1.小小的问题
2.谁能给我介绍一下爱因斯坦的相对论,谢谢~~~~~~~~~~~~
3.哥本哈根协议的草案出炉
4.狭义相对论"光是唯一参考物,一切运动与光互为参考"如何理解?
小小的问题
通用名称:
化学式:CH3CH2OCH2CH3
英文名称:ethoxyethane, 3-oxapentane
中文别名:
英文别名:diethyl ether, ehtyl ether, ethyl oxide
物理性质
沸点:34.6℃
n20D:1.3526
d20 4:0.71378
化学性质
1. 比较稳定,很少与除酸之外的试剂反应。
2. 在空气中会慢慢氧化成过氧化物,过氧化物不稳定,加热易爆炸,应避光保存。
药理
1.优点①镇痛作用强,又可促使骨骼肌松弛;②3—4倍于常用量时,对循环功能的抑制才达到危险的地步,故较安全;③直接的死亡率低。
2.缺点①易燃烧爆炸,当空气中含量为 1.83—48.0%,氧气中 2.1—82.5%,即有此可能;的蒸气密度较空气大 2—6倍,常下降在手术室地面,容易着火;②气味不佳,刺激性强,能促使口鼻腔和气管支气管粘膜、粘液腺分泌增多,气道难以保证通畅,吸入全麻诱导中,屏气、呛咳、喉或支气管痉挛时常发生,术后肺部并发症多;③化学性质不稳定,暴露于空气中,遇光或受热即变质,生成过氧化物或乙醛,刺激性更强;纯度要求高,微量的杂质即增加全麻诱导和维持的困难,事后并发症更多;④全麻的作用起效慢,诱导期不仅太长,且可有兴奋阶段,临床上需另用全麻诱导药;⑤苏醒期间胃肠道紊乱常见,恶心呕吐发生率可高达 50%以上;⑥时,胆汁分泌减少,肝糖原耗竭,血糖升高,这些改变对正常人可无重要意义,但对核尿病患者或肝脏病变者则未必然。
适应症
由于的优点少而缺点严重,又能引起燃烧爆炸,使用的范围逐年减少,世界上各大医院早已不用。
健康情况佳的病人理论上均适用。
用法用量
多种形式的吸入全麻装置如开放、半开放、半关闭或全关闭等,均适用。与碱石灰接触不变质。成人诱导期间吸气内蒸气浓度,可逐渐按需增至 10—15%,维持期间以 4一6%为最常用。小儿诱导用 4一6%不等,年龄愈小浓度应愈低,维持用 2—4%。吸入全麻过程中,应依据病人情况和手术要求,随时调整吸气内浓度,并设法避免体内有较多的蓄积于脂肪和肌肉。
禁用慎用
遇有急性或慢性呼吸系统疾病、水电解质失调、代谢性酸血症、糖尿病、颅内压已偏高、肝肾功能欠佳、黄疸明显等患者,均禁用。
糖尿病,肝功能严重损害,呼吸道感染或梗阻及消化道梗阻病人忌用。
给药说明
(1)为挥发性液体,装入内壁镀铜的金属罐或有色玻璃瓶中,密封;不得有漏气。
(2)一般每瓶(或罐)为 60或 120ml,不要超过 200ml。用剩的经 12—24小时即报废。
(3)贮存超过二年的,应重新检验,符合规定才能使用。
不良反应
喉痉挛、暂时性血清转氨酶升高、抽搐、急性胰腺炎。用会对免疫反应有损害。1例用全麻后出现接触性皮炎和全身性过敏反应。
其他
ether就是以太的意思。
相对论简史
史蒂芬·霍金
翟宏营 张岚译
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十九世纪后期,科学家相信他们对宇宙的完整描述已经接近尾声。他们想象 一种叫“以太”的连续介质充满了宇宙空间,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,与空间完全充满“以太”的思想相悖的结果不久就出现了:根据“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,如果你沿 与光线传播相同的方向行进,你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速低 ;反之,如果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,一系列实验都没有找到造成光速差别的证据。
在这些实验当中,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研究所所完成的测量,是最准确细致的。他们对比两束成直 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,根据推理,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,莫里发现,无论是昼夜或冬夏都未引起两束光线光速的不同。不论你是 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,并一次性永远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 定律对所有自由运动的观察者都应有相同的形式,无论观察者是如何运动的,他 们都应该测量到同样的光速。
爱因斯坦的这个思想,要求人们放弃所有时钟测量到的那个普适的时间概念 ,结果是,每个人都有他自己的时间值:如果两个人是相对静止的,那么,他们 的时间就是一致的;如果他们间存在相互的运动,他们观察到的时间就是不同的 。
大量的实验证明了爱因斯坦的这个思想是正确的,一个绕地球旋转的精确的 时钟,与存放在实验室中的精确时钟确有时间指示上的差别。如果你想延长你的 生命,你就可以乘飞机向东飞行,这样可以叠加上地球旋转的速度,你无论如何 可以获得那零点几秒的生命延长,也可以以此弥补因你进食航空食品而带来的损 害。
爱因斯坦认为的对所有自由运动的观察者自然定律都相同这个前提,是相对 论的基础,这样说的原因是因为,这个前提隐含了只有相对运动是重要的。虽然 相对论的完美与简洁折服了许许多多科学家和哲学家,但是仍然有很多的相反意 见。爱因斯坦摒弃了19世纪自然科学的两个绝对化观念:“以太”所隐含的绝对 静止和所有时钟所测量得到的绝对或普适时间。人们不禁要问:相对论是否隐含 了任何事物都是相对的而不再会有概念上绝对的标准了?
