正文

第四章 爱因斯坦和狭义相对论(1)

时间的形状:相对论史话 作者:汪洁


1900年,20世纪的第一场雪似乎来得比以往时候更晚一些,这不是一个平静的年份。在中国,孙中山接任了兴中会会长,正式登上政治舞台,以后他成为了中国第一个共和制总统;随后,义和团运动达到高潮,八国联军攻入北京,慈禧太后和光绪皇帝仓皇逃出北京城;而沉睡了900年的敦煌莫高窟也在这一年被首次打开,中华文明史被重新发现;在欧洲,尼采死了,弗洛依德发表了他的传世名著《梦的解析》,巴黎正在举办世博会和第二届夏季奥运会。这一切,都带着创世纪的味道。

两朵乌云

4月27日,此时的英国伦敦,天气还有点阴冷。在阿尔伯马街上的英国皇家研究所门前,人来人往,一位绅士彬彬有礼地扶着贵妇人上了马车,一起赶去听普契尼的歌剧《波希米亚人》。马车驶过后,两位老太太望着马车远去,羡慕地讨论着刚才那个贵妇人的礼帽式样,在两个老太太的身边,一个个穿着考究,表情严肃的绅士们走进了皇家研究所的大门。老太太们不知道,这些绅士都大有来头,全是当时欧洲最有名望的科学家,他们风尘仆仆地从欧洲各国赶来参加科学大会,是科学界的一件大事。

皇家研究所的主席台上,站着一位白发苍苍的老者,此人就是德高望重,而又以顽固著称,已经76岁高龄的开尔文勋爵(Kelvin,1824-1907)。他用他那特有的爱尔兰口音开始了他的演讲。

“The beauty and clearness of the dynamical theory,which asserts heat and light to be modes of motion,is at present obscured by two clouds.The first came into existence with the undulatory theory of light,and was dealt with by Fresnel and Dr.ThomasYoung;it involved the question,how could the earth move through an elastic solid,such as essentially is the luminiferouse ther?”

(读者:呃,开洋文,鄙视你!)

各位听我说,说到演讲,马丁路德金的《I have a dream》在励志界是被引用最多的,但是在物理学界,开尔文的这段演讲是被引用最多的,所有关于物理学史的书一定会引用。虽然本书不是一本严谨的物理学史书,只是一本茶余饭后博得一笑的闲书,但我也不能打破行业潜规则,必须也要引用一下的。上面这段话的中文版本就很多了,五花八门,各种译法都有,考虑到我们都是物理学门外汉,所以我尽量用大家都容易理解的口语化的语言给大家翻译一下,至于精确性我就不管那么多了,业内人士尽管拍砖。

开尔文演讲道:“在我眼里,我们已经取得的关于运动和力的理论是无比优美而又简洁明晰的,这个理论断言,光和热都不过是运动的某种表现方式(热是分子的运动,光是电磁波的运动)。但是我们却看到,在经典物理学这片蓝天上有两朵小乌云让我们感到有些不安。自从菲涅尔先生和托马斯?杨博士创立了光的波动学说以来,我们一直都在苦苦寻觅一个问题的答案,那就是:我们的地球是如何在以太中航行的,以太这种被我们称之为“弹性固体”的看不见摸不着的物质存在的证据又在哪里?这就是我要说的第一朵乌云。”

毫无疑问,开尔文嘴里的这第一朵乌云就是指的麦克尔逊—莫雷实验不但没有能证明以太的存在,反而貌似恰恰证明了以太的不存在。估计大家还很好奇开尔文所说的第二朵乌云是什么,他所说的是黑体辐射实验的结果和理论不一致带来的困惑,这第二朵乌云牵出的又是一个长长的激动人心的故事,但这个故事不是本书的重点,再次推荐精彩程度远胜本书的曹天元著《上帝掷骰子吗?量子物理史话》,看完那本书你就知道这第二朵乌云意味着什么了。

这第一朵乌云在我们耳朵里面已经隐隐的传来了雷声,很快就要遮云蔽日,掀起狂风大浪了,此时的物理学界,已经是山雨欲来风满楼了。


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