阿尔伯特的条件,物理学界会有理论上的分支吗

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阿尔伯特的条件,物理学界会有理论上的分支吗?

物理学,来自古希腊语:φυσική(ἐπιστήμη),是一门自然的科学,它研究物质及其在空间和时间上的运动和行为,研究能量和力量的相关实体。物理学是最基础的科学学科之一,其主要目标是了解宇宙如何运行及其行为方式。

图 各种物理现象

阿尔伯特的条件,物理学界会有理论上的分支吗

物理学是最古老的学科之一。在过去的两千年里,物理学,化学,生物学和某些数学分支是自然哲学的一部分,但在17世纪的科学革命中,这些自然科学本身就成为独特的研究工作。物理学与许多跨学科研究领域相交叉,如生物物理学和量子化学,导致物理学的界限并没有严格定义。物理学中的新思想常常作为解释其他科学研究的基本机制,并提出了数学和哲学等学科的新研究途径。

物理学的进步通常会促进新技术的进步。例如,对电磁学和核物理学的理解的进步直接导致了新产品的开发,这些产品极大地改变了现代社会,例如电视,计算机,家用电器和核武器 ; 热力学的进步导致了工业化的发展; 而力学的进步激发了微积分的发展。

从大体上分,物理学有两个分支,即经典物理学与现代物理学。

经典物理学

经典物理学包括在20世纪初之前被认可和发展起来的传统分支和主题,包括:经典力学,声学,光学,热力学和电磁学。

经典力学关注由运动中的力和物体之间的作用,可以分为静力学(对物体上的力或不受加速度的物体的研究),运动学(运动研究,不考虑其原因),以及动力学(研究运动和影响运动的力量); 力学也可分为固体力学和流体力学(一起称为连续介质力学),后者包括诸如流体静力学,流体动力学,空气动力学和气动学等分支。声学是研究声音的产生,控制,传输和接收方式。重要的声学现代分支包括超声波,研究超出人类听觉范围的非常高频的声波; 生物声学,动物呼叫和听觉的物理学,以及电声学,使用电子设备操纵可听声波。光学,研究光,不仅关注可见光,还关注红外和紫外辐射,其表现出所有的不同之处的可见性,例如,反射,折射,干涉,衍射,分散可见光的现象,以及光的偏振。热是一种能量形式,是一种物质组成的颗粒所具有的内在能量; 热力学处理热量和其他形式的能量之间的关系。电和磁自从19世纪早期发现它们之间的亲密联系以来,它们也一直被物理学认为是一个研究分支。

图 在声学漫射器反射声音的声学工程模型中实现的经典物理

现代物理学

经典物理学通常关注正常可见观察范围内的物质和能量,而现代物理学中的大部分都关注物质和能量在极端条件下或非常大或非常小的范围内的行为。例如,原子和核物理研究,其最小可以识别化学元素。基本粒子的物理学规模甚至更小,因为它涉及最基本的物质单位; 这个物理学分支也被称为高能物理学,因为在粒子加速器中产生多种粒子所需的极高能量。在这种规模上,普通的常识性空间,时间,物质和能量概念已不再有效。

现代物理学的两个主要理论呈现出与经典物理学所呈现的空间,时间和物质概念不同的图景。经典力学将自然近似为连续的,而量子理论则关注原子和亚原子水平上的许多现象的离散性质,以及在这些现象的描述中粒子和波的互补方面。相对论关注所发生的现象的描述是相对于观察者的运动; 狭义相对论关注的是运动在没有引力场和广义相对论运动及其与万有引力的联系。量子理论和相对论都适用于现代物理学的所有领域。

图 物理学的基本领域

图 1927年索尔维会议,参会有著名物理学家如阿尔伯特爱因斯坦,维尔纳海森堡,马克斯普朗克,亨德里克洛伦兹,尼尔斯波尔,玛丽居里,欧文施罗丁格和保罗狄拉克等

谁是美国第一任未参选就上任的总统?