这种不安从20世纪20年代一直持续到30年代。1921年,爱因斯坦由于对光电 效应的贡献,得到了诺贝尔物理奖注1,但由于相对论的复杂及有争议,诺贝 尔奖的授予只字未提相对论。
到现在我仍然每周收到2至3封信,告诉我爱因斯坦错了。尽管如此,现在相 对论被科学界完全接受,相对论的预言已经被无数的实验所证实。
相对论的一个重要结果是质量与能量的关系。爱因斯坦的定光速对所有的 观察者是相同的,暗示了没有可以超过光速运行的事物,如果给粒子或宇宙飞船 不断地供应能量,会发生什么现象呢?被加速物体的质量就会增大,使得很难进 行再快的加速,要想把一个粒子加速到光速是不可能的,因为那需要无限大的能 量。质量与能量的等价关系被爱因斯坦总结在他的著名的质能方程“E=mc2"中 ,这或许是能被大街小巷妇孺皆知的唯一一个物理方程了。
铀原子核裂变成两个小的原子核时,由于很小一点的质量亏损,会释放出巨 大的能量。这就是质能方程众多结论中的一个。1939年,第二次世界大战正阴云 密布,一组意识到裂变反应应用的科学家说服爱因斯坦战胜自己是和平主义者的 顾忌,去给当时的富兰克林·德拉诺·罗斯福写信,劝说美国开始核研 究,这铸就了曼哈顿工程和1945年在广岛上空的爆炸。有人因 而责备爱因斯坦发现了质能关系,但是这种责难就像因有飞机遇难折戟而责备牛 顿发现了万有引力一样。爱因斯坦没有参与曼哈顿工程的任何过程并惊惧于那巨 大的爆炸。
尽管相对论与电磁理论的有关定律结合得非常完美,但它与牛顿的重力定律 不相容。牛顿的重力理论表明,如果你改变空间的物质分布,整个宇宙中重力场 的改变是同时发生的,这不但意味着你可以发送比光速传播更快的信号(这是为 相对论所不容的),而且需要绝对或普适的时间概念,这又是为相对论所抛弃的 。
爱因斯坦从1907年就知道了这个不相容的困难,那时他还在波恩的专利局工作,但直到1911年,爱因斯坦在德国的布拉格工作时,他才深入思考这个问题。 爱因斯坦意识到加速与重力场的密切关系,在密封厢中的人,无法区分他自己对 地板的压力是由于他处在地球的重力场中的结果,还是由于在无引力空间中他被 火箭加速所造成的。(这些都发生在“星际旅行”注2的时代之前,爱因斯坦 是想到人处在电梯中而不是宇宙飞船中。但我们知道,如果不想让电梯碰撞的事 情发生,你不能在电梯中加速或自由坠落许久)如果地球是完全平整的,人们可 以说苹果因重力落在牛顿头上,与因牛顿与地球表面加速上升而造成了牛顿的头 撞在苹果上是等价的。但是,这种加速与重力的等价在地球是圆形的前提下不再 成立,因为在地球相反一面的人将会被反向加速,但两面观察者之间的距离却是 不变的。
1912年在转回瑞士苏黎士时,爱因斯坦来了灵感,他意识到如果真实几何中 引入一些调整,重力与加速的等价关系就可以成立。爱因斯坦想象,如果三维空 间加上第四维的时间所形成的空间-时间实体是弯曲的,那结果是怎样的呢?他 的思想是,质量和能量将会造成时空的弯曲,这在某些方面或许已经被证明。像 行星和苹果,物体将趋向直线运动,但是,他们的径迹看起来会被重力场弯曲, 因为时空被重力场弯曲了。
在他的朋友马歇尔·格卢斯曼的帮助下,爱因斯坦学习弯曲空间及表面的理论,这些抽象的理论,在玻恩哈德·瑞曼将它们发展起来时,从未想到与真实世 界会有联系。1913年,在爱因斯坦与格卢斯曼合作发表的文章中,他们提出了一 个思想:我们所认识的重力,只是时空是弯曲的事实的一种表述。但是,由于爱 因斯坦的一个失误(爱因斯坦是个真正的人,也会犯错误),他们当时未能找出 联系时空弯曲的曲率与蕴含于其中的能量质量的关系方程。
在柏林时,爱因斯坦继续就这个问题进行工作,他没有了家庭的烦扰注3 ,在很大程度上也未被战争所影响。1915年11月,爱因斯坦最终发现了联系时空 弯曲与蕴含其中的能量质量的关系方程式。1915年夏天,在访问哥廷根大学期间 ,爱因斯坦曾与数学家戴维·希尔波特讨论过他的这个思想,希尔波特早于爱因 斯坦几天也找到了同样的方程式。尽管如此,正如希尔波特所承认的,这种新理 论的荣誉应属于爱因斯坦,而正是爱因斯坦将重力与弯曲时空联系起来。这还应 感谢文明的德国,因为,是在那里,在当时的战争期间,这样的科学讨论及交流 仍能够得以不受影响地进行,与20年后(指二战,编者注)所发生的事形成多么 大的对比!
关于弯曲时空的新理论叫做“广义相对论”,以区别与原初不包含重力的理 论,而那个理论被改称为“狭义相对论”。1919年,“广义相对论”被以颇为壮 观的形式证明:当时的一只英国科学考察队远征到西非,在日食期间观察到天空 中太阳附近一颗恒星位置的微小移动。正如爱因斯坦所预言的:恒星所发出的光 线,在经过太阳附近时,由于太阳的引力而弯曲了。这是证明时空弯曲的一个直 接证据,从公元前300年欧几里得完成他的《原本》后,这是一个人类感知他们存 在于宇宙的最大的革命性的更新。
爱因斯坦的“广义相对论”将“时空”由被动的发生背景转化为动态宇 宙中的主动参与者,这导致了居于科学前沿的一个巨大困难,在20世纪结束之际 仍未解决。宇宙充满了物质,物质又导致时空弯曲而使得物体相互聚集。在用“ 广义相对论”解释静态的宇宙时,爱因斯坦发现他的方程式是无解的,为变通他 的方程式而适应静态宇宙,爱因斯坦加入了一个称为“宇宙常量”的项,这个“ 宇宙常量”将时空再弯曲,以使所有的物体分离开,“宇宙”常量引入的排斥效 果将平衡物体的相互吸引作用而允许宇宙的长久平衡。
事实上,这成了在理论物理历史上人类丧失的最大机遇之一。如果爱因斯坦 继续在这一方向上工作下去而不是变通的引入“宇宙常量”,他可能能够预言宇 宙是在扩张还是在收缩。然而,直到20年代,当坐落在威尔逊山上的100英寸的天 文望远镜观察到离我们越远的星系在以越快的速度远离我们时,宇宙依时间而变 化的可能性才被郑重地加以考虑。换一句话说,宇宙正在扩展,任何两个星系之 间的距离正在随着时间的推移而稳定地增加。爱因斯坦后来称“宇宙常量”的提 出是他一生中最严重的错误。
“广义相对论”彻底改变了人们对宇宙的起源及归宿的讨论方向。静止的宇 宙可能会永久存在,或者说,在过去的某个时间,当这一静止的宇宙产生时,它 就已经是现在的形态了。从另一方面来说,如果现在星系们正在彼此远离,它们 在过去的时间里应该是彼此之间更为接近的。在大约150亿年前,它们甚至可能彼 此接触,相互重叠,而且它们的密度可能是无穷大。根据“广义相对论”,宇宙 大爆炸标志着宇宙的起源,时间的开始。从这个意义上说,爱因斯坦不仅仅是过 去100年中最伟大的人物,他应该获得人们更长久的尊重。
在黑洞中,空间与时间是如此的弯曲,以至于黑洞吸收了所有的光线,没有 一丝光线可以逃逸。“广义相对论”因此预言时间应终止于黑洞中。但是,广义 相对论方程并不适用于时间的开始与终结这两种极端情形。因而这一理论并不能 揭示从大爆炸中究竟产生了什么。一些人认为这是上帝万能的一种象征,上帝可 以以他想要的方式来开创宇宙。
但是另一些人(包括我自己)认为宇宙的起源应该服从于一种任何时候都成 立的普适原理。在朝这一方向的努力中,我们已取得了一些进展,但距完全理解 宇宙的起源还相差甚远。广义相对论不能适用于大爆炸的原因在于,它与20世纪 初另一伟大的概念性的突破---量子理论并不相容。量子理论的最初提出是在 1900年,当时在柏林工作的麦克斯·普朗发现,从红热物体上发出的辐射可以解 释为光线是以有特定大小的能量单元发出的,普朗克把这种能量单元称为量子。 打一个比方,辐射像是一包包的白糖,在超级市场里,并不是你想要多少的量都 行,你只能买每袋一磅的包装。1905年,爱因斯坦在他撰写的一篇论文中,提到 普朗克的量子设可能可以解释光电效应,即某些金属在收到光照时会释放电子 的现象。这一效应是现代光探测器和电视照相得以应用的基础,爱因斯坦也因此 获得了1921年的诺贝尔奖。
