相对论的创立,开创了物理学的新纪元,并从根本上改变了人类对宇宙的认识。
有位30岁的宇航员,乘坐光子火箭以光的速度到宇宙空间去旅行了1年,当他回到地球时,他只有31岁,仍处于青壮年。可是,他离开地球时仅28岁的妻子如今已是78岁的老太婆了,2岁的女儿也已有52岁……这种“天上一日,地上一年”的神话,只有在科幻小说里才能出现。
然而,这种看似不可思议的幻想,在爱因斯坦的相对论中却变成了科学的真实!
20世纪最卓越的科学巨匠爱因斯坦,在1905年建立了狭义相对论后,又花了10年的时间刻苦研究和精心实验,于1915年进一步建立了广义相对论,对空间和时间这样一些基本概念得出了同古典物理学家完全不同的理解。如空间会弯曲,光线会拐弯,时间会走慢,尺子会缩短……这一切是多么的不可思议啊!然而,又是确确凿凿的理论根据,这就是相对论。由此可见,相对论也许是迄今为止最令人感到神秘莫测的学说。
1911年,爱因斯坦在《引力对光的传播的影响》中预言,光线经过太阳附近时因受其引力,会发生弯曲,要偏转0.83弧秒(1弧秒为1度的1/3600)。1915年11月,爱因斯坦又根据广义相对论,不但考虑到太阳的引力作用,还考虑到太阳导致其附近空间的几何变形——有物质存在的空间是弯曲的,重新算出光线的偏转角不是0.83弧秒,而是1.75弧秒。
他指出,这一现象可以在日全食时进行观测。根据传统理论,当一颗星转到太阳背后的某一瞬间,它理应被挡住看不见。然而,根据爱因斯坦的相对论,由于太阳引力场使星球发射出的光线在经过太阳附近时发生弯曲,因此,在远离太阳的地方,这颗星仍然可见。但平时由于太阳光太强,那颗星球发出的光线无法观测,而在日全食的条件下就可以观测了。
1919年5月29日,茫茫太空中发生了一次十分重要的日全食。
英国天文学家爱丁顿率一支观测队,去西非几内亚湾的普林西比岛观测,它是由英国皇家学会派出的。另外,英国皇家天文学会又派出一支以克鲁梅林为首的观测队,去巴西索布腊尔镇观测。
这年的11月6日,英国皇家学会和天文学会联席会议正式公布了观测结果:光线弯曲的偏转角在1.61—1.98弧秒之间,与爱因斯坦的计算基本一致。两地的实地观测实验有力地证明了爱因斯坦的预言,这就是广义相对论的第一次实验证实。
1922年日全食时,人们观测到的上述偏转角为1.72弧秒,这就更接近爱因斯坦的计算值;1974年、1975年用射电天文望远镜对类星体的观测值,已和计算值相差不到百分之一。
广义相对论是全部自然科学史上最完美、最精湛的创造,是哲学、物理学和数学的完美结合,它取代了牛顿的万有引力理论,使宇宙的真面目显露出来,从根本上改变了人类对宇宙的认识。