美国历史上一共有44位总统,其中有9位幸运儿未经参选就成为了美国总统。原因在于,美国设立副总统就是为了在总统因弹劾、死亡等因素下台以后接任美国总统。第一位参加参选而上任美国总统的是美国第10任总统约翰·泰勒。

1.约翰·泰勒

约翰·泰勒应该是美国所有副总统的偶像!在约翰·泰勒之前,美国没有任何一位总统在任内死亡,也就没有任何一位副总统接班。并且,美国当时并没有副总统接班这一政治惯例。1941年,美国第9任总统哈里森因为在寒风中进行了长达4个小时的就职演说,在一个月之后就患病死去。由此,约翰·泰勒成为了美国第10任总统。约翰·泰勒任内改组了美国海军,壮大了美国的军事实力。

2.米勒德·菲尔莫尔

米勒德·菲尔莫尔是美国历史上第二位未经参选上任美国总统的幸运儿。米勒德·菲尔莫尔的前任是扎卡里·泰勒,曾经是美西战争的战争英雄。但是,扎卡里·泰勒并不适合从政,也没有政治手腕,在担任美国总统两年以后的1950年病死。扎卡里·泰勒病死以后,身为副总统的米勒德·菲尔莫尔继任,成为了美国第12任总统。

3.安德鲁·约翰逊

安德鲁·约翰逊是美国第17任总统,在美国第16任总统林肯时期担任副总统。1865年,领导美国人赢得南北战争的林肯被暗杀,安德鲁·约翰逊继任为美国第17任总统。同时,安德鲁·约翰逊也是美国历史第一位遭到弹劾的总统,仅仅以一票之差躲过一劫。

4.切斯特·艾伦·阿瑟

切斯特·艾伦·阿瑟是美国第21任总统,是美国第20任总统加菲尔德的副总统。加菲尔德在担任总统仅仅4个月之后就遇刺身亡,成为了美国第二位因暗杀而死的总统!切斯特·艾伦·阿瑟在担任美国总统以后,签署了两个著名的法案,即《排华法案》和《文官改革法》。这两法案让切斯特·艾伦·阿瑟充满了争议。

5.西奥多·罗斯福

西奥多·罗斯福是美国第32任总统富兰克林·罗斯福的远房堂哥,是美国第26任总统,又被称为老罗斯福。美国第25任总统麦金莱在1901年被暗杀身亡,老罗斯福成为了第26任总统。老罗斯福任内打击美国托拉斯垄断组织,让美国经济重新迸发了活力,成为了美国历史上最伟大的总统之一。

6.约翰·卡尔文·柯立芝

约翰·卡尔文·柯立芝是美国第30任总统,在美国第29任总统哈定死后,继承了总统宝座。约翰·卡尔文·柯立芝任内,主张小政府,政府尽量不干涉经济发展。在约翰·卡尔文·柯立芝,美国经济增长,国债减少。

7.哈里·S·杜鲁门

1945年,已经连任4届的美国第32任总统小罗斯福病逝,杜鲁门继任了美国总统。杜鲁门堪称美国历史上最幸运的总统,享受着小罗斯福创造的辉煌局面。第二次世界大战以后,美国毫无疑问的成为了世界霸主,杜鲁门也享受到了世界领袖的地位!

8.林登·贝恩斯·约翰逊

林登·贝恩斯·约翰逊是美国第36任总统,在肯尼迪遇刺身亡以后,成为了美国总统。有一种观点流传甚广,林登·贝恩斯·约翰逊与当时的FBI局长胡佛联手,暗杀了肯尼迪。此外,林登·贝恩斯·约翰逊任内,美国扩大了越南战争。

9.杰拉尔德·鲁道夫·福特

杰拉尔德·鲁道夫·福特是美国历史上最后一位未经选举直接上任的总统。1973年,被“水门”事件缠身的尼克松主动辞职,将总统宝座让给了福特,换取了福特的特赦令,得以安度晚年。但是,也正是特赦尼克松引起了美国人民的不满,福特没有竞选连任成功。

欢迎大家讨论,现任美国副总统彭斯能不能成为第10个幸运儿?

自学影视后期走过的坑?

我是做栏目包装的,这属于影视后期里的一个方向,不仅是字面意思那样给电视台栏目做包装,还可以接三维广告、MG动画、企业宣传片等,只要是涉及到动态视觉设计,都可以做,属于比较全能型的岗位。

除了栏目包装,电影后期特效、CG动画那类的,同样都属于影视后期,但是差别很大,工作流程和性质也不同,行业要求你是专精人才,你不可能面面俱到的,那些运用到的软件特别强大,诸如MAYA、Houdini,上手难度很高。

电影特效、动漫制作里面细分的方向很多,比如原画、建模、动画、特效······你只需要把自己负责的模块精通了就好。需要你注意的是,随着年龄增长,没法自己独立单干,离开了一线城市、离开了团队,自己一个人不能做事情。总体来说,行业发展的道路还很漫长,我以前就是从动漫专业过来的,除非你真的很热爱,当你很热爱一件事的时候,确实是可以不计回报,那你大胆选择自己热爱的事去做就好。(如果有WIFI可以看看这个视频: 王宝福 Baobo:你如果想从事电影特效,先看看这个纪录片)

