前文說到愛因斯坦論文發(fā)表了，一開始別人都沒注意，慢慢事情就鬧大了，別人都在打聽這個(gè)愛因斯坦在哪個(gè)大學(xué)工作啊，結(jié)果所有大學(xué)都沒回消息，結(jié)果別人找了半天發(fā)現(xiàn)他不在大學(xué)里，在專利局工作，搞物理屬于玩票，這里面就有愛因斯坦當(dāng)年的老師明可夫斯基，明可夫斯基簡直不敢相信這事，那時(shí)候他給愛因斯坦上課后者老翹課，他也挺懊惱啊這愛因斯坦是個(gè)天才當(dāng)年自己怎么就沒發(fā)現(xiàn)呢。

大概在1907到1908年之間愛因斯坦的論文就發(fā)表了并沒多久，隨后明可夫斯基就和希爾伯特一起研究愛因斯坦的論文，他們覺得這論文寫的太好了。他們倆全是數(shù)學(xué)家，他們就覺得一幫物理學(xué)家搞計(jì)算那肯定沒有數(shù)學(xué)家來搞的順手，覺得數(shù)學(xué)家很厲害啊，明可夫斯基就在大學(xué)里講愛因斯坦的理論，他覺得這屬于最新的科學(xué)成果理應(yīng)讓學(xué)生第一時(shí)間知道。明可夫斯基就第一時(shí)間精煉了愛因斯坦的學(xué)說，他覺得應(yīng)該把時(shí)間和空間同等對(duì)待，構(gòu)成一個(gè)四維時(shí)空，但愛因斯坦就覺得這只是個(gè)噱頭，也就是聽上去厲害一點(diǎn)。后來愛因斯坦覺得這不僅僅是包裝這么簡單，明可夫斯基還是很厲害的，四維時(shí)空這個(gè)概念還是很有意義的，這種描述與事物的本質(zhì)更貼切。

洛倫茲也聽說這事了，他看了愛因斯坦的論文推導(dǎo)公式心想怎么跟他自己寫的一樣，但是解釋的理論跟他的又完全不一樣，他其實(shí)不太同意愛因斯坦的說法，但這倆人的公式又一樣，他為了區(qū)分這兩個(gè)理論他就給愛因斯坦的理論起名叫相對(duì)論。愛因斯坦知道了覺得也OK吧，這名字也能接受，這名慢慢就傳開了，這理論就被叫做了相對(duì)論。物理界那幫大佬看到愛因斯坦這篇論文眼睛都發(fā)光，普朗克首先就肯定了愛因斯坦的理論，隨后能斯特和勞厄也表示這個(gè)理論挺靠譜，后來法國的居里夫人和郎之萬也表示這個(gè)理論沒問題。愛因斯坦的那篇論文其實(shí)格式都不是特別規(guī)范，因?yàn)樗恼撐臎]有引用任何其他的物理論文，因?yàn)橛泻枚鄸|西他都不知道。當(dāng)時(shí)那些論文在瑞士只有一本雜志上有，愛因斯坦很有可能都沒看過那個(gè)雜志。普朗克審核愛因斯坦的文章就覺得這論文太好了，就應(yīng)當(dāng)發(fā)表，當(dāng)然了也有人完全無視這檔子事，這人就是龐加萊，他跟愛因斯坦兩個(gè)人都不提這事，記者問他們倆他們倆誰都不說，因?yàn)辇嫾尤R覺得自己也差不多提出了這個(gè)理論，而愛因斯坦就覺得這東西肯定是自己搞出來的，這兩人見過面，一個(gè)覺得后生可畏，愛因斯坦這么年輕就能提出這個(gè)理論，另一個(gè)覺得對(duì)方是泰斗宗師，反正雙方都覺得對(duì)方挺不錯(cuò)的。龐加萊在1912年就去世了，有數(shù)學(xué)界的人就給愛因斯坦寫了一封信，說要出個(gè)紀(jì)念文集來紀(jì)念龐加萊，結(jié)果愛因斯坦拖了4個(gè)月才回信，他就說自己在外面旅游，剛剛才收到信，現(xiàn)在看到信已經(jīng)太晚了，寫也沒用要不就算了吧。結(jié)果偏巧組織者不死心，他說沒事，只要你寫就OK，晚就晚一點(diǎn)不影響。然后愛因斯坦又拖了兩個(gè)半月才回信，說自己太忙了抽不出時(shí)間寫啊，最后不了了之了，搞了半天他就拖了半年硬是沒寫。不過愛因斯坦在1921年的演講中還是很公正的肯定了龐加萊對(duì)于相對(duì)論做出的貢獻(xiàn)，愛因斯坦評(píng)價(jià)龐加萊是相對(duì)論的先驅(qū)之一，你看這話說的，那到底算龐加萊摸到了相對(duì)論還是沒摸到呢這個(gè)好像模棱兩可，而且還是先驅(qū)者之一，反正這話的意思就是肯定不能搶了自己風(fēng)頭，這是龐加萊這邊。