爱因斯坦对量子构想的研究直至20年代,当时哥本哈根的华纳·海森堡、剑 桥的保尔·狄拉克以及苏黎士的埃文·薛定谔提出了量子机制,从而展示了描述 现实的新画卷。根据他们的理论,小粒子不再具有确定的位置和速度,相反,小 粒子的位置测得越精确,它的速度测量就愈不准确。反之亦然。
对于这种基本定律中的任意性和不可预知性,爱因斯坦惶惑不已,他最终未 能接受量子机制。他的著名的“上帝并未在掷骰子”的格言就表达出了这一感受 。虽然如此,大多数科学家都接受了全新的量子机制定律,并对其适用性加以承 认,因为这些定律不但与实验结果吻合极好,而且可以解释许多先前无法解释的 现象。这些定律成了当代化学、分子生物学以及电子学得以发展的基础,也是在 过去半个世纪内改变整个世界的科技基石。
1933年,纳粹统治了德国,爱因斯坦离开了这个国家,也放弃了他的德国国 籍。他在新泽西州普林斯顿的尖端科学研究所度过了他生命最后22年的时光。纳 粹发起了一场反对“犹太科学”及犹太科学家的运动(犹太科学家被驱逐是德国 未能建成的原因之一),而爱因斯坦及他的相对论是这场运动的主要目标 。当被告知一本名为《反对爱因斯坦的100位科学家》的书得以出版时,爱因斯坦 回答,为什么要100位?一位就足以证明我错了,如果我真的错了的话。
二战后,他敦促盟军设立一个全球机构以控制核武器。1952年,他被刚成立 的以色列授予总统职位,但他拒绝了。“政治是暂时的,”他写道,“而方程式 是永恒的。”广义相对论方程是他最好的墓志铭和纪念碑。它们与宇宙一起永不 腐朽。
在过去的100年中,世界经历了前所未有的变化。其原因并不在于政治,也不 在于经济,而在于科学技术---直接源于先进的基础科学研究的科学技术。没 有科学家能比爱因斯坦更代表这种科学的先进性。(本文略有删节)
谁能给我介绍一下爱因斯坦的相对论,谢谢~~~~~~~~~~~~
相对论是关于物质运动与时间空间关系的理论。它是现代物理学的理论基础之一。相对论是本世纪初由爱因斯坦等在总结实验事实(如迈克耳孙莫雷实验)的基础上所建立和发展。在这以前,人们根据经典时空观(集中表现为伽利略变换)解释光的传播等问题时,导致一系列尖锐的矛盾。相对论针对这些问题,建立了物理学中新的时空现和高速物体的运动规律,对以后物理学的发展有重大作用。相对论分为狭义相对论和广义相对论两大部分。1905年建立的狭义相对论的基本原理:(1)在任何惯性参考系中,自然规律都相同,称为相对性原理。(2)在任何惯性系中,真空光速c都相同,即光速不变原理。由此得出时间和空间各量从一个惯性系变换到另一惯性系时,应该满足洛伦兹变换,而不是满足伽利略变换。并由此推出许多重要结论,例如:①两发生的先后或是否“同时”,在不同参照系看来是不同的(但因果律仍然成立)。②量度物体的长度时,将测到运动物体在其运动方向上的长度要比静止时缩短。与此相似,量度时间进程时,将看到运动的时钟要比静止的时钟进行得慢。③物体质量m随速度v的增加而增大,其关系为
m0为静止时的质量,称为静止质量。④任何物体的速度不能超过光速c。⑤物体的质量m与能量E之间满足质能关系式E=mc2。以上结论与目前的实验事实符合,但只有在高速运动时,效应才显著。在通常的情况下,相对论效应极其微小,因此经典力学可认为是相对论力学在低速情况下的近似。在1916年又建立了广义相对论,其基本原理:(1)广义相对论原理,即自然定律在任何参考系中都可以表示为相同数学形式。(2)等价原理,即在一个小体积范围内的万有引力和某一加速系统中的惯性力相互等效。按照上述的原理,万有引力的产生是由于物质的存在和一定的分布状况使时间空间性质变得不均匀(所谓时空弯曲);并由此建立了引力场理论;而狭义相对论则是广义相对论在引力场很弱时的特殊情况。从广义相对论可以导出一些重要结论,如水星近日点的进动规律;光线在引力场中发生弯曲;较强的引力场中时钟较慢(或引力场中的光谱线向红端移动)等。这些结论和后来的观测结果基本上相符合。近年来,通过测量雷达波在太阳引力场中往返传播在时间上的延迟,以更高的精密度证实了广义相对论的结论。相对论,具有重要的历史意义,但许多问题仍有待研究。
相对论简史
〔英〕史蒂芬?霍金著〔旅美学者〕翟宏营张岚译
十九世纪后期,科学家相信他们对宇宙的完整描述已经接近尾声。他们想象一种叫"以太"的连续介质充满了宇宙空间,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,与空间完全充满"以太"的思想相悖的结果不久就出现了:根据"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,如果你沿与光线传播相同的方向行进,你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速低;反之,如果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,一系列实验都没有找到造成光速差别的证据。
在这些实验当中,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研究所所完成的测量,是最准确细致的。他们对比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,根据推理,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,莫里发现,无论是昼夜或冬夏都未引起两束光线光速的不同。不论你是否运动,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,并一次性永远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所有自由运动的观察者都应有相同的形式,无论观察者是如何运动的,他们都应该测量到同样的光速。
爱因斯坦的这个思想,要求人们放弃所有时钟测量到的那个普适的时间概念,结果是,每个人都有他自己的时间值:如果两个人是相对静止的,那么,他们的时间就是一致的;如果他们间存在相互的运动,他们观察到的时间就是不同的。
大量的实验证明了爱因斯坦的这个思想是正确的,一个绕地球旋转的精确的时钟,与存放在实验室中的精确时钟确有时间指示上的差别。如果你想延长你的生命,你就可以乘飞机向东飞行,这样可以叠加上地球旋转的速度,你无论如何可以获得那零点几秒的生命延长,也可以以此弥补因你进食航空食品而带来的损害。
爱因斯坦认为的对所有自由运动的观察者自然定律都相同这个前提,是相对论的基础,这样说的原因是因为,这个前提隐含了只有相对运动是重要的。虽然相对论的完美与简洁折服了许许多多科学家和哲学家,但是仍然有很多的相反意见。爱因斯坦摒弃了19世纪自然科学的两个绝对化观念:"以太"所隐含的绝对静止和所有时钟所测量得到的绝对或普适时间。人们不禁要问:相对论是否隐含了任何事物都是相对的而不再会有概念上绝对的标准了?
