《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第30节作者:
浅论物理 广义相对论方程,导引出宇宙不是膨胀便是收缩的结论。其中也隐含着宇宙天体必将存在最终塌缩的结局。爱因斯坦为此深深担忧,不知这意味着什么深远的含义,他也拒绝相信这会发生。但是1939年,美国物理学家奥本海默(1904~1967年)提出,大于太阳质量两倍的恒星,到了耗尽其所有燃料的晚年,终将会由塌缩走向灭亡。由于二次世界大战的干扰,奥本海默被卷入试制原子丨弹丨中去了,关于这方面的研究工作不得不暂且停滞不前了。
狄拉克所创建的量子场论,把狭义相对论和量子力学进行了结合,量子场论中的粒子物理学标准模型就是一个相对论量子场论。它描述了包括电磁力、强力、弱力在内的三种基本相互作用力及各种粒子;并且他的方程还可以导出反粒子。由此及彼物理学中发展出了当代粒子物理学。
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日期:2009-12-10 09:06:29
以后在霍金的不断继续努力之下,爱因斯坦相对论所作的种种预言,暗示才逐渐越来越清晰地呈现出来。它揭示出,由于时空弯曲的事实证明,必定会出现一个奇点,该奇点就是宇宙大爆炸,是宇宙的开端、宇宙诞生的起点。同样塌缩的天体也必然会导致黑洞的形成,也就是趋向天体或宇宙的终点。他还进一步发明了黑洞面积定理及黑洞蒸发定理,将量子理论与广义相对论统一了起来。可以说揭示出已有150亿年历史宇宙的宇宙学的形成,主要还归功于相对论。虽然在时空奇点处,曲率无限大,经典理论不再能很好地描述宇宙时,经典广义相对论这时就必须由量子引力论取而代之在宇宙学的研究。而根据广义相对论,宇宙大爆炸导致出宇宙的起源,时间的开始的重大意义,告诉了人们爱因斯坦是在整个20世纪中,获得人们长久尊重的最伟大的人物。
爱因斯坦曾经说过,如果他不在1905年发表狭义相对论,五年之内一定会有其它人发表的,但是如果他不在1915年发表广义相对论,则人们至少得等五十年,这个估计是并不过分的。广义相对论是将狭义相对论与引力论相结合起来。它的基本实验也就是伽利略在比萨斜塔进行的自由落体实验,也就是引力质量和惯性质量的等效性。但是仅仅为了真正全面阐明它的物理含义,人们就整整等待了三百年。直到广义相对论的发现才深刻地将其揭示出来。这其实就和为什么千百年来只有当苹果掉到牛顿的头上,才会激起整个物理界巨大的反响一样。所以若不是出现爱因斯坦,再继续等待五十年是有可能的。爱因斯坦说,即使他没有来到这个世界上,狭义相对论也会出现,因为水到渠成,时机已经成熟了,这就更无用置疑了。但是广义相对论则不然。他怀疑如果他未建立起广义相对论“它是否会为人知”。广义相对论被称作“第二次爱因斯坦革命”这是一次极大的飞跃。
1921年爱因斯坦因他的光子理论而获得诺贝尔物理学奖。其实爱因斯坦在相对论上所作的重大贡献,对人类起到的作用更加重要;只是因为诺贝尔评奖委员会一直对激进的相对论持有谨慎的态度,对空间和时间被弯曲的思想仍然被认为是缺乏实例证实的有争议性的猜测,所以所颁给他的奖用解释光电效应来代替了。确实直到如今诺贝尔奖还从来没有对相对论理论学家颁发过。
20世纪的伟大科学家爱因斯坦,是带着对科学的极大的好奇心迈入圣洁的科学殿堂,为了科学的创新而不惜抛弃世俗的财富、名声及身体的健康。他的科学发现、光辉的相对论,为人类科学的发展做出了不朽的功绩,他为人类创下的这划时代的伟业,赢得了人们的尊重与永不磨灭的赞誉,这是真正无可比拟的。
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日期:2009-12-11 10:28:01
