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| | 纪念相对论问世百年
| | | | 称称灯光有多重：纪念相对论问世百年
有一个小学生问老师：爱因斯坦有什么发明吗？老师说：没有。小学生不解：既然没有发明，为什么说爱因斯坦非常伟大？老师说：因为如果没有他，今天的文明都将不存在
1904年爱因斯坦首次提出了相对论，今年是相对论问世一百年。
相对论和量子论都被列入迄今为止最伟大的科学成就，支撑着所有的现代物理学。相对论研究的是宏观的宇宙，包括太阳发光和宇宙大爆炸；量子论研究的是非常微观的世界，今天我们大部分的电子、化学产品都是在量子论的基础上研究出来的。这两大理论使人类能够了解宇宙，建设一个现代化的地球。
爱因斯坦没有发明，甚至没有实验室，实验总是在他的大脑中完成。爱因斯坦的伟大在于他不仅是相对论之父，而且量子理论也是在相对论的基础上产生的，有人称爱因斯坦是量子论的教父。
爱因斯坦与当今世界
举一个简单的例子，就可以知道相对论与我们的生活有着怎样密切的关系。爱因斯坦认为物质的质量是能量的压缩，只要用E=mc2公式就可以算出质量或能量的变化，烟感器就是根据这个公式设计出来的。镅241是一种带有放射性的金属，在每一个烟感器中，都有非常微量的镅241。镅241释放出带电的微小粒子束，任何烟雾一旦出现，就会改变微小粒子带电的状态，引发能量变化，启动报警器。
全球卫星定位系统也依赖于爱因斯坦的相对论。爱因斯坦指出：传统的时间概念只能在简单的条件下才能确定，当多种因素暂时联系起来的时候，传统的计时方法就失去作用。全球定位卫星发出的信号，由于处在不同的参照系上，时空无法和地面同步，只有根据卫星和地面的原子钟不断调整时间，才能保证定位系统的精确。光纤通讯也要依赖相对论的帮助。爱因斯坦指出当电子在特定条件下被激活，与光子发生作用，能产生等量的光子。科学家后来发现这种现象的延续就能产生激光束。今天的光缆中传送的就是激光。
今天的数码相机和相对论也有关系。爱因斯坦指出光束中的光子带有足够能量，可以解除金属对电子的束缚。当光线照射到金属，就会产生电流，进而能形成电子图像。电脑的显示屏也跟爱因斯坦有关。虽然当电子被加速以后，在屏幕上能产生光，但是出现的是一团光而不是图像，如何将电子束变成图像就离不开相对论的帮助了。在医学方面，同位素、放射等治疗手段越来越普及，放射科医生也用E=mc2公式测量x射线对DNA的杀伤力。相对论与我们的生活如此密切的例子太多太多了。
光速导致发现
爱因斯坦从小就迷上了物理，16岁时就开始考虑光速问题。1904年爱因斯坦首次提出了相对论，1905年爱因斯坦在瑞士伯尔尼专利局当一个三级小职员，但他的相对论理论已很成熟，尽管没有人承认他。
传统的牛顿理论认为，速度可以相加。但是对光线就不成立了，实验证明不论火车朝什么方向开，信号灯相对火车的速度是一样的。在相对论之前，迈克尔逊实验已证明，顺着与逆着地球运动的方向光速都是一样。这个道理并不难懂：比如你原地不动，对面有人向你扔过来一个篮球。你能看到球，如果按照经典的速度相加原理，球一出手后就有一个向你而来的速度，这时球反射到你眼中的速度是光速加球速，比球未出手前要快(多出一个球速)。如果真是这样，我们怎么能看篮球比赛呢？
在天文观察中也能说明光速不受星球运动方向的影响：“双星”是某星球一会儿向地球飞来，一会儿又绕离地球的现象，如果按速度合成原理，这星球会以光速加星速、光速减星速(星速对地球来说又在不断变)等不同速度接连送到我们眼里，我们看到的就不是一颗星，而是一大堆星的幻影了。可是这种现象从没有发生，否则本来就够纷乱的星空更是一锅粥了。
爱因斯坦紧紧抓住这一点继续追问：光速不变，只有时间和距离是变量才能成立。他用这个尺度来量运动的物体，这下可发现了一个大问题：原来时间、空间都没有个固定标准，是相对的，可变的。
称称灯光有多重
接着，爱因斯坦得出了几个重要结论：时间、距离会因运动快慢而变化。
就是说在运动中的钟会比静止时走得慢，尺子也会缩短。随着速度减慢，钟会走得快一些，尺子会慢慢变长，直到静止时恢复原状。我们平时处在低速运动中当然不可能觉察，但是如果以每秒26万公里的速度运动时，一米的尺子就会缩成半米，地上过了一小时，运动中的时钟却才走了半小时。一个人要是坐上光子火箭到宇宙里去旅行，当他归来时会奇怪地发现，儿子已白发苍苍，而自己却还那样年轻。这样的实验我们当然还没有条件做，但是同样道理的实验却完全可以证明，运动中的“钟”确实会变慢。比如以原子的放射性作为衡量时间的尺度，因此我们可以把它看成是一个“钟”。根据相对论，运动粒子比静止粒子的衰变期应该长一些，实验结果证明，从粒子加速器里出来的以接近光速运动的粒子比其他静止的粒子确是衰变得慢。
第二个结论是关于质量和能量的关系，这就是那个极其著名的爱因斯坦方程：E＝mc2
有了这个公式，经典物理学中不能称重的，也变成可以称一称了。可以算出一个10瓦的灯泡每分钟发射的光轻于7×10-12克。每天太阳放出辐射能，其损失的质量达4×1011吨。电磁场也可以称量，一个1米直径的铜球充电到1000伏的电势时，它周围的场重2×10-22克，一个普通实验室里的磁场重10-15克。热能也可以称量，一公升水在100℃时比同样数量的冷水重10-20克，一个两万吨级的原子弹所释放的总能量约重1克。这个公式在核子裂变中最能体现，将质量很小的一块铀的原子结构破坏掉，将产生原子弹的威力。
相对论的另一个结论是揭示了质量和速度的关系，运动中的物体比静止时质量加重。
扭曲时空才有引力
1916年爱因斯坦又提出：星球的质量使周围的时空弯曲，星球上的“引力”实际上是一个时空被弯曲的现象，好像一个铅球坠在一张床单上，所有掉下去的物质都会按照床单的形状滑落，光线也不例外。黑洞就是受到“铅球”的影响产生的。作为广义相对论的一部分，1911年爱因斯坦在一篇论文中提出恒星发出的光由于受太阳的影响会发生弯曲，所以我们看到的恒星位置与实际位置会有一点误差。虽然数学公式能够证实这个理论的正确，但是为了在实践中证实这个理论，1919年5月29日，英国剑桥大学天文台台长埃丁顿率领一支观测队携带了大批器材赶到西非几内亚普林西比岛，在日食这个最好的时机拍摄了一批照片。将其中的16张送到英国皇家学会，结果证明爱因斯坦的理论没有错。
不存在精确时空
爱因斯坦认为，任何实验也测不出绝对运动和绝对时间。在两个做匀速直线运动的参照系中，一切自然时间、距离都是相对的。在这个参照系里观察是静止的，在那个参照系观察就可能是运动的，不单力学实验，连光学实验，都是这样。我们平时总觉得同时，但事实上，光把发生的一切传到我们眼里就已经有误差了，只不过因为光速太快、距离太短，误差根本觉不出来。
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