愛因斯坦的相對論是通過他做了大量的實驗得出來的,還是通過他的想像得出來的?
施郁(復旦大學物理學系教授)
愛因斯坦不是通過自己做實驗來得出相對論的。愛因斯坦創立相對論的過程中有想像,但也不能簡單說是通過想像得出來的。愛因斯坦創立相對論的過程實際上是一個理論物理學家的工作方式。
物理學是一個實驗科學,相對論也是要有實驗基礎。雖然愛因斯坦自己不做實驗,但是正如他的相對論論文(論運動物體的電動力學)提到的,他知道尋找以太相對地球的運動的實驗都是零結果。這一點很重要。
但是愛因斯坦又不單單以此實驗事實為基礎的。他對於電動力學的麥克斯韋方程作了深入研究,他也一直有諸如「追光」(人能不能追上光?追上以後能看到什麼)之類的思想實驗。 而且他大量的工作在於對光速不變和相對性原理的後果深入的研究,推導出洛倫茲變換(雖然洛倫茲數學上已經推導出,但是物理意義完全不一樣),還要作各種討論。這就是理論物理學家的工作方式。
[施郁原創]
愛因斯坦——當代最偉大的物理學家。我想這句話沒有人反對吧,說到愛因斯坦,我們都知道現代物理學兩大支柱之一就是相對論,而作為相對論的提出者,愛因斯坦提出相對論經歷了一個怎麼樣的歷程呢?讓我們一起來看一看吧:
一提起愛因斯坦,人們就容易將其和天才二字聯繫起來。也的確如此,愛因斯坦是百年難得一遇的天才,雖然我也可以很直接地說即使沒有愛因斯坦,相對論也會被提出,只不過是時間上晚一些而已。而愛因斯坦,這位享譽世界的物理大師,是一名理論物理學家而不是實驗物理學家,這兩者還是有很大的區別的。比如說理論物理學家負責提出理論,而實驗物理學家負責驗證理論的正確性。很顯然,愛因斯坦提出相對論當然不是他通過實驗得出來的,而是由他超凡的數學才能、嚴密的邏輯推理能力以及極富想像力的大腦創造出來的。
如果說狹義相對論不能算是愛因斯坦一人的貢獻,那麼廣義相對論實實在在是愛因斯坦以一人之力提出來的。在狹義相對論發表之前,洛倫茲提出的洛倫茲變換以及邁克爾遜和莫雷通過實驗得出的光速不變原理都是狹義相對論的基礎,當初洛倫茲經過推導得出一系列公式,但是卻因為與經典物理學相悖而放棄了繼續探索下去的想法,從這方面可以說愛因斯坦只不過把別人不敢想不敢說的話說出來了。
而廣義相對論就不同了,它是將經典的牛頓物理學的萬有引力定律和狹義相對論加以推廣,狹義相對論可以說是一種靜態的,特殊情況的,而廣義相對論則是將引力也納入其中,並且是提出了一種全新的描述引力的概念。1907年,當愛因斯坦應邀寫一篇狹義相對論的文章的時候,他發現了除了引力定律之外的所有自然定律都可以在狹義相對論的的範圍內討論,但是慣性質量和引力質量的問題卻無法用狹義相對論討論,這也是狹義相對論的局限性,正因為此,愛因斯坦萌生了提出廣義相對論的想法。
引力和慣性力都是固有存在的,引力只與引力質量有關,慣性力只與慣性質量有關,與物質的其它特性均無關。在愛因斯坦之前,關於引力的描述很模糊,用牛頓的話來說引力就是萬物之間都存在的力,天上的和地下的力,都是同一種力,在牛頓的觀點裡,引力還是一種超距力但是具體引力是怎麼產生的卻沒有說清。
於是,愛因斯坦做出了物理學思想上的一個重大突破,他大膽猜測,引力效應可能是一種幾何效應。萬有引力不是一般的力,而是時空彎曲的表現,由於引力起源於質量,他認為時空彎曲起源於物質的存在和運動。愛因斯坦產生了與當年黎曼類似的猜想,但是愛因斯坦在建立新理論的過程中卻深感自己數學能力的不足,於是他求助了自己的好友格羅斯曼以及希爾伯特。後來在朋友的開導下,成功地推導出了廣義相對論公式。
