改变历史的科学名著

作者编者:高兴华,吴伟强,徐德明
出版社
出版时间2006-04-27

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按照等效原理,任何物体在加速运动系中的情况与它在惯性系中受引力作用的情况是一样的。例如,一个宇航员乘坐在一只密封失重的飞船之中,当他感觉到自己在恢复重量时,他并不能判断是飞船加速造成的呢还是已回到了地而。等效原理很自然地把广义相对性原理和引力联系起来,爱因斯坦就把厂义相对性原理和等效原理作为建立广义相对论的基本前提。 在加速运动系中,狭义相对论的时空观念需要进一步的发展,特别是时空的几何结构更要作根本性的变革。在狭义相对论中,时空的几何性质由平直的、欧几里德式的四维吋空(亦称四维闵可夫斯基空间)描述。欧几里德几何定理完全适合四维吋空,例如三角形内角和为π,圆周长除以直径为π,等等。但是在加速运动系中欧氏几何定理就不成立了。例如当一把打开的伞作圆周旋转的加速运动时,伞盖边缘由于运动要发生尺度收缩,但伞盖直径与运动垂直不会发生收缩,结果伞盖周长除以直径将小于π。其实伞盖上每点都在旋转,因此每一点的圆周都在发生收缩,但边缘速度*快,因此收缩*多,这种不平均的收缩就把平面的伞盖卷成了一个弯曲的半球面,结果空间弯曲了!弯曲窨的几何是黎曼几何而不是欧几里德几何。 加速运动导致了空间的弯曲,按照等效原理,引力也必然导致空间的弯曲,引力越强,空间弯曲程度也越大。爱因斯坦认为,无物质的空间是不存在的,分布于整个空间,决定空间结构的引力本身就是一种构成空间的物质,即引力场。爱因斯坦还建立起了著名的引力场方程,它表示,引力场的吋空结构完全由物质所决定。这样,物质与时间和空间取得了真正的统一。 自从欧几里德、牛顿和康德以来,欧几里德空间一直被认为是宇宙中唯一正确的和永恒不变的空间形式,但广义相对论将时空物质化,把它的性质归结为可观测、可变化的物质上,从而彻底否定了牛顿和康德的先验的绝对时空观,完成了相对论时空观的革命。 空间的弯曲可以通过光线的弯曲表现出来。1919年,英国皇家学会派出了两个科学考察队去观测当年5月29日出现日蚀时,恒星光经过太阳附近是否会因太阳引力而发生弯曲。这无疑是对广义相对论的一次重大检验。结果表明,恒星光确实发生了弯曲!广义相对论经受了检验。这一重大结果于1919年11月6日通过英国皇家学会和英国天文学会联系会议公布于天下。皇家学会会长汤姆逊教授在前会长牛顿的巨幅画像下面向世界宣告:“爱因斯坦的相对论是人类思想史上*伟大的成就之一——也许是*伟大的成就。” 在

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