今天早上剛剛寫了一篇《愛因斯坦相對論的“光速不變原理”不可能被推翻?》,在文章的留言區,看見有一位朋友對我說:“說白了這都是你們想出來的。一會能,一會不能。皆是假的。”看來,這位朋友對相對論是很不服氣的。他認為,科學理論都是“想出來的”,而且由于他看了網絡上太多自媒體的低劣文章,也會對相對論産生質疑。因為,某些不負責任的自媒體,為了博眼球,往往冠以“相對論被推翻了”“愛因斯坦被打臉了”之類的駭人标題。但是我要嚴肅的告訴朋友們:
第一,相對論還真的不是因為被想象出來才具有價值。相對論,以及它的前提假設“光速不變原理”,是用數學推導出來的。當初,愛因斯坦在推導相對論的時候,雖然不能立即做出現場的實驗驗證,但是他可以做思維實驗。思維實驗是一種純粹的智力競賽,非常考驗人的邏輯推導能力。
第二,迄今為止,還沒有任何實驗證實相對論或者“光速不變原理”已經被推翻了。我們平時看到的某些散布駭人信息的自媒體,絕大多數不具備基礎的數理知識,有的還是文科生。他們往往還信仰神秘主義,對僞科學和超自然趨之若鹜。
其實,要想判斷“相對論或者光速不變原理有沒有被推翻”很容易,就是看國際知名科學學術期刊有沒有刊登相關的論文。目前,相關的比較知名和權威的頂級科學學術期刊有《自然》《科學》《科學美國人》。如果有人聲稱他“推翻了”某個重大的基礎科學理論,或者“創新”出某種驚世駭俗的、與現有主流科學體系不兼容的“曠世傑作”,那麼很好辦,請他立刻出示他發表在《自然》《科學》《科學美國人》上面的論文即可。如果,他沒有能力在上面刊登論文,又一貫喜愛誇誇其談,說他的能力可以“拳打愛因斯坦,腳踢牛頓霍金”,你已經可以大緻判斷他隻是一個思維跳躍的民科人士。
愛因斯坦
下面,我以相對論為例,看看為了證明它,科學界做了哪些實驗的努力?
廣義相對論主要是描述時空結構的彎曲,這是對宇宙大質量、天文大尺度物理現象的描述,而我們人類隻能生活在區區地球上,想要直接了解大質量物質的時空結構變化,無疑是非常困難的。要知道,人類可以立即想到的大質量、引力源非常強的參照物,就是每天給我們提供光和熱的太陽。那麼,能不能通過觀測太陽來驗證相對論描述的時空結構的改變呢?因為按照相對論的描述,大質量的物質可以扭曲空間,而光是沿着空間傳播的,既然空間結構被扭曲,則光實際也會被扭曲。由于光子毫無疑問的具有能量,依據狹義相對論的質能方程,能量可以與質量互換,有能量的光子也肯定具有慣性質量。既然光子具有慣性,那麼光子的運行軌迹就會根據時空彎曲的結構進行測地線運動。這樣,既然太陽周邊擁有強大的引力場,引力場會改變時空結構,讓時空變得卷曲,則經過太陽周邊的光線,就會按照時空結構進行運動。
愛因斯坦發表相對論的手稿
于是,愛因斯坦就構想到一個實驗方法,如果通過測量和比較遙遠的恒星發射出來的光線經過太陽引力場前後的偏移和位移的程度,就可以證實相對論的預言。我們如果觀測到太陽周邊的光線被扭曲,就可以證明相對論預言的準确性。
愛因斯坦提出實驗方案之後,引起了科學界,尤其是天文學家的興趣和重視。德國天文學家Erwin Freundlich決定為此做一點事情。當時,天文學家計算出1914年8月在克裡米亞半島會出現一次日全食,Erwin Freundlich率領科考隊前往克裡米亞半島,正打算架設實驗器材,不料第一次世界大戰在此刻爆發了。德國當時和俄羅斯是對立的交戰國家,俄羅斯軍隊在克裡米亞半島俘獲了Erwin Freundlich和全體科考隊員,直到4年之後才予以釋放。自然,這次實驗還沒有正式開始就已經徹底失敗了。
第一次世界大戰形勢圖
真正讓愛因斯坦和其相對論揚名天下的,不是愛因斯坦的母國德國,而是英國。
愛因斯坦在當時是德國人,他出生在德國,是德國國籍,在德國大學任教,發表的關于相對論的科學論文刊登在德語的《物理學年鑒》上。但是,科學是沒有國界的。愛因斯坦的論文,很快引起了大洋彼岸英國人的極大重視。當時,英國科學界的扛把子,威名顯赫物的大理學家、天文學家愛丁頓爵士閱讀了愛因斯坦的論文之後,為此大加贊歎,立即積極的把這篇論文推薦他的“朋友圈”。羅素等一大批英國科學家由此了解到了相對論,并且也非常贊同愛因斯坦對時空結構變化的描述。
右邊是當時英國科學界的扛把子,愛丁頓爵士
要知道,英國與德國在當時可是交戰國,愛因斯坦在那個時候對于愛丁頓爵士、羅素等人來說,就是不折不扣的敵國科學家。作為英國人,卻沒有因為政治、民族等因素去排斥愛因斯坦,這無疑證明了他們具有正直無私、沒有偏見的高貴情操和勇于追求科學真理的崇高精神。
由于愛丁頓爵士的不懈推薦,愛因斯坦的相對論引起了英國格林尼治時天文台台長戴森的重視。戴森給英國皇家學會寫信,他提議組建一個科學考察隊,來驗證愛因斯坦的相對論的理論。戴森指出,1919年5月29日是驗證理論的極其合适的時刻,因為在這一天,太陽、金牛星座、月亮、地球恰好會排列成一條直線,由于形成了日食,那麼金牛星座發射出來的光線經過太陽周邊引力場的時候,就容易被地球上的實驗儀器觀測到。如果這些微弱的光線真的被觀測到了,則證明了愛因斯坦的理論是正确的。
英國皇家學會依據戴森的提議,組建了兩支科考隊,一支奔赴非洲幾内亞萬灣的普林西比島,一支趕往巴西的索布拉爾。這兩支科考隊都在野外經曆了很多困難,他們戰勝了飓風、暴雨等幹擾,在艱苦的自然環境下奮戰了八九個月,耗費了巨大的心血,拍攝了很多照片,經過照片的對比和測量,得出了很精密的觀察數據。
1919年11月6日,這是科學史也是整個人類文明史上值得紀念的一天。英國皇家學會舉辦了學術會議。愛丁頓爵士、羅素、戴森等一衆大名鼎鼎,在科學界虎嘯風雲的科學家出席會議。在會場上,愛丁頓爵士當場宣讀了這次日全食的科學考察報告,他用激動的語氣說道:這是科學的勝利!這是愛因斯坦的勝利!經過我們的實驗觀察,證明了太陽的質量确實導緻了它周圍的時空結構的時空結構彎曲!
自從,愛因斯坦教授揚名天下!
我想說的是,英國作為一個與德國處于戰争狀态的國家,耗費了巨大的資源和精力,發動自己國家的科學家,花費了八九個月時間,去驗證一個敵對國家科學家提出的理論,這種博大的精神說明了什麼?科學是超越一切國家、地域、民族、文化、政府、政見的。正是有了這種精神,人類文明才被加速推動着。
作者:懷疑探索者
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