所以說,如果單單用僅有的數學知識,不說推導出廣義相對論,就連是想都想不到怎麼去解釋引力,我們不得不佩服愛因斯坦天才的想像力。愛因斯坦有一句名言:「提出一個問題往往比解決一個問題更加重要。」誠然,愛因斯坦的成功離不開他的想像力,在他16歲的時候,他就開始思考「假如我騎在一條光線上,追上了另一條光線,那將會看到什麼現象?」對於這個看似荒誕不經的問題,他卻用了10年的時間來考慮,並最終創立了舉世矚目的相對論。所以說哪怕是天才,也不是一天練成的, 天才做出天才的發現,也需要日積月累,也需要不斷思考。這個問題分兩部分。
首先是狹義相對論的部分,在這一部分,其實是有一些實驗基礎的。最重要的實驗當然是麥克爾遜莫雷實驗,他們本來想測量出地球相對於絕對靜止空間的運動,用的是光學干涉的方法,儀器的精密度是夠的。但他們沒有測量到地球相對於絕對靜止空間的運動,這是一件很奇怪的事情。他們沒有辦法解釋,後來愛因斯坦發現他們的實驗中用到了一個假設:光的速度可以疊加上地球的運動速度。愛因斯坦推翻了這個假設,換了一個新的假設:光的速度不可以疊加上地球的運動速度,光速永遠是光速,不會變的。所以,這個思路一下就推出了一個更震撼的結論:絕對靜止的空間,不存在的!這是狹義相對論的基本邏輯過程,是有實驗基礎的,當然不是大量的實驗,也就一個實驗。
其次是廣義相對論部分,那是沒有實驗的,有水星近日點的觀測數據,但愛因斯坦也是後來才想起這些數據的,一開始愛因斯坦是完全用邏輯思維推出廣義相對論的。我覺得你的用詞是錯誤的,這不是「想像」出來的,而是用邏輯的推演的。
我就只談狹義相對論發現的過程,不談廣義相對論。
可能題主是學文科的,所以我儘可能用最簡單的自然語言表達,所用到的數學方程只有一個,小學都學過的勾股定理。
所以,只要你集中一點精力閱讀,我保證你能懂什麼是狹義相對論。以及為什麼相對論如此堅實可靠。
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愛因斯坦時代,當時最快的東西就是火車,狹義相對論討論的是光速,當時的科技手段,怎麼做實驗驗證相對論?
正因為當時不可能驗證,被認為是人類理性智慧最高成就的相對論,是沒有獲得諾貝爾物理學獎的。
今天是怎麼驗證相對論的?
比如:飛機上放一個精確的原子鐘(動鍾)、發射衛星觀察相對論效應(gps)、粒子加速器中加速基本粒子......等等。
愛因斯坦說:想像比知識更重要 。
但對一般人來說是想像是「意淫、白日夢、腦補」,對愛因斯坦來說卻叫「理想實驗」,或者是物理學家費曼說的「規範想像」。
狹義相對論是純粹思想實驗和邏輯推導,但是,即便當時沒有很高的觀測技術進行實驗驗證,也挑不出錯誤。這是因為狹義相對論這是一個厚積薄發的過程,這是一個從伽利略、牛頓就開始的馬拉松長跑,愛因斯坦是最後一棒,衝到了終點站。(狹義相對論不被愛因斯坦發現,其他人有可能發現,但是廣義相對論,如果不是愛因斯坦,可能還過兩百年都不會有人發現。)
狹義相對論所需要的兩個科學原理:
- 「相對性原理」
- 「光速不變原理」
是人類積累了幾百年的認知,而且有其他科學家的實驗驗證(MM實驗),以及電動力學的理論預言(麥克斯韋方程組)。
相對論就是在這兩個原理之上的邏輯推導。下面,簡單說一下這兩個【第一原理】。
相對性原理:任何物理學實驗都無法區分靜止和勻速直線運動的參考系,一切物理學規律在慣性系中等價。
你在地球上跳高不需要考慮地球的自轉和公轉。如同你在勻速行駛的火車打乒乓球不需要考慮火車運動。
無論是地球、月亮上、外星球(慣性參考系系),物理規律是一樣的,這幾乎也是不證自明的。
我們人類去過最遠的地方是月球,NASA的宇航員還特地驗證鐵鎚和羽毛的下落速度一樣。
我們可以推而廣之,自由落體定律全宇宙都成立。所以,我們沒去過火星,依然能將探測器送上火星。
