爱因斯坦(12)

一二

　　不久，在物理学发展史上有重大意义的索尔维会议在布鲁塞尔召开了。这个会议是比利时化学家和工业家、百万富翁索尔维接受德国著名物理化学家能斯特的建议组织召开的。会议邀请了20多位世界各国最杰出的物理学家，给他们订了头等来回客票，在大都会饭店包了几十间头等客房和两个会议大厅，并外加每人1000法郎的礼金。爱因斯坦也接到了请柬，以奥匈帝国皇家大学教授的身份来到了布鲁塞尔。

　　世界上从来没有这么多的“智慧”聚集在一起，这儿真是群星灿烂！大家纷纷做学术报告，并自由交换对当时“物理学危机”的意见。普朗克的头顶几乎全秃光了，他握住爱因斯坦的手，显得有些兴奋，亲切地向爱因斯坦介绍：“德国来了能斯特、维恩，法国来了居里夫人、郎之万和彭加勒，英国来了卢瑟福和金斯，荷兰来了洛伦兹和昂内斯……”

　　在索尔维会议上，物理学家们对相对论也进行了热烈的讨论。虽然在这次会议上，相对论并未被充分的理解，但是世界认识了爱因斯坦。

　　索尔维会议之后，在物理学的同行中，访问爱因斯坦或邀请他去访问的人越来越多。欧洲的许多大学都向爱因斯坦发出讲学邀请，甚至大洋彼岸美国的哥伦比亚大学也发来邀请。苏黎世联邦工业大学终于不敢怠慢自己的学生了，他们请爱因斯坦回母校主持一个新开设的数学物理学讲座。

　　面对这么多的邀请，爱因斯坦选择了母校。因为他的妻子米列娃不喜欢布拉格，她想念苏黎世，而爱因斯坦对母校也有一种依恋之情。1912年秋天，爱因斯坦回到了母校，聘书的期限是10年。他见到了学生时代最要好的朋友格罗斯曼，格罗斯曼此时也在母校担任教授。

　　在第一届索尔维会议上，爱因斯坦给普朗克留下的印象太深了。普朗克深深感到，这位年仅32岁的爱因斯坦教授，正站在天才的顶峰上，不愧是当代的物理学的泰斗。回到柏林以后，普朗克开始从事一项困难的工作，他要把爱因斯坦请到柏林来。普朗克和能斯特，这两位德国物理学界的台柱人物，联名向上司报告：只有把爱因斯坦请来，柏林才能成为世界上绝无仅有的物理学研究中心。

　　1913年夏天，这两位年过半百、德高望重的权威学老，风尘仆仆地来到了苏黎世，拜访年轻的爱因斯坦，向他发出诱人的邀请。爱因斯坦将被委任为威廉皇帝物理研究所的所长并把他选进普鲁士科学院任院士，还聘他担任柏林大学的教授。而且许诺，爱因斯坦有讲课的权力，但是没有讲课的义务。讲多讲少，讲什么内容；讲多少时间，都由他自便。大学里的一切事务，他都不必过问。

　　爱因斯坦有些犹豫，他不愿离弃苏黎世和平宽容的环境，也不愿去同柏林的军事、傲慢和伪善的环境打交道。然而，柏林有一批世界杰出的物理学家和数学家，有那样优越的使他能全身心投入研究的条件。结果普朗克和能斯特还是说服了他，但还不是最后同意。又经过几天认真地思考，爱因斯坦终于接受了邀请。1913年7月10日，在普鲁士皇家科学院学部全会上，爱因斯坦以44票对2票，荣膺为正式院士。这以后，他除了几次外出出访和讲学外，一直在柏林工作了近20年。

　　4.探索引力与宇宙之谜

　　独创的引力理论

　　在狭义相对论发表以后，爱因斯坦科学研究的主流就在于探索更广泛的理论，这就是广义相对论。

　　爱因斯坦第一次考虑广义相对论是在1907年。这个思想是突然产生的。爱因斯坦建立狭义相对论以后，他对狭义相对论并不满意，因为这个理论只局限于彼此作相对运动的参考系，而不能用于参考系的一般运动。他力图突破这种限制，设法解决在一般情况中的相对论问题。1907年约翰·斯塔克要爱因斯坦为《放射性年鉴》写一篇关于狭义相对论的专题论文。在写这篇文章时，他忽然想到，几乎所有自然规律都可以在狭义相对论的框架内加以讨论，而唯独引力定律不行。最令他不满意的是，虽然狭义相对论对惯性和能量之间的关系已经作了明确的阐述，但是对惯性和重量或引力场能量之间的关系并没有阐述清楚。他意识到这个问题不可能在狭义相对论的框架内得到解决。如何下手呢？

　　有一天，忽然有了突破。爱因斯坦在伯尔尼专利局，正坐在一把椅子上，突然一个想法打动了他：如果一个人自由下落，他就不会感觉到自己的重量。他吃了一惊。这个简单的思想实验对他有极深刻的影响，它把爱因斯坦引向了引力理论。他坐在椅子上继续思考：一个下落的人被加速，那么他的感觉和判断就都发生在加速的参考系中。他决定把相对论扩展到有加速度的参考系。他感到，这样做就有可能同时解决引力问题。一个正在下落的人感觉不到自己的重量，因为可看作在他的加速度参考系中有一个新的引力场，它抵消了地球的引力场。在加速度的参考系中，看来需要一个新的引力场。

　　爱因斯坦作了进一步的思考，将思考的结果写入发表在德国《放射学和电子学年鉴》1907年第4卷的《关于相对性原理和由此得出的结论》一文中。在该文的第五部分“相对性原理和引力”中，他一开始就提出一个问题：“是否可以设想，相对性原理对于相互作加速运动的参照系也仍然成立？”也就是说，应该成立一条“广义相对性原理”：即所有参考物体K、K′等不论它们的运动状态如何，对于描述自然现象（表述普遍的自然规律）都是等效的。惯性参照系不应该是自然界中的一种具有特殊地位的参照系。

　　同时，在该部分，他明确地提出了“等效原理”：引力场同参照系的相当的加速度在物理学上完全等价。所谓等效原理，即认为从时空小范围来看，一个没有引力场的匀加速运动的坐标系同有引力场的惯性系是等价的。也就是说，可以在任何一个局部范围内找到一个坐标系，使引力在其中被消除。其合理性可以通过一个理想电梯实验来说明。比如，一个人处于密闭的电梯内，在地球引力场内让电梯处于静止或匀速运动的状态，此时电梯是一个有引力场的惯性系，电梯内的人受到引力作用，使他的脚同地板间产生的压力等于他的重量。

　　另外再设想若不存在地球引力场，而使密闭的电梯以与重力加速度数值相等的加速度向上运动，此时电梯是一个没有引力场的非惯性系，电梯里的人在惯性力的作用下使他的脚同地板间也产生一个压力，其数值显然也等于他的重量。处于上述两种情况的人将无法区别电梯到底是处于加速运动状态还是处于引力场中。假使处于地球引力场中的电梯绳索断了，那么电梯将作自由落体运动，这时处于密闭电梯中的人将看不到任何引力存在的现象，即处于失重状态。这说明，可以通过选择某种坐标系，在局部范围内使引力完全消除。这个理想实验也说明，任何可以归属于加速参照系的效应都可被看作是一种引力效应。

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