为了美好的将来,在物理学永无止境的崎岖小路上,无以计数的科学爱好者,勇于不断地攀登,寻求着更新的高峰。也许正沿着各种不同的道路在不懈地向着一个共同的目标前进。正如爱因斯坦指责量子理论说:“一个由现实物体所构成的有着完美定律的宇宙中,你信奉一个玩骰子的上帝和自我,而我却用一个大体上思辩的方式去理解它。”并且直到广义相对论取得成功后,他还劝告出版商们说:“……这东西怕是很少有人看得懂。”当年卓别林与爱因斯坦第一次会面时有过这么一段真实的对话:……卓别林说:“爱因斯坦先生,你是世界上最伟大的科学家,你的相对论,没有几个人懂。”爱因斯坦笑容可掬风趣地回答:“卓别林先生,你是世界上最伟大的艺术家,你的电影没有人不懂。”
但就是这众人所难以理解的仅通称为经典理论的相对论,开创了宇宙学,将人类领入浩瀚的宇宙翱翔。而同样似乎是在掷骰子般的,做“不确定性”游戏的量子理论家们在那看不见、摸不着的难以探知的微观世界中摸索前进,建立起有关微粒子理论,将物理学大大地加深推进到一个同样划时代的辉煌境界。
我们假想一下,两千多年前的欧几里得若有知的话,他会对他那被弯曲了的空间:不圆、不方、三个内角之和无定数的三角形、发散或交叉了的平行线,这样一系列畸曲了的几何图形会发表怎么样的感慨呢?曾经获取最为成功称号的万有引力理论的创始者牛顿,直面因此而被称之为犯了不完整的或根本性错误的指责,又会做些什么呢?
牛顿大概会说,时间没有错!空间也没有错!我所行走的平面依然还是那么平整!至于你们愿在那弯得不成样的畸曲平面上前进,那是你们选择的自由。虽然你们也取得了成功,但却是那么费解,不如在原先那平整平面上那么简洁易得;至于不完备,那也只是各发展阶段所必然会遇到的问题,可在今后不断地补充与发展。
其实用牛顿物理学对相对论中所解决的问题,也不全然是不可探讨的。就拿狭义相对论中爱因斯坦第二假设:“光在所有惯性系中速度相同。”来说,这只应该是一般通俗适用的规律。我们在说速度的时候,是离不开既有质量又带有能量的物质,而单独抽象的脱离具体事物的速度是不存在的。只是过去人们对陌生的光子等微粒一无所知时,并不知道它们是什么,更不知它们本身有质量,并且还是由能量在推动它们运动的。实际上凡是讲到速度,都是对具体研究对象有所专指的;也就是说必须是有能量带动的具有质量的物质,那怕它质量再小。另外,在其无论以什么方式获取运动能量时,是依据牛顿力学来得到加速度的。并且在以后整个运动过程均遵循各运动力学的规律。
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日期:2009-12-12 08:55:54
2000年5 月美籍华裔物理学家,王利军用实验证明找到了比光速还快310倍的速度。这一实验若能得到更进一步确认的话,不是就可以说激光在铯气这种传递介质中可以得到比真空介质中更快的速度吗?所谓:“光的正常速度”的提法,是不是只是一种忽视了传递介质这一重要的、不可遗漏的作用的不全面说法?真空中的光速这一终极性的速度的屏障是不是并不存在。
实际上很早以前就不断有人在向光速这一极限挑战了。1964年提出的贝尔定理,就阐明了利用实验来检验超光速响应存在的可能性。1982年阿斯派克特等人在实验上证实了超光速响应的存在。1992年斯奎尔斯提出过一种超光速通讯的实现办法。1994年格林伯格实验显示了人脑之间存在超光速响应。
而在超光速问题的研讨中,应该说还是在经典物理学的基础上进行的,只是已经深入迈进了很大的一步。我们再来看看广义相对论。在这里引力不仅是在一个固定的时空背景里作用的力。相反,引力是由在时空中物质和能量引起的时空畸变。“时空弯曲”是产生万有引力的原因。广义相对论引进了“四维时空的弯曲”这一奇特的概念来解释引力。而这个时间和空间的本质是物质性的,是一种具有特殊性质的物质。
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