这种不安从20世纪20年代一直持续到30年代。1921年,爱因斯坦由于对光电效应的贡献,得到了诺贝尔物理奖注1,但由于相对论的复杂及有争议,诺贝尔奖的授予只字未提相对论。
到现在我仍然每周收到2至3封信,告诉我爱因斯坦错了。尽管如此,现在相对论被科学界完全接受,相对论的预言已经被无数的实验所证实。
相对论的一个重要结果是质量与能量的关系。爱因斯坦的定光速对所有的观察者是相同的,暗示了没有可以超过光速运行的事物,如果给粒子或宇宙飞船不断地供应能量,会发生什么现象呢?被加速物体的质量就会增大,使得很难进行再快的加速,要想把一个粒子加速到光速是不可能的,因为那需要无限大的能量。质量与能量的等价关系被爱因斯坦总结在他的著名的质能方程"E=mc2"中,这或许是能被大街小巷妇孺皆知的唯一一个物理方程了。
铀原子核裂变成两个小的原子核时,由于很小一点的质量亏损,会释放出巨大的能量。这就是质能方程众多结论中的一个。1939年,第二次世界大战正阴云密布,一组意识到裂变反应应用的科学家说服爱因斯坦战胜自己是和平主义者的顾忌,去给当时的富兰克林?德拉诺?罗斯福写信,劝说美国开始核研究,这铸就了曼哈顿工程和1945年在广岛上空的爆炸。有人因而责备爱因斯坦发现了质能关系,但是这种责难就像因有飞机遇难折戟而责备牛顿发现了万有引力一样。爱因斯坦没有参与曼哈顿工程的任何过程并惊惧于那巨大的爆炸。
尽管相对论与电磁理论的有关定律结合得非常完美,但它与牛顿的重力定律不相容。牛顿的重力理论表明,如果你改变空间的物质分布,整个宇宙中重力场的改变是同时发生的,这不但意味着你可以发送比光速传播更快的信号(这是为相对论所不容的),而且需要绝对或普适的时间概念,这又是为相对论所抛弃的。
爱因斯坦从1907年就知道了这个不相容的困难,那时他还在波恩的专利局工作,但直到1911年,爱因斯坦在德国的布拉格工作时,他才深入思考这个问题。爱因斯坦意识到加速与重力场的密切关系,在密封厢中的人,无法区分他自己对地板的压力是由于他处在地球的重力场中的结果,还是由于在无引力空间中他被火箭加速所造成的。(这些都发生在"星际旅行"注2的时代之前,爱因斯坦是想到人处在电梯中而不是宇宙飞船中。但我们知道,如果不想让电梯碰撞的事情发生,你不能在电梯中加速或自由坠落许久)如果地球是完全平整的,人们可以说苹果因重力落在牛顿头上,与因牛顿与地球表面加速上升而造成了牛顿的头撞在苹果上是等价的。但是,这种加速与重力的等价在地球是圆形的前提下不再成立,因为在地球相反一面的人将会被反向加速,但两面观察者之间的距离却是不变的。
1912年在转回瑞士苏黎士时,爱因斯坦来了灵感,他意识到如果真实几何中引入一些调整,重力与加速的等价关系就可以成立。爱因斯坦想象,如果三维空间加上第四维的时间所形成的空间-时间实体是弯曲的,那结果是怎样的呢?他的思想是,质量和能量将会造成时空的弯曲,这在某些方面或许已经被证明。像行星和苹果,物体将趋向直线运动,但是,他们的径迹看起来会被重力场弯曲,因为时空被重力场弯曲了。
在他的朋友马歇尔?格卢斯曼的帮助下,爱因斯坦学习弯曲空间及表面的理论,这些抽象的理论,在玻恩哈德?瑞曼将它们发展起来时,从未想到与真实世界会有联系。1913年,在爱因斯坦与格卢斯曼合作发表的文章中,他们提出了一个思想:我们所认识的重力,只是时空是弯曲的事实的一种表述。但是,由于爱因斯坦的一个失误(爱因斯坦是个真正的人,也会犯错误),他们当时未能找出联系时空弯曲的曲率与蕴含于其中的能量质量的关系方程。
在柏林时,爱因斯坦继续就这个问题进行工作,他没有了家庭的烦扰注3,在很大程度上也未被战争所影响。1915年11月,爱因斯坦最终发现了联系时空弯曲与蕴含其中的能量质量的关系方程式。1915年夏天,在访问哥廷根大学期间,爱因斯坦曾与数学家戴维?希尔波特讨论过他的这个思想,希尔波特早于爱因斯坦几天也找到了同样的方程式。尽管如此,正如希尔波特所承认的,这种新理论的荣誉应属于爱因斯坦,而正是爱因斯坦将重力与弯曲时空联系起来。这还应感谢文明的德国,因为,是在那里,在当时的战争期间,这样的科学讨论及交流仍能够得以不受影响地进行,与20年后(指二战,编者注)所发生的事形成多么大的对比!
