【正文】 8月寫作 《 狹義和廣義相對(duì)論淺說(shuō) 》 。緬懷偉人，繼承遺志。”（參見(jiàn)約翰 這是一篇沒(méi)有參考文獻(xiàn)的論文，在末尾愛(ài)因斯坦只對(duì)他的同事和好友貝索（ Michele Besso） 表示感謝。 布朗運(yùn)動(dòng)是蘇格蘭植物學(xué)家布朗于 1827年在用顯微鏡觀察浸泡在水中的花粉時(shí)發(fā)現(xiàn)的，這些小花粉在水中做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。 第一篇 《 分子大小的新測(cè)定 》 （ A new determination of molecular dimensions ）是申請(qǐng)?zhí)K黎世大學(xué)博士學(xué)位的論文。 1905年，又是一個(gè)充滿了奇跡的年份。 愛(ài)因斯坦 （ Albert Einstein， ），舉世聞名的德裔美國(guó)科學(xué)家，現(xiàn)代物理學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者和奠基人。其結(jié)果就是一種真正狂熱的自由思想，并且交織著這樣一種印象：國(guó)家是故意用謊言來(lái)欺騙年青人的；這是一種令人目瞪口呆的印象。而且，由于參與這種追逐，他的胃是有可能得到滿足的；但是， 一個(gè)有思想、有感情的人卻不能由此而得到滿足。魯菲尼 [意 ]) ? 科普書(shū) 《 黑洞 》 (約翰 皮爾 盧米涅 [法 ]) ? 科普書(shū) 《 宇宙的琴弦 》 (格林 [美 ]) ? 科普書(shū) 《 超越時(shí)空：通過(guò)平行宇宙、時(shí)間卷曲和第十維度的科學(xué)之旅 》 (加來(lái)道雄 ) ? 科普書(shū) 《 平行宇宙 》 (加來(lái)道雄 ) 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 2 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 3 當(dāng)我還是一個(gè)相當(dāng)早熟的少年的時(shí)候，我就已經(jīng)深切地意識(shí)到， 大多數(shù)人終生無(wú)休止地追逐的那些希望和努力都是毫無(wú)希望的 。 這樣，第一條出路就是宗教，它通過(guò)傳統(tǒng)的教育機(jī)關(guān)灌輸給每一個(gè)兒童。 這種經(jīng)驗(yàn)引起我對(duì)所有權(quán)威的懷疑 ，對(duì)任何社會(huì)環(huán)境里都會(huì)存在的信念完全抱一種懷疑態(tài)度，這種態(tài)度再也沒(méi)有離開(kāi)過(guò)我，即使在后來(lái)，由于更好地搞清楚了因果關(guān)系，它已失去了原有的尖銳性時(shí)也是如此。 1999年 12月 26日，愛(ài)因斯坦被美國(guó) 《 時(shí)代 》 周刊評(píng)選為“世紀(jì)偉人”。 這一切，是因?yàn)橐粋€(gè)名叫愛(ài)因斯坦的公務(wù)員在德國(guó) 《 物理學(xué)年鑒 》 上發(fā)表了 5篇論文，帶來(lái)了物理學(xué)最偉大的革命，推倒了一座乍看固若金湯實(shí)乃風(fēng)雨飄搖的金碧大廈，開(kāi)啟了物理學(xué)新的紀(jì)元。愛(ài)因斯坦把經(jīng)典的流體動(dòng)力學(xué)技巧和擴(kuò)散理論想結(jié)合，創(chuàng)造了一種測(cè)定分子大小和阿伏伽德羅常量的新方法。當(dāng)時(shí)人們還在爭(zhēng)論物質(zhì)是否由分子或原子組成，愛(ài)因斯坦就敏銳地指出，布朗運(yùn)動(dòng)中的花粉正是由于受到水分子的隨機(jī)碰撞才做這種無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的，以此作為證明分子存在的證據(jù)，對(duì)分子運(yùn)動(dòng)理論做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 7 《 物質(zhì)的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎？ 》 （ Does the Inertia of a Body Depend Upon Its Energy Content?） 作為對(duì) 《 論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué) 》 的補(bǔ)充，僅僅只有三頁(yè)紙，卻是歷史上最為短小精悍的論文之一，其中給出了大名鼎鼎的公式 ——E=mc2！ 時(shí)至今日，這條公式甚至已經(jīng)成為愛(ài)因斯坦和相對(duì)論的代名詞。施塔赫爾 主編，范岱年 許良英 譯， 《 愛(ài)因斯坦奇跡年 ——改變物理學(xué)面貌的五篇論文 》 導(dǎo)言，上海：上海科技教育出版社， 2022） 正是這五篇論文，改變了 20世紀(jì)物理學(xué)的面貌，并深刻地影響了人類的命運(yùn)至今。 1915年 11月提出廣義相對(duì)論引力方程的完整形式 ， 并且成功地解釋了水星近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 。 1919年 9月獲悉英國(guó)天文學(xué)家觀察日食的結(jié)果 ， 11月 6日消息公布后 ，全世界為之轟動(dòng) 。