龐加萊

有很多其他的物理學(xué)家表示自己完全不能理解這個(gè)理論，他們就根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論設(shè)想了一大堆稀奇古怪的情況，因?yàn)橄鄬?duì)論真能推導(dǎo)出很多奇葩的結(jié)論，他們都覺得不太對(duì)勁，但是之前那些物理大佬都認(rèn)了，所以這幫物理學(xué)家也不好吱聲，萬一自己提出來有啥問題都被別人笑話那也不太好。越厲害的物理學(xué)家越不說話，反而越年輕的學(xué)生越鬧的沸沸揚(yáng)揚(yáng)。常見的狹義相對(duì)論效應(yīng)就那么幾個(gè)，最簡單的就是鐘慢尺短。兩個(gè)人相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果速度夠快，雙方就會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)方的尺子相比靜止的時(shí)候縮短了。如果在靜止的時(shí)候兩個(gè)人把時(shí)間對(duì)好了，然后他們倆做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)人都會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)方的表慢了。愛因斯坦就說這是時(shí)空的收縮性，而用洛倫茲的話說就是這是相對(duì)于以太收縮了，洛倫茲就帶一幫學(xué)生去搞研究，相對(duì)于以太收縮了原子間的尺寸，那蜷縮之后會(huì)不會(huì)產(chǎn)生什么電磁效應(yīng)啊，是不是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體不同收縮的就不同啊之類的問題。愛因斯坦就認(rèn)為壓根沒這回事，因?yàn)檫@是時(shí)空本身尺度引起的收縮，這不一樣，所以不會(huì)有那么多亂七八糟的效應(yīng)，這就是個(gè)幾何效應(yīng)而已。假如每個(gè)人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和其他人都不一樣，那就不要指望他們之間相互的時(shí)間和空間是完全一樣的，你看到的景象很有可能跟其他人就不一樣，不過它們之間是可以用洛倫茲變換進(jìn)行換算的。有人就說空間尺度好辦，每個(gè)人拿個(gè)尺子，兩車交會(huì)的時(shí)候?qū)Ρ纫幌拢瑐z人都覺得對(duì)方的尺短，這就測(cè)出來了這個(gè)好搞，那時(shí)間就不能這么測(cè)了啊，也好辦，在地上放一長串表，所有的鐘表全都校準(zhǔn)，然后讓一個(gè)人帶著一塊校準(zhǔn)的表做快速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過程中和地上的表進(jìn)行一下對(duì)比就可以看出來時(shí)間不一致了，會(huì)發(fā)現(xiàn)地上的表變慢了。既然如此，法國科學(xué)家郎之萬就提出了一個(gè)著名的雙生子佯謬，說有一對(duì)親兄弟年齡是一樣大的，一個(gè)在地球好好活著，另一個(gè)就坐火箭去宇宙里飛個(gè)幾十年再回來，回來之后就發(fā)現(xiàn)原本歲數(shù)一樣的兩個(gè)人在地球那個(gè)就變成老頭了，而坐火箭出去那個(gè)要年輕的多，這就是著名的雙生子佯謬。郎之萬是理解愛因斯坦理論的，但是這個(gè)問題他又不能不說出來，其實(shí)這個(gè)問題要到四維時(shí)空里才能解決，我們用普通的牛頓經(jīng)典物理體系是無論如何也理解不了的。

雙生子佯謬

我們中學(xué)的時(shí)候?qū)W歐幾里德幾何知道了很多幾何學(xué)知識(shí)，也知道笛卡爾弄的那個(gè)坐標(biāo)系。我們的空間就是一個(gè)三維坐標(biāo)，叫做歐幾里德空間，明可夫斯基厲害之處就在于他把時(shí)間也算成一個(gè)維度，這樣就構(gòu)成了一個(gè)四維時(shí)空，這個(gè)空間叫做偽歐幾里德空間，偽歐幾里德空間和歐幾里德空間很像但不它不是，也叫明可夫斯基空間，這個(gè)詞后面還會(huì)提到很多次。明可夫斯基空間就是我們?nèi)粘Ｉ钪凶钇胀ǖ目臻g了，在之后還會(huì)遇到一些稀奇古怪的空間，比如說黑洞的內(nèi)部。

