爱因斯坦的相对论是绝对正确的吗?

这意味着,所有的科学理论,包括相对论和量子力学,都是相对真理,都是可证伪的,都需要发展。
限于篇幅,本文只与您讨论相对论是否是绝对正确的? 爱因斯坦最早发现问题 正如爱因斯坦所说:……在寻求新的基础时,物理学家必须在自己的思想上尽力弄清楚他所用的概念究竟有多少依据,
【千问解读】
了解科学的人都知道,科学是可以证伪的,目前这个思想被大多数科学家所接受。
这意味着,所有的科学理论,包括相对论和量子力学,都是相对真理,都是可证伪的,都需要发展。
限于篇幅,本文只与您讨论相对论是否是绝对正确的?
正如爱因斯坦所说:……在寻求新的基础时,物理学家必须在自己的思想上尽力弄清楚他所用的概念究竟有多少依据,有多大的必要性。
爱因斯坦是第一个认识到这个问题的人。
在1927年10月布鲁塞尔召开的第五届索尔维会议上,爱因斯坦首次公开发表对量子力学的反对意见。
他以小孔衍射为例指出,哥本哈根学派的概率解释会遇到不可避免的困难。
爱因斯坦认为,以波函数模的平方来表示一个粒子存在于完全确定的位置的概率,这样一种解释就必须以完全特殊的超距作用为前提,从而不允许连续分布在空间中的波同时在胶片的两个部分表现出自己的作用。
我来解读一下爱因斯坦的这句话,按照经典物理的理解,一个波可以用空间和时间的函数来表示,波函数在时间和空间中连续演化,由于胶片上各点的位置与小孔的距离不相等,这意味着这列波的各个点不是同时到达胶片上的。
然而波尔的理论认为这列波是同时到达胶片的,这必然会导致超距作用的存在,而相对论限制了这种超距作用的存在。
爱因斯坦一针见血地指出了波函数的塌缩过程与相对论之间存在矛盾,这就是薛定谔后来所说的量子纠缠。
实验证明量子纠缠真实存在,超距作用真实存在。
可是相对论禁止超光速物质的运动和信息传输,可以说,相对论也禁止了超距作用。
但相对论是绝对正确的吗?它已经完全被实验证实了吗?
相对论的正确性依赖于光速不变原理和相对性原理。
先来看一下光速不变原理。
爱因斯坦假定光在真空中相对于光源和观察者的速度不变。
光速是光这个客体的运动速度,是比较容易验证和否证的。
目前,光速不变原理已经为大量精确的实验所证实。
不过严格说,这些证实其实都应当称为回路光速不变,而不是单向光速不变。
这是由于不存在超光速信号,因此单向光速不可测。
爱因斯坦依据简单性原则进一步规定了单向光速不变性。
至于这个假设是否在任意精度内都成立,还需要进一步理论分析和实验检验。
另外一方面,我们必须要承认,目前的光速测量是我们在宇宙演化到一定的时间段,并且在地球及其附近的空间范围内的测量。
光速是否在整个宇宙空间内,在宇宙的所有演化阶段都是如此,并没有经过验证。
实际上,一些天文学家的观察已经显示,精细结构常数可能随宇宙年龄的增长在缓慢变化,而一些理论模型中光速也将随时间变化。
此外,有关超高能宇宙射线的观察数据似乎也违背光速不变原理。
并暗示在更高能量时,相对论的色散关系将失效,而光速将与波长有关。
再来看一下相对性原理。
相对性原理断言一切自然规律与惯性系的选择无关。
目前相对性原理已经为大量的实验所证实,不过,正如本文开篇所提到的科学的可证伪性,即使我们已知的自然现象都与惯性系的选择无关,我们也无法证实相对性原理的正确性。
只要有一条自然规律与惯性系的选取有关,那么相对性原理就将被否证,相对论则因此失效,并被新的理论所取代。
另一个原因是爱因斯坦对于相对性原理的论证更多地依赖哲学而非事实。