关于弯曲时空的新理论叫做"广义相对论",以区别与原初不包含重力的理论,而那个理论被改称为"狭义相对论"。1919年,"广义相对论"被以颇为壮观的形式证明:当时的一只英国科学考察队远征到西非,在日食期间观察到天空中太阳附近一颗恒星位置的微小移动。正如爱因斯坦所预言的:恒星所发出的光线,在经过太阳附近时,由于太阳的引力而弯曲了。这是证明时空弯曲的一个直接证据,从公元前300年欧几里得完成他的《原本》后,这是一个人类感知他们存在于宇宙的最大的革命性的更新。
爱因斯坦的"广义相对论"将"时空"由被动的发生背景转化为动态宇宙中的主动参与者,这导致了居于科学前沿的一个巨大困难,在20世纪结束之际仍未解决。宇宙充满了物质,物质又导致时空弯曲而使得物体相互聚集。在用"广义相对论"解释静态的宇宙时,爱因斯坦发现他的方程式是无解的,为变通他的方程式而适应静态宇宙,爱因斯坦加入了一个称为"宇宙常量"的项,这个"宇宙常量"将时空再弯曲,以使所有的物体分离开,"宇宙"常量引入的排斥效果将平衡物体的相互吸引作用而允许宇宙的长久平衡。
事实上,这成了在理论物理历史上人类丧失的最大机遇之一。如果爱因斯坦继续在这一方向上工作下去而不是变通的引入"宇宙常量",他可能能够预言宇宙是在扩张还是在收缩。然而,直到20年代,当坐落在威尔逊山上的100英寸的天文望远镜观察到离我们越远的星系在以越快的速度远离我们时,宇宙依时间而变化的可能性才被郑重地加以考虑。换一句话说,宇宙正在扩展,任何两个星系之间的距离正在随着时间的推移而稳定地增加。爱因斯坦后来称"宇宙常量"的提出是他一生中最严重的错误。
"广义相对论"彻底改变了人们对宇宙的起源及归宿的讨论方向。静止的宇宙可能会永久存在,或者说,在过去的某个时间,当这一静止的宇宙产生时,它就已经是现在的形态了。从另一方面来说,如果现在星系们正在彼此远离,它们在过去的时间里应该是彼此之间更为接近的。在大约150亿年前,它们甚至可能彼此接触,相互重叠,而且它们的密度可能是无穷大。根据"广义相对论",宇宙大爆炸标志着宇宙的起源,时间的开始。从这个意义上说,爱因斯坦不仅仅是过去100年中最伟大的人物,他应该获得人们更长久的尊重。
在黑洞中,空间与时间是如此的弯曲,以至于黑洞吸收了所有的光线,没有一丝光线可以逃逸。"广义相对论"因此预言时间应终止于黑洞中。但是,广义相对论方程并不适用于时间的开始与终结这两种极端情形。因而这一理论并不能揭示从大爆炸中究竟产生了什么。一些人认为这是上帝万能的一种象征,上帝可以以他想要的方式来开创宇宙。
但是另一些人(包括我自己)认为宇宙的起源应该服从于一种任何时候都成立的普适原理。在朝这一方向的努力中,我们已取得了一些进展,但距完全理解宇宙的起源还相差甚远。广义相对论不能适用于大爆炸的原因在于,它与20世纪初另一伟大的概念性的突破---量子理论并不相容。量子理论的最初提出是在1900年,当时在柏林工作的麦克斯?普朗发现,从红热物体上发出的辐射可以解释为光线是以有特定大小的能量单元发出的,普朗克把这种能量单元称为量子。打一个比方,辐射像是一包包的白糖,在超级市场里,并不是你想要多少的量都行,你只能买每袋一磅的包装。1905年,爱因斯坦在他撰写的一篇论文中,提到普朗克的量子设可能可以解释光电效应,即某些金属在收到光照时会释放电子的现象。这一效应是现代光探测器和电视照相得以应用的基础,爱因斯坦也因此获得了1921年的诺贝尔奖。
爱因斯坦对量子构想的研究直至20年代,当时哥本哈根的华纳?海森堡、剑桥的保尔?狄拉克以及苏黎士的埃文?薛定谔提出了量子机制,从而展示了描述现实的新画卷。根据他们的理论,小粒子不再具有确定的位置和速度,相反,小粒子的位置测得越精确,它的速度测量就愈不准确。反之亦然。
对于这种基本定律中的任意性和不可预知性,爱因斯坦惶惑不已,他最终未能接受量子机制。他的著名的"上帝并未在掷骰子"的格言就表达出了这一感受。虽然如此,大多数科学家都接受了全新的量子机制定律,并对其适用性加以承认,因为这些定律不但与实验结果吻合极好,而且可以解释许多先前无法解释的现象。这些定律成了当代化学、分子生物学以及电子学得以发展的基础,也是在过去半个世纪内改变整个世界的科技基石。
1933年,纳粹统治了德国,爱因斯坦离开了这个国家,也放弃了他的德国国籍。他在新泽西州普林斯顿的尖端科学研究所度过了他生命最后22年的时光。纳粹发起了一场反对"犹太科学"及犹太科学家的运动(犹太科学家被驱逐是德国未能建成的原因之一),而爱因斯坦及他的相对论是这场运动的主要目标。当被告知一本名为《反对爱因斯坦的100位科学家》的书得以出版时,爱因斯坦回答,为什么要100位?一位就足以证明我错了,如果我真的错了的话。
二战后,他敦促盟军设立一个全球机构以控制核武器。1952年,他被刚成立的以色列授予总统职位,但他拒绝了。"政治是暂时的,"他写道,"而方程式是永恒的。"广义相对论方程是他最好的墓志铭和纪念碑。它们与宇宙一起永不腐朽。
