阿爾伯特·愛因斯坦(1879~1955),猶太人,出生在德國。他是20世紀最偉大的物理學家。1896年,愛因斯坦考入瑞士的蘇黎士聯邦大學,並從此開始了終其一生的物理學研究。他獲得了多方麵開拓性的研究成果,並獲得諾貝爾物理學獎。愛因斯坦在物理學的量子論、宇宙學、相對論三個不同領域取得了曆史性成就。特別是他相對論中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,當他看到馬車在地麵上經過時,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,那麼,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像,認為那是不可能的。
火車上的乘客,相對於火車沒有運動,相對於地麵卻以每秒幾十米的速度飛馳而過。火車相對於地麵運動、地球相對於太陽運動,這些都是相對運動。但是,如果按此繼續推導下去,太陽相對於銀河係中心運動,那銀河係又相對於什麼運動呢?
根據經典物理學的解釋,除去相對運動外,還有絕對運動,即相對於絕對空間的運動。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係,那它又是如何存在和被人所了解的呢?
對於這個問題,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以太這種物質,它是肉眼看不見的,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,而且滲透於氣體、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。還有人幹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?“難道光隻有借助傳播媒介才能傳播嗎?而這種傳播媒介又隻能是以太嗎?”
“既然沒有任何東西,能夠證明絕對空間和絕對時間的存在,那麼,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,並得出了質能關係式:E=mc2,即物體轉化為能量時,能量的總值相當於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!
對於相對論原理,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,假如由於某種奇跡,一切有形體的事物突然一下子消失了,那麼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係有關的量。
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=mc2。
於是,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!