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主题: 聊聊相对论的世界（完结篇）
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作者 聊聊相对论的世界（完结篇）   
昭昭若昏
[个人文集]






加入时间: 2005/03/30
文章: 5677

经验值: 2610
文章标题: 聊聊相对论的世界（完结篇） (737 reads)      时间: 2005-6-18 周六, 上午3:56
作者：昭昭若昏 在 寒山小径 发贴, 来自 http://www.hjclub.org


聊聊相对论的世界（完结篇）

作者王麻子（昭昭若昏）

０６／１７／２００５美国


２，巨大能量的释放

爱因斯坦的质量等于能量的论断提出以后很多的物理学家寻找怎么样将那巨大的能量释放出来，但是，在相当的一段时间内人们并没有成功。１９１３年有人造了原子炉，１９２０年无疾而终。在那个年代，原子核的能量如何才能得到，人们花费了极大的努力却没有得到什么实际的成果。
在这里不能不说说原子的结构，原子是由电子和原子核组成的，在原子核和电子之间存在有巨大的空间，如果说原子有一个足球场那么大的话，那么原子核就象放在足球场中间的一颗红豆。原子核带正电，电子带负电，故电子围绕着原子核旋转不停，当电子的数目发生改变的时候就会有能量释放出来，现在我们所使用的绝大多数日常耗费的能量本质上是从电子之间的反应中所得到的，诸如我们天上的飞机，地下的火车等等皆属于原子之间电子交换活动的结果，并没有涉及到原子核的反应。
当爱因斯坦预言质量等于能量的时候，人们会怎么想？谁都知道电子的质量比起原子核和不过是九牛一毛， 仅仅这些能源就已经让我们人类活得乐颠颠地上天入地了，如果原子核动了起来，岂不是把地球穿出来个大大的地洞？哇，很诱人是不是。
原子核是由一堆带正电的质子和不带电的中子报成一团而成的，试想一下，什么样的力量才能将一群正电粒子搞到一起来？异性相吸，同性相斥是宇宙不变的法则之一，但是在原子核中却违背了这一法则搞起了个同性恋啦，其中能量之巨大是必然的。这样的能量到底有多大？爱因斯坦使用了最简单的连中学生都看得懂（不能指望那位假挑花岛主能懂）的公式表达了人类用火的新时代。这就是在前篇所列举的公式中的一个，即

E＝mc2

简单地说这个公式表示了原子核在遭到破坏时所释放的能量是以原子核质量的减少为代价的，就好像一个人的体力的消耗是以体重的减轻为代价一样（当然这种比喻是很不准确的）。原子失去的质量全变成了能量即热能。但是这绝不意味着原子核的全部都可以转化为能量。
１９３２年，英国人将里（从金）原子的质子掰开（远没有我说得这么简单），发现确实有相当的能量释放了出来。进而把掰开成两半的原子核秤了一下，发现它的重量（质量）比掰开之前要轻了很多。如果在把它所释放的能量用爱因斯坦的公式换算成质量和被分开的那两半加在一起，完全等于里（从金）原子核被分开之前的质量（重量）。这是爱因斯坦的第三次胜利。至于二十七年后的蘑菇云的升起那就不说了，反正大家都知道那更是爱因斯坦的理论功劳。
在这里我只想强调的是，不仅仅较重的原子核分裂为较轻的原子核时可以释放出可怕的能量破坏一个城市（广岛，长崎），更为重要的是当较轻的原子核结合为较重的原子核时也能释放出巨大的能量，这就是所谓的聚合反应。最著名的就是氢原子的结合所引起的氢弹爆炸。事实上照耀我们的太阳每天都在不厌其烦地在进行这种反应。这一切的发现都是在爱因斯坦的理论下所完成的。如果北京猿人学会如何用火对人类的进步具有强大的推动力而让我们不能忘怀的话，那么爱因斯坦就是引导我们人类学会了第二次用火的智者，一个大智若愚爱吐舌头扮鬼脸的傻瓜智者。那新火就是原子之火，它能将我们这个小小的地球变得更干净，也可以将它变得更肮脏。一切都取决于你怎么玩儿啦。哈哈，哇。


