愛因斯坦後半生的心結,至今仍然是謎

阿爾伯特·愛因斯坦這個名字相信對大家來說都不陌生,大家都知道他是一名偉大的物理學家,甚至說他是有史以來最偉大的物理學家也並不為過。小時候很多人都曾被老師或者家長問過長大想從事什麼職業,相信很多人都曾爽快的回答過,想當跟愛因斯坦一樣的科學家。他在短暫的一生中取得了數個舉世矚目的成就,其中的每一個成就都是物理學上的重要一筆。

愛因斯坦後半生的心結,至今仍然是謎

阿爾伯特·愛因斯坦

愛因斯坦的成就

愛因斯坦在1905年提出了狹義相對論,這個理論對牛頓力學做了擴充,給引力帶來了一個全新的解釋。在經典的牛頓力學中,引力被認為是一種超距作用,而愛因斯坦則認為引力是由置於其中的物質引起的空間的某種幾何性質,也就是說,物質的存在能夠使得思維時空本身發生彎曲,而引力就是時空彎曲的表現。同時他還預言了,當其他恆星發出的光線經過太陽後,傳播方向會發生偏折。直到1919年,人們在一次日全食中證實了愛因斯坦的預言。

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質能方程

狹義相對論不僅顛覆了人們對於時空和運動的認知,還導出了著名的質能關係公式E=mc²,為之後的核能時代打開了一扇窗。僅僅在10年後,愛因斯坦提出了廣義相對論,它是愛因斯坦科學創作的巔峰之作,同時也是現代宇宙學的理論基礎。在生活中,他十分熱愛生活,尤其十分喜歡音樂,他還很擅長拉小提琴。

對統一場論的追求

愛因斯坦提出的相對論完善的解釋了電磁力和引力,在這之後,愛因斯坦被一件很重要的事情吸引了注意力,他試圖將電磁力和引力統一起來。他發現電磁力和引力在數學上有相似之處,所以他堅信一定能夠找到適當的幾何方法來進一步推廣廣義相對論,建立一種電磁力和引力的統一描述。

在他的研究過程中,其他的科學家也在思考這個問題。在1921年,有一位德國數學家西奧多·卡魯扎提出,如果廣義相對論的基本方程不是四維的,而是五維的話,是可以統一描述電磁力和引力的。

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統一場論

起初,愛因斯坦接受了卡魯扎的觀點。但在1928年後,他認為自己找到了統一場論的正確方向,他投入了對統一場論的純數學探索。在1929年,當時有報道稱愛因斯坦馬上就要揭開宇宙之謎了,很人多都興奮的等待著。但過了一段時間之後,愛因斯坦親自承認了自己的錯誤。

在之後的20多年時間裡,愛因斯坦通過無數種方法來尋找解決統一場論的答案,結果一次又一次的失敗。甚至在他臨終前,躺在病床之上還在計算著,遺憾的是他最終也沒有完成這個偉大的夢想。

努力探索世界的天才們

我們在中學時期的化學課本上都學過索爾維制鹼法,它是由一位名叫歐內斯特·索爾維的比利時化學家提出的。這位化學家對世界的貢獻不僅僅只有索爾維制鹼法,它還提供經費促進了索爾維會議的開辦。提起這個科學會議,它的知名度要比諾貝爾獎要小了很多,但是有一張在索爾維會議上拍的照片,卻大名鼎鼎。這是一張被認為是“全世界最聰明的照片”。

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1927年第五界索爾維會議合照

照片中的大多數都是諾貝爾獎獲得者,是他們打下了近代物理學的基石,並開創了全新的量子理論和宇宙學。愛因斯坦首次提出了光量子的概念,這對以後量子力學的發展起到了引導性的作用。但是他卻走上了另外一條道路,如果他能接受照片中其他人的觀點和思想,比如德布羅意、波爾、薛定諤、波恩、泡利、海森堡、狄拉克等人的貢獻,相信現在我們對科學的認知又會是另一個境界。可惜他終究是與量子力學擦肩而過。

統一場論未成功的原因

在愛因斯坦初期研究統一場論的時候,人們只發現了引力和電磁力,所以他也只考慮了這兩種力。但是在上個世紀30年代時,查德威克發現了中子後認識到原子核內維繫質子和中子的力要比電力和引力強得多,另外泡利提出中微子假說以後,在弱作用中認識到原子核衰變的作用力要比電力和引力又弱的多,這就是強作用力和弱作用力,但是這兩個力只能用量子理論來進行描述。

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四種基本力

由於愛因斯坦一直無法接受量子理論,所以他刻意的規避掉了這兩個力。雖然他的光量子假說成功地解釋了光電效應,為量子力學打下了堅實的基礎,而且光的波長與光子能量的反比關係就是很清晰的“波粒二象性”,但是他始終無法接受德布羅意的物質與微觀實物粒子的“波粒二象性”與量子力學的統計解釋,所以他說出了那句著名的“上帝不擲骰子”。


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