在过去的100年中,世界经历了前所未有的变化。其原因并不在于政治,也不在于经济,而在于科学技术---直接源于先进的基础科学研究的科学技术。没有科学家能比爱因斯坦更代表这种科学的先进性。
哥本哈根协议的草案出炉
CBN获得最新草案文本,文本中缺乏对发展中国家长期资金支持
CBN独家获得的特设工作组提出的哥本哈根协议最新草案——长期合作行动(LCA)和《京都议定书》(KP)的最新版本,文本由200多页已缩减到30多页。
这是过去两年的谈判成果,虽然还不是最后版本,但却是最新的,尤为重要的是,与丹麦文本等均不同,这是官方文本,不是个别国家提出的方案。
其中值得一提的是,在KP草案中,“附件一国家”((即:被列在气候公约“附件一”中的各工业化国家)需要在1990年的基础上,在“2013~2018年或是2013~2020年期间,整体减排30%~45%”,其中最高值45%比之前所呼吁的40%还要高出5个百分点。
UNFCCC执行秘书德波尔则在昨日的新闻发布会上表示,之所以有一个区间是因为还在讨论之中。
不过草案中并没有对帮助发展中国家抗击气候变化作出长期气候融资的建议。
并且,除非在剩下的2天中各缔约方的谈判代表可以在这份草案上更有所进展,下周各国部长以及***到来之后,面对的就将是这份文本。 在一场美国商务部部长的活动上,预先约好的以路透为首的著名通讯社全部缺席;彼时,特设工作组提出的哥本哈根协议最新草案已经放出。
由于是闭门会议,记者辗转拿到的最新的哥本哈根草案,与以往让人看着头疼的200多页相比,KP草案已被削减到27页,LCA草案则仅剩6页左右,不过这份文本的呈现形式还并不像一份有法律约束力的文件。
除上述所提减排目标外,在KP草案中,在清洁能源机制项下,可以看出激烈的争吵得出了初步结果:碳捕获与储存(CCS)被列为了“选择一”,“选择二”则是考虑CCS在第二承诺期的资格。
目前,技术相对成熟和类似于沙特阿拉伯等国家都赞成把CCS纳入CDM(清洁发展机制),但这一举动受到了图瓦卢等气候受害国的强烈反对。
同时,关于核能是否被纳入CDM机制,目前也有三种选择,按文本顺序分别是从没有资格纳入、抑制纳入,以及2008年1月1日之后的商业核能可以有资格纳入到第二承诺期的CDM机制中。
除此之外,令人稍有不安的是,目前还在对CDM项下的基准线进行讨论,而且在这一项下的描述是“对此没有作出决定”。
同样,对于中国非常关心的是否对于“地域分布均衡”进行重新分配问题,目前也出现了两种选择:一种是悬而不决,另一种则作出了详细规定,其主要内容是向最不发达国家与小岛屿国家进行一定程度上的政策优惠。
在本次哥本哈根会议上,有代表认为目前CDM的比例已经对一些最不发达国家造成消极影响并建议进行改革,例如在9日的CMP会议上,刚果代表就指出,全球1400多个已审查的项目70%都集中在3个国家,只有34个项目在非洲,并认为需要建立各国配额制度。 在LCA草案方面,数字分歧较大。
在草案上首先体现了之前图瓦卢等小国所坚持的限制升温问题,草案中纳了“1.5℃”或“2℃”两个目标,预示着协调工作的继续。
其次,在全球共同的减排目标上,在1990年基础上,到2050年,全球共同减排目标则列出了50%、 85% 和95%三个目标。
而发展中国家作为一个整体,需要在1990年基础上,到2050年,减排75%~85%,最少80%~95%或超过95%。
然而对于整体峰值年的描述,仅仅变成了“尽早”。
令发展中国家失望的是,在草案中对于长期资金目标,写着“等待解释”。
此外在发展中国家的三可(MRV)、在科技问题等部分都没有过多的笔墨涉及和解释清楚。
国际乐施会高级气候顾问希尔对CBN表示:“在这些建议里面留下了巨大的空洞,特别是在长期融资方面,气候变化资金对于真正能达成协议是十分重要的。”
而在短期快速资金方面,草案上也是以两个XX来代替。
“这份草案的核心并没有保证哥本哈根会议能够开始切实行动。”希尔表示,需要一个新的法律协议,而不是更多的故意推延。
目前,据从欧盟代表团得到的消息,在布鲁塞尔欧盟峰会上,欧洲***已表示要提供72亿欧元(约110亿美元)来帮助发展中国家进行气候融资,这是从2010年开始需要的约300亿美元的三分之一。
美国也在上星期表示,会支付足够公平的融资资金。
在刚刚召开的记者发布会上,UNFCCC执行秘书德波尔表示,欧盟此举对于哥本哈根的胜利有巨大的促进作用,且“我们需要看看其他富国要怎么样出牌了”。
WWF(世界自然基金会)全球气候行动项目负责人卡斯特森对CBN表示:“这个草案为作出正确的政治决议提供了基础。尽管还存在缺陷,而且暴露出一些裂隙,但仍然清晰地显示达成一个协议还是有希望的。”
这些不足的地方现在已经很明显,需要政治意愿和实际的资金承诺去修补。但我们仍不知道这些资金的数额和出处。”卡斯特森表示,“只有谈判变得公正、公开和透明,哥本哈根大会才能达成真正的协议。同时我们也理解会有相当数量的国家对这份草案的提出感到不高兴。但重要的是,这份文本已经存在,而且其内容具有帮助停滞的谈判重启的潜力。”
狭义相对论"光是唯一参考物,一切运动与光互为参考"如何理解?
你还真会刨根问底啊!
