世界秩序崩溃，空间被弯曲

世界秩序崩溃，空间被弯曲

1911年，第一次索尔维会议召开了，它的中心议题是辐射和量子（图5.4）。索尔维会议是根据工业制碱法（碳酸钠或苏打）的发明者欧内斯特·索尔维的名字命名的。索尔维曾倡导召开并资助过一系列国际性物理会议，每次会议都有预定的课题，并邀请特定领域一些主要物理学家出席。历次会议都在布鲁塞尔举行，出席人数限定在三十人左右。第一次索尔维大会的总计划和应邀出席人的名单主要是沃尔特·赫尔曼·能斯脱（1864～1941）筹划安排的。能斯脱既是柏林的物理化学教授，又是那个时期第一流的热力学家之一，德国科学界的一名权威。他发现过一条重要的定理，这一定理通常就叫做热力学第三定律。按照这条定律，任何纯物质在绝对零度下的熵都为零。能斯脱的定理深深扎根于量子理论之中。由于H.A.洛伦兹在物理学方面地位显赫，通晓多种语言而又善于外交，并享有很高威望，每次都受到邀请，经常担任大会主席。由于出席人数的严格限制，以及应邀与会者的水平，从而使讨论气氛生动活泼，收益显著。按照惯例，比利时国王总是邀请与会者出席一次晚宴，以表示对大会的关心。由于这种场合下的多次见面，爱因斯坦同比利时王后伊利沙白建立了友谊，且同她保持了多年的联系。

在1911年的那次大会上，普朗克像往常一样，发表了一个保守、谨慎的观点，正在逐渐成为一名公认的台柱人物的爱因斯坦，思想却更为活跃。其后不久，当爱因斯坦被提名为苏黎世工业大学教授的时候，曾在索尔维大会上见过爱因斯坦的玛丽·居里和庞加莱在他们的推荐信中，曾明白地表达了对爱因斯坦的崇高评价。

1912年，爱因斯坦到了苏黎世工业大学，但他在那里呆的时间是短暂的。柏林的主要物理学家们都要求爱因斯坦能回到德国的首都。为此，他们向爱因斯坦发出了非常吸引人的建议：要么到威廉皇家研究所，要么到普鲁士科学院工作，二者由他选择。教学任务不多，可为他的研究工作提供最大的自由，同时给予高薪和其他一些优厚的待遇。能斯脱和普朗克为此曾亲自跑到苏黎世，这实质上是一次极为罕见的举动。为了作出决定，爱因斯坦花了整整一天的时间。他告诉客人，他要出去散步，然后将带回一束玫瑰花——如果他接受了，带的是一束红玫瑰，拒绝了，带的是一束白玫瑰。爱因斯坦带着一束红玫瑰回来了。不过，他坚持一个条件：要求保留他的瑞士国籍。这一坚决主张招致了某些麻烦，因为尽管爱因斯坦认为他自己是瑞士人，普鲁士却把他看作是普鲁士人。

爱因斯坦虽然地位显赫，但在德意志帝国他总是感到不自在。尽管他喜欢他的那一些同事和柏林其他一些诱人的事物，但对普鲁士军国主义却十分反感。为避开他在柏林感到的兵营气氛，他常常跑到荷兰与自己的朋友洛伦兹和埃伦菲斯特呆在一起（图5.5）。到德国之初，爱因斯坦离婚了，后又同他的表妹结婚，直至白头到老。

决定命运的1914年8月临近了。爱因斯坦正忙于着手广义相对论的研究，把狭义相对论原理全部扩展到任意运动。十分清楚，相互作加速运动的两个系统是不等同的。实际上，出现在一个系统中的惯性力在另一个系统中是不能找到的。简单的例子是向地球表面自由下落的一架升降机，对位于升降机内的一名观察者来说，重力消失了。这明显不同于相对于地球为静止的同一架升降机。此时的这架升降机，重力依然存在。然而，爱因斯坦注意到，在引入适当引力场的情况下，人们就能够使两个加速系统相互等效。为了使之成为可能，出现在方程式F=mα中的惯性质量必须等于出现在方程F=kmm'/r2中的引力质量。这个常常用引力质量等于惯性质量的说法来表达的值得注意的事实，已经由伽利略在比萨斜塔所做的半传奇式实验发现了；后来，仔细地证实了摆长相等而材料不同的单摆具有相同周期的牛顿，对此也作出了进一步的验证。1891年，巴龙·R·冯·厄缶（Baron R.von Eötvös）在匈牙利用更大的精确度又一次证实了这一事实。1963年，R.H.迪克（R.H.Dicke）得到的精确度则更高。

同狭义相对论不同，物理学家们对广义相对论并非最感兴趣，只有爱因斯坦独自正视了这一问题。广义相对论在数学方面的困难要比狭义相对论大得多，它需要应用“张量分析”，而那时的物理学家对此实际上一无所知。爱因斯坦的朋友格罗斯曼为他介绍了B.黎曼（B.Riemann）和B.克里斯托菲（B.Christoffel）的著作，更为重要的是介绍了G.里奇-克巴西桥（G.Ricci-Curbastro）以及T.莱维-契维塔（T.Levi-Civita）的著作。这些著作为爱因斯坦提供了必需的数学工具，而在此之前，他本人曾被数学上遇到的困难所阻碍。从此，爱因斯坦便能研究弯曲空间，把引力效应与空间曲率联结起来，而空间曲率依次又同物质或能量的存在联系了起来。