他从不可能找到一个绝对的惯性系出发,利用经典的连续运动作为案例来证明,很明显忽视了非连续性运动的存在。
很明显,爱因斯坦本人的原始论证并不具备普遍性。
很显然,相对论对于连续运动和连续演化现象都是适用的,但是对于量子力学所展示的非定域性、非连续性的波函数坍塌过程很可能并不满足相对性原理,即相对做连续运动的不同惯性系对于这种非连续过程的描述并不等价。
事实上,爱因斯坦本人对于相对性原理是否成立也早有洞见,他认为:只有我们确信所有自然现象都能够由经典力学来说明,相对性原理才是无可置疑的……电动力学和光学的最新进展,下述事实越来越变得明显,即经典力学无法为所有自然现象的物理描述提供一个充分的基础……
从另一个角度来说,量子力学的大量实验都表明,相对论是有局限的。
但现在还不是否定相对论建立新理论的时候,而是要先解决如何调和相对论和量子力学之间的冲突,并进一步发展这个理论。
只要我们能够找到一种现象不满足相对性原理,即这个实验现象与惯性系的选择有关,则相对性原理就会失效。
有这样的实验吗?还真有,波函数的塌缩过程很可能就是违背相对性原理,从而导致绝对参照系的存在。
实验方法如下:在不同的惯性系中测量同一波函数的塌缩时间,然后利用逼近法找到塌缩时间最长的那个惯性系,它就是绝对参照系。
目前牛津大学已经在设计和实施量子光学组的叠加镜实验,这个实验就可以用于寻找绝对参照系。
一旦这个实验取得成功,那么就可以充分说明量子非定域过程不受相对论的限制。
本文与大家聊了一下相对论的正确与否,可以看出,量子力学的大量实验事实证明相对论是有局限的,它只是一个经典的理论。
但目前,还没到建立新理论的时候,眼下最重要的是先要调和相对论与量子力学之间的矛盾,然后进一步去完善这个调和后的理论,为完全新的一个理论打下基础。
物理学已经吹响了向新高度进军的号角,你,会是那第一个在新的制高点插上红旗的人吗?
古时候的高危职业是这个,你绝对想不到!
这就有人说了,现在的生活都这么难了,那么在古代的时候生存是不是就更难了,可想而知那是肯定的。
要是说现在的生存关系着自己生活质量的好坏,那古代的生存就关系着自己的小命还能在自己身上待多久的事了。
这说起古代的高危职业呀,那必然是做官了,动不动就会被喊打喊杀,还要遭受其他官员的明枪暗箭,但这也不是最高危的职业,要说起这最高位的职业那非属皇上不可了。
中国的古代历史悠久,但是数来数去最后能得到善终的皇帝也没有几个,不是被暗杀,就是被自己的枕边人给害死。
在《美人心计》中曾有这么一位皇帝,他在历史上也是真实存在的,就是,刘盈的母亲就是出了名的,极其崇尚权利,在自己的儿子刘盈登上帝位之后,彻底的将政权牢牢地握在了自己的手里,使得刘盈空有一腔才能无处施展,最后郁郁寡欢而终,在位仅有七年,离开人世之时才二十三岁。
晋惠帝司马衷,字正度,是晋武帝司马炎次子,母亲是武元皇后杨艳,他是西晋的第二位皇帝,但是司马衷为人痴呆不能办事,最开始的时候是由各大文武百官尤其是太傅在其身旁辅佐政事,后来杨骏被皇后杀害之后,天下的大权就正式落在了皇后贾南风手上,在后来的中,司马衷先是被囚禁后来被毒死,一生可谓是惨惨烈烈。
这么看来,皇帝这一职业真心算得上是极其高危职业了,虽然有众多荣华富贵加身,但是动动就要丢掉小命,可见这荣华富贵也不是那么好得到的。
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世界最珍贵最惨的大脑,爱因斯坦的脑死后被偷走切片、研究、展出
