亚洲必赢官网app世纪藏回顾|谁吗爱因斯坦送上神助攻?

By admin in 亚洲必赢官网app on 2018年10月2日

马塞尔·格罗斯曼(左
)与米歇尔·贝索(右),爱因斯坦(中)的高等学校好友,两丁全为广义相对论做出要贡献。

撰文 | Michel Janssen & Jürgen Renn

翻译 | 张林峰

校对 | 王玫珺 陈晓雪 张双南

一个世纪以前的1915年11月,身于柏林底阿尔伯特·爱因斯坦以普鲁士科学院会刊上上了外有关广义相对论的季首简短的论文。这等同具备里程碑意义之理论通常为用作是及时员孤独天才一个总人口之工作。而其实,这号物理学家都得到了来自朋友与共事的大度声援,他们遭遇之绝大多数打没有出名,并且一度给众人遗忘。

爱因斯坦学生时期之蝇头只朋友,马塞尔·格罗斯曼(Marcel
Grossmann)和米歇尔·贝索(Michele Besso)在里面更是重要。

格罗斯曼是一致各项上才数学家和发生长达理性之学童,他在关键时刻帮助了越来越天马行空的爱因斯坦。贝索则是平称工程师,他有所想象力却非那么来系统,充满爱心,是爱因斯坦一生的好友。此外,还有为数不少人口亦生奉献。

爱因斯坦大凡以苏黎世联邦理工学院(Swiss Federal Polytechnical
School)结识的格罗斯曼及贝索,这所院校新生改名为苏黎世联邦高等理工学院(
Swiss Federal Institute of Technology, Eidgenössische Technische
Hochschule; ETH)。

1896年届1900年,爱因斯坦一直当当时学习,后成了相同所职业学校的物理与数学老师。爱因斯坦于苏黎世联邦理工学院还挨见了外立马的同室、未来之妻米列娃·马里奇(Mileva
Marić)。相传爱因斯坦常逃课,靠着格罗斯曼的记通过考试。

1902年,格罗斯曼的大拉扯爱因斯坦力争到了伯尔尼专利局的一个职务,两年后贝索为加盟了入。

跟贝索的座谈给爱因斯坦收入匪浅,他啊通过将贝索作1905年那么篇最红的狭义相对论文章中唯一的谢谢对象。那些文章的登使得爱因斯坦以1905年大放异彩,他那年还完成了博士论文,从苏黎世大学得到了物理学博士学位。

至了1907年,爱因斯坦还当专利局工作,但他现已开考虑通过一个关于引力的新理论,把相对性原理从匀速运动推广到任意运动。他老有前瞻性地写信给他的冤家康拉德·哈比希特(Conrad
Habicht)——他们是于伯尔尼之一个阅览小组认识的,这个读书小组的老三名成员戏谑地把团结之小组誉为“奥林匹亚科学院”。

爱因斯坦在信中写道,对于水星近日触及,即和星球轨道上偏离太阳最近那点之移位,牛顿力学预言和观察结果中每个世纪发生大体43˝(角秒)的错,他盼望就无异新理论好说明这无异于差错。

1909年,爱因斯坦距专利局,在苏黎世大学取得教授职务。此时,他才足以开始确实认真地研讨这同样初的辩解。两年后他搬向布拉格的查尔斯大学(Charles
University
)。他发现及引力必须于纳入到时空结构中,这样,不被其他其他作用影响之粒子,才会于弯弯曲曲时空中沿着最直的或者轨迹运动。

1912年,爱因斯坦回到苏黎世,并在ETH与格罗斯曼重聚。两人起联合构建一个堪称大手笔的争鸣。与当时无异反驳相关的数学部分是高斯曲面,爱因斯坦老可能是于格罗斯曼的笔记中学至这些文化。从局部回顾性的言语我们领略,爱因斯坦早已跟格罗斯曼说:“你得要是扶自己,要无自会见疯狂的。”

苏黎世ETH,爱因斯坦以那边吃上了和他合伙下广义相对论的情侣等。

比如爱因斯坦底“苏黎世笔记本”记录,他们合作就了同篇论文,发表于1913年6月,这首论文被认为是均等篇“纲要论文”(the
Entwurf paper)。

由1913年的纲要理论及1915年11月的广义相对论,理论及的重点进行是控制物质如何转时空之场方程。最终的场方程是“广义协变”(generally
covariant)的:无论选择怎么的坐标体系来描述,它们还保存同样的款型。相比之下,纲要中场方程的协变性就遭受了酷老之界定。

– 两种植理论 –

1913年5月,也不怕是爱因斯坦暨格罗斯曼的那么篇纲要论文接近了的常,爱因斯坦深受邀请在9月份维也纳立的德国自然科学家和医师学会(
Society of German Natural Scientists and
Physicians)的年会及发报告,这体现了同行等针对当时号34夏小伙子的冲天肯定。

1913年7月,柏林的点滴各项卓越物理学家马克斯·普朗克(Max
Planck)和沃尔瑟·能斯特(Walther
Nernst)来到苏黎世。他们被爱因斯坦提供了一个柏林普鲁士科学院的岗位。

