相對論不為人知的10件事

 

相對論不為人知的10件事
 
愛因斯坦因廣義相對論而名垂千古。
 
【訊】據美國《探索》雜誌報導，自相對論誕生之日起所帶來的時空觀革命就極大地拓展人類對宇宙的理解，幫助人們發現時間旅行的奧祕、原子裂變的能量、宇宙的起源和終結、黑洞和暗能量等奇妙現象。幾乎宇宙所有的奧祕都隱藏在相對論那幾行簡單的公式中，但有關相對論的10件事情恐怕仍不為人知。

1、誰最先發明相對論？一般人可能都認為是愛因斯坦，但其實是伽利略在1639年偶然發現此主意。當時他展示一個落下的物體在一艘行進的船上和一座靜止的建築物上落下的情況是一樣的。愛因斯坦重新用公式表示了伽利略的相對論，以應對在近光速下發生的一些奇異事情。在此情況下，時間會變慢，空間會被壓縮。

2、愛因斯坦不稱之為「相對論」。這個詞從未出現在他1905年寫的原始論文《論運動物體的電動力學》中。而且他討厭這個術語，情願使用「不變性理論」。因為物理學定律對所有觀察者都是一樣，並無相對處。

3、時空連續統一體是否愛因斯坦提出？不是。時間作為第四尺度的想法來自愛因斯坦的教授赫爾曼‧閔可夫斯基。這位德國猶太人數學家是四維時空理論的創立者，曾是著名物理學家愛因斯坦的老師，曾叫愛因斯坦是個「懶鬼」。閔可夫斯基1907年認識到可將過去被認為是獨立的時間和空間結合到四維時空結構中，即閔可夫斯基時空，這為廣義相對論的建立提供了框架。

4、奧地利物理學家弗里德里奇‧哈色羅爾在愛因斯坦發表基本方程式E=mc2前一年就公開發表該方程式。在質能方程式中，E表示能量，m代表質量，而c則表示光速。相對論的重要結果之一是質量與能量的關係。質量和能量可互換即是建立在狹義相對論基礎上，1915年愛因斯坦提出廣義相對論。

5、愛因斯坦在瑞士專利局的全職工作意味著他在沒有人視察時，可推敲幾小時的相對論。當視察員走過時，他會將他的筆記塞進書桌裡。雖然愛因斯坦是位禁酒主義者，但當他最終完成相對論時，他和妻子米列娃雙雙將自己喝醉，以這種古老方式和時空連續統一體一同用膳。

6、愛情是相對的。愛因斯坦1904年在完成相對論時寫道：「我需要我的妻子，她為我解決了所有數學問題。」但到1914年，愛因斯坦要求和她斷絕所有個人關係，直到絕對不需要社交理由保持聯繫為止。規則也是相對的。愛因斯坦認為，任何東西都不能比光走得快，但空間本身就沒有這樣的速度限制。在宇宙大爆炸後，失控的宇宙膨脹顯然馬上就將光線落在身後。

7、狹義相對論適合於以不變速度運行的物體。廣義相對論涵蓋加速的物體，解釋重力如何工作。廣義相對論在狹義相對論提出後10年才出爐，被認為是愛因斯坦真正獨到的見解。廣義相對論是愛因斯坦以幾何語言建立而成的引力理論，統合了狹義相對論和牛頓的萬有引力定律，將引力改描述成因時空中的物質與能量而彎曲的時空，以取代傳統對於引力是一種力的看法。因此，狹義相對論和萬有引力定律，都只是廣義相對論在特殊情況下的特例。狹義相對論是在沒有重力時的情況；而萬有引力定律則是在距離近、引力小和速度慢時的情況。

8、當愛因斯坦被廣義相對論中的數學問題難倒時，靠老同學和好朋友馬賽爾‧格羅斯曼克服了困難。1912年，愛因斯坦在格羅斯曼的幫助下尋求表現自己思想的數學工具。1913他們共同署名發表了《廣義相對論綱要和引力論》，但廣義相對論的早期版本卻發生重大錯誤，算錯了光束會因重力而產生彎曲的程度。幸運的是，在1914年日食時檢測此理論的計畫被第一次世界大戰中斷，否則就會證明愛因斯坦是錯的。在愛因斯坦1955年去世時，科學家還幾乎沒有任何廣義相對論的量化證據。

9、這項日食實驗最終在1919年進行。著名英國物理學家亞瑟‧埃丁頓帶領觀測隊到西非的普林西比島觀測日全食，首次證實愛因斯坦的廣義相對論所預言的光線引力彎曲現象。這一宣布讓愛因斯坦一舉成名，其肖像紛紛印在咖啡杯、T恤和帽子等各種日常用品上，像明星一樣為大家所喜愛。

10、不過，1960年代卻發生了戲劇性的變化，當時天文學家開始發現最外的天體中子星和黑洞，將嚴重的凹痕放在時空形狀上。現今的廣義相對論如此容易理解，以至於通過引力彎曲現象，它被用來給星系測重量，並查找遙遠行星的位置。