趣味阅读之相对论

趣味阅读之相对论史蒂芬霍金教授，是当今世界最知名的物理学家，黑洞理论和"大爆炸'理论的创立人，知名的?时间简史?的。现任剑桥高校数学中心主席，这个职位是牛顿生前职位。 旅美学者翟宏营，曾获英国牛津高校物理争辩所特别颁证的物理学家，现任休斯顿高校争辩员；张岚，现为休斯顿高校材料科学博士生，美国物理学会会员。他们将史蒂芬霍金的文章译成中文，通过本报介绍给读者。文章告知我们相对论是怎样的？它是如何描述世界的？为什么说相对论转变了整个世界？请观赏这篇不行多得的出自当今世界最知名的物理学家之手的关于相对论的初级读物。编者 十九世纪后期，科学家信任他们对宇宙的完好描述已经接近尾声。他们想象一种叫"以太'的连续介质布满了宇宙空间，就象空气中的声波一样，光线和电磁信号是"以太'中的波。 然而，与空间完全布满"以太'的思想相悖的结果不久就毁灭了：依据"以太'理论应得出，光线传播速度相对于"以太'应是一个定值，因此，假设你沿与光线传播违反的方向行进，你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速低；反之，假设你沿与光线传播相反的方向行进，你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速高。但是，一系列试验都没有找到造成光速差异的证据。 在这些试验当中，阿尔波特迈克尔逊和埃迪沃德莫里 1887 年在美国俄亥俄州克里夫兰的凯斯争辩所所完成的测量，是最精确 细致的。他们比照两束成直角的光线的传播速度，由于围着自转轴的转动和绕太阳的公转，依据推理，地球应穿行在"以太'中，因此上述成直角的两束光线应因地球的运动而测量到不同的速度，莫里觉察，无论是昼夜或冬夏都未引起两束光线光速的不同。不管你是否运动，光线看起来总是以相对于你同样的速度传播。 爱尔兰物理学家乔治费兹哥立德和荷兰物理学家亨卓克洛仑兹，最早认为相对于"以太'运动的物体在运动方向的尺寸会收缩，而相对于"以太'运动的时钟会变慢。而对"以太'，费兹哥立德和洛仑兹当时都认为是一种真实存在的物质。 这时候，工作在瑞士首都伯尔尼的瑞士专利局的一个名叫阿尔波特爱因斯坦的年轻人，插手"以太'说，并一次性永久地解决了光传播速度的问题。 在 1905 年的文章中，爱因斯坦指出，由于你无法探测出你是否相对于"以太'的运动，因此，关于"以太'的整个概念是多余的。相反，爱因斯坦认为科学定律对全部自由运动的观看者都应有违反的形式，无论观看者是如何运动的，他们都应当测量到同样的光速。 爱因斯坦的这个思想，要...