洛倫茨提出了相對(duì)論的數(shù)學(xué)公式，卻未能懂得其物理意義；龐加萊最初提出相對(duì)論的概念，有了哲學(xué)的觀念，也未能懂其物理意義。 對(duì)于 20世紀(jì)物理學(xué)的第三場(chǎng)革命 —— 量子力學(xué)，愛(ài)因斯坦有特殊的貢獻(xiàn)，他在很大程度上促進(jìn)了量子力學(xué)解釋的清晰和完善。 2022,北京 ,“世界物理年紀(jì)念大會(huì)” 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 10 一 . 相對(duì)論及其推廣： １．狹義相對(duì)論－－第一篇論文是 1905年 6月的 《 論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué) 》 ，這是Einstein青年時(shí)代多年探索的結(jié)果，以完整的形式提出了勻速運(yùn)動(dòng)下的相對(duì)論理論，提出了空間、時(shí)間的新概念。 1912年開(kāi)始，他在 ，用張量分析和曲面幾何作為數(shù)學(xué)工具，終于在 1915年建立了廣義相對(duì)論， 1916年的論文 《 廣義相對(duì)論的基礎(chǔ) 》 就是這項(xiàng)工作的總結(jié)。他創(chuàng)立了相對(duì)論宇宙學(xué)，建立了靜態(tài)有限無(wú)邊的自洽的動(dòng)力學(xué)宇宙模型，并引進(jìn)了宇宙學(xué)原理、彎曲空間等新概念，大大推動(dòng)了現(xiàn)代天文學(xué)的發(fā)展。他不光是位偉大的科學(xué)家，還是一個(gè)富有哲學(xué)探索精神的杰出的思想家。 1916年的論文 《 關(guān)于輻射的量子理論 》 ，是量子論發(fā)展第一階段的理論總結(jié)，它從波爾的原子構(gòu)造假說(shuō)出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法導(dǎo)出普朗克的輻射公式。 三 . 分子運(yùn)動(dòng)論： Einstein最初發(fā)表的幾篇論文，都是關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)論和熱力學(xué)方面的。 第一節(jié)：引言 ? 愛(ài)因斯坦于 90余年前創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，它將引力、空間與時(shí)間三者聯(lián)系了起來(lái)，是人類認(rèn)識(shí)自然界歷史上的一次大飛躍。 1968年沙皮羅設(shè)計(jì)的廣義相對(duì)論的 第四個(gè)驗(yàn)證“雷達(dá)波傳播中的時(shí)間延遲” 取得成功。這也是對(duì)廣義相對(duì)論的重要驗(yàn)證。這種現(xiàn)象被稱作“框架拖曳”。愛(ài)因斯坦曾表明，任何一個(gè)自轉(zhuǎn)著的天體，由于它的轉(zhuǎn)動(dòng)，都會(huì)拖曳空間與時(shí)間。 PSR J07373039A/B距離地球達(dá) 1700光年。但是，一個(gè)可行性的觀測(cè)方法：利用天蝕現(xiàn)象觀測(cè)。根據(jù)傳統(tǒng)的牛頓物理學(xué)觀點(diǎn)，星球在圍繞其他中心天體公轉(zhuǎn)時(shí)，其自轉(zhuǎn)軸方向相對(duì)于中心天體來(lái)說(shuō)通常是固定的。即，任何具有質(zhì)量的物體作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生引力波。他們認(rèn)為，氣體的飛速運(yùn)動(dòng) (和相對(duì)強(qiáng)大的地心引力 )導(dǎo)致了光譜線的扭曲，形成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的拖尾。這是一個(gè)典型的“引力透鏡”現(xiàn)象，照片中心黃色影像是一個(gè)巨大的星系團(tuán)，而那些藍(lán)色的物體其實(shí)是同一個(gè)星系，位于星系團(tuán)的后面。 引力透鏡 （ gravitational lensing） 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 16 引力透鏡 （ gravitational lensing） 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 17 Einstein ring 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 18 觀測(cè)證實(shí)暗能量抑制星團(tuán)生長(zhǎng) 有力支持相對(duì)論 十二年前，對(duì)遙遠(yuǎn)的超新星的研究發(fā)現(xiàn)了暗能量，正是它正在加速宇宙的膨脹。威赫里寧及其同事，繪制了星系團(tuán)在幾十億年間生長(zhǎng)的圖表。 實(shí)際上，這一時(shí)期是暗能量向外的推力與向內(nèi)的重力之間“拔河”的一個(gè)至關(guān)重要的時(shí)期?！逼溲芯啃〗M在 2022年 2月10日出版的 《 天體物理學(xué)雜志 》上發(fā)表兩篇相關(guān)論文。他指出，這一研究成果有助于排除有關(guān)宇宙加速度的一些不合理解釋，同時(shí)讓研究人員能夠更進(jìn)一步地了解暗能量。 