３，原子钟的误差

爱因斯坦的最难于证明的就是他的在相对运动中所产生的时间变慢的预言。谁能用那胖胖的屁股坐在光子上作光速运动？不要说我们这可怜的肉体在光速运动下撕裂成什么玩意儿，就是坐在不值一提的宇宙飞船上人的头脑就已经三十六昏七十二糊涂了，哪里有能力用那豆浆般脑袋观察什么光速运动？时间变慢？该不是爱因斯坦老神在在摆摊子算命的胡言乱语吧？其实不然，人类可以观察到时间变慢的现象，这就是原子钟的误差。
我们常常给人讲述历史，讲述变化和讲述民主自由的前进倒退，这些都和时间脱离不了干系。就连这个坛子的安魂曲网友还坐了一次时间机器回到了六四转了好几趟，更有人一张口就是我年轻时就已经如何如何了得。所有这一切都和时间有关系。
在这里，认死理地问一句，时间是什么？其实，时间就是振动，某人活了８７岁，就是那只钟表来回振动了２７亿零六百另四万８千次，所以某重意义上来说，没有振动，就没有时间。
再问，什么是振动？那钟表的滴答滴答的声响就是振动的一种。不过那种震动太慢了，而且很无聊，让人容意昏昏入睡。看官都知道音乐好听，特别是一些名曲，高音荡荡，低音惶惶，玉珠落盘，精灵剔透，其本质就是一种高低不同的振动组合。从声学上来讲，所谓高音，振动率就相对地快，而低音的振动率就慢。对时间而言，振动的快时间就快，振动的慢，时间就慢。什么时候不振动了，时间就停止了。但是，振动又是不稳的，就是最好的瑞士表也是糟得一塌糊涂，毫无准确性可言。因而人们一直在寻找振动最稳定的东西当表使唤。
在这个万恶的世界上，振动最稳定的当属氢原子，而且容易测量。于是有人设计了一个试验，假如那爱因斯坦的在光速下时间变慢的理论确实为真实的话，那么氢原子在光速或者接近光速时的运动，它的振动率必然变慢，否则那爱因斯坦就是满口胡说八道。
试验开始了，人们得到的结果果然又如爱因斯坦所说得那样，氢原子在每秒１８００公里（仅仅是光速的０.００６倍）时，它的振动率就已经变慢了。也就是说，时间变慢了。这是爱因斯坦的第四次胜利。至此，人们对他的预言不再怀疑，他的理论成为现代人类历史上最伟大的理论之一。


六，事情并没有完结------重力之谜和一般相对论


１，重力之迷

据说牛顿是在一只可爱的小苹果从树上掉下来的时候突发灵感领悟出了万有引力定律而为人类作出了贡献云云。但是自从被光速的测定之后，人们考虑问题已经不再停留在牛顿的时代，而是对任何物理问题都要用光速的眼光来品头论足一番否则就不是赶时髦。无疑爱因斯坦在这方面是最为杰出的了。
什么是重力？重力就是具有大质量的东西对小质量东西的吸引力，就象地球对我们的吸引力那样，重力能让所有的地表万物飞不出她的掌心。你想跳吗？好，累死你也别想跳过２５０厘米，你想跑得快吗？天天锻炼，全世界能把百米跑到十秒的也就那么一两个家伙。重力可真是吝啬鬼只进不出，也象那专制独裁控制人类谁也不要再做自由人。人类就象嫁出去的姑娘泼出去的水，来到了这个地球你就甭想离开。就象那孙大圣，跟头虽然翻得好，要出如来的掌心还年轻了点。我就是想不通，怎么没有人为地球之独裁乱暴作首诗词来反抗地球的不民主。比如说来一首“若为重力自由故，金钱美女都要误”之类的打油诗和地球斗一斗怎么样？
重力有多大？理论上说，重力的大小等于加速度，在地球表面的加速度就是我们人人知道的秒速９.８米，谁能以这个加速度跳起来谁就可以脱离地球的独裁暴君奔向自由飘在了空中而不在受那重力之苦。用句行话说那就是在空间某一点的重力和加速度相等。这就是著名的等价原理。也是一般相对论的基本出发点。
１６８７年，牛顿的万有引力定理发表，解决了重力怎么样作用于地球万物的问题。但是牛顿的东西稍微有一点点不足，不太准确。怎么说呢？用牛顿的万有引力定律计算的地球轨道是一个非常完整的标准的椭圆形。但是在爱因斯坦的眼里，地球的椭圆形轨道是变化的，它的变化并不在于轨道的圆不圆的问题，而在于每百年的轨道都要在原来的椭圆形的轨道上以太阳为中心向上抬高３.８秒，所以地球的轨道严格的说也是玫瑰花瓣形的。这就是爱因斯坦一般相对论的基本内容（也有人称之为重力理论）。
但是，九十度可以分为３２，４０００秒，所以３.８秒那是一个非常小的数值。而且完成这３.８秒的误差至少需要１００年的时间。这样算来，地球要显示她的轨道庐山真面目至少也要３４，０００，０００年。那时我们人类还存在不存在都是个极大的问题。这样说并不是讲爱因斯坦的理论没有意义，而是说在地球的轨道上做文章没有太大的可能性。因此，人们把眼光转向了宇宙，宇宙成了新的试验场地。