首先你要知道:相对论是建立在设的基础上的。
1。狭义相对论只有两个基础设。
1:所有惯性系对描述物理规律都是等价的。
2:光速独立于光源。
其它比如光速最高等等都不是设, 而是结果。这两个基本原理各自有自己的 实验基础。
1在电动力学建立之前是很自然的。它是两个东西的数学自然结果: a).运动 学上的Galilean相对性。Galilean变换是先验的, 而且几乎就是彻底自然, 容易接受的。关于坐标的变化那没有可说的, 直接就是矢量运算的定义。
但是这里面有一个隐含设: 只有时间在两个系统中是一样的, 那矢量运算的 定义才能用来退出Galilean变换; 但是时间作为独立于空间的量, 这是所有人 的自然感觉, 不会有任何神经病企图在这里责备这原理。b).在这如此自然的 Galilean相对性之下, 讨论Newton力学, 发现力是独立于参考系坐标变换的; 这意味着两个惯性系里面的力学规律完全等价。这结论又天衣无缝的符合了 人们的实践经验。提醒注意一下:
倘若Newton力学刚好不独立于Galilean变化,那人们首先要责难的保证是 Newton力学, 而不是相对性。我强调这点, 是要说明为什么狭义相对论在思想 上的突破是多么不容易; 另外一方面也是指出, 若非被现实逼到无路可走, 是 不会出现这理论的。当然也许数学家作数学游戏倒有可能作出来。
以上二条就是相对论的基础,一切从这里出发。
你要是推翻了以上任何一条,你就可以推翻相对论。
〔英〕史蒂芬?霍金著〔旅美学者〕翟宏营张岚译
十九世纪后期,科学家相信他们对宇宙的完整描述已经接近尾声。他们想象一种叫"以太"的连续介质充满了宇宙空间,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,与空间完全充满"以太"的思想相悖的结果不久就出现了:根据"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,如果你沿与光线传播相同的方向行进,你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速低;反之,如果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,一系列实验都没有找到造成光速差别的证据。
在这些实验当中,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研究所所完成的测量,是最准确细致的。他们对比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,根据推理,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,莫里发现,无论是昼夜或冬夏都未引起两束光线光速的不同。不论你是否运动,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,并一次性永远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所有自由运动的观察者都应有相同的形式,无论观察者是如何运动的,他们都应该测量到同样的光速。
爱因斯坦的这个思想,要求人们放弃所有时钟测量到的那个普适的时间概念,结果是,每个人都有他自己的时间值:如果两个人是相对静止的,那么,他们的时间就是一致的;如果他们间存在相互的运动,他们观察到的时间就是不同的。
大量的实验证明了爱因斯坦的这个思想是正确的,一个绕地球旋转的精确的时钟,与存放在实验室中的精确时钟确有时间指示上的差别。如果你想延长你的生命,你就可以乘飞机向东飞行,这样可以叠加上地球旋转的速度,你无论如何可以获得那零点几秒的生命延长,也可以以此弥补因你进食航空食品而带来的损害。
爱因斯坦认为的对所有自由运动的观察者自然定律都相同这个前提,是相对论的基础,这样说的原因是因为,这个前提隐含了只有相对运动是重要的。虽然相对论的完美与简洁折服了许许多多科学家和哲学家,但是仍然有很多的相反意见。爱因斯坦摒弃了19世纪自然科学的两个绝对化观念:"以太"所隐含的绝对静止和所有时钟所测量得到的绝对或普适时间。人们不禁要问:相对论是否隐含了任何事物都是相对的而不再会有概念上绝对的标准了?
这种不安从20世纪20年代一直持续到30年代。1921年,爱因斯坦由于对光电效应的贡献,得到了诺贝尔物理奖注1,但由于相对论的复杂及有争议,诺贝尔奖的授予只字未提相对论。
到现在我仍然每周收到2至3封信,告诉我爱因斯坦错了。尽管如此,现在相对论被科学界完全接受,相对论的预言已经被无数的实验所证实。
相对论的一个重要结果是质量与能量的关系。爱因斯坦的定光速对所有的观察者是相同的,暗示了没有可以超过光速运行的事物,如果给粒子或宇宙飞船不断地供应能量,会发生什么现象呢?被加速物体的质量就会增大,使得很难进行再快的加速,要想把一个粒子加速到光速是不可能的,因为那需要无限大的能量。质量与能量的等价关系被爱因斯坦总结在他的著名的质能方程"E=mc2"中,这或许是能被大街小巷妇孺皆知的唯一一个物理方程了。
铀原子核裂变成两个小的原子核时,由于很小一点的质量亏损,会释放出巨大的能量。这就是质能方程众多结论中的一个。1939年,第二次世界大战正阴云密布,一组意识到裂变反应应用的科学家说服爱因斯坦战胜自己是和平主义者的顾忌,去给当时的富兰克林?德拉诺?罗斯福写信,劝说美国开始核研究,这铸就了曼哈顿工程和1945年在广岛上空的爆炸。有人因而责备爱因斯坦发现了质能关系,但是这种责难就像因有飞机遇难折戟而责备牛顿发现了万有引力一样。爱因斯坦没有参与曼哈顿工程的任何过程并惊惧于那巨大的爆炸。
尽管相对论与电磁理论的有关定律结合得非常完美,但它与牛顿的重力定律不相容。牛顿的重力理论表明,如果你改变空间的物质分布,整个宇宙中重力场的改变是同时发生的,这不但意味着你可以发送比光速传播更快的信号(这是为相对论所不容的),而且需要绝对或普适的时间概念,这又是为相对论所抛弃的。
爱因斯坦从1907年就知道了这个不相容的困难,那时他还在波恩的专利局工作,但直到1911年,爱因斯坦在德国的布拉格工作时,他才深入思考这个问题。爱因斯坦意识到加速与重力场的密切关系,在密封厢中的人,无法区分他自己对地板的压力是由于他处在地球的重力场中的结果,还是由于在无引力空间中他被火箭加速所造成的。(这些都发生在"星际旅行"注2的时代之前,爱因斯坦是想到人处在电梯中而不是宇宙飞船中。但我们知道,如果不想让电梯碰撞的事情发生,你不能在电梯中加速或自由坠落许久)如果地球是完全平整的,人们可以说苹果因重力落在牛顿头上,与因牛顿与地球表面加速上升而造成了牛顿的头撞在苹果上是等价的。但是,这种加速与重力的等价在地球是圆形的前提下不再成立,因为在地球相反一面的人将会被反向加速,但两面观察者之间的距离却是不变的。
1912年在转回瑞士苏黎士时,爱因斯坦来了灵感,他意识到如果真实几何中引入一些调整,重力与加速的等价关系就可以成立。爱因斯坦想象,如果三维空间加上第四维的时间所形成的空间-时间实体是弯曲的,那结果是怎样的呢?他的思想是,质量和能量将会造成时空的弯曲,这在某些方面或许已经被证明。像行星和苹果,物体将趋向直线运动,但是,他们的径迹看起来会被重力场弯曲,因为时空被重力场弯曲了。
在他的朋友马歇尔?格卢斯曼的帮助下,爱因斯坦学习弯曲空间及表面的理论,这些抽象的理论,在玻恩哈德?瑞曼将它们发展起来时,从未想到与真实世界会有联系。1913年,在爱因斯坦与格卢斯曼合作发表的文章中,他们提出了一个思想:我们所认识的重力,只是时空是弯曲的事实的一种表述。但是,由于爱因斯坦的一个失误(爱因斯坦是个真正的人,也会犯错误),他们当时未能找出联系时空弯曲的曲率与蕴含于其中的能量质量的关系方程。
在柏林时,爱因斯坦继续就这个问题进行工作,他没有了家庭的烦扰注3,在很大程度上也未被战争所影响。1915年11月,爱因斯坦最终发现了联系时空弯曲与蕴含其中的能量质量的关系方程式。1915年夏天,在访问哥廷根大学期间,爱因斯坦曾与数学家戴维?希尔波特讨论过他的这个思想,希尔波特早于爱因斯坦几天也找到了同样的方程式。尽管如此,正如希尔波特所承认的,这种新理论的荣誉应属于爱因斯坦,而正是爱因斯坦将重力与弯曲时空联系起来。这还应感谢文明的德国,因为,是在那里,在当时的战争期间,这样的科学讨论及交流仍能够得以不受影响地进行,与20年后(指二战,编者注)所发生的事形成多么大的对比!
