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第14章 广岛原子弹对狭义相对论的验证

狭义相对论是得到最好验证的物理理论之一。弹性时间的奇异现象已由实验证实,不过不是在人体上(那太痛苦了),而是用基本粒子,把它们加速到接近光速所需的能量不难提供。高精度原子钟也被放到了飞船里,返回地面时它所显示的时间的确比地球上的钟要短(如果有人愿意在一架以1000公里/小时的速度飞行的飞机里坐上60年,与地面上的人相比他只能赚到千分之一秒的时间)。当然,惯性系之间的变换公式、四维时空结构以及时间弹性等,都是比较抽象的概念。狭义相对论之所以著名,是由于它所揭示的质量与能量的等价性,即E=mc2这个简单公式。

1905年,还猜不出狭义相对论有什么实际应用,但它在哲学上的冲击作用却立即显示出来了。维持了数千年的信念被证明并不适合于真实世界。有些哲学家如本格森(Bergson)拒绝改变自己对世界的观念,而把爱因斯坦理论看作一种纯粹抽象的东西。对狭义相对论可靠性的怀疑要以广岛被原子弹毁灭为代价来消除,这真是一种可悲的讽刺。

狭义相对论支配着所有涉及高速度、高能量的现象。宇宙线流撞击高层大气会产生介子(一种基本粒子)簇射,这些介子的飞行时间(由地球上看)是它们寿命的50倍。更重要的是,狭义相对论使我们得以理解为什么太阳能发光,那是因为它那里每秒钟有400万吨物质被转化成能量辐射出来。

我们在这里清楚地看到了狭义相对论与天体物理之间的联系。狭义相对论的时空连续所描述的是一个理想化的真空,在其中运动的只有电磁波和重量小得可以忽略的粒子。然而在真空的恒星、星系和黑洞的宇宙里,所有物体都受到引力。为了对此有所理解,我们必须继续“破坏”时空,而这一次的斗士就是广义相对论。

爱因斯坦的狭义相对论问世于1905年,而广义相对论则于10年后的1916年发表,并预言,具有大质量物质作加速运动时,可能产生引力波。引力波的传播速度极快,相当于光速,并且穿透力极强。(详见第七章:《广义相对论预言:引力波可以探测到吗》)。既然引力波的速度相当于光速,那么作加速运动的具有大质量的物体本身的运动速度毫无疑问是超光速的。这一由此及彼的事件,始终吸引着具有探索精神的科学家们去做进一步的探寻。由此可见,任何经典理论都不是一成不变的,随着时间的推进,都有被补充、修正或互补,甚至被颠覆的可能。人类文明就是这么一步一步走来的。