這些都說明慣性系平權的,不存在一個特殊參考系,這些都是非常符合直覺,幾乎不言自明,
所以,愛因斯坦將其上升全稱判斷:相對性原理(叫『公設、假設』都可以)。
「速度合成」和「伽利略變換」也就是說的運動的相對性,這很好懂:
比如:在勻速前進火車上,你拿一個小鐵球鬆開,掉到火車地板上,你覺得鐵球的下落是直線,但是相對地面觀察者(地球這個慣性參考系),卻是曲線。
圖很渣,意思明白就行,
火車參考系,球的下落是直線
地球參考系:因為下落的過程中,火車在運動,地名觀察者認為球的下落軌跡是曲線。(其實人也在動,這裡沒辦法描述。)
說簡單一點就是:你在行使的火車上將東西扔給同在火車另一個人,你根本無需考慮火車速度。但是,你要扔給火車外面的都人,就要考慮火車的速度了。
這些都是簡單的常識,幾乎不可能錯。所以,相對性原理錯了,那才是怪!
光速不變原理光速不變原理不是常識,而且極其違背「速度合成」的直覺。但卻是一個有著精確實驗和電動力學理論推導作為支撐的的結論。
【邁克爾&莫雷實驗】簡稱【MM實驗】,是利用光的干涉原理做的實驗,非常之精確,幾厘米的誤差都可以測出來。
這個實驗是來找一種當時人們假設的光的傳播介質「以太」的。
地球在公轉,如果光的傳播介質以太存在,根據速度合成,地球不同方向上光速是不一樣的,可以通過干涉儀的干涉條紋觀測到。
但是,【MM實驗】顯示無論是那個方向上的光速都一樣。
這個實驗結果讓當時的科學界極為困惑,被稱為「一朵烏雲」,另一朵烏雲叫做「紫外災難」,催生了量子力學。
麥克斯韋建立的電磁學理論,預言了光是一種電磁波,那麼速度就是一個常數C:
光速竟然是個常數,當時科學界逗比了,怎麼想也想不通。
驅散烏雲,以睹青天當時名不見經傳的愛因斯坦,玩了一個「哥白尼反轉」。他說:
既然找不到以太,以太可能就是沒有,不需要「以太」這個額外假設,也可以很好的解釋。
只要願意拋棄頭腦中根深蒂固的絕對時空觀,這個問題就迎刃而解。
這就是奧卡姆剃刀的典型運用:如無必要,勿增實體。
把以太用剃刀割掉,之後,再拋棄絕對時間這個概念,服從事實:光速才是唯一不變的標尺。
從數學角度很好辦,但從物理學角度我們的腦子會被千百萬年進化得到的常識所禁錮。
而理解相對論的訣竅就是拋棄「絕對時間」這個「常識」。
只要將光速不變當做原理和,以常數c不變數,進行邏輯推導,就得到了時空這個變數。
這個方程就是就是洛倫茲變換:
我就還是用渣圖來講解推導過程,前提是只要你懂勾股定理三條邊之間的換算關係:
第一原理:光速為常數C (「相對性原理」是隱含前提)
- 假設一輛勻速運行的火車,速度為V。
- 火車上有一個兩面鏡子組成的光子鍾,長度為1,光信號在鏡子兩面來回反射。
那麼,火車上的人,看到光走的直線,光走完這段距離,所用時間是:t=1/C
火車以V速運動,由於光速不變,火車以外的人,看到光在T時間內走了一個斜線,:也即:它們的關係,可以用直角三角形表示,
引用勾股定理,可以推出火車外的測到的時間T:
t=1/C,二者比值:
所以,t和T的比值,永遠小於1,也即【動鐘慢】。
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造物主的語言:數學和邏輯最簡單的邏輯學告訴我們:
邏輯推導前提正確,形式正確,結論一定正確。這幾乎是沒有辦法的駁倒、不言自明的結論。
比如:平行線不相交是不是正確的?這幾乎是不證自明的正確。
如果「平行線不相交」這個全稱判斷成立,所有三角形內角和等於兩直角(180度)必定正確。因為這是「同言反覆」,二者是等價命題。
綜上所述,為什麼狹義相對論可靠?