这里，我想稍作一点穿插。1914年的宣战曾伴随着天真幼稚的爱国热情的突然间的全面高涨，特别是德国更是如此。由于协约国对德国的或许有时被夸大的谴责，尤其是涉及对入侵中立国比利时的谴责，为了作出反应，德国科学家用一项防御宣言给予回答，宣言中每一句的开头都是“这不是真的……”，宣言的结尾宣称科学家与武装部队团结一致。令人惋惜的是，在宣言上签名的人当中竟有诸如伦琴、普朗克、能斯脱、维恩，以及其他一些深受人们尊敬的人。在一些适当场合，他们还在名字前加上诸如枢密顾问官或阁下之类的令人啼笑皆非的详尽的头衔名称，是否是有人认为像伦琴那样的人会觉得如此的官衔会使他的签名增添力量呢？而帝国德国就是这样干的。十分清楚，很多签名的人，其中包括伦琴在内都是天真的，后来他们都为自己的行动而后悔。其他一些人，例如普朗克，则从这一事件中吸取了教训。尽管他们仍然是德国坚定的爱国者，尔后却没有被希特勒的民族主义所愚弄。爱因斯坦拒绝在文件上签名，他甚至考虑要组织一次相反的宣言，但没有执行此项计划。总之，由于他的政治立场，爱因斯坦已经有了必须认真对付的敌人。(https://www.daowen.com)

爱因斯坦全神贯注地致力于广义相对论的研究。有几次，他认为他已经达到了目标，随后又发现他的理论中有致命的缺陷。最后，他终于成功地实现了用一种适合于任意参考系的方法把物理定律化为公式的方案，从而为引力提供了一种新的解释。尽管实验的结果不是很了不起，但概念的进展和理论的优雅都是十分杰出的。这一理论预言有几种小的效应可供实验证明：水星近日点的漂移（进动）；光线被质量偏转——日全蚀时可观察到的一种效应；巨大恒星发射光谱的频移。不幸的是，所有这些效应都微小得难以观察，以致直到现在，对广义相对论也没有绝对不含糊的实验验证。但尽管如此，把引力归结为空间曲率的几何效应，在天体物理学和宇宙论中却是一个重要的概念，并具有极大的重要性。正因为如此，广义相对论才盛行起来，成了描述和阐明天文观察结果所必需的理论。

1917年，爱因斯坦发表了另一篇极为重要的著作，它是黑体定律的一种新的非常简单的引伸，其中包含了种种深奥的概念。光发射不能再根据麦克斯韦的观点来认识了。统计定律，就象应用于放射率衰变的那些定律一样，首次被扩展到了电磁现象。

那时，玻尔的原子理论已经出现，但原子的发光机制依然玄妙莫测。爱因斯坦设法撩开了掩饰现象之面纱的一角，他1917年的几篇论文洞察了其中的奥妙，为现代理论树立了一个里程碑。在那些论文中，爱因斯坦抛弃了经典物理学那种严格的因果关系，确立了崭新的几率概念。因此，他的著作已经包含了量子力学的幼芽以及潜伏着它所引起的一场深刻的变革。此外，虽然没有明确提到任何具体应用，但也包含了我们现在广泛应用的激光和微波激射器工作原理的基础概念。

其次，爱因斯坦的深奥概念是如此简单，以致用几句话即可表达，无需应用公式。要了解较为完整的内容，可参阅附录7。

爱因斯坦研究了处于热平衡状态的黑体，该黑体除含有辐射之外，还包含仅有两个能级的特别简单的原子。原子经过发射或吸收频率为v=（E1-E2）/h的一个光量子，就能够从一个能级跃迁到另一个能级，式中的E1和E2是两个能级的能量。因为要求原子和辐射处于统计平衡状态，即是说，每秒由较低能态跃迁到较高能态的原子数目相同，或者由较高能态到较低能态的原子数相等，他就得到了跃迁几率和辐射发射率之间的明显的关系。爱因斯坦模拟了放射性衰变随机发生的计算方法，并作了适当的修正。这是一种与经典电磁方法根本不同的探索方法。他把原子自发地由较高能态跃迁到较低能态的速率叫A，将在发射率为u（v，T）的辐射影响下，原子由较高能态到较低能态，或由低能态到高能态的速率叫做B。除此之外，他还证明了两种受激跃迁的速率是相等的。爱因斯坦的A和B，现在已经成了物理学中的一种标准。

具有几率含意的系数A和B的引入，连同光发射，是一个全新的出发点和未来事物的先兆。

在1917年的同一篇论中文，爱因斯坦还为他早几年取得的结论作了新的论证。这一结论是说，光量子不但具有能量hv，而且在其传播方向上还具有动量hv/c。值得注意的是，他的这一结论，是通过对能量和动量密度的涨落作巧妙而又极为深入的研究后，直接从相对论得到的。