爱因斯坦速领了当时同样薪饷和丰厚、无需教学的请,并受1914年3月就职。对普朗克以及能斯特来说,引力并非是一个迫切的问题,他们感谢兴趣的凡爱因斯坦会也量子物理学做来什么。

眼看,人们曾经提出了有些初的驳斥。在这些理论遭遇,引力和电磁一样,可以为狭义相对论中平面时空的场子描述。其中最为有前景的一个理论由芬兰青年物理学家贡纳尔·努德斯特伦(Gunnar
Nordström)提出。

每当维也纳底晓受到,爱因斯坦比了友好之提纲理论同努德斯特伦的论战。1913年5月及8月下旬,爱因斯坦本着这简单个理论进行了研究,然后交给了报告的文字内容,供1913年维也纳集会出版。

1913年的夏,努德斯特伦到苏黎世拜访爱因斯坦。爱因斯坦觉得以他们少单底申辩中,引力场的源头都应来自“能量-动量张量”:在相对论之前的论战里,密度、能量流和动量流是由于不同之量所表示,而于相对论中,它们让重组呢一个计量,这个量有所十个不等的份额。

这种能-动量张量理论篇浅吃提出是于1907至1908年以内,赫尔曼·闵可夫斯基(Hermann
Minkowski)根据狭义相对论改写了詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk
Maxwell)和亨德里克·安东·洛伦兹(Hendrik Antoon
Lorentz)的电动力学理论。人们很快发现,除了电磁场,能量-动量张量还足以给定义在任何物理系统面临。

每当马克斯·劳厄(Max
Laue)1911年所勾画的有关狭义相对论的率先遵循著作《相对性原理》(Das
Relativitätsprinzip)中,张量在初的相对论动力学里装了极其重要的角色。

1912年,年轻的维也纳物理学家弗里德里希·科特勒(Friedrich
Kottler)将劳厄给出之公式从平面时空推广及了弯曲时空。爱因斯坦和格罗斯曼在大纲理论的公式里呢使了这种推广。因此当维也纳底报告过程被,爱因斯坦约科特勒站了起来,让大家探听及他的孝敬。

坏夏天,爱因斯坦尚跟贝索同工作,研究了纲要理论是否可以说明水星近日触及每世纪少掉的那么43˝。不幸之是,他们发现由于这理论只能取得18˝的结果。贝索后来尚检查有,努德斯特伦的辩论不对地受来了7˝的结果。这些计算都封存在1913年的“爱因斯坦-贝索手稿”中。

贝索以这些计算达献非常挺,并提出了片妙不可言之题目。例如,他惦记明白纲要中之场方程是否是一个明了的散,能够唯一地规定太阳之引力场。

现存手稿的分析表明,这同一问题启发爱因斯坦惦记闹了解决纲要方程有限协变性的论据。这种“空穴论证”似乎表明,广义协变的场方程不克唯一确定引力场,因而未可知为运用。

爱因斯坦以及贝索还视察了纲要方程是否在旋转的坐标系中起。在这种情形下,旋转的惯性力,例如我们以转悠木马上感受及的离心力,可以吃说啊引力。该理论似乎通过了这项检查。

而是,在1913年8月,贝索提醒他说事实并非如此。爱因斯坦即连不曾从这无异警示,而以此问题吗在以后成为了外的麻烦。

1913年9月,在维也纳之晓受到,爱因斯坦本着少杀论战进行了对比总结,呼吁大家经过实验来控制哪一个更为不易。纲要理论预测引力会如光线弯曲,而努德斯特伦的辩解没有指出这点。当然,证实最后之结果又用了5年的辰。

爱因斯坦以布拉格时曾交游了一样各青春的天文学家欧文·芬莱·弗劳德里希(Erwin
Finlay
Freundlich)。身在柏林的弗劳德里希曾前往克里米亚,希望观察到1914年8月之日食,来规定引力是否会被光线弯曲,但因第一次世界大战爆发,他背被俄罗斯丁拘禁。

终极,到了1919年,英国天文学家亚瑟·爱丁顿(Arthur
Eddington)在以平等不行日食中通过体察从阳光边缘附近看的漫长恒星的职务去,证实了爱因斯坦关于光线弯曲的预言。这为使爱因斯坦成一个显然的讳。

维也纳底语了后,爱因斯坦返回了苏黎世,联手另一样各青春的物理学家、洛伦兹底学童阿德里安·福克(Adriaan
Fokker),利用他跟格罗斯曼在演绎纲要理论时行使过的数学,重新演绎了努德斯特伦的争辩。

爱因斯坦同福克证明,在当下片种理论被,引力场均好为纳入到弯曲时空的结构里。这项工作让爱因斯坦对纲要理论的组织有了更加清晰的图像,他跟格罗斯曼也因此发表了关于这无异驳的次篇合作文章。1914年5月,这首文章刊出的时光,爱因斯坦就偏离了柏林。

