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第八章 爱因斯坦的宇宙(2)

10年以后,迈克尔逊已经是克利夫兰凯斯学校的一名教授,开始有兴趣测量一种名叫以太漂移的东西--运动物体穿越空间所产生的一种顶头风。牛顿物理学的预言之一是,在观察者看来,光在穿越以太过程中的速度是不一样的,取决于观察者是朝着还是逆着光源的方向移动。但谁也想不出对此进行测量的方法。迈克尔逊突然想到,地球有半年时间是朝着太阳的方向运动,有半年时间是逆着太阳的方向运动的。他认为,只要在相对的季节里进行仔细测量,把两者之间光的运动速度进行比较,就能找到答案。

迈克尔逊说服电话的发明者、刚刚发了财的亚历山大·格雷厄姆·贝尔提供资金,制造了一台迈克尔逊自己设计的巧妙而灵敏的仪器,名叫干涉仪,用来非常精确地测定光的速度。接着,在和蔼而又神秘的莫雷的协助下,迈克尔逊进行了几年的精心测量。这是一件非常细致而又很花力气的活儿,迈克尔逊的精神一下子完全垮了,工作不得不中断了一段时间。

但是,到1887年,他们有了结果。而且,这个结果完全出乎这两位科学家的意料。

加州理工大学天体物理学家基普·S.索恩写道:"结果证明,光的速度在各个方向、各个季节都是一样的。"这是200年来--实际上恰好是200年--出现的第一个迹象,说明牛顿定律也许不是在任何时候、任何地方都适用的。用威廉·H.克罗珀的话来说,迈克尔逊-莫雷结果成为"很可能是物理学史上最负面的结果"。为此,迈克尔逊获得了诺贝尔物理学奖--从而成为获此殊荣的第一位美国人--但要过20年之后。与此同时,迈克尔逊-莫雷实验像一股霉味那样令人不快地浮动在科学家的脑海深处。

令人注目的是,尽管他有了这项发现,当20世纪来到的时候,迈克尔逊觉得自己和别人一样,认为科学工作快要走到尽头--用一位作者在《自然》杂志上的话来说:"只要添上几个角楼和尖顶,在房顶上刻几处浮雕就够了。"

当然,实际上,世界即将进入一个科学的世纪。到时候,谁都会懂得一点,谁都不会什么都懂。科学家快要发现自己在粒子和反粒子的汪洋大海里漂浮,东西瞬间存在,瞬间消失,使毫微秒时间也显得十分缓慢,平平常常,一切都是那么古怪。科学正从宏观物理学向微观物理学转变。前者,物体看得见,摸得着,量得出;后者,事情倏忽发生,快得不可思议,完全超出了想像的范围。我们快要进入一个量子时代,而推动其大门的第一人就是那位迄今为止一直很倒霉的马克斯·普朗克。

1900年,普朗克42岁,已是柏林大学的理论物理学家。他揭示了一种新的"量子理论"

,该理论认为,能量不是一种流水般连续的,而是一包包地传送的东西,他称其为量子。这确实是一种新奇的概念,而且是一种很好的概念。从短期来说,它能为迈克尔逊-莫雷实验之谜提供一种解释,因为它表明光原来不一定是一种波动。从长远来说,它将为整个现代物理学奠定基础。无论如何,它是第一个迹象,表明世界快要发生变化。

但是,划时代意义的事件--一个新时代的黎明--要到1905年才发生。当时,德国的物理学杂志《物理学年鉴》发表了一系列论文,作者是一位年轻的瑞士职员。他没有上过大学,没有用过实验室,通常跑的也只是伯尔尼国家专利局的小小图书馆。他是专利局的三级技术审查员。(他申请提升为二级审查员,但遭到了拒绝。)

他的名字叫阿尔伯特·爱因斯坦。在那个重要的一年,他向《物理学年鉴》递交了五篇论文,用斯诺的话来说,其中三篇"称得上是物理学史上最伟大的作品"--一篇使用普朗克刚刚提出的量子理论审视光电效应,一篇论述悬浮小粒子的状况(即现在所谓的布朗运动),一篇概述了狭义相对论。

第一篇解释了光的性质(还促使许多事情成为可能,其中包括电视),为作者赢得了一个诺贝尔奖。第二篇提供了证据,证明原子确实存在--令人吃惊的是,这个事实过去一直存在一些争议。第三篇完全改变了世界。

爱因斯坦1879年生于德国南部的乌尔姆,但在慕尼黑长大。他的早年生活几乎难以说明他将来会成为大人物。大家都知道,他到三岁才学会说话。19世纪90年代,他父亲的电器生意破产,举家迁往米兰,但这时候已经十来岁的阿尔伯特去了瑞士继续他的学业--虽然他一开始就没有通过大学入学考试。1896年,他放弃了德国籍,以免被征入伍,进入了苏黎世联邦工业大学,攻读旨在培养中学教师的四年制课程。他是一名聪明而又不突出的学生。

1900年,他从学校毕业,没过几个月就开始把论文投给《物理学年鉴》。他的第一篇论文论述(在那么多可写的东西中偏偏论述)吸管里流体的物理学,与普朗克的量子理论发表在同一期上。从1902年到1904年,他写出了一系列关于统计力学的论文,结果发现,多产的J.威拉德·吉布斯1901年在康涅狄格州已经悄悄地发表了同样的作品:《统计力学的基本原理》。

阿尔伯特曾爱上一位同学,一位名叫米勒娃·玛丽奇的匈牙利姑娘。1901年,他们没有结婚就生了个孩子,一个女儿。他们很谨慎,把孩子给了人家。爱因斯坦从没有见过自己的孩子。两年以后,他和玛丽奇结了婚。在此期间,爱因斯坦接受了瑞士专利局的一个职位,在那里待了随后的7年。他很喜欢这份工作:它很有挑战性,能使他的脑子忙个不停,但又不至于转移他对物理学的注意力。就是在这种背景下,他于1905年创立了狭义相对论。

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