一個(gè)人在地面上幾十年不動(dòng)，那他就會(huì)在明可夫斯基空間的時(shí)間軸上畫出一條直線，因?yàn)槿耸窃夭粍?dòng)的，所以他對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)也不動(dòng)，但是時(shí)間不可能停止，所以就在時(shí)間軸上一直畫著線。那個(gè)坐火箭飛出去的人他就在空間里畫的并不是一條直線而是一個(gè)弧線，這倆人一起出生了所以起點(diǎn)相同，而后面火箭飛回來倆人又碰面了因此倆人終點(diǎn)也是相同的，但這倆人在空間中走過的路線是不一樣的，那么長短自然也就不同，因此年齡就不相同了。在明可夫斯基空間里這是一個(gè)非常復(fù)雜的計(jì)算，就出現(xiàn)了一個(gè)很奇葩的結(jié)果，在地球上的人老的快，坐火箭出去那個(gè)人老的慢。有人就說了在地球上看火箭那是火箭跑了地球沒動(dòng)，而在火箭上那個(gè)人看到的是地球跑而火箭沒動(dòng)，你不是說運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)的嘛，那互相看到的應(yīng)該是對(duì)方的時(shí)間變慢怎么這一次只有一個(gè)人的時(shí)間變慢呢？那是因?yàn)榛鸺瓿蛇@個(gè)過程必定會(huì)有一個(gè)加速和減速的過程，發(fā)動(dòng)機(jī)一開始要瘋轉(zhuǎn)，到了最大速度才能做勻速運(yùn)動(dòng)，然后調(diào)頭回來的時(shí)候還必須轉(zhuǎn)個(gè)彎，靠近地球就必須要趕緊減速剎車，在這個(gè)過程里雙方就處于一種不對(duì)稱的狀態(tài)，這次造就了雙生子佯謬。這種結(jié)論是對(duì)的只是結(jié)果在我們看起來很奇葩的我們就叫做佯謬，說白了就是看上去是錯(cuò)的其實(shí)是對(duì)的的結(jié)果就是佯謬。

當(dāng)時(shí)有好多人都在研究相對(duì)論，很多人研究了一輩子都沒嶄露頭角，也有那種一頭霧就名垂青史的人，這人就喜歡背書，啥書都看啥課都聽，反正聽課不要錢，他還經(jīng)常喜歡跟愛因斯坦抬杠，這人就是他在專利局的同事叫做貝索，不過這人沒啥科學(xué)成就，純粹就是一個(gè)愛好者。有次專利局的領(lǐng)導(dǎo)讓他去出差，結(jié)果他下了火車就給領(lǐng)導(dǎo)發(fā)電報(bào)說自己忘了這次來出差是要干嘛了，就這么一號(hào)人跟著愛因斯坦就名垂青史了，因?yàn)橛刑煜挛鐞垡蛩固拐宜奶?，就談起來這些年一直困擾他的事，就是之前我們說的火車被雷劈的思想實(shí)驗(yàn)，那本質(zhì)就是同時(shí)性的問題，如果要承認(rèn)光速不變性的話那同時(shí)性就得完蛋。他倆聊到一半愛因斯坦突然靈光一閃，貝索那納悶怎么這人聊到一半突然就跑了，過了一個(gè)星期愛因斯坦那篇論文就出來了，愛因斯坦在論文最后還感謝了貝索先生，說貝索先生給了他很大的啟發(fā)才得以讓他寫出這篇論文，貝索后來也很感謝愛因斯坦，畢竟按照貝索那水平是無論如何也不可能憑自己能力在物理學(xué)史上留下一筆。

其實(shí)很多人離發(fā)現(xiàn)相對(duì)論就差臨門一腳，比如洛倫茲，比如龐加萊，因?yàn)槲锢韺W(xué)已經(jīng)發(fā)展到那個(gè)地步了，就差最后那一下了。楊振寧曾經(jīng)評(píng)價(jià)過這事，他大概意思就是洛倫茲沒啥遠(yuǎn)見，只會(huì)就事論事，盯著眼前這點(diǎn)事干，而龐加萊就有遠(yuǎn)見了，而且數(shù)學(xué)水平是深不可測(cè)，可是他沒有去做什么具體的實(shí)際工作，而愛因斯坦則是兩者兼?zhèn)?，因此才成了相?duì)論的發(fā)現(xiàn)者。那時(shí)候大伙生怕自己領(lǐng)悟的不好，都在開腦洞研究相對(duì)論，畢竟相對(duì)論給的很多結(jié)論是很奇葩的，人們那種時(shí)空觀都被顛覆了。愛因斯坦自己知道這個(gè)理論是不完善的，因?yàn)橛幸粋€(gè)難題擺在眼前，那就是沒辦法定義慣性系。愛因斯坦的所有理論都是建立在慣性系之上的，洛倫茲變換的作用就是搞定各種各樣慣性系之間的換算的，而到了愛因斯坦這慣性系都沒法定義了這可要了老命。

