牛頓曾經說過:如果說我看得比别人更遠些,那是因為我站在巨人的肩膀上。(當然,這句話被質疑是牛頓在嘲諷胡克的矮小身材,不過這就另當别論了,本文并不過多贅述了)
誠然如此,牛頓創建的經典力學除了基于自身對事物的敏銳觀察能力外,還基于開普勒的研究數據,以及繼承了伽利略的實驗邏輯思維。
同樣地,愛因斯坦的成就也是建立在前人探索的基礎之上的。
到目前為止,還沒有發現超越時代背景而提出跨時代的理論。牛頓力學,相對論以及量子力學都是基于時代背景的。
沒有愛因斯坦,狹義相對論的發現應該會推遲5~10年,而廣義相對論可能就推遲的時間比較長了,我認為這個尺度應該是10~50年。但絕對不會超過50年,至于原因,我在會在文中陳述
在愛因斯坦之前,光速不變已經被麥克斯韋所預言,此後還有索菲水流實驗,邁克爾遜莫雷實驗,以及馬赫對牛頓力學的批判。
狹義相對論在20世紀初已經呼之欲出了,比如洛倫茲在愛因斯坦之前就開始根據光速不變的實驗事實将伽利略變換拓展到了洛倫茲變換,還有龐加萊對絕對時空觀的質疑。現在狹義相對論中的時間膨脹公式、質速關系公式、尺縮效應公式都引入了洛倫茲因子。
洛倫茲
愛因斯坦最突出的貢獻就是首次将以太徹底pass掉,還有就是将光速不變提升成了公設。從此才建立了狹義相對論。
如果沒有愛因斯坦,我認為很可能是洛倫茲或者龐加萊完成狹義相對論的建立。這個時間點不應該超過10年。當時科學家距離狹義相對論唯一的一層紙就是:是否抛棄以太。畢竟很多科學家在那時被束縛在絕對時空觀的桎梏中。輕易地否定以太就是藐視牛頓力學權威性的表現,所以包括洛倫茲,龐加萊在内的科學家都在猶猶豫豫。唯獨愛因斯坦力挽狂瀾地拿掉了以太。
狹義相對論一旦建立,那麼過渡到廣義相對論就是必然趨勢。不管是誰首先建立起狹義相對論,其都有一個緻命的局限性,那就是狹義相對論隻适用于慣性系,要想将非慣性系納入到相對論中,那就要重新審視牛頓力學。
我想即便是另一個人提出狹義相對論,他也必須面對這樣的問題。
而從狹義相對論到廣義相對論的必經之路就是假設慣性質量等效于引力質量的等效原理。
等效原理的電梯思想實驗是愛因斯坦獨創的。這個思想實驗是愛因斯坦在1911年提出的,并且用了4年時間将時空彎曲量化了,并推導出著名的引力場方程式。由此标志着廣義相對論的誕生。
我之所以說,如果沒有愛因斯坦廣義相對論可能會延遲數十年,是因為廣義相對論在當時并沒有實驗基礎,人們也并不迫切需要将力學納入到相對論中。
而縱觀隔壁班的量子力學,之所以發展迅猛,是由于科學儀器的加速叠代,并不斷發現微觀世界的新現象,科學家隻是基于發現的現象來抽象規律。比如薛定谔方程就是基于微觀粒子的疊加狀态猜測出的二階偏微分方程。
絕大部分科學理論是基于已知現象歸納出的一般性規律。而鮮少有像愛因斯坦那樣,在幾乎沒有已知現象的情況下,硬是想象出時空彎曲。
到目前為止,廣義相對論的應用也遠不如量子力學那麼多,這就意味着:沒有愛因斯坦,廣義相對論可能會推遲到1964年。
因為那一年,世界首個衛星導航系統“子午儀”正式交付給美國海軍。
如果那時候還沒有提出廣義相對論,美軍首先就會發現導航總是出現偏差,在解決這一問題的過程中,才可能促使科學家将狹義相對論開始推廣到廣義相對論。
事實上,衛星導航使用狹義相對論來校正速度引起的時間差并不多。
更多地是在數百公裡高度上的衛星所處的引力場強與地面引力場強差很大,這種場強差引起的時間差會更加顯著,所以我們需要用廣義相對論來修正導航衛星的時間差。
如果沒有愛因斯坦,狹義相對論很快就會被提出,但是廣義相對論的發現可能會被擱置到導航衛星上天。這個時間點是1964年,距離廣義相對論的提出相隔49年。
我在文章開始給出的結論是沒有愛因斯坦,廣義相對論可能推遲10~50年之所以加個10年的底線,因為還考慮另一種情況。當狹義相對論被其他人提出後,勢必引起很多純粹理論性科學家試圖将引力納入其中,一旦他們中的某個人突破了等效原理的瓶頸,那剩下的隻是純數學上的難題了,這個期限一般不會超過十年。
可以參照愛因斯坦在建立引力場方程時,在好友的幫助下學習了黎曼幾何。他主要的工作就是如何構建出将時空彎曲的量化系統,如何用數學描述時空曲率。
甚至連數學家希爾伯特在并不是很懂廣義相對論的情況下,都可以憑借優秀的數學直覺同時與愛因斯坦完成廣義相對論引力場方程的最終創建任務。
人們經常說,如果沒有某某某,還會有人提出這個理論,因為任何理論都是基于時代背景的,不過這是狹隘的唯物史觀。
從馬克思辯證法來看:必然事件總是通過大量的偶然現象表現出來的,這裡的偶然性就相當個體的科學家。
于此同時,偶然性也受到必然趨勢的限制,就好像科學理論受限與時代背景。
必然事件和偶然事件是可以相互轉化的。不能總是抱着相對論的提出是必然的事件而否定偶然出現的愛因斯坦。
我們現在驗證了廣義相對論所預言的引力波。人們除了通過電磁輻射和引力規律了解宇宙,還新增了引力波這一手段,這是愛因斯坦對全人類的貢獻。
正如文章的結論所言:即便沒有愛因斯坦,後人依舊可以提出相對論。也正是由于他的存在,也大大加速了這一過程,起碼讓後人少走很多歪路。僅憑這一點,愛因斯坦無疑是20世紀最偉大的科學家之一。
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