「爱因斯坦」广义相对论的故事，爱因斯坦是怎么想到的，竟出自于对帽子的观察广义相对论|科学家

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【「爱因斯坦」广义相对论的故事，爱因斯坦是怎么想到的，竟出自于对帽子的观察】

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1905年狭义相对论问世，这一理论很优美，但也暴露出了一些不足：它不能把牛顿的引力定律囊括进来，而且只限于描述物体的匀速运动，不适合于加速运动。
爱因斯坦曾说，为了纠正这两个致命的缺点，他“如瞎子摸象般”困惑了近3年，一直不知从何处入手。直到1907年，他突然找到了一个突破口，其线索是从一个“封闭电梯”的假想实验中获得的，令他没有想到的是，这两个致命的缺点竟然一下子得到了解决。
假定你站在一台封闭的电梯里，外面什么情况你都不知道，你也无法看到。这时，如果你突然感到脚与地板间有了压力，你会做出什么结论呢？是电梯在加速上升呢？还是电梯外面有了向下的引力场，使你受到重力了呢？你将无法辨别哪个结论是对的；同样，当你在电梯里“自由漂浮”着，你也辨别不清，是这台电梯在自由下落呢，还是外面失去引力场了呢？
电梯的假想实验说明了一个极为关键的事实，爱因斯坦由此得出了一个重要的原理：“加速运动与引力场在物理现象上是彼此等效的” ，这就是著名的爱因斯坦“广义等效性原理” 。
这个结论至关重要，它不仅成为爱因斯坦探求引力实质的先导，也成为广义相对论的基本原理之一。像狭义相对论一样，广义相对论的另一个基础也是“光速不变原理” ，它的含义是：“无论你是静止的还是运动着的，无论你作匀速还是加速运动，或者说，无论你所处地方的引力场是强还是弱，对你来说，光在真空中的速度永远不变。 ”广义等效原理与光速不变原理，成为爱因斯坦广义相对论理论大厦的两块基石。有了这两块基石，又该如何构建出包括加速或引力的广义相对论大厦呢？
就在爱因斯坦一筹莫展的时候，他的好朋友保尔·埃伦费斯特发表了一篇文章，令他如梦方醒。在这篇文章里，埃伦费斯特也提出了一个假想实验，即“旋转圆盘佯谬”实验。
埃伦费斯特的假想实验是这样的。假定能找到一个特大的圆盘，它要多大有多大，然后使它匀速转动起来。根据狭义相对论运动的“尺缩效应” ，物体的长度将在沿着它运动的方向上“缩短” ，圆盘上各点都沿着切向运动，所以沿切向的长度，也就是运动的圆周长要缩短。切向速度越大，也就是半径越大的地方，圆周长缩得越短。然而在圆盘旋转中，它的半径方向并没有运动，所以各点处的半径长仍然不变。这样一来，就导致了一个很奇怪的结论，圆周长将小于半径与2π的乘积，转动圆盘将不再适用欧几里得几何学规律，离圆心越远，差异越大。
这位好友不费吹灰之力，就把爱因斯坦难住了。困惑之中的爱因斯坦找出来一个解决的办法。他发现，如果把圆盘的“旋转平面”像“帽子”那样“弯曲”起来，在圆周长缩短的同时，也使“旋转半径”跟着缩短，就能把问题解决。这一思考使爱因斯坦恍然大悟，原来，在有加速运动或有引力的“空间”中，不再像牛顿力学空间那样是“平直的” ，加速或引力的作用会使“空间发生弯曲” ，引力越强，或加速度越大，空间就弯曲得越厉害。