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

基督教会学院的大厅

爱因斯坦与基督教会学院的关系既亲切又古怪。在日记里,他描述了晚餐——穿着外套和罩袍的导师们在大厅里进餐。经济学家哈罗德(Roy Harrod)回忆说,在一次会议上,爱因斯坦坐在他旁边——在绿色桌布的掩护下,爱因斯坦在膝盖上放了一摞纸,铅笔不停地动,用方程式写满了一张又一张的纸。

爱因斯坦还在“访客登记录”里写了一首诗。尽管只是一首打油诗,但是深思熟虑、诙谐有趣。在1955 年爱因斯坦去世后,这首德语诗经翻译后刊登于《泰晤士报》。

Shelves of towering folios

Meditate in solemn rows;

Find it strange that one can dwell

Here without their aid so well.

Charisma and connections

魅力与联系

爱因斯坦“全身心地投入牛津科学的所有活动中,参加学术讨论会并进行讨论,结果证明他的访问既令人兴奋又发人深省,我相信他的访问一定会在我们的学科发展上留下永久的印记”。林德曼在1931年6月写道。

“加上他迷人的个性,”他继续写道,“爱因斯坦的善良和同情使我们所有人都喜爱他,我希望他作为罗德学者(编者注,这里是指罗德讲师Rhodes lecturer,罗德学者一般指获得罗德奖学金的学生)的这段时期能和这所大学发生更多的联系,这在各个方面都是富有成效的和有利的。”

然而,1931 年的牛津科学偏重于实验方向。很少有理论家能在爱因斯坦的水平上讨论物理和数学——他可能更适合剑桥大学,那里有天文学家爱丁顿(Arthur Eddington),他领导了1919 年的日食观测行动,“ 证明”了广义相对论。

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基督教会大厅的彩色玻璃上印着爱因斯坦的头像

也许,最让牛津的人们怀念爱因斯坦的,仅仅是他的魅力。戈尔丁(William Golding,《蝇王》的作者,诺贝尔文学奖获得者)回忆说,1931 年的某天,他站在一座小桥上看着河,一个“留着胡子,戴着帽子的人”加入了他的行列。“爱因斯坦教授当时不懂英语,而我只懂两个德语单词。我朝他微笑着,尽量表达英国人对他的感情和尊重。”

他们一起站了大约5 分钟。最后,“爱因斯坦教授意识到,总应该做些什么。”他指着河里的一条鳟鱼,用德语说“鱼”。“我激烈地点点头,一瞬间就用掉了一半的德语词汇。‘鱼。是的,是的。’”默默无闻的英国大学生和世界著名的德国科学家继续站在一起。又过了5分钟,“爱因斯坦教授从视线中消失了,他的整个身体仍然传达着善意和友好。”

逃离纳粹德国的难民

在1931 年访问牛津后,爱因斯坦被选为基督教会学院的“研究学生”(也就是研究员),每年获得400英镑的奖学金,持续到1937 年。林德曼希望爱因斯坦能够在牛津定居,但他此后只回来了两次。

下一次访问是从1932 年4 月到5 月。5 月5 日,爱因斯坦去剑桥做了关于数学的保尔(Rouse Ball) 讲座,从而有机会见爱丁顿。

但是在德国,纳粹和希特勒开始攫取权力。1933 年3 月,爱因斯坦被其祖国永久流放了——他最后一次来到牛津,这是1933 年的5—6月。他在给玻恩(Max Born)的一封信里写道:“在德国,我成了‘邪恶的怪物’,所有的钱都被没收了。但是我安慰自己——钱总是会很快消失的。”

