大宗师爱因斯坦和引力波——科学家轶事（3）

　　今天是三巨头的最后一个，爱因斯坦（Albert Einstein，1879.3-1955.4）。

　　这位双鱼座的大佬虽然出场最晚，但是其质量却丝毫不逊色于前两位。

　　这是个瑞士国籍的德国犹太人，被邀请担任以色列国的总统但被其拒绝，去世在美国，骨灰撒在未知地点（用好莱坞大片的时髦话说，叫做location unknown）。

　　【三个板凳的故事？】

　　爱因斯坦最著名的故事大概就是三个板凳吧，我相信这个故事流传之广，恐怕比了解爱因斯坦到底干啥了的人还要多：

　　故事大意是有个叫小爱的孩子，小学的时候很愚蠢，美工课他做了个小板凳交上去，被老师嘲笑了，老师说还能有更差的小板凳吗，小爱说有，然后就又掏出两个来，说这两个是我做的第一个和第二个，交给您的是第三个，已经是最好的了。

　　老师泪流满面，说你实在是个人才啊。

　　多年以后，小爱就是我们知道的大牛人爱因斯坦。

　　这个故事被拿来教育我们的小盆友，做事要有恒心，坚持就是胜利，之类的。

　　但实际上，回头仔细想想这个故事，其实也满奇葩的：

　　1、因为他做了更丑的两个小凳子，就改变了他交的凳子丑的事实吗？

　　——你也可以试试：老板让你做个方案，你做了个很糟糕的方案交上去。老板很愤怒，说你这是搞的神马玩意。这时你不慌不忙掏出两个更糟糕的方案出来说，老板你看，其实我这里还有更差的方案的，交的这个已经是我的最好水平了。

　　你猜老板会是什么反应？感动的热泪盈眶？

　　2、因为他有恒心做出了一个勉强过得去的小凳子，所以他最后就能成为一代伟人？

　　那我也做出过好多勉强过得去的各种半吊子作品啊，我也画过没有几个人看得懂的画啊，我也写过蛇行般的字啊，我的各种考试也经常尽力了才考个七八十分啊，为毛我还是一介屌丝？

　　所以两者之间似乎没有必然关系。

　　好在这两个问题都不是最大的问题，因为这个故事本身是不是真的就要存疑。

　　一种说法是有人去德国取证，没有取到；反而得到的结果是爱因斯坦小学时就表现出过人的智商，聪明无比。这个所谓体现弱智的小板凳，可能并不是他做的。

　　还有一种说法更搞，说他那个板凳交上去以后，老师说我要给你打1分；然后又考证说德国的分制跟其他国家都不一样，1分是满分，4分是及格，6分最差。在德国长大的爱因斯坦小时候考试通常1分，偶尔2分。意思就是他这个板凳做的精美绝伦，世间罕见……