因為狹義相對論這幢大樓,建築在穩固的根基之上。
狹義相對論的的推導前提:光速不變原理和相對性原理,這兩個原理(Principle)非常穩固,是人類幾百年來認知的沉澱,且從未發現反例。
相對論都是在這兩個可靠原理之上邏輯推導,構建的「公理體系」,相當於幾何學的定理,只要你承認公設(axiom),證明過程正確,結論就必然正確。
一切何科學理論都是這樣的公理體系(axiom systems),環環相扣,你只有推翻原理公設,否則,不可能留縫隙給你。
今天的民間科學家很多連這個簡單的道理都不懂。他們不理解科學研究範式,不明白如何在第一原理的基礎上構建公理體系。可能是因為沒有受過完整正規的學術訓練有關。
「宇宙之書」的是上帝用數學寫就的,科學確定性、精確性,正是因為應用了數學和邏輯。
愛因斯坦沒有做過什麼實驗,相對論是依靠他卓越的邏輯思維能力總結出來的,特別是廣義相對論,更是愛因斯坦跳躍式思維的體現。我們知道,狹義相對論的兩個基本出發點是光速不變與狹義相對性原理。這些成果在愛因斯坦之前就已經有了,比如在19世紀中期時,麥克斯韋預言了電磁波的存在,速度是光速,光也是一種電磁波。
在麥克斯韋去世後的第八年,也就是1887年,阿爾貝特·邁克爾遜與莫雷兩個人進行了一次實驗,原本的目的不是為了測驗光速不變,而是在假設以太存在的基礎上,測量地球相對以太的運動速度,他們原先是這樣認為的,如果以太存在,那麼服從伽利略變換(當時還沒有出現洛倫茲變換)的話,如果幹涉條紋發生了移動,那麼測出移動的距離,就可以求出地球在「以太風」中的運動速度了,可是,干涉條紋並沒有任何移動。
後來,實驗也被重複做了幾次,得到的結果都是這樣。
這樣的結果說明了,「以太」這個概念可能是不存在的,光速是不變的。在做出這個實驗的以後幾年中,在1895年,洛倫茲提出了自己對於這個實驗的解釋,並提出了長度收縮公式,順手也把時間調慢了一點,但他為何要調慢時間,沒有任何的依據,可能只是為了讓計算結果更符合邁克爾遜莫雷實驗的結果吧。這就是洛倫茲提出的洛倫茲變換了,是最早的形式,不過呢,洛倫茲還是在假設以太存在的基礎上提出的。
在1905年,愛因斯坦意識到,既然光速不變,那麼以太就沒有存在的意義了,於是摒棄掉以太,而且,愛因斯坦尤為看重洛倫茲變換,於是對其進行了新的解釋,並賦予了洛倫茲變換新的物理含義,愛因斯坦用它來解釋邁克爾遜莫雷實驗結果。
當然了,狹義相對論的核心也就是洛倫茲變換。
而在1916年,愛因斯坦發表了他的廣義相對論,更是愛因斯坦跳躍性思維的體現。
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今晚,本文想藉助@小漢字見大歷史 先生的引文,講一講大家都很感興趣的相對論的問題。
在@小漢字見大歷史 引文中,先生以自嘲式的渣圖,給出了一個直角三角形(請讀者查閱@小漢字見大歷史 原文)。