２，宇宙是个巨大的实验室

早在１８４５年，一个法国数学家发现水星的轨道有偏差，因而他也想作个预言家，说在太阳和水星之间必然有一个不知名的天体存在而影响了水星的运动。进一百年过去了，那个神秘的天体根本就没有发现，而水星还是老神在在地该怎么偏差就怎么偏差，真真气死了一大批天文物理学家。自从爱因斯坦的一般相对论发表之后，人们用他的定理进行计算所得到的水星轨道偏差和天文学家所观察到的数值基本接近。这是爱因斯坦的一般相对论的第一次证明。这次的试验战场不是在房子的仪器里，而是在宇宙间。不是在那小得看不见的原子中，而是在那巨大无比的宇宙空间里。王麻子看那爱因斯坦老头真真厉害，他那火眼金睛低头能看见电子质子的运动，抬头能看见星体的运转变化。说他能登九天揽月下五洋捉鳖亦不为过。
不仅如此，爱因斯坦的伟大还体现在了他关于重力对光速之影响的预言。他说，重力可以改变光的路线！即光也不能脱俗，当光经过一个大质量的物体时，也被那物体的重力所吸引而改变他的直线运行，即所谓的天体中的曲光现象。也就是说光，这个天天照耀我们的东西也是有质量和重量的。
说白了光是有光子组成的，光照在我们身上和那天上的雨落在我们的身上别无二致。既然有重量就必然有压力，这就是我们有时侯听到的一句术语“辐射压力”，其实就是指的光的压力。只不过它太小了，小得我们不可能感觉到。理论上计算这个压力在大概４０００多平方公里中光的压力仅仅２.８克，而整个地球表面所承受的光压也不过１６０吨左右。
所以，一般相对论关于重力的预言，本质上却是对光的重量的预言。怎么证明它的正确性呢？不要说没有人可以抓住光，就是采用大面积采集的方法也不可能（现在仍然有人相信光子在静止状态下的质量是零）。于是乎，有人设计了一个试验，如果光是有质量的，那么它在经过重质量的天体（比如太阳的质量是地球的３３３０，０００倍，重力是地球的２７倍）时必然会受那重物体的吸引而发生曲折。但是，在太阳的光亮周围想发现来源于其他星球的光源那是休想，谁能去胆大的看太阳呢？事实上即使看也看不见。
可是，好像世界的一切的一切都已经安排好了是的，太阳也有被天狗吃掉的时候，日食给了人类一个绝妙机会让人们去证明爱因斯坦的英明伟大光荣正确傻得可爱。１９１６年爱因斯坦的一般相对论发表，他在论文中不知天高地厚的预言凡通过太阳的光线的在太阳重力的作用下将被太阳所吸引发生１.７４秒的偏差。极妙的是１９２９年５月２９日有一次日全食。而且更为绝妙的是，每年的５月，和太阳在一起并列的亮星特别多，人们只要是先拍照下他们照片，然后在日食是拍照出那些星体的另一张照片，然后对比他们的位置是否有变化和偏移，如果有了偏移，就证明了爱因斯坦关于重力的预言是对的。所以，当时的物理学家们全动了起来，个个不敢怠慢。有的跑到了西非，有的来到了巴西纷纷架起了望远镜照相机纪录当时的景象。
结果是在西非看到的是光线发生了１.９８秒的偏差，在巴西的看到了１.６秒的偏差。去掉这些数值的误差，一切都和爱因斯坦的计算结果一致。这就是一般相对论的第二次证明。我想上个世纪３０年代的爱因斯坦一定笑得扭了下巴壳，高兴得连离婚都在所不惜。那时的爱因斯坦，别说离婚有理，就是放个臭屁人们也会说臭得天才，臭得有理，臭得应该。所以，当我们看到爱因斯坦说重力也能让时间变慢这个论断，看官就不用怀疑，跟着他的屁股后面学着唱就是啦，我就不再费时间罗嗦了。在这里只提供一个数据，质量越大时间越慢，质量越小时间越快。你只要记住太阳的１秒是地球的１.０００００１秒就行啦。



写在后面。

本来，爱因斯坦的理论是常人所难以接受的东西，特别是他的那些预言，在试验中也是深不可测的。但是，无论多么高深的理论如果不能用浅显的语言表达出来，那理论价值将减去三分。事实上，爱因斯坦的思考并不复杂，只要有高中水平的兴趣就可以了。
相对论的理论涉及的学术面非常广泛，从小的原子物理学到大的天体物理学以至于宇宙的发生创造（本文省略了这一部分）都离不开相对论的身影。所以，希望看官能喜欢并从中得到一些常识，然后再到汉奸堆里滚趴打斗显身手亮刺刀干他一番。
哇，玩儿好！各位。


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