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DDSSN010-「广义相对论的百周年纪念」 精选

已有 6459 次阅读 2015-6-18 15:15 |系统分类:科普集锦|关键词:学者

前几文(DDSSN003-005)提到,今年是爱因斯坦发表其「广义相对论」的百周年纪念,其实他首度发表这篇论著是在 1915 年的 11 月,因此严格说来,还有五个月才真正是「广义相对论」的一百周年纪念(注:爱因斯坦是 1915 年时,在「普鲁士科学院(the Prussian Academy of Science)」的报告中提出「广义相对论」中主要的相关方程式,而后在 1916 年时,才正式以论文发表在 Annalen der Physik 德文期刊上),也因此读者可以想见,接下来应该还会有相关的陆续活动和报导。我在这就提三个,和大家分享:

(一)加拿大(Canada)的Perimeter Institute for Theoretical Physics 在网络(http://www.perimeterinstitute.ca/news/general-relativity-z)上,把「广义相对论」的相关内容,以英文 26 个字母由 A Z 依序列举,并配以精美图片加以说明,做为另一种纪念方式。作者在其引言𥚃称「广义相对论」是所有理论中的至美者(the most beautiful of theories;想学好英文的读者,千万要细细体会英文用字遣词的语法,这里用的是 the most beautiful of theories,而不是 the most beautiful theory),并指出「广义相对论」实质上就是一种「引力的几何理论(geometric theory of gravity)」,让我们能更深层的去理解时空的本质。有兴趣的读者,不妨㸃入该网址查阅,由于其英文简扼易懂,我就不再浪费篇幅一一加以说明。

(二)另外, LiveScience 经由全球物理学家、天文学家、数学家共同票选出了11个「最美的数学方程式(the most beautiful mathematical equations)」,强调这些方程式,不只在科学上具有深厚的科学意涵及实用性,更重要的是它简约如诗般的结构形式。在这11个最美的数学方程式中,「广义」相对论的方程式,被评为第一名(注:「狭义」相对论的方程式则列居第六名)。有论者认为所有爱因斯坦的真正天赋,完全展露在这个方程式上(All of Einstein's true genius is embodied in this equation)。

这个公式革命性的改变了,传统上科学家们对「力(gravity)」的看法,也就是说,透过这个简扼的公式,「爱因斯坦」巧妙的把「引力」这种我们日常生活中所熟知的自然现象,连结到另一种超乎我们所能想象的「时空结构(the fabric of space and time)」中。质言之,所谓的「引力」,不过只是反应「时空结构」在「曲伏状态(warpping)」下的一种现象。该公式(见下图http://www.livescience.com/26680-greatest-mathematical-equations.html?cid=dlvr.it Credit: Shutterstock/R.T. Wohlstadter)的左边代表的是宇宙的「时空几何形貌(the geometry of space-time)」,而右边代表的则是「宇宙的总能量(the energy content of universe)」(注:这总能量也包含了所谓的「暗能量(dark energy)」),而等号则清楚告诉我们:「质量」和「能量」共同决定了「时空的几何形貌」。

(三)对于一般人而言,由于爱因斯坦的「相对理论(Theory of Relativity)」主要是探究物体(1)在极大引力场或(2)以接近光速运动时的理论,因此在我们日常生活中,并无法直接感受到它的存在和重要性。既使如此,但当我们需要极为精确的数据时(如全球定位系统(GPSGlobal Positioning System),你还是必须把相对论的影响(relativistic effects)计入,也就是说,你每天使用智能型手机(需要 GPS 定位)打电话时,你就是「相对论」的最直接受益者,或者说,你就是在验证爱因斯坦「相对论」的正确无误。

另外,「广义相对论」中的空间(space)概念主要是告诉你(妳)宇宙萭物的邻近空间,不但是可以扭曲变形的,而且其扭曲变形的程度和该物体的质量有关,质量愈大,时空的变形愈大,所形成的引力也愈大,但是由于我们日常生活受限于地表上的活动,我们脑海里总是认为空间是平的,因此对「广义相对论」中的「时空曲伏(warping of the space-time)」的概念,难以想象和接受。说到这𥚃,跟你(妳)开个玩笑,男女两人走得近感情好,最后相恋坠入爱河(fall in love),不是因为别的,只是因为两人在一起,两人各自的周遭时空产生扭曲变形,因此彼此不自觉地相互陷入对方的时空中,对此爱因斯坦的笑谑名言是:「引力可不负责男女两人的坠入爱河(Gravitation cannot be held responsible for people falling in love)」,或者更简单的说法是「别怪引力让你(妳)坠入爱河(You can't blame gravity for falling in love)」。




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