那栏目包装方向到底是个什么情况?还有人可能对剪辑也感兴趣,我一起说一下。之前腾讯课堂那边的人就分类的事咨询过我,我当时就回:包装与剪辑、特效与后期,他们后来就用了这个分类。特效与后期其实就是我上一段提到的内容,是CG特效、影视动画那类,包装与剪辑指的就是宣传片、广告、片头片尾、logo演绎那类的。

首先第一步是竞标,别以为这件事与你无关,如果你未来想接私单的话,就必须要学会脚本的制作,这里需要用到PS,但是我们跟专门做平面设计的不同,一个脚本可能有十多二十张图,需要你快速完成,重点是把风格定位好,单独的一张图没有表达太多东西,但是最后的视频可以很好地进行内容的表达。如果是平面设计师的话,可能完成一张图需要几天的时间,他需要用一张图表达全部该有的东西,还要把细节都处理到位。

接下来是前期的准备,如果是企业宣传片,往往会拍摄一些视频素材,展示企业的环境、发展历程、优秀员工等,包装设计师可以开始制作片头,一般片头的制作都是纯软件完成的,这里我拿我们这边老师做的栏目包装片头举例。片头是视频给人的第一印象,同时也是比较值钱的,往往这种三维的片头收费都是700~1200元/秒,视觉表现一定要好看,技术上不要落伍。

需要值得你关注的问题有:

1、熟练运用软件(最基本的要求是AE合成软件,高级的视频包装是AE结合C4D完成的);公司里是不会有人教你软件的,大家都很忙,请你来公司是为了做项目,会软件是基本要求,你可以经验不足,不知道最优的操作流程,不知道一些技术难点,这些都可以在公司学到,但是你如果软件都不会操作,那是没有就业机会的。

2、要有基本的审美、有一定艺术素养;如果你只会操作软件,但是做出来的东西很丑,这也是公司最忌讳的。要知道,我们这个行业虽说对技术能力要求高,但是也还是属于设计的一种,你的职位是动态视觉设计师,不是流水线上的工人,对自己的定位别错了。

3、专业不限,需要你用作品证明自己;设计类、艺术类的专业最好不过,但如果你是完全外行人,也是有可能的,这就需要靠你自己了,我们这行业还是比较公平的,不看学历,只要你有作品,就能证明自己的能力。

爱丁顿是如何证明光在大质量恒星的引力下会弯曲?

光是会弯曲的,这种弯曲并不是像楼上说的那的,折射,反射等现象,而是在均匀介质中弯曲

光线在通过强引力场附近时会发生弯曲,这是广义相对论的重要预言之一。[1]然而通过直接面对大众的媒体,和一些科学文化类书籍,广义相对论光线弯曲预言的验证,往往被戏剧化、简单化和夸张地再现给观众和读者。譬如在一部艺术地再现爱因斯坦一生的法国电影《爱因斯坦》[2]中,有这样一个镜头,1919年秋季某一天在德国伯林,爱因斯坦举着一张黑乎乎的照相底片,对普朗克说:(大意)多么真实的光线弯曲啊,多么漂亮的验证啊!而一些科学类读物中的说法,譬如“爱丁顿率领着考察团,去南非看日食,真的看见了”[3]这样的描述也过于粗略,容易产生误导。

理论预言是否已经被观测证实,直接关系到该理论应否被人们接受为正确理论。因此,笔者以为,广义相对论作出光线弯曲的预言后,对该预言验证的真实历史如何,值得做一番认真的考查。并且,在此考查基础上,笔者将对广义相对论在何种意义上、在什么时候才成为正确的理论作进一步的讨论。该讨论对于如何看待科学史上其他理论的正确性问题也应该具有一定的借鉴意义。

围绕光线弯曲的预言和证实,有以下三个方面的史实容易产生混淆。在叙述验证光线弯曲预言的真实历史之前,先分别作简要澄清。

首先,光线弯曲不是广义相对论独有的预言。早在1704年,持有光微粒说的牛顿就提出,大质量物体可能会象弯曲其他有质量粒子的轨迹一样,使光线发生弯曲。一个世纪后法国天体力学家拉普拉斯独立地提出了类似的看法。1804年德国慕尼黑天文台的索德纳(JohannvonSoldner,1766-1833)根据牛顿力学,把光微粒当做有质量的粒子,预言了光线经过太阳边缘时会发生0.875角秒的偏折。[4]但是在十八世纪和十九世纪里光的波动说逐渐占据上风,牛顿、索德纳等人的预言没有被认真对待。