請注意:十九世紀末的物理學大佬們,在看到小愛虛擬的直角邊時,無不嗤之以鼻。因為了解相對運動的火車坐標系與地面坐標系,這兩者相關關係的任何一個人,都只承認斜邊是光線行走的唯一路徑。那個直角(垂變)是小愛虛構的路徑。換句話說,小愛把一個(好比有認知缺陷的或者被強行關在籠子里的人)只理解或僅關注相對坐標系(行走的火車)內的光路軌跡,與一個現實上完全可以對應(理解相對運動的真實性路徑的人)動、靜坐標系轉換的實際光路軌跡,擺在一起編造故事。竟然還推導出「尺縮鐘慢」效應。無疑當年的小愛是幸運的,他的論文(狹義相對論)被發表了!十年後(大約)他的另一篇論文(廣義相對論)也被發表了。而且至今為人們廣泛傳播,並遭到各方質疑。這是現實,無法更改的歷史現實。感謝科學歷史永久性記錄了他的存在。
其實,與之相類似的還有牛頓神論的「動量守恆定理」。令人奇怪的是神論「動量」與愛論」相對」,他們都是把當時公認的物理定律,統統裝入數學的「魔袋」,一經邏輯嚴謹的數學演繹推理,便從出口(方程式的另一端)得到「魔幻」般的鏡像。科學界多人認為數學是科學的皇后一點兒也不過份,她不僅美麗而且魔幻,人人嚮往。就以「皇后」舉例(註:是比喻,不是不尊重皇后),善良的人們只關注皇后(肚子里懷的是公認的物理定律)是否生下真皇子,因為他們認為沒有科學的真皇帝(本文特指作用關係)所施加的作用(力),皇子是不真實的。果然皇子的身份並不真實。那又能怎麼樣呢?
牛頓在自然哲學的數學原理一書,以孩童撿拾貝殼??與石頭的那段名言,表達了他自己的真實內心(——真理的海洋在他身後)。老愛在晚年企圖撕毀書稿的傳聞,也表達了他當時的真實心境(——怕被後人嘲笑)。
其實二者大可不必如此,有科學家斷言:科學從不會靜止,今天人們努力描繪的物理定律,就是用來為後人所打破的。
科學也從不那麼認為,科學本身的包容性與開放性,允許任何奇談怪論步入和走出。這就是真實的人類科學史。
果然,一百多年裡大家都在圍繞愛氏相對論做功課,有人要發奮努力來否定他,有人要發奮努力來肯定他。這就是科學向前發展的動力!如果像十九世紀末物理大咖們那樣推測,物理學的大廈??已經建立,剩下的就是些修修補補的事情了。那麼物理學可能早就寂靜而死,但現實當然不會如此。
科學的發展史表明,科學的發展的確需要那些了解物理定律而又喜歡拿數學來編故事的人。這一過程的本身,也大大促進了數學自身的高度發展。無論今後誰來扛這桿大旗都是如此。人們可以不支持某一位科學家的觀點,但千萬不要羞辱他的人格。因為誰都有可能成為下一個抗大旗的人。
各位看官,無論擁相派和反相派如何感想,本文(雖然儘是胡扯)是今日頭條在科普層面上推出的關於狹義相對論的最透明、最公正的解釋(除了有些暗示性的引文以及作者尚未發現的原文外),沒有之一。希望大家釋然!
喜歡拍磚的朋友請把磚頭砸向老愛,請把點贊留給作者。因為碼字實在辛苦,謝謝大家批評指正!
