精彩导读
《导读》
一、 爱因斯坦的“幸运年”
1905年,是爱因斯坦的“幸运年”。是年,晴空响霹雳,平地一声雷——爱因斯坦在德国《物理学杂志》第17卷发表了著名的“三合一”论文,当时他还是瑞士伯尔尼专利局的一个默默无闻的小职员。
第一篇论文是《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》,即光量子论文,写于1905年3月。爱因斯坦在其中大胆提出光量子假设:从点光源发出来的光束的能量在传播中不是分布在越来越大的空间中,而是由个数有限的、局限在空间各点的能量子所组成;这些能量子能够运动,但不能再分割,只能整个地吸收或产生出来。从这一假设出发,他讨论和阐释了包括光电效应在内的9个具体问题。这篇论文的确是“非常革命的”,它使沉寂了4年之久的普朗克的辐射量子论得以复活,并拓展到光现象的研究之中。它直接导致了1924年德布罗意物质波的概念和1926年薛定谔波动力学的诞生。
第二篇论文是《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》,即布朗运动论文,写于1905年5月。该论文指出古典热力学对于可用显微镜加以区分的空间不再严格有效,并提出测定原子实际大小的新方法。这直接导致佩兰1908年的实验验证,从而给世纪之交关于原子实在性的旷日持久的论战最终画上句号。
第三篇论文是《论动体的电动力学》,即狭义相对论论文,写于1905年6月。这篇论文并非起源于迈克尔逊?莫雷实验。它由麦克斯韦(J.C.Maxwell)电动力学应用到运动物体上要引起似乎不是现象所固有的不对称作为文章的开篇,通过引入狭义相对性原理和光速不变原理两个公理以及同时性的定义,从而推导出长度和时间的相对性及其变换式,一举说明了诸多现象。
紧接着在同年9月,爱因斯坦又完成了《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》这篇不足3页的论文,通过演绎,成功导出了质能关系式E=mc2,得出“物体的质量是它所含能量的量度”的结论,从而叩开了原子时代的大门。
狭义相对论的提出是物理学中划时代的事件。它使力学和电动力学相互协调,变革了传统的时间和空间概念,揭示了质量和能量的统一,把动量守恒定律和能量守恒定律联结起来。它与10年之后创立的广义相对论,共同在科学史上矗立了一座巍峨而永恒的丰碑,全面打开了物理学革命的新局面。海森堡(W.K.Heisenberg)曾经说过:“在科学史上,以往也许从来没有过一个先驱者像爱因斯坦和他的相对论那样,在他在世时为那么多的人所知道,而他一生的工作却只有那么少的人能够懂得。然而,这个名声是完全有理由的。因为有点像艺术领域中的达·芬奇或者贝多芬,爱因斯坦也站在科学的一个转折点上,而他的著作率先表达出了这一变化的开端,因此,看起来好像是他本人发动了我们在20世纪上半期所亲眼目睹的这场革命。”
爱因斯坦的“三合一”论文是在数周之内一气呵成的。奇迹是怎样发生的呢?
在叙述爱因斯坦创立狭义相对论的过程之前,我们先回顾一下当时的科学背景以及先驱者们的工作,尤其是洛伦兹(H.Lorentz)和庞加莱的贡献。
