广义相对论有现实基础吗,广义相对论被证实的有哪些

首页 > 体育 > 作者:YD1662024-01-16 01:25:39

1930年代早期,德国的政治环境日益动荡,而爱因斯坦三次访问牛津,他关于科学如何运行的新想法吸引并震惊了听众。

作者/Andrew Robinson

编译/姬扬 中国科学院半导体研究所研究员

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牛津大学自然历史博物馆(Oxford University Museum of Natural History)

牛津的科学史博物馆拥有18000 件藏品,最著名的却是一块不起眼的黑板——1931 年5 月16日,爱因斯坦在上面用粉笔计算了宇宙的大小、密度和年龄。博物馆网站称之为“尘世圣人的遗迹”,一些参观者“几乎把它当作圣物”。

1921年,爱因斯坦第一次访问英国时,曾短暂地来过这座城市。他和妻子埃尔莎在牛津呆了几个小时, 在物理学家林德曼(Frederick Lindemann)的带领下参观了这座城市和大学。

1931 年的再次访问也归功于林德曼。罗德基金会希望举办一系列的讲座来纪念商人和南非政治家罗德(Cecil Rhodes),委托林德曼发出邀请。爱因斯坦几乎不会说英语,他在1927 年7月拒绝了一次邀请,部分原因是健康状况不佳,“长期停留在外国和不熟悉的环境中……对我来说,是太大的负担,特别是考虑到语言的困难。”

1930 年,林德曼亲自到柏林邀请他,爱因斯坦同意做讲座,并访问牛津大学基督教会学院(Christ Church)。1931 年5 月1 日,爱因斯坦从柏林来到牛津。

讲座、黑板和语言障碍

爱因斯坦在牛津待到5 月27日,做了三场讲演。第一场于5 月9日在罗德堂(Rhodes House)举行,听众包括教职员及其家属和来自各个学科的500多名学生。报告用的是德语,黑板上写着英文标题“相对论”。第二场是在5月16日,讨论了相对论和膨胀的宇宙。据《泰晤士报》报道,有“两块黑板,事先写满了数学符号”。第三场是5 月23日,讨论的是统一场论,“试图通过引入定向空间结构来导出引力场和电磁场”(《自然》报道)。

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历史性时刻。1931 年5 月23 日,爱因斯坦获得牛津大学的荣誉博士学位

讲座的科学内容并没有持久的意义,更有趣的是听众对这种教育和社交活动的反应。据《牛津时报》(Oxford Times)报道,学院领导坐在大厅的前面,大学的年轻成员们坐在后排和走廊里,“女人们成群结队地去听爱因斯坦教授讲话”。

不幸的是没有翻译,尽管爱因斯坦竭尽全力,但是“有多少人完全理解德语?他们是否能理解爱因斯坦教授所用的语言?有多少人可以理解复杂的相对论?”在最后一次演讲里,爱因斯坦不仅写了方程,还画了一张图,“用粉笔在曲线上比划着来解释,并反复地转向听众和黑板”。

虽然“博学的听众忙着记录方程式”,但是院长怀特(Henry Julian White)肯定很难跟得上,他坐在前排,正对着演讲人。这位70 多岁的圣经学者,在整个演讲中睡得很香。爱因斯坦被逗乐了,也许还吸取了教训——下次来牛津,“应该用英语做报告”。

爱因斯坦的黑板给他和大学带来了摩擦(见下栏“爱因斯坦的牛津黑板”)。1931 年5 月16 日,他在日记里烦恼地写到:“这堂课确实讲得很好很漂亮。但是黑板被收起来了。(个人崇拜,对他人产生不利影响。很容易就能看到英国杰出学者们的嫉妒。所以我提出抗议,但被认为是虚伪。)”

爱因斯坦的牛津黑板

牛津的导师们保留了爱因斯坦在5月16日关于宇宙膨胀的两块黑板,但只有一块幸存下来。

这块黑板简要地总结了他在1931年4月的宇宙学论文。基于弗里德曼(Alexander Friedmann)的膨胀宇宙的相对论模型, 他把宇宙常数设为零,利用哈勃对宇宙膨胀的测量,估计了3 个量:物质密度(ρ)、宇宙半径(P)和宇宙膨胀的时间(t )。注意,“L. J.”是德语Licht Jahre的缩写,意思是“光年”。

然而,这里的算术并不完全准确。爱因斯坦在使用哈勃常数时出了错,正确的数字应该是:ρ~10-28g/cm3,P~109光年和t~109年。

这可能是爱因斯坦不赞成保留黑板的原因之一。

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导师们、晚宴和打油诗

1931年5月23日,牛津大学授予爱因斯坦荣誉博士学位。伯顿(AB Poynton)用拉丁文致辞,他是一位古典学者,未来的学院院长,但对物理学一无所知。爱因斯坦在日记中指出,伯顿的讲话“严肃但不完全准确”——他的评论基于翻译,因为他不懂拉丁文。但是,当听到“Mercurius” (水星) 的时候,爱因斯坦露出了笑容:这颗行星为确认广义相对论发挥了关键作用。

音乐学家登尼克(Margaret Deneke)注意到了这个反应。她不仅有音乐天赋,德语也很流利——深得爱因斯坦的喜爱。后来他们有过一次音乐三重奏。根据登尼克的日记,爱因斯坦把小提琴支在下巴下面,“全身心地投入到音乐中去”,而旁观者“默默地抽烟,亲眼目睹他们的贵宾度过快乐的夜晚”。爱因斯坦的日记更加坦率,声称音乐开始后,“客人们匆忙离开了房间”。

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