关于弯曲时空的新理论叫做"广义相对论",以区别与原初不包含重力的理论,而那个理论被改称为"狭义相对论"。1919年,"广义相对论"被以颇为壮观的形式证明:当时的一只英国科学考察队远征到西非,在日食期间观察到天空中太阳附近一颗恒星位置的微小移动。正如爱因斯坦所预言的:恒星所发出的光线,在经过太阳附近时,由于太阳的引力而弯曲了。这是证明时空弯曲的一个直接证据,从公元前300年欧几里得完成他的《原本》后,这是一个人类感知他们存在于宇宙的最大的革命性的更新。
爱因斯坦的"广义相对论"将"时空"由被动的发生背景转化为动态宇宙中的主动参与者,这导致了居于科学前沿的一个巨大困难,在20世纪结束之际仍未解决。宇宙充满了物质,物质又导致时空弯曲而使得物体相互聚集。在用"广义相对论"解释静态的宇宙时,爱因斯坦发现他的方程式是无解的,为变通他的方程式而适应静态宇宙,爱因斯坦加入了一个称为"宇宙常量"的项,这个"宇宙常量"将时空再弯曲,以使所有的物体分离开,"宇宙"常量引入的排斥效果将平衡物体的相互吸引作用而允许宇宙的长久平衡。
事实上,这成了在理论物理历史上人类丧失的最大机遇之一。如果爱因斯坦继续在这一方向上工作下去而不是变通的引入"宇宙常量",他可能能够预言宇宙是在扩张还是在收缩。然而,直到20年代,当坐落在威尔逊山上的100英寸的天文望远镜观察到离我们越远的星系在以越快的速度远离我们时,宇宙依时间而变化的可能性才被郑重地加以考虑。换一句话说,宇宙正在扩展,任何两个星系之间的距离正在随着时间的推移而稳定地增加。爱因斯坦后来称"宇宙常量"的提出是他一生中最严重的错误。
"广义相对论"彻底改变了人们对宇宙的起源及归宿的讨论方向。静止的宇宙可能会永久存在,或者说,在过去的某个时间,当这一静止的宇宙产生时,它就已经是现在的形态了。从另一方面来说,如果现在星系们正在彼此远离,它们在过去的时间里应该是彼此之间更为接近的。在大约150亿年前,它们甚至可能彼此接触,相互重叠,而且它们的密度可能是无穷大。根据"广义相对论",宇宙大爆炸标志着宇宙的起源,时间的开始。从这个意义上说,爱因斯坦不仅仅是过去100年中最伟大的人物,他应该获得人们更长久的尊重。
在黑洞中,空间与时间是如此的弯曲,以至于黑洞吸收了所有的光线,没有一丝光线可以逃逸。"广义相对论"因此预言时间应终止于黑洞中。但是,广义相对论方程并不适用于时间的开始与终结这两种极端情形。因而这一理论并不能揭示从大爆炸中究竟产生了什么。一些人认为这是上帝万能的一种象征,上帝可以以他想要的方式来开创宇宙。
但是另一些人(包括我自己)认为宇宙的起源应该服从于一种任何时候都成立的普适原理。在朝这一方向的努力中,我们已取得了一些进展,但距完全理解宇宙的起源还相差甚远。广义相对论不能适用于大爆炸的原因在于,它与20世纪初另一伟大的概念性的突破---量子理论并不相容。量子理论的最初提出是在1900年,当时在柏林工作的麦克斯?普朗发现,从红热物体上发出的辐射可以解释为光线是以有特定大小的能量单元发出的,普朗克把这种能量单元称为量子。打一个比方,辐射像是一包包的白糖,在超级市场里,并不是你想要多少的量都行,你只能买每袋一磅的包装。1905年,爱因斯坦在他撰写的一篇论文中,提到普朗克的量子设可能可以解释光电效应,即某些金属在收到光照时会释放电子的现象。这一效应是现代光探测器和电视照相得以应用的基础,爱因斯坦也因此获得了1921年的诺贝尔奖。
爱因斯坦对量子构想的研究直至20年代,当时哥本哈根的华纳?海森堡、剑桥的保尔?狄拉克以及苏黎士的埃文?薛定谔提出了量子机制,从而展示了描述现实的新画卷。根据他们的理论,小粒子不再具有确定的位置和速度,相反,小粒子的位置测得越精确,它的速度测量就愈不准确。反之亦然。
对于这种基本定律中的任意性和不可预知性,爱因斯坦惶惑不已,他最终未能接受量子机制。他的著名的"上帝并未在掷骰子"的格言就表达出了这一感受。虽然如此,大多数科学家都接受了全新的量子机制定律,并对其适用性加以承认,因为这些定律不但与实验结果吻合极好,而且可以解释许多先前无法解释的现象。这些定律成了当代化学、分子生物学以及电子学得以发展的基础,也是在过去半个世纪内改变整个世界的科技基石。
1933年,纳粹统治了德国,爱因斯坦离开了这个国家,也放弃了他的德国国籍。他在新泽西州普林斯顿的尖端科学研究所度过了他生命最后22年的时光。纳粹发起了一场反对"犹太科学"及犹太科学家的运动(犹太科学家被驱逐是德国未能建成的原因之一),而爱因斯坦及他的相对论是这场运动的主要目标。当被告知一本名为《反对爱因斯坦的100位科学家》的书得以出版时,爱因斯坦回答,为什么要100位?一位就足以证明我错了,如果我真的错了的话。
二战后,他敦促盟军设立一个全球机构以控制核武器。1952年,他被刚成立的以色列授予总统职位,但他拒绝了。"政治是暂时的,"他写道,"而方程式是永恒的。"广义相对论方程是他最好的墓志铭和纪念碑。它们与宇宙一起永不腐朽。
在过去的100年中,世界经历了前所未有的变化。其原因并不在于政治,也不在于经济,而在于科学技术---直接源于先进的基础科学研究的科学技术。没有科学家能比爱因斯坦更代表这种科学的先进性。(本文略有删节)