相对论改变世界100年(1)
 |
 |
爱因斯坦提出相对论距今已经整整100周年了，它经受了实践和历史的考验，是人们普遍承认的真理。相对论对于人类思想的发展、科学与技术的诸多变革、对我们的生活都产生了巨大影响。
人类以新的视野观察和认识世界
相对论是研究时间、空间、运动这三者关系的理论体系的总称，它是这100多年来人类最伟大的两个理论之一(另一个伟大理论是量子力学)。相对论的伟大是不足以用诺贝尔物理学奖来评价的。如果真有一个上帝的话，上帝过去总是说：“人类一思考，上帝就发笑。”相对论诞生之后，上帝改口了：“人类一思考，上帝就发慌。”
相对论是关于时空和引力的基本理论，依据研究的对象不同，分为狭义相对论和广义相对论。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性场与普遍参照系数的问题，从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。
, http://www.100md.com
狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律，并提示了质量与能量相当，著名的质能关系式，即E=MC2，可以用来计算核反应过程中所释放的能量，并导致了原子弹的诞生。广义相对论建立了完善的引力理论，而引力理论主要涉及的是天体。至今，相对论宇宙学进一步发展，而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相对论天体物理学的分支学科都有一定的进展，吸引了许多科学家为之奋斗。
相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”“四维时空”“弯曲时空”等全新的概念。它发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦：“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦将位于最前列。他现在是、将来也还是人类宇宙中最光辉的巨星之一”，“按照我的看法，他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献，将更加深入地进入人类思想基本要领的结构中。”
对称性原理对物理学研究有着十分重要的指导意义，爱因斯坦最善于应用这一原理，整个相对论都是在此基础上建立起来的。特别是在建立广义相对论的过程中，爱因斯坦还对原理做了创造性发展。过去是实验→方程→对称性，但爱因斯坦认为“这个链很有趣，如果从洛伦兹对称性以外的对称性出发，推导出方程，再利用它进行实验，不是更好吗”？爱因斯坦成功地实现了这个关系的倒置。他所说的这种新的对称性就是引力场方程在非欧几里德空间的协变。
, 百拇医药
相对论的建立也把化学和生物学推向了新的高峰。19世纪末，化学领域取得了巨大的成就，但也遇到了巨大的困难。其主要原因是“原子不可分，元素不能变”的观念根深蒂固。20世纪物理学的这场革命，从根本上改变了化学的基本概念，并使之获得了很多新的研究方法。由物理学家开创的化学键理论，X射线衍射法的运用，推动了结构化学的发展。20世纪后的化学，主要通过研究电子在分子和原子中的分布和运动，由此更深刻地揭示物质的性质和化学变化的规律。
分子生物学创立于20世纪50年代，物理学对其形成和发展产生了举足轻重的作用。X射线衍射方法的运用使生物大分子晶体结构分析成为可能。特别是薛定谔于1944年出版的《生命是什么》一书“从思想上唤起生物学革命”。该书在运用统计物理的概念分析生命现象后指出，生命物质的运动必然服从已知的物理学定律。这启发了人们用物理学的思想和方法探讨生命物质运动的规律。
科技和社会产生了诸多变革
, 百拇医药 100年前，爱因斯坦发表了具有划时代意义的5篇物理学论文，奠定了相对论的基础，并为量子理论的发展做出了重要贡献。原子能、晶体管、计算机、激光、纳米材料、宇宙飞船、生命科学等20世纪重大的发明，都是由爱因斯坦开创的近代物理学的结晶。
相对论和量子力学的建立使人类进入到信息时代。固体物理已有几个世纪的历史，直到20世纪初，由于X射线衍射的发现以及金属的自由电子论和能带理论的提出才使其成熟了。20世纪30年代后，量子力学使它成为一门研究固体多种物理性质、微观结构及其内部运动规律的学科。近年来，固体物理的研究对象由晶体扩展到非晶体和物体的表面，故更名为凝聚态物理学。半导体材料、磁性材料、纳米材料等是它研究的主要对象，这为计算机的诞生和发展奠定了科学和技术基础。电路板
信息革命始于20世纪40年代，以计算机问世为标志，目前方兴未艾。从1904年发明二极管起，到1946年世界上第一台电子管计算机研制成功为止，是信息技术史上的“电子管时期”。1947年随着半导体晶体管的问世，信息技术史进入了“晶体管时期”。此后，集成电路的发明打破了电路与元件分离的传统观念，使电子设备微型化。经过大规模集成电路阶段后，超大规模集成电路又在迅猛发展。而计算机就是由这些物理元件组成的信息处理器。以激光器发明为标志的光电子技术，使信息技术上了一个新台阶。因为采用光子作为信息载体，其响应速度比电子快3个数量级，也不存在电磁串扰等。待到光子集成电路问世后，计算机的发展将更迅速，应用前景将更广阔。前两次工业革命延伸的是人的肢体功能，这次革命拓展的是人的大脑功能。因此，信息革命是更深刻的革命。海湾战争、科索沃战争和伊拉克战争就是最有力的证明。, 百拇医药(颜慧)