　　这两种说法总结起来就是，小爱同学从小就不傻，一直就是天才；小爱到爱因斯坦是自然生长，中间没有什么突变。

　　想当科学家的童鞋不要泄气，世界本来就很现实，不是谁都能当爱因斯坦的哦，能当个胡克或者帕斯卡这样的极高端的从业人员就已经相当不错了。

　　【爱因斯坦的贡献】

　　爱因斯坦的主要贡献，是相对论的创立（包括狭义和广义）、光电效应、质能方程的提出等。

　　听上去也不是特别牛啊，不就发现了几个物理现象和公式吗？

　　呃，这么说吧，因为他发现的这几个公式实在是太牛了，牛到一不小心就把物理学捅到了哲学的高度。

　　【相对论和时间】

　　相对论的本质是对牛顿的经典系统进行了改造，也可以理解成修补：爱因斯坦加上了一个变量来完善牛顿的系统。

　　这位大佬加上的变量的名字叫做时间。

　　时间是物理学中的七个基本物理量之一，内涵是无限永前，外延是一切事件过程长短和发生顺序的度量。

　　这个定义大家懂不懂我不知道，我反正没懂。

　　我理解的时间特点是：均匀流逝，单向流淌。

　　爱因斯坦说，错了。你之所以会有这种感觉，是因为你运动的速度太慢了。

　　步行骑车，慢。

　　火车飞机，还是太慢。

　　要接近光速才快。

　　光速近似为300000000米每秒；一串零的感受不直观，这么说，光一秒钟可以绕着地球赤道跑七圈半。

　　飞机的速度近似为1000公里每小时，合将近280米每秒。飞机从北京到上海要飞两个小时，而赤道的长度是北京到上海飞行距离的近四十倍。

　　明白了这点我们就明白为什么相对论里说什么都是低速运动。因为跟光相比，大家确实都是低速运转的，根本就不够看。

　　说速度还是为了说时间。

　　【狭义相对论】

　　牛顿的经典力学体系里刻画了物体运动的规律，也就是物体在空间发生位置移动的规律；在这个体系里，物体的速度只会改变其自身的运动，不会对周围环境产生影响。

　　爱因斯坦发现，这些都对，但是前提是在低速的系统里。

　　当物体以接近光速的速度运动的时候，这些我们习惯的认知都要被颠覆。

　　狭义相对论正是一个探讨时空变化和相互关系的理论，它最重要的原理是两个：相对性原理和光速不变原理。

　　相对性原理是说惯性系之间相互等价，不可区分。

　　光速不变原理是说光速与参考系无关。

　　在这两个原理基础上，狭义相对论把三维的空间和一维的时间结合起来，在四维时空上得到了很多惊人的结论：

　　物体的质量会随着速度的增加而增加。（跑的越快体重越重！）

　　时间的流逝会随着速度的增加而变慢。（跑的越快时间过的越慢！）

　　当物体运动速度接近光速的时候，时间流逝会变慢。

　　当物体运动速度等于光速的时候，时间会停止！！

　　当物体运动速度超过光速的时候，时间会倒流！！

　　明白这一点你就知道了，为什么大家都孜孜不倦的在探索超光速粒子。

　　我记得2011年，欧洲粒子物理实验室宣布发现超光速粒子，那时我心中的震惊不小，遗憾的是很快他们自己又出来辟谣说实验数据错误，因为有一个插头没插之类的。欧洲人你们能不能靠点谱，时间倒流这样的玩笑开不起。

　　著名的双生子佯谬就是一个关于狭义相对论的思想实验：有一对孪生兄弟，哥哥坐上宇宙飞船作接近光速的太空旅行，弟弟留在地球；当哥哥回到地球的时候，他会发现他比弟弟更年轻。因为他以高速运动，时间流逝变得缓慢了。

　　这一点在很多科幻作品中也都有体现。

　　狭义相对论完善了牛顿经典力学的理论体系，建立了新的时空观，改变了人类对世界的再认识。

　　提示一点，狭义相对论是包容了经典力学体系的；也就是说，当物体高速运转时，以相对论的观点来解释；当物体低速运转时，相对论将退化成经典力学理论，两者是统一的。

　　狭义相对论这么烧脑的概念，爱因斯坦花了多长时间提出的？

　　几个星期。

　　要不然人家能是大佬嘛。

　　接着上期的那个比方：

　　如果说牛顿是举着长明灯带着大家在原本黑暗泥泞的科学道路上勇气十足地前进的话；

　　那么爱因斯坦就是突然开着一辆跑车路过说，赶紧上车吧，我们人类科学的发展不能这么慢了。

　　小爱同学你确定真的没有开挂吗？

　　【广义相对论】

　　这还不算完，在大家还没适应跑车的速度时，小爱同学已经觉得这还不过瘾，没过多久他又干脆换了航天飞机。

　　在人类还在努力适应狭义相对论的时候，爱因斯坦又提出了广义相对论。

　　顾名思义，这个玩意更高端了。

　　说来有趣，广义相对论的创立还和上面那个双生子佯谬有关：

　　大家都知道运动应该是相对的，那么问题来了，哥哥在外面以接近光速的速度飞，但是弟弟相对于哥哥不也是接近光速在飞吗？那为什么弟弟的时间流逝没有变慢呢？

　　广义相对论解释了这个谜题，所以现在它不叫“悖论”而叫“佯谬”。

　　解释的过程很复杂，这里不展开叙述，只提一句，由于飞船速度会发生改变，所以对哥哥看来，弟弟的时间并不是均匀流逝的，而是迅速衰老。

　　结论就是，不管在那个参照系中看，以接近光速遛弯的哥哥确实要比在地球上的弟弟年轻。

　　广义相对论主要研究对象是引力，它对狭义相对论进行了补充和完善，包括推导出黑洞和引力波的存在、解释了光线在引力场中的偏折形成引力透镜现象等。

　　广义相对论是现代宇宙学的膨胀宇宙模型的理论基础。

　　【爱因斯坦的伟大】

　　狭义相对论和广义相对论揭示了时空、物质、运动三者之间的关系，是现代物理的两大基石之一。

　　顺便说一句，现代物理的另一个基石是量子理论。

　　而爱因斯坦既是相对论的创立者，又是量子理论的教父，并铺平了两者之间可能存在的统一道路。

　　这就牛的没边了吧。

　　直到现在，爱因斯坦的预言还在不断为科学家赢得诺贝尔奖。他所提出的一系列预言，现在的科学家们还在一一证实，每证实一个，就能拿一个诺贝尔奖。

　　可见其宗师地位啊。

　　小爱作为物理学宗师，当然也拿过诺贝尔奖。但好笑的是，小爱同学获得诺贝尔奖却不是因为相对论，而是因为他在光电效应方面的贡献。

　　但是呢，其实还是因为相对论获的奖……

　　到底是什么意思？

　　大家姑且可以这么理解，就是对于相对论的成就，诺贝尔奖已经显得太low，不能匹配了，只好索性不给。

　　实际情况是，当时诺贝尔奖的组委会讨论说，小爱同学这么牛，颁奖给他是必须的。但是相对论这玩意又实在太生猛，具体说的是什么，我们也实在是不太懂，万一以后证明是错的，那我们岂不是成了笑话了么？再看看他的这个光电效应还可以，很温和，虽然贡献小，但是大家都明白啊。

　　嗯，就用这个由头给他颁奖。

　　科学界也是蛮搞笑的。

　　最后，我们用爱因斯坦拒绝当以色列总统的理由作为本文的结尾吧：

　　“方程对我更重要些，因为政治是为了当前，而方程却是一种永恒的东西。”

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