1911年,时为布拉格大学教授的爱因斯坦才开始在他的广义相对论框架里计算太阳对光线的弯曲,当时他算出日食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒。1912年回到苏黎士的爱因斯坦发现空间是弯曲的,到1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。[5]

其次,需要观测来检验的不只是光线有没有弯曲,更重要的是光线弯曲的量到底是多大,并以此来判别哪种理论与观测数据符合得更好。这里非常关键的一个因素就是观测精度。即使观测结果否定了牛顿理论的预言,也不等于就支持了广义相对论的预言。只有观测值在容许的误差范围内与爱因斯坦的预言符合,才能说观测结果支持广义相对论。二十世纪六十年代初,有一种新的引力理论――布兰斯-迪克理论(Brans-DickeTheory)也预言星光会被太阳偏折,偏折量比广义相对论预言的量小8%。[6]为了判别广义相对论和布兰斯-迪克理论哪个更符合观测结果,对观测精度就提出了更高的要求。

第三,光线弯曲的效应不可能用眼睛直观地在望远镜内或照相底片上看到,光线偏折的量需要经过一系列的观测、测量、归算后得出。要检验光线通过大质量物体附近发生弯曲的程度,最好的机会莫过于在发生日全食时对太阳所在的附近天区进行照相观测。在日全食时拍摄若干照相底片,然后等若干时间(最好半年)之后,太阳远离了发生日食的天区,再对该天区拍摄若干底片。通过对前后两组底片进行测算,才能确定星光被偏折的程度。

这里还需要指出,即使是在日全食时,在紧贴太阳边缘处也是不可能看到恒星的。以1973年的一次观测为例,被拍摄到的恒星大多集中在离开太阳中心5到9个太阳半径的距离处(见图1),所以太阳边缘处的星光偏折必定是根据归算出来的曲线进行外推而获得的量。靠近太阳最近的一、二颗恒星往往非常强烈地影响最后的结果。

图11973年日食观测所得的星光偏折值与恒星离开太阳距离的关系(《日全食》,206页)

3

在广义相对论光线弯曲预言的验证历史上,一个重要的人物就是英国物理学家爱丁顿(ArthurEddington1882-1944)。1915年爱因斯坦给出太阳边缘恒星光线弯曲的最后结果时,正值第一次世界大战各方交战正酣。处在敌对国家中的爱丁顿通过荷兰人了解到了爱因斯坦理论,并对检验广义相对论关于光线弯曲的预言十分感兴趣。一战结束后,爱丁顿说动了英国政府资助在1919年5月29日发生日全食时进行检验光线弯曲的观测。英国人为那次日食组织了两个观测远征队,一队到巴西北部的索布拉尔(Sobral);另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛(Principe)。爱丁顿参加了后一队,但他的运气比较差,日全食发生时普林西比的气象条件不是很好。1919年11月两支观测队的结果被归算出来:索布拉尔观测队的结果是1.98〃±0.12〃;普林西比队的结果是1.61〃±0.30〃。[7]1919年11月6日,英国人宣布光线按照爱因斯坦所预言的方式发生偏折。

但是这一宣布是草率的,因为两支观测队归算出来的最后结果受到后来研究人员的怀疑。天文学家们明白,在检验光线弯曲这样一个复杂的观测中,导致最后结果产生误差的因素很多。其中影响很大的一个因素是温度的变化,温度变化导致大气扰动的模型发生变化、望远镜聚焦系统发生变化、照相底片的尺寸因热胀冷缩而发生变化,这些变化导致最后测算结果的系统误差大大增加。爱丁顿他们显然也认识到了温度变化对仪器精度的影响,他们在报告中说,小于10°F的温差是可以忽略的。但是索布拉尔夜晚温度为75°F,白天温度为97°F,昼夜温差达22°F。后来研究人员考虑了温度变化带来的影响,重新测算了索布拉尔的底片,最大的光线偏折量可达2.16〃±0.14〃。[8]

