当美国科学家宣称,他们证实了爱因斯坦的预言,探测到引力波存在的直接证据,那是来自宇宙深处的黑洞碰撞合并的“葬礼”挽歌。这一科学发现一经报道,全世界为之点赞。这是百年来的重大发现,堪比百年前人类发现电磁波。
随之,公众疑惑发问,爱因斯坦对人类的科学贡献有哪些?爱因斯坦的理论对现代社会究竟有哪些重大影响?爱因斯坦与我们当下的生活有多远?为了回答这些问题,且让我们一起走进时光隧道,反观爱因斯坦对人类文明的改变,追本溯源,掀开爱因斯坦的面纱。
当你在戈壁沙漠迷失方向;当你在繁华的城市道路开车,找不到目的地;当你在大海漂泊无助,求生的本能让你想到,导航仪在哪里?于是,你打开你的智能手机或者导航设备,只要有信号,你就在卫星导航系统的指引下,按照电子地图走出困境。现在使用的卫星导航系统均是航天大国的专利,诸如,美国全球卫星定位系统(GPS)、中国北斗卫星导航系统(BDS)、欧洲伽利略卫星导航系统(GNS)以及俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)。我们在地球上任意一点,都可以采集导航系统测定的具体位置坐标,并使其显示在导航仪或手机的屏幕上。但是,这些导航系统的卫星围绕地球轨道运动,将积累由运动导致的时间修正——这就是爱因斯坦相对论的应用场所。假如你不考虑爱因斯坦的运动时间修正,那么长时间误差积累将导致位置的解算偏差太大,使得导航精度下降而出现失误。所以,当下的全球定位系统将其考虑其中,才能精确定位。因此,当你的孩子丢失了,只要他们带上全球定位系统(如智能手机),你就能找到孩子。这时,你最要感谢的就是爱因斯坦。
今天,我们已进入全球化信息时代,每天经历着通讯交流、电影电视、网络购物、游戏平台,再到飞机高铁控制系统,人类的一切活动几乎都搬到电脑和手机客户端。夜晚,闪亮的鼠标开启一个崭新的虚拟世界,然而你是否知道鼠标依照什么原理工作的?鼠标内置光电传感器,它将光信号转换为电信号,再进行传输转换、图像处理,然后显示操作位置。这其中最重要的物理过程就是光电转换,即光电效应。其运行原理是爱因斯坦1905年提出的,他因此获得1921年诺贝尔物理学奖——这里怎么有点儿蹊跷?爱因斯坦是相对论大师呀,难道相对论没有获得诺贝尔奖?是的,大约100年前,相对论在学术界存在争议,所以爱因斯坦一生为之骄傲的相对论没获过诺奖。当时,爱因斯坦提出光量子假设,克服了经典理论的困难,成功地解释了实验发现的光电现象,即入射光子可以在金属表面打出电子。因此,他也是量子理论的创始人之一,他提出了光子的波粒二象性这一划时代概念。
今天,科学家利用光电效应, 可以制造光电转换器,实现光信号与电信号的相互转换,这在日常生活中很常见,比如广泛应用光电管在光信号记录、电影电视、自动控制领域,还有太阳能光伏电池技术等。此外,电脑的光驱也是光电效应应用的案例。当光驱在读光盘时,激光束照射光盘,由于光盘刻着凹凸不平的纹路,代表0和1数据编码,因此激光束反射光出现强弱有规律的变化,再由光电二极管变成电信号,如此计算机就读出光盘中的信息了。环顾四周,我们的现代化光电设备已经无法脱离爱因斯坦的“影子”。甚至,以毕加索为代表的立体主义艺术也是相对论影响下的产物,他的代表作品《阿维农少女》,将不同时空点的瞬间心灵印象摆平在画布上,创造出四维的“蒙娜丽莎”微笑。
纵观爱因斯坦的时代,那是科学发现大幅度刷新和改变人类历史的时代。试想,我们如果没有那个时代的科技成果,诸如电脑、网络、卫星导航、纳米材料,世界仍将是几百年前的样子——人类是多么孤独、生活是多么单调!
(选自2016年3月13日《今晚报》)