愛因斯坦的相對論分為「狹義相對論」和「廣義相對論」。但是無論是「狹義相對論」還是「廣義相對論」最初都是通過思想實驗和邏輯推導而得出來的。
其實愛因斯坦最擅長的就是「思維實驗」。無論是在相對論的得出,還是在量子力學的論戰中,愛因斯坦都將其使用的淋漓盡致。當年在第五屆塞爾維會議上,當時幾乎所有的重量級的物理學家都集中於此,愛因斯坦就是在此提出了「光匣子」思維實驗,此實驗剛一提出,差點將整個量子力學打入萬劫不復之地,這可不是開玩笑,若不是當時著名的物理學家玻爾(也就是量子力學哥本哈根學派的代表人物)竭盡全力,苦思冥想最終找到了「光匣子」實驗的破綻,徹底的推翻了「光匣子」的結論。從這以後,量子力學的魅力才真正折服了所有的物理學家,正式被物理學界所接受。當然,懷疑反對量子力學的事情一直都在發生,但是卻沒人能給出令人信服的理論來。
其實我們可以從上面的「光匣子」實驗可以看出,愛因斯坦是多麼的擅長利用思維實驗來解決物理難題。我們也知道當年的「狹義相對論」也正是基於愛因斯坦的思維實驗上而推論而來的,看過狹義相對論的人都會被愛因斯坦的想像力和無懈可擊的邏輯思維所折服。整個狹義相對論有兩個最基本原理,一個是相對性原理,另一個就是「光速不變原理」。除了狹義相對論之外,還有廣義相對論的提出,這個就更是很少有人懂了,廣義相對論的所有結論也是根據愛因斯坦的「思維實驗」推導而來的,其中最著名的原理就是「等效原理」,愛因斯坦第一次將「引力質量」等效為「慣性質量」。就是如此一個開創性的做法,使得整個廣義相對論的難度瞬間飆升。
也正行為愛因斯坦的相對論基本上是完全依靠「思維實驗」而完成的,但是沒有經過真正的科學實驗驗證,得不到實驗數據的支持,愛因斯坦始終都沒有在相對論上獲得過諾貝爾物理學獎。而是在他看來並不起眼的「光電效應」的論文上獲得了他一生唯一一次諾貝爾獎。
其實這並不是諷刺他,恰恰相反,這更表明了愛因斯坦的偉大之處,以及他的思想是如此的超出常人,以至於後來人都爭相恐後的研究他的相對論。也有人說,愛因斯坦得到諾貝爾獎並不是愛因斯坦的榮譽,而是諾貝爾獎的榮譽。雖然這已經言過其實了,但是放在愛因斯坦身上也並沒有什麼不對。
最後用愛因斯坦的名言結個尾:「想像力比知識更重要」!
基本上可以認為是愛因斯坦想像出來的,不過中間也有愛因斯坦大量的數學計算,比如廣義相對論公式,運用到了的微積分等複雜的數學運算。
狹義相對論基於兩個前提:光速不變原理和相對性原理。簡單解釋,光速不變指的是在任何慣性參照系下光速都不變,而相對性原理指的是在所有的慣性參考系中都有相同的表現形式。
光速不變原理原理在求解麥克斯韋方程組中得到的,並由邁克爾遜-莫雷實驗證明,愛因斯坦以光速不變原理為基礎,推導出了著名的狹義相對論,包含四個方程式,其中一個就是洛倫茲變換!
而廣義相對論更體現除了愛因斯坦高超的智商和不同常人的思維方式。他發現自己的狹義相對論有瑕疵,只適用於慣性參考系,當引力開始起作用時,在非慣性參照系中並不能適用!
於是愛因斯坦大膽假想了他的廣義相對論,同樣基於兩個原理:引力和加速度等效,引力的本質是時空彎曲!
廣義相對論剛提出是並沒有得到廣泛認可,因為它缺乏實驗證據,不過隨著時間推移,科學家們證實了廣義相對論,比如說引力波,引力透像,還有白矮星的質量上限等!
所以,相對論一開始想像成分更多,這也更能體現出愛因斯坦與眾不同的思維方式和異於常人的智商!
