爱因斯坦的贡献——相对论和能量公式

爱因斯坦（图）

因为相对论和能量公式都比较难懂，所以让人只隐约记得爱因斯坦与原子弹有某种内在关系。实在冤枉！连爱因斯坦的在天之灵也会忿忿不平的。

弄不清爱因斯坦身份的人，是混淆了科学与发明的关系，就如同将牛顿与爱迪生视为同行一样，是一般科普知识欠缺所致。

打一个不很恰当的比喻：科学是路，发明是车，车离不开路，路制约车。没有路，再好的车也是一堆漂亮的钢铁零件；没有科学，再好的发明也是纸上谈兵，空中楼阁。

毫不夸张地说，根据爱因斯坦创立的科学理论而衍生出的发明创造，涵盖了现代文明的每一个角落，连我们衣食住行的每个细节都闪现着爱因斯坦的影子。

这里用一个假设的“你”做比喻。早晨当你从下榻的宾馆起来，走出房间准备晨练时，请注意你头上的烟雾探测器。它利用放射性物质镅-241释放出能量，产生一小束带电粒子。一旦发生意外，从火焰里冒出来的烟雾与粒子束发生反应，触动警报器自动拉响。

由于镅的原子核不稳定，一旦裂开，质量似乎就消失了，因为碎片的质量比原来的原子核小。其实，镅原子的质量根本没有消失。这是爱因斯坦告诉我们的。

回到家后你要开车去上班，你车轮下的平坦公路里也刻着爱因斯坦的功劳。在爱因斯坦的博士论文中探讨了在不同溶液中测量分子的新方法，这些方法后来成为胶体化学的基本方法。建材工程师在建造公路时，就是利用他的研究成果。

来到办公室，你打开电脑开始工作。在短促的瞬间，电子正从显像管的阴极发射出来，好像在飞驰过程中获得了能量，积聚在显示屏上———这正好符合爱因斯坦的狭义相对论。发明电脑显示器的工程师必须使显示器符合“相对论效应”，否则控制电子飞驰的磁铁就会在显示屏上产生模糊图像，使你无法工作。

下班后你到超市购物，你手里的每一件商品条形码也得益于爱因斯坦的激光理论，只有激光才能准确读出条形码中的编码空白。

假如你富有，又是个令人尊敬的环保人士，你就会用太阳能光电池为自己的居室提供能量。这些光电池能够把太阳能转成电能，爱因斯坦在90年前发表的一篇论文里首次正确地分析过这一转换原理。

他发现光承载于运动着的能量包（后来称为光子）里，某些光子携带的能量足以克服将电子集中于某种金属的“粘性”，这就是著名的光电效应。

星期天，你会带领家人轻松郊游。当你打开数码相机，准备摄下妻儿温馨笑容时，要先感谢爱因斯坦。从镜头飞进来的光子会把半导体里的电子挤走，这同样利用了宝贵的光电效应。

倘若你身体有恙，或是偶感风寒，需要药物调理。许多药物制造得益于爱因斯坦那篇有关布朗运动的论文。

英国植物学家罗伯特·布朗最先观察到，悬浮的液体中的微粒永远不停地做无规则运动。爱因斯坦将两个毫无关联的现象联系起来，于是就利用布朗运动创立了将微观数量和宏观数量联系在一起的统计法。

直到今天，这些统计法仍是全世界药剂师必须遵循的配比法则。

万一彩票中了大奖，得意忘形的你不幸成为寻人启事中主角，那也没有关系，你身上携带的GPS能帮助你与搜索人员取得联系。100年前爱因斯坦发现，如果想把发生在不同地点的多个事件联系在一起考虑，那么传统的时间概念就不够充分。

虽然全球定位系统卫星上安装了精确的原子钟，但是，如果没有地面原子钟对卫星原子钟的时间调整，定位系统每天发给地面的信号就会出现1.6公里的偏差。

你长了一个肿瘤，幸亏是良性的，但因长在胸腺上，手术后需要放射治疗。医生在为你实施放射治疗前，需要估计X射线可能对你细胞造成的伤害，根据就是爱因斯坦的E=mc2。

这同样是100年前爱因斯坦的重大发现：任何质量都可以被看作压缩的能量形式。要想知道某一质量能够产生多少能量，可以把消失的质量乘以光速的平方。那肯定是一个巨大的数字。据此理论造出原子弹、氢弹的同时，也治好了你的胸腺瘤。

爱因斯坦在完成广义相对论近10年后，做了一个大胆新奇的设想：引力减慢时间的流逝使光波朝光谱红色一端偏移。但无法用实验加以证实。

直到1976年人们采用现代化手段才予以证实。方法是用火箭将一座氢微波激射器时钟带到1万公里高空，在沉入百慕大以东1600公里的太平洋之前的两个小时内，时钟的计时与地面一个同样的时钟相符。氢微波激射器以1.42千兆赫的频率发射微波，在火箭到达最远点时，火箭上的时钟比地面的时钟快大约1赫兹，终于证实了爱因斯坦的判断：引力越大，时钟走的越慢。

早在1916年爱因斯坦就预测引力波的存在与来源，几十年后，天文学家约瑟夫·泰勒和鲁塞尔·胡尔赛证明，两颗轨道脉冲星，也就是自转时释放辐射波的中子星，导致其速度减慢的能量损失正好与相对论所预测它们以引力波的方式释放掉的能量吻合一致。

爱因斯坦为什么总是对的，除了他所具备的从未见中有所见，从未知中有所知的直觉感知力外，似乎有神人相助。

就在去年，从前往土星的“卡西尼号”飞船发回的无线电信号被证实受到太阳的影响而发生了偏斜，偏斜度与广义相对论的预测完全吻合。

由此看见，爱因斯坦是一个多重幸运的天才，他在特殊的时代用自己特殊的才能解决了特殊的难题，又取得了特殊的成功，甚至谱写了一段特殊的历史。

假如没有爱因斯坦，相对论会在何时问世？对这样的假设，肯定是见仁见智，莫衷一是。一些学者说，那一定还需要推后几代人。著名天文物理学家马丁·雷斯爵士认为，如果没有爱因斯坦，无疑会滞后现代文明的脚步。

今天也会有人想到相对论，可爱因斯坦的成就可不是一位单枪匹马就能做到的。

背景

为了纪念爱因斯坦100年前对物理学界作出的贡献，唤起年轻人对物理学的热爱，去年6月，联合国大会一致通过将2005年命名为“世界物理年”。德国、英国等国家，则干脆将“世界物理年”改名为“爱因斯坦年”。