,那么这个坐标系也一定是一个惯性系。“狭义相对性原理”正是推广了这个定理,把所有的自然界事件都包含在内了,也就是说:自然界的那些普遍规律,只要对坐标系C适用,那么对相对于C作匀速平移运动的坐标系C’来说,同样适用。

除此之外,狭义相对论还有另外一条原理--“真空中光速不变原理”。这条原理认为:在真空状态下,光的传播速度是恒定不变的,也就是说,在真空中,光速不受观测者的位置和光源的运动状态影响。物理学家都认为这条原理是正确的,因为麦克斯韦和洛伦兹的电动力学已经取得了很大的成就。

尽管有很多强有力的事实和经验为其做后盾,但从逻辑学上看,这两者似乎又是互相矛盾的。狭义相对论正好解决了这个矛盾,把两者在逻辑上做了很好的调和,因为它对经典运动学做了一定的修改,即(从物理学的观点)论述时空规律的学说。比如,除非指明两个事件是对某一坐标系而说,否则就不能说这两件事是同时发生的;同样,描述一个东西的形状或说时钟运行得快或者慢,都必须把它们相对应的坐标系的运动状态考虑在内。

但旧的经典物理学,包括伽利略和牛顿的运动定律在内,不能解释这样的相对论运动。假如上述两条原理完全适用,那么在相对论运动学中适用的普遍数学条件,与自然规律不能相违背。这些条件必须适应物理学。比如,科学家发现了飞速运动着的质点的新运动定律,这个定律已经被带电粒子的运动情况证实了。狭义相对论中有一个最重要的思想,就是物质体系的惯性质量是怎样确定的:一个体系的惯性质量与它所包含的能量有关。紧接着,我们又得出这样的结论:惯性质量越多,潜在的能量也越多。就这样,质量守恒原理在这里失去了原有的作用,而能量守恒原理在这里便突显出来了。

狭义相对论其实在很大程度上是发展了麦克斯韦和洛伦兹电动力学的内容,将他们的理论更加系统地表现出来了,但结果又超出了它的范围。接下来就产生了一系列疑问:难道只有坐标系的相互匀速平移运动才适用“物理定律同坐标系运动状态”定理吗?我们的坐标系及其运动状态同自然界之间的关系到底是怎样的?在我们描述自然界的时候,如果必须引入一个随机抽取的坐标系,那么在选取时,它的运动状态就不能有什么限制条件,也就是:定律就是定律,不受选取的限制(广义相对性原理)。

下面,我来介绍一个早已被认可的经验事实,这样可以帮助我们理解这条广义相对性原理。这个经验就是:同一常数同时对物体的质量和惯性起作用(惯性质量与引力质量相等)。假设有一个坐标系对另一个牛顿惯性系作匀速转动,那么按照牛顿的观点,这个坐标系中产生的离心力就是惯性效应的结果。但事实并不是这样的,因为这些离心力像重力一样与物体的质量成正比。在这种情况下,完全可以认为这个坐标系是静止的,而离心力就是万有引力。但这一观点是经典力学所不容的。

通过以上简略的叙述,我们明白,要解释广义相对论,必须提出引力定律。这个想法已经被很多人研究过了,我们看到了希望。

不过,这条道路并不是一马平川的,仍然存在很多意想不到的困难,因为它要求我们必须把欧几里得几何放到一边。也就是说,欧几里得几何给出的物体的空间定律,对于固体在空间里可能用到的定律并不完全适合,这就是“空间曲率”。在这种情况下,“直线”、“平面”都失去了它们原来的含义。

在广义相对论中,运动学,也就是空间和时间的学说,将会与物理学的其他部分产生密切的关系。物体的几何性状和时钟的运行快慢都会受引力场的作用,而物质本身又影响着引力场。

从原理上来看,新的引力场理论同牛顿的经典理论有很大的不同,但它们的实际结果是很相近的,靠以往的经验想找到它们的区别还是有难度的。截至目前,只有以下几种情况存在依据:

(1)行星绕太阳旋转的轨道是椭圆的(有水星为例,并得到了证实)。

(2)在引力场中,光线会发生弯曲(英国人已在日食中观察到了)。

(3)大质量的星球向地球发出的光线,波长将会红移(还没有事实可以证明)。

当然,若证明一个东西是错误的之后,就马上抛弃它,或者只对它进行修改而不从结构上进行改变,是完全不可能的。

大家要知道,牛顿的伟大工作和理论是整个近代物理学的概念基础,而且没有什么理论能够轻易动摇它,包括我的理论,他的理论在很大层面和时间段内都将保有独特的意义。

科学家和爱国主义

战争是国际合作和文化发展最可怕的障碍。战争让知识分子无法正常工作,年轻力壮的人疯狂地参与战争,年纪大的人变得仇恨和失望。而且,战争致使国家贫困,所以,珍惜文化价值的人都应该成为和平主义者。