底片的成像质量也影响最后结果。1919年7月在索布拉尔一共拍摄了26张比较底片,其中19张由格林尼治皇家天文台的天体照相仪拍摄,这架专门用于天体照相观测的仪器聚焦系统出了一点问题,所拍摄的底片质量较差,另一架4英寸的望远镜拍摄了7张成像质量较好的底片。按照前19张底片归算出来的光线偏折值是0.93〃(《天文学名著选译》,p.460),按照后7张底片归算出来的光线偏折值却远远大于爱因斯坦的预言值。最后公布的值是所有26张底片的平均值,只不过前19张底片的加权值取得较小。1929年德国的研究人员对英国人的观测结果进行验算后发现,如果去掉其中一颗恒星,譬如成像不好的恒星,会大大改变最后结果(《日全食》,200-201页)。

后来1922年、1929年、1936年、1947年和1952年发生日食时,各国天文学家都组织了检验光线弯曲的观测,公布的结果与广义相对论的预言有的符合较好,有的则严重不符合。但不管怎样,到二十世纪六十年代初,天文学家开始确信太阳对星光确有偏折,并认为爱因斯坦预言的偏折量比牛顿力学所预言的更接近于观测。但是广义相对论的预言与观测结果仍有偏差,爱因斯坦的理论可能需要修正。

1973年6月30日的日全食是二十世纪全食时间第二长的日全食,并且发生日全食时太阳位于恒星最密集的银河星空背景下,十分有利于对光线偏折进行检验。美国人在毛里塔尼亚的欣盖提沙漠绿洲建造了专门用于观测的绝热小屋,并为提高观测精度作了精心的准备,譬如把暗房和洗底片液保持在20°C、对整个仪器各个部分的温度变化进行监控等等。在拍摄了日食照片后,观测队封存了小屋,用水泥封住了望远镜上的止动销,到11月初再回去拍摄了比较底片。用精心设计的计算程序对所有的观测量进行分析之后,得到太阳边缘处星光的偏折是1.66〃±0.18〃(《日全食》,206页)。这一结果再次证实广义相对论的预言比牛顿力学的预言更符合观测,但是难以排除此前已经提出的布兰斯-迪克理论。

表1多次日食期间对光线弯曲的光学观测结果[9]

日期

地点

结果及误差(角秒)

1919年5月29日

Sobral

1.98±0.16

Principe

1.61±0.40

1922年9月21日

Australia

1.77±0.40

1.42-2.16

1.72±0.15

1.82±0.20

1929年5月9日

Sumatra

2.24±0.10

1936年6月19日

USSR

2.73±0.31

Japan

1.28-2.13

1947年5月20日

Brazil

2.01±0.27

1952年2月25日

Sudan

1.70±0.10

1973年6月30日

Mauritania

1.66±0.18

光学观测的精度似乎到了极限,人们想到通过观测太阳对无线电波的偏折来检验广义相对论的预言。从1970年左右开始进行了这样的观测,1974年到1975年间,福马伦特(A.B.Fomalont)和什拉梅克(R.A.Sramek)利用甚长基线干涉技术,观测了太阳对三个射电源的偏折,最后(1976年)得到太阳边缘处射电源的微波被偏折1.761〃±0.016〃。终于天文学家以误差小于1%的精度证实了广义相对论的预言,到1991年利用多家天文台协同观测的技术,以万分之一的精度证实了广义相对论对光线弯曲的预言。只不过这时观测的不再是看得见的光线而是看不见的无线电波。

表2太阳对无线电波偏折的射电观测结果[10]

地点

观测值与广义相对论预言值之比

1970

OwensValley

1.01±0.11

1970

Goldstone

1.04±0.15

1971

(American)NationalRAO

0.90±0.05

1971

MullardRAO

1.07±0.17

1973

Cambridge

1.04±0.08

1974

Westerbork

0.96±0.05

1974

Haystack/National

0.99±0.03

1975

(American)NationalRAO

1.015±0.011

1975

Westerbork

1.04±0.03

1976

(American)NationalRAO

1.007±0.009

1984

VBLI

1.004±0.002

1991

VBLI

1.0001±0.0001

4

根据前述的对光线弯曲的验证历史,似乎就存在这样一个疑问:难道只能说直到1973年甚至1991年才能说爱因斯坦的广义相对论才成为“正确”的理论?为了消解这个疑问,笔者认为需要在三个层面上谈广义相对论的正确性问题,