啥是慣性系？說白了就是牛頓的運(yùn)動(dòng)定律，假如一個(gè)物體不受力，那么它要么就是靜止要么就做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這個(gè)參考系就可以看做慣性系，牛頓的理論是絕對(duì)時(shí)空，有絕對(duì)時(shí)空在就好辦了，任何運(yùn)動(dòng)啊靜止啊都可以通過空間來判斷。愛因斯坦的相對(duì)論就把牛頓的絕對(duì)時(shí)空給廢了，那受力就沒法判斷了，時(shí)空都是相對(duì)的了那就沒法判斷受力了。不僅僅是這一個(gè)麻煩，還有另一個(gè)讓愛因斯坦頭大的麻煩，這個(gè)電磁力天生是符合狹義相對(duì)論原理的，因?yàn)橹胞溈怂鬼f他們都是用牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)不上，后來洛倫茲一改造，用洛倫茲變換一弄，寫出來就天生符合狹義相對(duì)論了，但是引力就頭疼了，這引力不管怎么寫都寫不到狹義相對(duì)論里，沒辦法寫成符合狹義相對(duì)論的那個(gè)形式，這也是一個(gè)麻煩。其實(shí)說起來我們都碰到過這種情況，一個(gè)系統(tǒng)哪里是個(gè)大坑哪里往往就是突破口，比如小學(xué)生都會(huì)的加減乘除的算術(shù)系統(tǒng)，里面就有一個(gè)很大的坑了，那就是0不能為除數(shù)，老師會(huì)說這根本沒意義千萬別這樣搞。后來到了中學(xué)和大學(xué)就知道這背后隱藏了一個(gè)東西叫做無窮大，從無窮大里可以得出一個(gè)概念叫極限，從極限里又能引出一個(gè)大學(xué)問叫微積分。數(shù)學(xué)里一個(gè)很小的坑，慢慢扯開就是一門很大的學(xué)問了，這樣的例子還有很多，比如說之前學(xué)的負(fù)1不能開根號(hào)，那老師就會(huì)說這個(gè)不要多問，反正是一件沒有意義的事，但后面的學(xué)習(xí)就會(huì)引出來一個(gè)東西叫復(fù)數(shù)，這也是一門很大的學(xué)問。再比如學(xué)尺規(guī)作圖的時(shí)候老師也說尺規(guī)作圖是不能把一個(gè)角三等分的，這背后又隱藏了一門大學(xué)問叫做群論。愛因斯坦目前碰到了兩個(gè)坑，這兩個(gè)坑還不是同一個(gè)，但愛因斯坦想了一下感覺這兩個(gè)坑還有點(diǎn)聯(lián)系，它們都跟質(zhì)量有聯(lián)系，質(zhì)量越大慣性越大，質(zhì)量越大兩者之間引力越大，難道說這兩個(gè)坑之間是相通的嗎？一般來講一個(gè)物理量只管一件事，比如說溫度那就是管物體冷熱的，比如說長度那就管某個(gè)物體的尺寸，唯獨(dú)質(zhì)量它管了兩件事，一個(gè)是慣性，另一個(gè)就是引力。如果說這倆東西是有關(guān)系的那倒好解釋，可是這倆誰也不挨誰，難道說背后另有隱情？愛因斯坦就各種想不明白了。

在奧林匹亞科學(xué)院大家一起讀書的時(shí)候有人就介紹了一本馬赫的書，上面就說了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，提到了牛頓的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，那就是著名的水桶實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是這樣的，一個(gè)桶里面有水，水處于靜止?fàn)顟B(tài)，那水面肯定就是平的，隨著水桶開始旋轉(zhuǎn)那水也會(huì)跟著桶一起轉(zhuǎn)，于是水面就變成了凹面，這種情況大伙都看過，離心力讓水面凹下去了。如果說在水桶上裝一個(gè)攝像頭，通過攝像頭去看就會(huì)發(fā)現(xiàn)水桶是不動(dòng)的但水面自己凹下去了，也不會(huì)覺得水在動(dòng)，因?yàn)樗屯笆窍鄬?duì)靜止的。牛頓的意思就是通過這個(gè)就能判斷桶是靜止的還是旋轉(zhuǎn)的，假如桶相對(duì)于絕對(duì)時(shí)空是靜止的那么水面就是平的，如果水面凹下去了那桶就一定在旋轉(zhuǎn)，就因?yàn)橛薪^對(duì)時(shí)空的存在才能判斷，如果說一切都是相對(duì)的，那就根本無法判斷桶是否在旋轉(zhuǎn)了。但是這事是在馬赫的書里出現(xiàn)的，馬赫才不信這一套鬼話，他認(rèn)為這都是一派胡言，那么究竟是怎么樣的呢？請(qǐng)看下回分解。