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纳粹在德国发动了反对“犹太人科学”运动,而许多德国科学家是犹太人;这是德国不能制造原子弹的部分原因。爱因斯坦和相对论成为这个运动的主要目标。当他听说出版为《100个反爱因斯坦的作家》的一本书时,回答道:“何必要100个人呢?如果我是错了,一个人就足够了。“第二次世界大战之后,他要求盟国政府建立一个世界政府以控制原子弹。1948年他拒绝了担任以色列新国家总统的邀请。他有一回说:“政治是为当前,而一个方程却是一种永恒的东西。”广义相对论的爱因斯坦方程是他最好的墓志铭和纪念物。它们将和宇宙同在。
世界在上一世纪的改变超过了以往的任一世纪。其原因并非新的政治后经济的教义,而是由于基础科学的进步导致的巨大发展。还有何人比阿尔伯特?爱因斯坦更能代表这些进步呢?
第二章 时间的形态
爱因斯坦的广义相对论使时间具有形态。这如何与量子理论相互和谐。
时间为何物?它是否像古老的赞歌说的那样,把我们所有的梦想一卷而空的东流逝波?抑或像一直前进,却又回到线上的早先过站。
19世纪作家查里斯?朗母写到:“世间万物没有任何东西像时间和空间那么使我困惑。然而没有任何东西比时间和空间更少使我烦恼,因为我从不想起它们。”我们中的大多数人早本部分时间不去考虑时间和空间,不管他们为何物;但是我们所有人有时极想知道时间是什么,它如何开始,并且把我们知道何方。
关于时间或者任何别的概念的任何可靠性的科学理论,依照我的意见,都必须基于最可操作的科学哲学之上:这就是卡尔?波普和其他人提出的实证主义的方法。按照这种思维方式,科学理论是一种数学模型,它能描述和整理我们所进行的观测。一种好的理论可在一些最简单假设的基础上描述大范围的现象,并且做出被验证的预言。如果预言和观测相一致,则该理论在这个检验下存活,尽管它永远不能被证明是正确的。另一方面,如果观测和预言先抵触,人们必须将该理论抛弃或者修正。如果人们如同我们那样采用实证主义立场,他就不能说时间究竟为何物。人们说能做的一切,是将所发现的描述成时间的一种非常好的数学模型并且说明它能预言什么。
艾萨克?牛顿在1687年出版的《数学原理》一书中为我们给出时间和空间的第一个数学模型。牛顿担任剑桥的卢卡斯教席。虽然在牛顿那个时代这一教席不用电动驱动。时间和空间在牛顿的模型中是事件发生的背景,但是这种背静不受事件的影响。时间和空间相互分离。时间被认为是一跟单独的线,或者是两端无限延伸的轨道。时间本身被认为是永恒的,这是在它已经并将永远存在的意义上来说的。与此相反,大多数人认为有宇宙是在仅几千年前已多少和现状相同的形态创生的。这使哲学家们忧虑,譬如德国思想家伊曼努尔?康德。如果宇宙的的确确是被创生的,那么为何要在创生之前等待无限久?另一方面,如果宇宙已经存在了很久,为何将要发生的每一件事不早已发生,使得历史早已完结?特别是,威吓宇宙尚未到达热平衡,使得万物都具有相同温度?
康德把这个问题称作“纯粹理性的二律背反”因为它似乎是一个逻辑矛盾;它没有办法解决。但是它只是在牛顿数学模型的矿架里才是矛盾。时间在牛顿模型中是根无限的线,独立于在宇宙发生的东西。然而,正如我们在第一章中看到的,爱因斯坦在1915年提出了一种崭新的数学模型:广义相对论。在爱因斯坦论文以后的年代里,我们添加了一些细节,但是爱因斯坦提出的理论仍然是我们时间和空间的基础。本章和下几章将描述,从爱因斯坦革命性论文之后的年代里我们观念发展。这是许许多多人合作成功的故事,而且我为自己的小贡献感到自豪。
广义相对论把时间维和空间的三维合并形成了所谓的时空。该理论将引力效应集体化为,宇宙中物质和能量的分布引起时空弯曲和畸变,使之不平坦的思想。这个时空是弯曲的,它们的轨迹显得被弯曲了。它们的运动犹如受到引力场的影响。作为一个粗糙的比喻,但不要过于的拘泥,想象一张橡皮膜。人们可把一个大球放在膜上,它代表太阳。球的质量把膜压陷下去,使之在太阳邻近弯曲。现在如果人们在膜上滚动小滚珠,它不会直接地穿到对面去,而是围绕着该重物运动,正如行星绕日公转一样。
这个比喻是不完整的,因为在这个比喻中只有时空的两维截面是弯曲的,而时间正如在牛顿理论中那样,没有受到扰动。然