在未来,能够比肩爱因斯坦的物理学家应该做

爱因斯坦未来能够比肩爱因斯坦的物理学家需要做的仍然是爱因斯坦做过的，只不过要更深了。这就像爱因斯坦想当年做的就是牛顿曾经做过的一样，只是比牛顿研究的更深了。对同样问题的不断地深入研究，这也体现了真理的相对性特征。另外，他们研究的都是基础和影响全局的根本性问题，这也是爱因斯坦和牛顿之所以成为最伟大科学家的根本原因，否则，如果只研究局部和非根本性问题，只能算普通科学家。下面我们来看看他们曾经研究的是些什么问题，也就知道未来的爱因斯坦需要做出什么样的成就。咱们先来看看牛顿都取得些什么成就牛顿从绝对时空观出发，秉承了自哥白尼、伽利略、笛卡儿、开普勒以来的优秀科学成果，伽利略界定了物理学上的基本概念，总结出牛顿力学三大基础定律；发现万有引力定律，把天上和地下的物理统一了起来，构建起了经典物理的大厦。并且他的动手能力很强，亲手发明制作了反射式望远镜，当然还发明了微积分。牛顿各个成果都够今天的诺奖级别。在他众多的科学成果里，最主要的还是力学三大定律和万有引力定律，这也是经典物理体系的核心和基础。牛顿物理学承认时间和空间是与物质一样有独立而实在地存在，这是因为牛顿继承了伽利略的加速度概念，而加速度只可能是相对于“时间和空间的加速度”，为了使加速度具有实际意义，就必须把空间看作是静止的，把空间看作是独立的物质，只不过牛顿本人及同时代的人感到把空间本身和空间的运动状态说成是具有物理实在意义并不太妥当，但为了使力学具有明确的实在意义，当时没有别的办法。由此可见，把时间和空间看作是先验于物质存在的绝对时空观是多么地深入牛顿的思想中。牛顿物理虽然也继承了伽利略的相对性原理，但他仅把相对空间和运动看作是绝对空间可动的部分或其量度。他曾以“水桶实验”来证明绝对空间的存在：水桶刚开始旋转时，水没有跟着水桶壁运动，水和桶壁之间相对运动最大，但水桶中的水是平的；而当水和水桶壁一起转（没有相对运动）时，水面却是凹的，说明水的圆周运动是绝对运动，因而存在绝对静止的绝对空间，他的观点遭到马赫的批判和爱因斯坦的颠覆。马赫马赫认为水沿桶壁上升是离心力作用的结果，水桶实验只是证明了水桶壁和水之间的相对运动不能引起显著的离心力，实际上这离心力是水对大质量地球相对转动所产生的，如果让水“不动”，而让地球飞快转动，水同样也能沿水桶壁上升，运动还是相对的，没有绝对运动。爱因斯坦受到了马赫思想的启发，最后彻底颠覆了绝对时空观。牛顿的万有引力定律认为万物之间都存在引力，引力的大小与物体之间的距离和质量有关，引力之间的作用是超距的，即不需要时间传递，至于引力是什么？怎么作用和传递的？以及物体间为什么有引力？牛顿是一概不知。咱们再来看看爱因斯坦的成就针对牛顿经典物理存在的问题，还有麦克斯韦电动力学并不满足伽利略相对性原理的问题，还有“以太漂移”实验关于光速不变的问题，爱因斯坦大胆创新，提出了自己的看法，并最终创立了现代科学理论。爱因斯坦首先他认为相对性原理应该是一个普遍性原理，也应该适用于电磁力，之所以不适用于电磁力，是因为伽利略相对性原理只是个关于空间的相对性原理，里面缺少了时间的相对性，爱因斯坦放弃了牛顿的绝对时空观，把这个相对性进行了推广，然后与光速不变原理结合，成功地创立了狭义相对论。解决了当时所有的问题，确立了相对时空观。结合上面对牛顿的叙述可以看出，相对性原理从伽利略时就一直贯穿其中，相对性也是科学理论的基础和根本性的问题，对相对性的深刻理解推动着科学的发展，爱因斯坦创立的广义相对论更有力地证明了这一点。狭义相对论只是惯性参考系（没有引力）下物体运动的科学理论，它并不适用非惯性系的情况，但现实中几乎都是非惯性系的情况，引力也处处都在，特别是狭义相对论的一些结论还会产生一些难以解释的“悖论”，比如说“双生子佯谬”，所谓“双生子佯谬”说的是哥哥乘坐近光速飞船离开地球，按照狭义相对论钟慢尺缩效应，在地面的弟弟会看到哥哥所在飞船里钟表的时间过的比地面的钟慢，但根据相对性，在飞船的哥哥看来，弟弟所在地面钟表的时间过的比飞船的钟慢。两个结论产生了矛盾，但根据狭义相对论，这两个结论都是对的，这是怎么回事？狭义相对论解释不了，直到广义相对论创立以后，这个问题才得到完美解释。原来哥哥乘坐近光速飞船离开地球再回到地球，存在加速和减速的过程，按照广义相对论解释，哥哥乘坐的飞船变换了好几个参考系（时空），时间真的膨胀了。哥哥回到地球以后，显的比弟弟年轻多了。当然如果哥哥乘坐飞船一直匀速直线飞行不再回地球，那狭义相对论的结论是对的，哥哥和弟弟互相看到对方的时间变慢，这就是时间同时性的相对性。广义相对论不仅能解释时光穿越旅行的问题，更主要的，它是个关于引力的理论。我们知道狭义相对论不能解决非惯性系，即有加速度的情况。爱因斯坦发现非惯性系的加速度等效于一个惯性系加上引力，他常常用太空中的一个升降机来解释：如果在没有任何引力的太空，对这个升降机向上施加一个拉力，使这个升降机以9.8米/秒的加速度向上运动，那升降机里的人无法判断自己是在向上以9.8米/秒的加速度上升，还是受到地球引力且相对静止于地球。爱因斯坦认为加速度等效于引力场局域，这就是等效原理。爱因斯坦从等效原理出发，结合推广到非惯性系的相对性原理（广义协变，物理定律在任意参考系具有相同的形式），利用黎曼几何和张量分析等数学工具，一气呵成广义相对论。他认为大质量天体弯曲了周围时空，引力不过是时空弯曲的几何效应，弯曲的时空就是引力场，宇宙中充满了天体，因而宇宙时空是弯曲的，平直的时空是不存在的。物体在时空中的运动不过是沿着“测地线”运动。测地线他对引力的本质以及如何“作用”和传递作了一次有益的探索，他否定了牛顿关于引力的“超距作用”，认为引力的传递是需要时间的，速度为光速，因为引力与时空有关。未来的爱因斯坦应该做什么成就？在年发表广义相对论以后，至今已百余年，经历了无数次实践的检验，它的众多预言被一一证实，广义相对论已成为人们研究引力以至宇宙的有力武器，是迄今为止最好的引力理论。也是反映最根本最基础物理规律的科学理论。广义相对论就是爱因斯坦在狭义相对论的基础上把相对性原理再次推广到所有参考系的革命性成果。爱因斯坦创立两个相对论的过程，实际上也是把相对性原理的适用范围从力学推广到电动力学，然后再推广到引力的过程。然而相对性原理的推广到广义相对论并没有到尽头，按爱因斯坦的说法，还有电磁场和引力场统一的“总场”，自然界的四种作用力至今还没统一，也许在对相对性原理再次推广的基础上又有新的突破，取得可以比肩爱因斯坦的成就。由于篇幅的原因，就写这些吧。看到这里的读者不容易了，有收获就请

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