科学同和平主义是什么关系呢?显然,纯粹科学对于和平主义思想影响非常小。历史科学中的大多数代表人物对于和平主义事业没出过什么力。甚至有许多历史学家在大战期间奉行粗暴的军国主义和沙文主义。

自然科学与以上的历史学家不同。自然科学家和经济学家一样,容易接受和平主义,因为他们的工作必须依靠国际合作。他们知道,一旦发生战争,经济必然会遭到一种毁灭性的破坏。

我们最感兴趣的是科学的物质作用,而不在于它对人们思想的作用。科学技术的发展,使全世界的经济不再独立:每一次战争都能对全世界产生重大影响。如果我们对没有战争期间的这种发展的重大意义了解很深,就会要求创立一个组织,把战争遏制在萌芽阶段。

对上海的印象

中国人给人最深的印象就是他们勤劳,对生活要求非常低。与印度人相比,中国人更乐观、更天真。大多数中国人肩负着沉重的负担:不管男人还是女人,每天都在辛苦劳碌着,只为了能挣到五分钱。他们没有意识到他们命运的可怕。但这对于我来说,实在是悲惨。

上海的访问使爱因斯坦对中国人民的生活有了一种看法。在这个城市里,欧洲人高高在上,是统治阶级,中国人则是他们的奴仆,这种差别刺激了近年来革命事件的爆发。这个国家有着伟大的文明,但这个国家的人们是麻木的。他认为这是地球上最贫困的民族,他们努力劳作,所受的待遇还不如牛马。

科学的国际主义

欧战时,民族主义和政治狂热达到了顶点,埃米耳·费歇在科学院(3)的一次会上郑重地讲道:“先生们,不管你们愿不愿意承认,科学永远是国际的。”

伟大的科学家即使在国际冲突的年代也没有改变这个观点。欧战时,每个国家的大多数代表背叛了他们神圣的职责。“国际科学院协会”被解散就是一个例子。直到今天,国际的一些学术会议还不允许敌国的学者参加。政治考虑使纯粹客观性不可能存在,而没有客观性,就不可能获得伟大成就。

对于恢复知识界的健康,好心人能做些什么呢?首先要心怀道义,只要知识分子心怀怨恨,就不可能安排一次真正有意义的国际会议。心胸开朗的人还要与反对恢复科学工作者国际组织的心理作斗争。

明智的人可以通过同志同道合的人保持密切的接触,坚定地保卫国际主义事业,为复活国际组织作出重要贡献。成功的道路是曲折的,但前途是光明的。我一直对英国同事们怀有敬意,在困难的年代中,他们始终不渝地保卫着知识分子。

无论在什么地方,个别公民的态度总是比官方的声明好得多。我希望人们记住下面这句话:Senatores boni viri,senatus autem bestia.(体面的元老院议员,穷凶极恶的元老院。)

我对国际组织的进展抱着极大的希望,因为经济发展非常依赖科学家的工作,甚至也包括反动科学家的工作。所以,就连这些人也会帮助建立起一个国际组织。

宗教和科学

人类的一切所作所为和脑子中所想的无非就是满足自己的需要或者缓解痛苦。这也是了解人类精神发展不可忽视的一点。这些迫切得到满足和缓解痛苦的愿望,同时也是一股动力,推动人类向前发展。无论他人表现在我们面前的努力是怎样高大或者微小,他们背后的动力都是一样的。既然如此,那将我们引向宗教信仰的动力又是什么呢?这个问题并不是很难回答,我们只需对各种宗教稍作了解便可以得出答案。是各式各样的情感在引导人们信仰各自的神明。比如说,在原始社会中,真正让人们全身心投入信仰的是一种恐惧大自然的情感。当时的人们不懂科学技术,对任何不解的事情都会感到恐惧。比如大自然中的野兽,突如其来的疾病与死亡,等等。人们无法解释这些他们眼中的怪事,就虚构出了一些鬼神。这些鬼神大致模样与人差不多,只是太过邪恶,一切让人们恐惧的事情都是出自这些鬼神之手。人们自知无法对抗他,便把他供奉起来祭拜,以求能得到原谅,甚至是赏赐。由此可见,人们对这种鬼神是敬畏的,害怕的。这种惧怕代代相传,后人不仅惧怕他们,更希望他们能降福于自己。总之,这种建立在惧怕基础上的宗教,被称为惧怕宗教。这种宗教没有创教人,是自发形成的。随着信仰的加深,有一个特殊的阶层逐渐形成,他们就是僧侣阶层。僧侣们给自己的定位很独特,他们称自己能连接上天和凡间,把人们的疾苦告诉神明。这对人们来说是一个好消息,于是都纷纷供奉他们。随着时间越来越长,僧侣们管的事越来越多,并最终称霸。这时,无论是部落首领还是贵族阶级,他们为了稳定自己的统治并保障自己的特权,纷纷担任一些僧侣的职责;也可以说为了建立起一个霸权,统治者与僧侣阶层同流合污。

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