第19章 1g質量所具有的能量可供一盞千瓦電燈點燃的時長(1 / 1)

看了這個標題,你一定驚詫不已,微不足道的1g物質,為什麼會有如此大的能量,能讓一盞1000W的電燈點亮近3000年?這得從愛因斯坦的相對論裏尋找答案。

在愛因斯坦以前,人們對物理世界的看法與今天完全不同。那時,人們以為真空充滿了“以太”,所以光才能在其中傳播。宇宙本身是靜止的,因此稱為“絕對空間”;要確定地球、太陽、恒星在其中的運動,必須確定它們相對於“以太”的“絕對運動”。

1905年,愛因斯坦發表了狹義相對論,提出了兩條基本原理作為討論運動物體光學現象的基礎。第一條叫做相對性原理,第二條叫光速不變原理。他摒棄了牛頓經典力學中的速度合成法所依賴的兩個假設,即兩個事件發生的時間間隔與測量時間所用的鍾的運動狀態沒有關係,以及兩點的空間距離與測量距離所用的尺的運動狀態無關,首次把時間與空間聯係起來,認為物理的現實世界是各個事件組成的,每個事件由時間坐標和空間坐標構成一個四維的連續空間。

以往人們一直認為質量和能量是截然不同的,它們是分別守恒的量。愛因斯坦發現,在相對論中質量與能量密不可分,他提出了一個著名的質能轉換公式:Emc2,其中c為光速,質量可以看作是物質能量的量度。也就是說,1g質量可以轉化為9×1020erg能量,足夠一盞1000瓦的電燈點燃2850年。

1915年,愛因斯坦發表了廣義相對論,其中涉及加速運動和萬有引力問題。他提出了一種全新的觀點,即將引力看作是空間的一個屬性,而不是物體間的作用力;由於物質的影響,空間變得彎曲,而物體可以沿著阻力最小的曲線移動。廣義相對論能夠解釋牛頓力學所無法解釋的一些運動現象,例如行星間變化著的引力所造成的攝動。天文學家將愛因斯坦的理論運用於水星和金星後發現,計算結果準確地符合行星軌道近日點的移動。

愛因斯坦的理論預言了兩種新的現象,其一是強大的引力會導致恒星光譜向紅端移動;第二是引力會使光線偏折。這兩個預言後來都得到了證實。特別是1974年9月,美國麻省理工學院天文學家泰勒等人發現,一個以每秒200轉左右的速度自轉的中子星和它的伴星在引力作用下相互繞行,公轉周期隻有0.323天,它們因引力波的作用而逐漸損失能量,相互旋轉一周所花的時間每10年就要減少4s,或者每年相互靠近約1cm,觀測結果與廣義相對論的預言完全符合。泰勒因此而獲得1993年度諾貝爾物理學獎。