這臺(tái)世界上最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡是通過(guò)高能伽瑪射線觀察宇宙，最初這個(gè)天文臺(tái)被稱作“伽瑪射線廣域空間望遠(yuǎn)鏡” (Gammaray Large Area Space Telescope)，但是當(dāng)這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡建成后開(kāi)始正常運(yùn)行時(shí)，又被重新命名字為“費(fèi)米伽瑪射線太空望遠(yuǎn)鏡”?？茖W(xué)家們希望“費(fèi)米”能通過(guò)觀測(cè)高能伽瑪射線來(lái)發(fā)現(xiàn)眾多新的脈沖星，揭示超大質(zhì)量黑洞的內(nèi)部機(jī)理，并有助于物理學(xué)家尋找新的自然定律。米切爾森（ Peter Michelson）說(shuō)：“物理學(xué)家希望，能把愛(ài)因斯坦在相對(duì)論中表達(dá)出來(lái)的引力觀用處理所有基本作用力的某種東西替代。 這樣的模型違背了愛(ài)因斯坦的斷言，也就是所有的電磁輻射，包括射電波、紅外線、可見(jiàn)光、 X射線和伽瑪射線，在真空中都以同樣的速度傳播。 下面的動(dòng)畫(huà)展示了科學(xué)家根據(jù)新理論預(yù)期觀測(cè)到的時(shí)間延遲 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 23 2022年 5月 10日，費(fèi)米與其他衛(wèi)星探測(cè)到了一個(gè)所謂的短伽瑪暴，爆發(fā)名為 GRB 090510。而在傳播了 70億光年后，這對(duì)光子到達(dá)時(shí)間差只有 ?！? 在太空中，只有部分伽瑪射線來(lái)自于伽瑪暴。 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 24 美科學(xué)家以萬(wàn)倍精度驗(yàn)證愛(ài)因斯坦相對(duì)論 北京時(shí)間 2022年 2月 24日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，一支由著名華裔物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主朱棣文等人組成的美國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)近期驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦相對(duì)論關(guān)于時(shí)間流逝的精確性，他們通過(guò)驗(yàn)證得出的精確度比以前提高了 10000倍。 一百年來(lái)，科學(xué)家們進(jìn)行了各種試驗(yàn)對(duì)愛(ài)因斯坦相對(duì)論進(jìn)行了論證和研究。研究團(tuán)隊(duì)成員還包括了著名的華裔物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主、美國(guó)現(xiàn)任能源部長(zhǎng)朱棣文，他們的研究成果發(fā)表于 《 自然 》 雜志上。在其中一種狀態(tài)中，原子會(huì)被激光脈沖推移大約 1毫米的十分之一，這樣它就會(huì)與地球的重力場(chǎng)遠(yuǎn)離一點(diǎn)點(diǎn)?？茖W(xué)家們的目標(biāo)就是測(cè)量在這些狀態(tài)中原子波的能量振蕩差異。穆勒介紹說(shuō)，“如果自由落體的時(shí)間延長(zhǎng)到宇宙的年齡 140億年的話，那么上下路線之間的時(shí)間差異將只有百分之一秒，而測(cè)量的精確度將達(dá)到 60微微秒。當(dāng)然，這種精確度也很容易受到影響。時(shí)間空間的彎曲結(jié)構(gòu)取決于物質(zhì)能量密度、動(dòng)量密度在時(shí)間空間中的分布，而時(shí)間空間的彎曲結(jié)構(gòu)又反過(guò)來(lái)決定物體的運(yùn)動(dòng)軌道。 ? 廣義相對(duì)論由于它被令人驚嘆地證實(shí)以及其理論上的優(yōu)美，很快得到人們的承認(rèn)和贊賞。 中子星 的形成和結(jié)構(gòu)、黑洞物理和黑洞探測(cè)、引力輻射理論和引力波探測(cè)、大爆炸宇宙學(xué)、量子引力 以及 大尺度時(shí)空的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 等問(wèn)題的研究正在深入，廣義相對(duì)論成為物理研究的重要理論基礎(chǔ)。這些 GPS衛(wèi)星在空中的位置是精心安排好的，任何時(shí)候在地球上的任何地點(diǎn)至少都能見(jiàn)到其中的 4顆。因此在地球上看 GPS衛(wèi)星，它們攜帶的時(shí)鐘要走得比較慢，用狹義相對(duì)論的公式可以計(jì)算出，每天慢大約 7微秒。 在同時(shí)考慮了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論后， GPS衛(wèi)星時(shí)鐘每天還要快上大約38微秒，這似乎微不足道，但是如果我們考慮到 GPS系統(tǒng)必須達(dá)到的時(shí)間精度是納秒級(jí)的，這個(gè)誤差就非?？捎^了（ 38微秒等于 38000納秒）。由于地球的自轉(zhuǎn)， GPS導(dǎo)航儀在地球表面上的位移也會(huì)產(chǎn)生誤差，例如當(dāng)GPS導(dǎo)航儀在赤道上，而 GPS衛(wèi)星在地平線上時(shí)，由于位移產(chǎn)生的誤差將會(huì)達(dá)