爱因斯坦发现的相对论,的的确确是一个伟大的理论,这是上个世纪人类对这个宇宙秘密最深刻的一次发现,这个理论可以解答你心中无数的疑惑。你可能还是在感到茫然地看着我:“我听说过相对论,可是它跟我们的日常生活有关系吗?”
当然是有关系的,比如,GPS导航系统现在已经是一个满大街都可以看到的常用小电器了,我估计很多读者都有一个车载的,或者手机里面就有一个。我告诉你,如果没有相对论,那么这玩意可就会出大问题。因为根据相对论,卫星上面的时钟会比地面上的时钟走得快,每天大约快38微秒(0.000038秒),这个时钟的快慢并不是因为计时器精度不够造成的,而是因为真正的时间本身变慢了。你设想一下,如果人类没有掌握相对论的知识,那么就不会知道发到天上的卫星哪怕用再精确的计时工具计时,也不可能消除这个误差。你千万不要小看这似乎微不足道的38微秒,如果不校正的话,那么GPS导航系统每天积累的误差将超过10公里(当然这个误差是垂直方向上的,不是水平方向上的),如果美军用这个来导航导弹的话,那麻烦可就大了。因此在GPS卫星发射前,要先把其时钟的走动频率调慢100亿分之4.465,把10.23兆赫调为10.22999999543兆赫,这些数字全靠有了相对论才能那么精确地计算出来。
神奇!你大概会惊呼一声,相对论原来就是这个啊。哦不,这并不代表相对论,卫星上的时间变快只不过是相对论无数推论中的一个,我们通过相对论可以精确地计算出卫星上的时钟和地面上的时钟的误差到底是多少。相对论还有很多很多的推论,小到推测水星的运行轨道、在发生日全食时星星的位置,大到可以推演太阳的过去与未来、甚至宇宙的过去与未来。神奇!你再次惊呼一声,不过你越说越玄乎了,我还是有点不信,你先别说得那么远,你前面说啥来着?时间本身变慢了?这个太让我难以理解了。在我眼里时间本身是均匀流逝的,我们感受的所谓快慢无非是我们自己的感觉在变化,即便是你的表和我的表走时不准那也不是时间本身不准,而是我们的手表精度不够造成的。中午12点整开饭对任何人来说都是12点整开饭,这是一个客观事实摆在那里,不会因为我们用的是一块真的劳力士还是一块山寨劳力士而改变。坦诚地说,我非常理解你的这种想法,并且,我还要恭喜你,你的这个思想和伟大的牛顿是一模一样的。但非常遗憾,这个想法错了,真的错了。
相对论是研究时间、空间、运动这三者关系的理论体系的总称,它是这100多年来人类最伟大的两个理论之一(还有一个是量子理论,那又将是一个长长的激动人心的故事,推荐阅读《上帝掷骰子吗?量子物理史话》,作者曹天元),诺贝尔物理学奖是不足以来评价相对论的伟大的。如果上帝真的存在的话,上帝过去总是说:“人类一思考,上帝就发笑。”相对论之后,上帝改口了:“人类一思考,上帝就发慌。”
我们对相对论的误解实在是太多了。大多数人都觉得相对论很神秘、很深奥,是大科学家才能理解的东西。这种误解来源于一个广为流传的关于相对论有多难懂的故事,说的是一个记者问天文学家爱丁顿:“听说全世界总共只有三个人能懂爱因斯坦的相对论,您是其中之一,是不是这样?”爱丁顿一时沉默了,正当记者以为爱丁顿要反驳的时候,没想到爱丁顿说:“我正在想另外两个人是谁。”我估计当时这个记者就震惊了。不管这个故事是真是假,总之给我们的一个印象就是相对论很难懂。但是大家千万不要忘了,这个故事发生在100多年前的1906年,那时候相对论刚刚被爱因斯坦用严谨的数学语言描述出来,对那个时代的人来说确实是很难理解的。不要说相对论了,你想象一下如果你回到乾隆年间,对大知识分子纪晓岚说随便找一个三角形的东西,把三只角割下来拼在一起,不多不少,总是恰好能拼出直直的一条边。
(把三角形的石桌的三个角割下来拼在一起,必定可以得到一条直边)
铁齿铜牙的纪晓岚一开始肯定不信你,真的去找了一些三角形的物件来,一验证,发现完全正确,即便是我们的大知识分子,纪晓岚也会表示很神奇。但要是在现代,随便找一个初中生就能给你证明三角形的内角和是180度,他会告诉你这是一个很简单的几何常识。
同样,相对论的一些基本原理和概念对我们现代人来说,也一点都不高深,不神秘,很好懂,关键在于你是不是愿意听我娓娓道来。
关于相对论的谣言粉碎机
某些伪哲学家最喜欢说的一句话就是“伟大的爱因斯坦发现了这个世界的奥秘:世间万物都是相对的,没有什么是绝对的”。
胡说八道!尤其是每当我跟某些人说“这是不会变的”的时候,对方告诉我爱因斯坦的相对论禁止这种想法。我忍不住就大喊一声:“胡说八道,谁告你爱因斯坦说过这句话,别给爱因斯坦抹黑!”事实上,爱因斯坦在晚年一直很不喜欢别人把他的理论叫做“相对论”,他自己觉得他的这个理论应该叫做“不变论”,因为他的理论中最重要的部分是那些数学方程式中的不变量。爱因斯坦深以为自豪的是他发现了宇宙中一些永恒不变的常量,更何况整个相对论都是从“在真空中光的传播速度恒定不变”这一实验基础上发展而来的。如果当年相对论真的如爱因斯坦所希望的那样叫做了“不变论”,我很想知道伪哲学家们是否又要说:“伟大的爱因斯坦发现了这个世界的奥秘:不管世界怎么变化,永恒的永远就是永恒的。”
有很多人认为相对论是用来造核武器的理论,爱因斯坦正是现在人类面临的核危机的罪魁祸首。这次日本大地震导致的福岛核电站的泄漏又一次带来了很多这样的谣言“要不是爱因斯坦,要不是相对论,何至于此”。
我只能表示无语。事实是关于核武器,爱因斯坦唯一做过的一件事情是在一封很多科学家写给美国总统罗斯福的信上签了字,这封信主要讲的是希特勒有可能正在研制一种威力巨大的“新型炸弹”,如果被希特勒研制出来,很有可能改变二战的进程,美国也应该组织力量进行研制,以阻止可怕的灾难性后果。而相对论只不过是对这种新型炸弹为什么会有如此大威力的一种理论解释,即便没有相对论,这种炸弹也一样能造出来,只不过人类不知道为什么威力如此巨大而已。这就好像我放了一个屁,把自己臭死了,但我百思不得其解为什么这么臭,直到有一天化学家和生物学家通过研究发现了臭屁的原理,但是没有理论仍然不能阻止我放出臭死自己的这个屁。正如有着“活着的爱因斯坦”之称的霍金指出的那样:把原子弹归咎于爱因斯坦的相对论就如同把飞机失事的责任归咎于牛顿的万有引力定律类似.