——狭义相对论的创立
上回说到以太说虽经多方改良但已很难维持局面,这时有人便干脆提出一个全新的革命学说,此人就是爱因斯坦。
1905年,当物理学界正被天空出现的两朵乌云所困扰时,爱因斯坦还是瑞士伯尔尼专利局的一个三级小职员。他已经想清楚这个问题,提出了一个崭新的“相对论”。
各位读者,这相对论实在难懂,据说当时全世界只有三个人能弄懂它。爱因斯坦成名之后许多人慕名去听他的报告,但又常常听不懂,后来爱因斯坦也摸着这些听众的心理,总是在报告的前半部分讲些热情洋溢的话,然后宣布:“现在休息,那些对下面问题不感兴趣的女士、先生们可以退场了。”爱因斯坦很羡慕卓别林的电影拥有众多的知音。一次,他们见面了,爱因斯坦说:“卓别林先生,您真伟大,您演的电影全世界人人都能看懂。”那位幽默大师立即说:“您也很伟大,您的相对论全世界几乎没有几个人能够弄懂。”相对论如此难懂,我们就只好深理浅说,长话短叙,先简单交代几句再讲爱因斯坦的故事。
迈克尔逊实验证明,无论顺着还是逆着地球运动的方向光速都是一样。爱因斯坦就紧紧抓住这一点把它固定下来,叫“光速不变原理”。就是说,光源无论是向我们跑来、离去或静止,都不能改变光速。这是因为光源的运动造成光的频率和波长的改变,它们互相补偿,所以光速保持不变。这是爱因斯坦理论中基本的一条,有它为前提才能讨论以后的问题。这好像很难懂,但我们用实际生活中的例子一比也就十分清楚了。比如你原地不动,对面有人向你扔过一个皮球来。你能看见他的头、脸、身、手和皮球,这当然是因为光从他身上反射到你的眼里。如果按照经典的速度合成原理,球一出手后就有一个向你而来的速度,这时球反射到你眼中的速度是光速加球速,比球未出手前要快(多出一个球速)。但是这一“快”就糟了,你就会先看到正在空中的球,后看到拿在手里的球。如果真是这样,我们怎么能看篮球比赛呢,生活中的一切动作岂不都要颠倒过来?所以无论光源如何动,光速总是不变的。经典理论的速度合成原理一碰到光速就不适用了。在天文观察中也能说明这一点,有一种“双星”是在轨道上互相绕着运行,就是说某星一会儿向地球飞来,一会儿又绕走了,离地球而去。如果按速度合成原理这麻烦就更多了,这星会以光速加星速、光速减星速(星速对地球来说又在不断变)等不同速度接连送到我们眼里,我们看到的就不再是一颗星,而是一大堆星的幻影了。可是这种现象从没有发生,否则本来就够纷乱的星空就更是一锅粥了。当然,爱因斯坦还有许多具体的证明,我们这里不过是尽量从浅处说明罢了。