第一个层面是在一般公众眼里广义相对论的正确性问题。

在1919年11月6日召开的英国皇家天文学会和皇家学会联合举行的大会上,天文学家罗伊尔宣布:“星光确实按照爱因斯坦引力理论的预言发生偏折”。第二天,历来谨慎的英国《泰晤士报》(Times)赫然出现醒目的标题文章:“科学中的革命”,两个副标题是“宇宙新理论”、“牛顿观念的破产”(Pais,p.306-307)。1919年12月14日《柏林画报》(BerlinerIllustrierteZeitung)周刊的封面刊登了爱因斯坦的照片,并配上这样的标题说明:“世界历史上的一个新伟人:阿尔伯特·爱因斯坦,他的研究标志着我们自然观念的一次全新革命,堪与哥白尼、开普勒、牛顿比肩。”(Pais,p.308)

从广义相对论提出之后半个多世纪里人们对光线弯曲预言的检验情况来看,1919年所谓的验证在相当程度上是不合格的。但毋庸置疑的是,爱因斯坦因这次验证的公布获得了极大的荣誉。在媒体的宣传下,爱因斯坦迅速成为一个传奇人物,一个万人敬仰的英雄。1921年爱因斯坦首次访问英国,下榻在负责接待的霍尔丹勋爵在伦敦的住所,霍尔丹的女儿见到这位著名的客人来到她家时激动得晕了过去。

英雄的行为总与正确、正义等属性联系在一起。在那个世界上还没有几个人能理解广义相对论的年代,《泰晤士报》和《柏林画报》等媒体的读者们显然大多已把广义相对论当作正确的理论接受了。而事实上,如今的媒体和大多数科学史家、科学哲学家也都把1919年的日食观测当作证实了爱因斯坦理论的观测。[11]

第二个层面是广义相对论提出者爱因斯坦本人眼里广义相对论的正确性问题。

爱因斯坦是如何看待他的理论作出的预言和观测验证的呢?早在1914年,爱因斯坦还没有算出正确的光线偏折值,就已经以十分的自信在给贝索(Besso)的信中说:“无论日食观测成功与否,我已毫不怀疑整个理论体系的正确性(correctness)。”(Pais,p.303)

还有一个故事也广泛流传,说的是当光线弯曲预言被英国人的日食观测证实的消息传来时,爱因斯坦正在上课,一位学生问他,假如他的预言被证明是错的,他会怎么办?爱因斯坦回答说:“那么我会为亲爱的上帝觉得难过,毕竟我的理论是正确的。”(Pais,p.30)

关于广义相对论的预言和观测验证,爱因斯坦有他自己的观点。1930年爱因斯坦写道:“我认为广义相对论主要意义不在于预言了一些微弱的观测效应,而是在于它的理论基础和构造的简单性。”(Pais,p.273)在爱因斯坦看来,是广义相对论内在的简单性保证了它的“正确”性。1919年的证实确实给爱因斯坦带来了荣誉,但那是科学理论之外的事情;1919年的证实或许还让更多的人“相信”广义相对论是“正确”的,但这种证实很大程度上只是起到了“说服”的作用。

从科学史上来看,精密的数理科学的进步模式确实有着这样的规律和特点:它们往往是运用了当时已有的最高深的数学知识而构建起来的一些精致的理论模型,它们的“正确”性很大程度上由它们内在的简单性和统一性所保证。虽然它们必然会给出可供检验的预言,譬如哥白尼日心说预言了恒星周年视差,爱因斯坦广义相对论预言了光线弯曲,霍金的黑洞理论预言了霍金辐射,但不必等到这些预言被证实,那些理论就应该并已经被当做科学理论。

第三个层面是科学家和相关研究人员眼里广义相对论的正确性问题。

众所周知,爱因斯坦在1921年获得诺贝尔奖物理学奖是由于他提出的光量子理论。瑞典皇家科学院诺贝尔物理学奖委员会主席阿雷纽斯在颁奖致辞中总结爱因斯坦的主要物理学工作时提到“爱因斯坦第三方面的研究是关于普朗克在1900年所创立的量子理论的研究,他特别是为此项研究才获得诺贝尔奖。”阿雷纽斯在致辞中当然也提到了爱因斯坦的相对论工作,但他把相对论说成是“从根本上说是与认识论有关的”,“著名的哲学家柏格森(Bergson)在巴黎批评了这个理论”,并且“天体物理学界也对此理论持怀疑态度,因为相关结论目前正在受到严格的检验。”[12]显然在这位诺贝尔物理学奖委员会主席眼里,两年前英国人的所谓验证似乎没有发生过。