1933 年6 月2 日,在牛津自然历史博物馆举行的公众活动中,爱因斯坦受邀致辞,感谢卢瑟福(Ernest Rutherford)给青少年科学协会做报告。卢瑟福与爱因斯坦一样是诺贝尔奖得主,也是这个领域的同行,还是一位男爵,不仅有很多荣誉,而且性格张扬。根据牛津大学生阿诺德(C H Arnold)的陈述,在卢瑟福旁边,爱因斯坦似乎是一个“可怜的孤立无助的小人物”。爱因斯坦在用英语致感谢发言时,“在我看来,对于这所英国大学将要如何接受他,他还有一点怀疑。”

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与世隔绝的平静。1933 年6 月3 日,爱因斯坦发表了一次公开演讲,概述了关于理论物理学方法的全新观点

然而,爱因斯坦刚一坐下,就响起雷鸣般的掌声。三十多年后,阿诺德回忆说:“我一辈子都不会忘记,爱因斯坦的面容发生了巨大的变化。他的眼睛闪着光,整个脸似乎充满了欢乐和喜悦。当他以这种方式回来时,无论纳粹多么糟糕地对待他,牛津都欢迎他和他那无可置疑的天才。”

数学、物理与现实

这种心理压力似乎表现在爱因斯坦的科学思想和个人行为上。在6 月10 日的最后一次演讲《关于理论物理学的方法》中,他试图摆脱实验物理学中固有的混乱的物理现实(包括量子力学),并代之以纯粹数学的天堂(他一直追求的统一场论)。爱因斯坦的科学传记作者派斯(Abraham Pais)表示,这次讲座“也许是他思维方式最清晰、最透彻的表现”。

爱因斯坦一开始就向听众保证,他把古希腊视为“西方科学的摇篮”。希腊人“创造了一个逻辑系统的智力奇迹,其断言是如此的严谨,每个被证明的命题都没有丝毫的疑问——欧几里德几何。”

他接着说,为了让科学理解现实,科学家们通常认为,仅有希腊思想还不够。“纯粹的逻辑思维不能让我们了解经验世界。”“所有关于现实的知识都始于经验,并终于经验。”爱因斯坦正式将伽利略称为“现代物理学之父,实际上是整个现代自然科学之父”,接着赞扬牛顿是“全面可行的理论物理体系的第一个创造者”。

接下来,爱因斯坦显然改变了路线。他说,广义相对论已经证明了传统观点是错误的。“因为这个理论表明,我们有可能使用基本的原则(非常不同于牛顿的原则),以更完整更满意的方式处理全部的经验数据。”因此,“纯粹的数学结构使我们能够发现与它们相关的概念和规律,给了我们理解自然现象的关键。”他的结论是:“实证当然还是数学建构为物理服务的唯一标准,但真正的创新原则存在于数学中。因此我相信,在某种意义上,纯粹的思想是有能力理解真实的,正如古人梦想的那样。”

因此,爱因斯坦向牛津的听众以及国际物理学界保证,数学本身就可以为理解自然提供基础。他显然反对自己在1921 年巧妙阐述过的立场:“只要数学定律与现实有联系,就是不确定的;只要它们是确定的,就与现实无关。”现在他声称,广义相对论的基础是数学概念而不是物理观测——尽管天文学家们在1919年做出了关键性的证实。

毫无疑问,许多理论和实验物理学家,特别是那些在量子力学领域工作的物理学家,对如此大胆的说法感到惊讶,也无法信服。毕竟它打了物理学史的脸——物理学的历史显然是理论、观察和实验相结合的结果。但是面对广义相对论的开创者,很少有人能质疑他的说法。

1933 年10 月,爱因斯坦离开欧洲来到普林斯顿。在美国,他远离了纳粹的迫害,可以自由地追求他的牛津宣言,在其具有独特影响力的余生里,继续发展统一场论。

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Andrew Robinson,科学作家、记者,他写作领域包括科学、科学史,考古、文字研究等,目前他已出版超过25部作品。本文由中国科学院半导体研究所姬扬编译自Andrew Robinson. Physics World,2019,(6):32),发表于《物理》2019年第7期。

制版编辑:下雪

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