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广义相对论诞生百年 为辩证唯物主义时空观提供科学依据

继1905年创立狭义相对论之后,1915年,爱因斯坦初步完成了广义相对论的理论建构。广义相对论创立之时,理论物理学家玻恩曾评价其是“认识自然的人类思维最伟大的成就,哲学的深奥、物理学的洞察力和数学的技巧最惊人的结合”。广义相对论深化了人们对物质与时空的认识,对物理学、宇宙学乃至哲学的发展产生了深远影响。今年时值广义相对论创立100周年,学界积极回顾这一人类伟大成就,探讨其如何推动思想与知识的进步。

  实现自然定律的普遍有效性

在狭义相对论中,爱因斯坦提出光速不变与相对性原理。然而,在他看来,狭义相对论并没有实现自然定律的普遍有效性,惯性系中的绝对加速度使物理学关于引力的理解陷入循环论证:“如果有一物体离开别的物体都足够远,那么,它运动起来就没有加速度,而只是由于它运动起来没有加速度这一事实,我们才知道它离开别的物体是足够远的。”

爱因斯坦提出质疑:相对论这一自然定律是否只局限于惯性系?一个自伽利略时代就已澄清的事实——自由落体的加速度与物体的重量无关,重新进入爱因斯坦的视野。爱因斯坦抓住这一科学事实背后的意义,立足于“在引力场中一切物体都具有同一加速度”这一实验事实,将经典力学中“引力质量等同惯性质量”这一线索上升到等效性原理的高度,从而为相对性原理扩展至非惯性系提供了可能。

“广义相对性原理的确立,解决了自然定律能够应用于一切坐标系的问题,深化了对引力本质的揭示,推动了宇宙学说的发展。”上海社会科学院研究员成素梅表示,广义相对论对我们认识物质、运动、空间和时间之间的内在关系具有重要的理论意义。

广义相对论为现代宇宙学、天体物理学的研究提供了理论工具。爱因斯坦于1917年发表的《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文,被认为是现代宇宙学的开端,在这篇文章中,他提出了一个静态的、均匀的、有限但无边的宇宙模型。基于广义相对论所预言的引力场内的时间膨胀、谱线红移、光线弯曲、行星轨道近日点运动等现象,此后都被观测和实验所验证。

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[责任编辑:赵光菊]