很遺憾地告訴題主,都不是!愛因斯坦是靠運氣得到相對論的。我十分誠懇地告訴題主:相對論和量子力學都是靠運氣獲得的。
在狹義相對論建立以前,洛倫茲通過假設存在一種我們今天叫做「洛倫茲收縮」的真實收縮,便可以在以太理論上解釋一切!這不需要相對論,就可以很好地解決問題了。洛倫茲不是靠想像獲得這一收縮的,而是計算。題主自己也可以根據邁克爾遜-莫雷實驗在以太理論上算出洛倫茲收縮。換句話,如果沒有愛因斯坦,狹義相對論已經有誕生的可能性了。但是洛倫茲所謂的收縮是真實的收縮,後來的實驗觀測顯示,不存在這樣的真實收縮。愛因斯坦是如何獲得狹義相對論的呢?其實愛因斯坦知道一個天文學觀測結果:光行差實驗。這個實驗可以也可以在以太理論上算出洛倫茲收縮。洛倫茲收縮是狹義相對論的核心。只要有了這個東西,狹義相對論就很容易建立。愛因斯坦之所以能建立狹義相對論,和他的直覺有一定關係,但是我覺得還不如說他的運氣好。因為拋棄以太不一定就是對的,或許前面說的那個實驗支持了洛倫茲收縮是真實收縮,進而證明以太是需要的!面對同樣的洛倫茲收縮,愛因斯坦和洛倫茲的選擇截然不同:愛因斯坦放棄了以太,而洛倫茲堅持以太。換句話,每個人都是50%的勝率,愛因斯坦的獲勝在這個意義上純屬運氣!最終歷史記住了愛因斯坦相對論,忘記了洛倫茲的以太理論。
運氣好是成功物理學家普遍的特點。運氣不好的基本成為不了優秀的物理學家。比如說後來的量子力學,海森伯和薛定諤兩個人在兩條不同的路上探索量子力學。薛定諤在一開始走了一個不算錯誤的錯誤之路,結果落後于海森伯!這就是運氣,薛定諤如果一開始就沿著他後來的路走,那麼第一個提出量子力學的就可能不是海森伯了!薛定諤的錯誤之路被後來的三個人走通了,這反過來說明薛定諤的運氣確實不好。
此外,還有霍金,霍金運氣是好的。無論是黑洞熵還是黑洞輻射,都不是霍金的首創,而是別人有了想法,霍金給算出來了!如果霍金運氣差,或許提出這些想法的人就已經算好了,論文也發了,霍金就只能繼續躺在病床上無人問津!
所以,我比較堅信:運氣是成功者最重要的力量之一。【最近讀了一篇討論運氣對學術研究成功率貢獻程度的文章。我覺得寫得很有道理,因為它的觀點和我的觀點不謀而合。】
當然,光有運氣也不行,還需要堅實的物理數學基礎,否則算出洛倫茲收縮就是一個巨大的攔路虎!愛因斯坦提出相對論,尤其是廣義相對論,數學曾一度讓他心力憔悴!所以,除了運氣就是堅實的功底。
基本上做的都是思想實驗,什麼叫思想實驗?就是在腦子裡模擬,說白了,相對論絕大部分都是是靠「想」出來的。
先說狹義相對論,我們現在知道,它的兩條基礎原理是:光速不變和狹義相對性原理。可能有些朋友聽過這樣一個故事,說愛因斯坦在十幾歲時,就曾經幻想:假使有一天我能以光速飛行,那麼光線在我的眼裡會變成什麼樣子?是一條停滯的電磁波嗎?這可能就是狹義相對論最原始的想像了。
到了後來,人們發現麥克斯韋方程組推導出的光速,和參考系無關,再加上邁克爾遜莫雷實驗證明了以太的不存在(也即是在不同的參考系內沒有發現光速有變動),愛因斯坦就將光速不變應用為原理(一說當時愛因斯坦只知道麥克斯韋的結論而不知曉邁克爾遜莫雷實驗),再將力學相對性原理推廣為狹義相對性原理,最後靠這兩條規定,狹義相對論就這麼推出來了。
再談廣義相對論,這個可能就真的是純粹的腦力想像了。因為愛因斯坦發現無法將引力容納進狹義相對論,為了解決這個問題,他提出了等效原理,又將狹義相對性原理提升到廣義相對性原理,注意,在這些過程中,都沒有任何實踐操作實驗。然後又學了更高等級的數學,最後總共用了十年時間,將廣義相對論提出來了。
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