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爱因斯坦|如果没有爱因斯坦 世界会有什么不同？( 二 )


第二个挑战可能更令人费解：当物体接近光速时，它们就不再服从牛顿的运动方程 。如果你在一列时速100公里的火车上以每小时100公里的速度向前扔出一个棒球，球的速度就将达到每小时200公里 。在直觉上，这一结果很符合你的预期，而且也得到了实验的验证 。
但如果你在一辆向前行驶的火车上，向前、向后，或任何方向打出一束光，它都会以光速移动，不管火车运动的速度如何 。事实上，无论观察者眼中光线移动的速度有多快，光速都是不变的 。
此外，如果你在一辆行驶中的火车上扔一个球，但火车和球的速度都接近光速，那我们一贯认为的“加法”就不大适用了 。如果火车的速度是光速的60%，而你以60%的光速将球扔出去，那它的速度不会是光速的120%，而是光速的大约88% 。尽管我们能够描述这一过程，但无法做出解释 。这个时候，爱因斯坦出现了 。

爱因斯坦|如果没有爱因斯坦 世界会有什么不同？
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祝融星的假设位置 。这颗假想的行星被认为是19世纪观测到的水星异常进动的原因 。事实证明，祝融星并不存在，这一结果也为爱因斯坦的广义相对论铺平了道路 。
爱因斯坦的研究突破
我们很难将爱因斯坦的全部成就浓缩在一篇文章中，但他最重要的发现和理论有如下几个 。
（1）质能方程E = mc? 。当原子衰变时，它们会失去质量 。如果不守恒的话，这些质量会去哪里？爱因斯坦给出的答案是：质量被转化为了能量 。此外，爱因斯坦还给出了最终的答案：质量与能量的转化比例就如这个著名方程E = mc?所描述的那样，反之亦然 。从那时起，我们就基于这个方程，以物质-反物质对的形式，从纯粹的能量中创造了质量 。在任何情况下，E = mc?都是正确的 。
（2）狭义相对论 。当物体接近光速时，它们会出现什么样的行为？尽管它们以各种违背直觉的方式运动，但都可以用狭义相对论来描述 。宇宙具有一个速度极限：真空中的光速；在真空中，所有无质量的实体都以光速进行精确的运动 。如果是具有质量的实体，就永远无法达到光速，只能接近光速 。狭义相对论规定了接近光速的物体将如何加速，如何提高或降低速度，以及时间尺度会如何膨胀和收缩 。
（3）光电效应 。当你把光线直射到一块导电金属上时，它会将金属上最松散的电子“踢”出去 。如果增加光线的强度，会有更多的电子被踢出，而如果降低光线强度，则踢出的电子会更少 。但奇怪的是，爱因斯坦发现该效应并不是基于光的总强度，而是基于超过某个能量阈值的光强度 。紫外线只会引起电离，可见光和红外线则不会这样，无论其强度如何 。爱因斯坦证明了光的能量可以被量子化为单个光子，“电离光子”的数量决定了多少电子被踢开；没有别的方式能够做到这一点 。
（4）广义相对论 。这是爱因斯坦所有革命性突破中最伟大和最艰苦的一项：一种全新的引力理论，适用于整个宇宙 。空间和时间不是绝对的，而是构成了一种结构；其中的所有物体，包括所有形式的物质和能量，都在这种结构中穿行 。
物质和能量的存在和分布，导致了时空的扭曲和演变，反过来，扭曲的时空也决定了物质和能量将如何运动 。在牛顿学说失败的地方，爱因斯坦的相对论经受住了考研，它解释了水星的轨道，并预测了星光在日食期间将如何偏转 。从广义相对论第一次被提出以来，还没有任何实验或观测能将其推翻 。
除了以上这些，爱因斯坦还在其他许多领域发挥了重要作用 。他发现了布朗运动；他与其他研究者共同发现了玻色子运行的统计规律；他通过爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论（简称EPR悖论）为量子力学的建立做出了重大贡献；
此外，他还提出了通过虫洞（称为“爱因斯坦-罗森桥”）进行时空旅行的概念 。可以说，爱因斯坦在科学领域的贡献是绝对的传奇 。

爱因斯坦|如果没有爱因斯坦 世界会有什么不同？
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在这张1934年的照片中，爱因斯坦站在黑板前，为一群学生和旁观者推导狭义相对论 。尽管狭义相对论现在被认为是理所当然的，但该理论第一次被提出时无疑具有革命性的意义 。
如果没有爱因斯坦，物理学能否取得同样的进步？
尽管爱因斯坦的科研生涯举世无双，但我们有许多理由相信，如果没有他，其他研究者也会在很短的时间内取得同样的成就 。当然，我们无法确认这一点 。我们赞美“爱因斯坦式的天才”，他作为独一无二的例子，展示了无与伦比、足以改变我们对宇宙认知的能力——他确实这么做到了 。然而，即使没有爱因斯坦，他几乎一切的成就很可能都会实现 。


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