所谓天体物理学界的怀疑,可以从下面的例子可见一斑。1920年在华盛顿召开了一次天文学史或者说宇宙学史上的一次重要会议,这次会议的主要目的是为沙普利(HarlowShapley)和柯蒂斯(HeberCurtis)提供场所,为他们各自关于宇宙结构的观点展开了辩论。[13]这次会议在科学史上被称作“大辩论”。“大辩论”的组织者阿伯特(C.G.Abbot)拒绝把相对论当作为一个可能的会议议题,他说:“我向上帝祈祷,科学的进步会把相对论送到第四维空间之外的某个地方,它就永远不会从彼处回来折磨我们了。”[14]

虽然说,可以把这位阿伯特看作是反对广义相对论的极端例子。但科学史的史实是,在专业领域内,广义相对论走过了比狭义相对论更为曲折的道路。在广义相对论提出后的较长一段时期里,物理学家对广义相对论不感兴趣。正如斯蒂芬·温伯格曾指出的那样,当时在最基本的层次上研究物质的全部现代物理学,在很大程度上依靠两大支柱:一是狭义相对论,二是量子力学。也就是说,广义相对论与狭义相对论不同,它对于当时主要的研究课题如物质理论和辐射理论并不是必须的。

除了对广义相对论不感兴趣的一部分科学家之外,另外一部分对之感兴趣的,则在对广义相对论进行更严格更精密的检验。就光线弯曲预言来说,从1919年到1973年,进行了12次光学观测检验(表1);另外从1970年到1991年又还进行了12次射电观测检验(表2)。

在爱因斯坦看来,似乎无须这些检验,早在1914年他的理论已然由内在的简单性保证其正确了;在一般大众看来,1919年的检验就已经足够证明广义相对论是正确的。那么1919年以后几十年里对光线弯曲的检验还有什么意义呢?

笔者以为,通过观测来证实某一理论,对于该理论被科学共同体接受有至关重要的作用。在理论提出者譬如爱因斯坦来说,他自信理论的正确性有内在的保证。而对于更多的其他人,他们并没有能力在深刻理解理论的基础上来判断该理论的正确性,所以只能采取“预言-证实”这样一种在其他场合也能行之有效的模式来判断理论的正确性。假如那位阿伯特能活到1991年,只要他使用科学共同体通行的科学思维和科学方法对待问题,那么他也必定承认广义相对论在万分之一的精度范围内是正确的。

推翻相对论的论文可以得到诺贝尔奖吗?

△这个话题看上去有些惊悚,因为经常有这种标题的民科文章出现,但通篇都在讨论什么旋转力,吸引力与反推力,描述多少物质会被推成圆球,咳咳......实在看不下去了,各位熟悉的应该知道是哪位高手的文笔,但事实上连牛顿经典力学都没参透,更不要说什么相对论了!在这里我们要面对一个比较尖锐的问题,牛顿经典力学被推翻了吗?相对论替代经典力学了吗?未来相对论是否也会被推翻?

一、牛顿经典力学世界。

1676年,牛顿在给朋友的一封信中如此写道“如果我比别人看得远些,那是因为我站在巨人们的肩上”,尽管后人对于牛顿的成就总是津津乐道,但对于牛顿的人品却是嗤之以鼻!不过这并不影响我们今天讨论牛顿的力学世界,其实牛顿说的一点都没错,在他之前,西方世界中早已有先驱者:

1、哥白尼推翻了地心说理论,在日心说上走出了很远,因为日心说解决了观测遇到的所有问题!

可惜最终因担心教会的迫害,哥白尼还是怂了,但哥白尼在晚年还是发表了《天体运行论》。

2、布鲁诺继承了日心说,而且提出了甚至现代科学都尚未触及的宇宙无限论,太阳多如星辰,人类犹如蝼蚁,这直接激怒了罗马教廷,可怜的先驱布鲁诺被烧死在罗马鲜花广场上!

3、开普勒利用第谷的观测资料,总结出了开普勒三大定律(第谷向教会屈服了,但他建立了大量观测数据,使得他的学生开普勒也站在了巨人的肩膀上)

西方科学界对天体的研究已经积累的相当的资料,并且伽利略也几乎摸到了静止与运动的惯性定律门口,可惜他没有深入研究!至此万事俱备,而大神牛顿在适当的时候出现了!

4、牛顿的万有引力定律

牛顿在开普勒三大定律和伽利略的“惯性思考”前提下,总结出了万有引力定律,当然个所谓苹果落地的典故是写给小朋友看的!没有前人的不懈努力,牛顿也没那么容易总结出万有引力定律。

两个天体之间的引力与它们的质量积成正比,与它们之间距离的平方成反比,但这中间有一个关键的万有引力常数G,却不是牛顿自己完成的,因为这在牛顿时代测量碰到了难以想象的困难,一直到100多年后卡文迪许才利用扭秤实验精确测量了引力常数G!