– 获得突破 –

距离柏林继,很快即发生一波风暴来袭。爱因斯坦之婚姻出现了问题,米列娃带在他们之简单单年幼的幼子迁掉了苏黎世。他再度开了与表姐艾尔莎·洛文塔尔(
Elsa
Löwenthal,姓爱因斯坦)的往来,这种走就初步连暂停于少数年前,第一次世界大战爆发。

本着纲要理论,柏林的科研人才们并不感兴趣,不过有些其他地方的知名科学家还很谢谢兴趣,例如荷兰莱顿的洛伦兹暨保罗·埃伦费斯特(Paul
Ehrenfest)。爱因斯坦迎难而上,一直坚称研究这同办事。

及了1914年年末,他来矣足的把来写一篇阐述该理论的稿子。但是到了1915年之夏,也便是于他当哥廷根的系列讲座引起了生数学家希尔伯特的关心之后,爱因斯坦初步严重怀疑就无异于反驳。

他凉地觉察,纲要理论并不曾保险旋转运动的相对性,贝索是天经地义的。他致信给弗劳德里希求助,表示他的大脑“过于保守”了,希望就号“头脑尚未获得俗套”的年青天文学家能够告诉他外做错了呀。弗劳德里希表示帮助不了他。

爱因斯坦便捷发现及,这个题材跟纲要里之场方程有关。由于担心希尔伯特会抢占先机,爱因斯坦以1915年11月初抢着生产了公式并登,然后以于接下的片周里对其进行了几坏改善,并以相应的论文还授给了普鲁士科学院。最终,场方程终于不负众望了广义协变。

“由于担心希尔伯特会抢占先机,爱因斯坦尽快在生产了公式并登。”

于11月1日之率先首文章里,爱因斯坦写道,这等同驳是卡尔·弗里德里希·高斯及伯恩哈德·黎曼的数学的“真正胜利”。在当时篇稿子被他回想道,他和格罗斯曼前都考虑了千篇一律的公式,并提出,如果当场她们单独于纯数学而休是物理所指引,他们不怕无见面一如既往开始便承受了拥有有限的协变性的方程。

而当11月1日之章与1913年及15年别的篇章和信件被,爱因斯坦尽管摆了一个两样之故事。他说,多亏了针对纲要理论的认真钻研,以及格罗斯曼、贝索、努德斯特伦与福克之扶植,他才会想到如何以对这些公式的情理诠释来化解这题目,而这些公式曾经击败过他。

当受来广义协变场方程的第二篇与季篇论文被,爱因斯坦连没提及空穴论证。

以至于11月25日最后一首文章刊载之几宏观以后,在贝索和爱伦菲斯特的追问下,爱因斯坦才找到了一个出路——他发现及只有同时事件有所大体意义,坐标系是绝非底。其实贝索在片年前就提出了看似之想法,不过被立即的爱因斯坦粗率地回绝了。

于11月之老三篇稿子中,爱因斯坦返了水星的近年点运动。通过以他的初理论,在公式中代表入弗劳德里希提供的天文数据,爱因斯坦赢得了各世纪43˝的结果,并经可完全诠释牛顿理论及相之间的差异。

“恭喜您征服了近来接触运动,”希尔伯特于11月19日致函给他说。他还打趣说,“要是我能算是得像您那尽快,氢原子都得坦白它怎么不辐射。”

爱因斯坦没说为什么他会算是得那么尽快。这些计算和外跟贝索于1913年所开的对立统一来一些一线之转。他吗针对希尔伯特还的为颜色:在1916年5月写给爱伦菲斯特的迷信中,爱因斯坦拿希尔伯特的作风总结也“通过混淆别人的法子,来叫丁同样栽自己无所不能的印象”。

爱因斯坦强调,他的广义相对论是确立在数学世界的次巨头高斯和黎曼的行事基础之上的。同时为树立在成千上万大体奇才的劳作基础及,例如麦克斯韦及洛伦兹,还有一些休绝资深的钻人员,尤其是格罗斯曼、贝索、弗劳德里希、科特勒、努德斯特伦同福克。与科学史上很多其他的重大突破相似,爱因斯坦凡站于许多科学家的肩头上的,而并不仅仅是几个史诗般的高个子。

Michel 
Jassen
是美国明尼阿波利斯明尼苏达大学科学史、技术及医学项目教学。

Jürgen Renn举凡德国柏林马克斯普朗克科学史研究所之决策者。

电子邮箱:janss011@umn.edu; renn@mpiwg-berlin.mpg.de


参考文献

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    (Princeton Univ. Press, 1987–2015).

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  5. Janssen, M. & Lehner, C. (eds) The Cambridge Companion to Einstein
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  9. Norton, J. D. ‘The Hole Argument’ The Stanford Encyclopedia of
    Philosophy (ed. Zalta, E. N.) (Fall 2015 Edition); available at
    http://plato.stanford.edu

  10. Crelinsten, J. Einstein’s Jury: The Race to Test Relativity
    (Princeton Univ. Press, 2006).

原文标题“History: Einstein was no lone
genius”,2015年11月16日刊登于Nature。


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