广义相对论大概是最被人神化的物理理论了。在那个著名的传说里,物理学家西尔伯斯坦对另一位物理学家爱丁顿说“听说你是世界上仅有的三个懂相对论的人之一”,爱丁顿的回答是“我在想,这第三个人是谁?”
这三个人——不管他们是谁——当然都已经离世了。整整一百年过去,今天又有多少人懂相对论呢?
答案可能会让你惊讶:很多。事实上,许多当今科学家恐怕比爱因斯坦本人更懂。披荆斩棘的时代已经过去,多年研究所提炼出的核心想法,如今连普通大众都可以理解。这里说的不是那个姑娘和火炉的比喻;用著名华裔物理学家徐一鸿(AnthonyZee)的话,广义相对论的核心思想,每一个坐过飞机的人都曾亲身体会——那就是,航线为什么是“弯”的。
插画师经常用十分华丽的配图来展示广义相对论,但是它的本质简单得令人惊讶。图片来源:ultraphysics.co.uk
徐一鸿这个名字在中文世界里有点陌生,但若与“阿·热”相连,可能就会唤起许多读者的回忆——二十多年前,湖南科技出版社的“第一推动”丛书首批中《可怕的对称》(FearfulSymmetry,正版译为《可畏的对称》),由于当时出版商并未联系作者,将他的英文名缩写A.Zee(Zee是上海话“徐”氏的发音)译成了阿·热。
徐一鸿是上海人,年战乱时期出生于昆明,很小的时候举家从上海移居香港,随后又迁居巴西圣保罗。这趟意外的移居,奠基了他的未来:“那时候我们不了解巴西,我爸爸在香港的一些上海帮朋友,结伴去巴西做生意;他们以为巴西很落后,还要带上肥皂去巴西呢!我父母不知道巴西有没有学校,于是母亲给我买一大堆书。”从香港到巴西,四十多天的海上航行,百无聊赖,只能看书,“可能正是那个时候,我对科学开始着迷,有了研究科学的兴趣。”
后来的徐一鸿凭借全额奖学金来到普林斯顿,本科毕业后又在哈佛全奖得到理论物理博士学位,曾在普林斯顿高等研究院担任助理教授和访问学者(爱因斯坦正是在这里度过了后半生);目前他在加州大学圣塔芭芭拉分校的卡弗里理论物理研究所任正教授逾30年,并获得终身高等研究员的职位——他是第一位获此荣誉的华人物理学家。
徐一鸿(AnthonyZee)教授。图片来源:ucsb.edu
徐教授的学术兴趣难得的广泛,并各有杰出贡献。起初他专攻粒子物理学,后来扩展到凝聚态物理、量子反常、随机矩阵理论、超导、量子霍尔效应等理论物理学领域。迄今为止,他完成的学术论文已有70多篇,被引用次数达万4千多次。
除此之外,徐一鸿还是一位特别优秀的老师和科学传播者,无论是教科书还是科学写作都常常有让人豁然开朗的感觉。他说,“我觉得美跟真绝对是有很大关联的。”因此他投入了许多时间来讲解那些在他看来最美的物理理论——比如,广义相对论。
“爱因斯坦本来的意思,和‘相对性’正好相反”果壳网科学人:今年是广义相对论诞生一百周年,假如没有人成功地得出广义相对论的话,现在这个世界会有什么不同?
徐一鸿:我现在可以马上想出两个不同之处。
我们人类的一件大事,就是要知道这个世界是怎么来的,宇宙是如何起源的。如果没有广义相对论,大爆炸理论就很难产生。为了描述宇宙是如何产生的,必须有广义相对论。
另外一个例子普通人都可以体会。很多人并不知道现在手机上应用的GPS,为了定位准确,需要用狭义相对论和广义相对论做修正。如果没有相对论,定位误差每天都会积累巨大误差,很快就不能用了。
果壳网科学人:据说爱因斯坦讲过一个关于相对论的解释:和姑娘在公园坐一个小时像一分钟,在火炉边坐一分钟像一个小时。这个比喻合适吗?
徐一鸿:爱因斯坦本来没打算用“相对论”作为新理论的名字,他本来的意思跟“相对性”恰好相反,叫做“不变性”。狭义相对论本来想说的是,什么东西在不同观测者眼中是不变的。所以“相对论”这个用词几乎是物理学史上最差的名字,导致后来很多人在相对论问题上望文生义,乱讲一气;甚至说“真相是相对的”,而那些物理学家证明没有真正的“真相”,诸如此类,全都是乱来。
还有一个好笑的故事,有些人听过相对论的科普演讲之后,说“我坐火车上面,可以看到旁边的树在动,我现在理解相对论的奥妙了”。但这个例子说的,是最简单、最明显的运动的相对性,跟相对论毫无关系。
所以我不是很喜欢跟姑娘在公园坐的这种说法,那个我有点怀疑是不是爱因斯坦先说的。我觉得这应该是别人说的。但好像后来爱因斯坦在一场科普演讲里面也用了这个例子,当笑话讲。
果壳网科学人:那您能否简单地解释一下,广义相对论是什么呢?
徐一鸿:我的书《爱因斯坦引力导论》里面有一个很好的例子。有一次我从洛杉矶飞北京,看到屏幕上画的航线图就觉得很奇怪,为什么航线是这样弯的呢?
图片来源:salon.白癜风治疗偏方白癜风可以完全治好吗
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