限于篇幅,牛顿力学就以最典型的万有引力为代表,牛顿三大定律以及他在光学以及几何与力学还有微积分领域的贡献是前所未有的,经典力学体系标志这现代自然科学的诞生,是人类历史上的一次飞跃!

二、狭义相对论和广义相对论

1、经典力学的局限。

在牛顿力学获得如火如荼发展的19世纪末,麦克斯韦的电磁理论逐渐完善之际,等经有物理学家认为物理学已经走到了尽头!看上去这个调调是不是很熟悉,是否有一种现代科学走到了尽头理论的异曲同工之妙?但经典力学时代有很多问题悬而未决。

1、引力是怎么传递的?2、绝对参考系以太是否存在?3、水星进动问题如何解释?4、微观领域经典力学不适用。

其中1887年的迈克耳逊-莫雷实验则直接否定了以太的存在,让万有引力传播媒介的以太化为乌有,而且麦克斯韦方程组中的电磁波动方程中的光速C是普适常量,但伽利略变化则存在参考系以太,这导致经典力学和经典电磁学在正面上直接冲突。至此牛顿的棺材板都快盖不住了!

2、狭义相对论和广义相对论

1905年,爱因斯坦在《论动体的电动力学》中提出了狭义相对论,阐述了两条基本原理

1、狭义相对性原理:一切物理定律在所有惯性系中均有效(除引力以外)

2、光速不变原理:真空中光速不变,与光源与观察者的运动状态无关

狭义相对论解决了麦克斯韦方程组中的光速C普适常量是没有错的,但仍然没有解决引力传播的问题,因此在1916年正式发表的广义相对论中加入了引力对引力的阐述。

当然早期的引力场方程中这个一个宇宙常数项比较有意思,因为爱因斯坦认为宇宙大小是固定的,即使引力场方程揭示了部分事实后爱因斯坦仍然仍旧在引力场方程中加入常数修正,但哈勃邀请爱因斯坦展示了他的最新发现-造父变星证实天体正在远离地球,最终爱因斯坦去除了宇宙常数选项!

当然这只是一个插曲,并不影响相对论在科学史上的地位,反而成为后期的实际观测中对法相的错误自我修正科学的典型。

广义相对论描述引力是通过质量扭曲了周围的空间来传递,解决了引力出现超距作用的尴尬解释,而水星进动则也在考虑了太阳周围时空弯曲效应所致,继而让牛顿尴尬的超距问题和进动问题都完美解决!

三、相对论将牛顿经典力学推翻了吗?

似乎是这样,毕竟牛顿经典力学中几个世纪难题都被相对论解决,那么牛顿经典力学可以寿终正寝了吗?其实完全不是这样,更准确的描述方式是:相对论将牛顿经典力学完美包容,并且补充了牛顿经典力学不足之处!而从前文的阐述上,我们也能发现,相对论不是凭空出世的,它是建立在前人无数努力的基础之上,包括经典力学!

比如在低速运动中,将牛顿力学求得的解与相对论方式求解,两者差异在10^-15的范围内,这在日常应用中几乎就是一个无需考虑的问题,但随着速度变大这个问题会变得严重,而在超过40%光速后这个问题开始显现,到70%光速时几乎就会增加一半,而95%光速时则成为原来的3倍!

经典力学在10%以上的光速和大质量天体周围,它会被相对论所补充,而在原子尺度以下则被量子力学所替代!简单的说无论是相对论还是量子力学,是对前面科学积累的补充,即使有颠覆性的发现,那也只是补上了一个大漏洞,而非彻底推翻!

四、相对论会被替代吗?

我们必须有一个认识,现代科学几乎所有的学科描述的都准确的,但却有其应用范围,曾经经典力学应用范围无处不在,但随着科学的发展,我们将它的范围无限扩大了,甚至是不适用的领域,那么此时将会发展出新的理论来扩充原有的理论,但并不表示原先的理论无法应用在指定的范围内,比如计算一个低速运动,没有人会用相对论来计算,不仅麻烦,而且这门槛可不低,至少会吓倒一部分初学者!经典力学仍旧为现代科学保驾护航,而相对论也会在你无法察觉的地方默默服务,未来即使有新的代替相对论的理论出现,那么它也是为了给科学家理论来打补丁的!

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