对于自己的身后事,他有明确的遗愿:火化。
不要宏大葬礼。
骨灰撒在秘密地点。
不想被“封神”。
不想被膜拜。
1955年4月18日凌晨1:15,76岁的爱因斯坦病逝于普林斯顿医院。
护士说,他最后用德语说了两句话。
可惜护士听不懂德语。
身后事很快遵遗愿进行:火化。
私密的告别仪式。
骨灰从某处撒在了德拉瓦河里。
4月20日,爱因斯坦的儿子汉斯(Hans Albert Einstein)翻开《纽约时报》,头版上赫然一篇文章——《在爱因斯坦的大脑里寻找关键线索》。
文中写,“爱因斯坦的大脑研究将用上最新的方法,以解答一个最大谜团——天才的秘密在哪。
这颗大脑生前曾拓展人类对宇宙的认知,在故去后或许还将带给我们全新的知识。
……普林斯顿医院的病理学家,托马斯·哈维博士说,不但大脑已被移出待研究,大脑表面的覆盖物也被留存了……” 1955年4月20日的纽约时报头版文章。
汉斯跳了起来,在狂怒中开始给普林斯顿医院打电话。
时间回到4月18日凌晨。
爱因斯坦的大脑重1230克,和他年纪相仿的男性大脑平均重量1400克,也就是说,这颗伟大的大脑其实还偏轻了一点。
然而,托马斯·哈维(Thomas Harvey)在捧起这颗大脑时,却感觉额外沉重。
哈维想,这颗大脑,也许会改变自己未来的命运。
哈维当时是普林斯顿医院的首席病理学家。
那天夜里,汉斯授权了对爱因斯坦进行尸检,而哈维被指派去做这项工作。
他地检视所有内脏,得出结论,死因是主动脉破裂,一颗七年前就查出来的定时炸弹。
一切都做完后,哈维将内脏放回爱因斯坦空空的腹腔内,然后,用棉花填入了颅腔。
他没有将大脑放回去。
锯开颅骨,取出大脑来检验,是尸检的例行程序之一。
当年,医院常常会顺手留下尸检中的某个器官,供研究或教学使用。
一般情况下,死者家属并不太介意。
但这次是爱因斯坦。
哈维后来承认,他没有事先取得爱因斯坦家人的许可。
他说, “我只知道我们被授权进行尸检,我假设这就意味着我们可以研究大脑。
……这可是天才的大脑啊,如果我任其焚毁,那才是可耻的事情。
” 对于病理学家来说,人的遗体并无神圣可言。
一切都只是样本,是材料,是通往知识的工具。
没有这样习以为常的冷酷态度,就无法进行人体的病理研究工作。
但这次是爱因斯坦。
1955年,身为普林斯顿医院首席病理学家的哈维(右二,穿着白大褂)向记者解释他如何对爱因斯坦进行尸检。
接到汉斯在暴怒中打来的电话时,哈维想尽了一切办法来解释自己的行为。
是,他明白爱因斯坦并没有指明要把遗体(当然包括大脑)留待研究,也绝不会喜欢现在媒体上的议论与宣扬。
但是,这颗大脑太过重要,也许能帮人类解开天才之谜。
他愿意详细说明自己的研究计划,如何从解剖学上检视爱因斯坦的大脑,如何寻找与其他大脑的不同之处。
是,只会用于科学研究,与之相关的报告只会出现在科学期刊上。
是,他承诺会好好使用保管,绝不会滥用,也绝不会用来制造噱头引人关注。
他郑重承诺,会成为爱因斯坦大脑的忠实守卫者。
汉斯勉强同意了。
然后,哈维接到了普林斯顿医院的命令,要他交出爱因斯坦的大脑。
哈维的研究计划能说服汉斯,却并不能说服上级。
在上级看来,哈维的擅自行动已经给医院带来了很大麻烦——公众有多崇拜爱因斯坦,就有多憎恶这种“私留大脑”的食尸鬼行径。
现在,哈维应该将爱因斯坦的大脑交出,回去做自己的病理学研究,让医院将大脑安排给背景适合的神经学研究者。
哈维拒绝。
于是他被开除了。
失业后的哈维独自驱车去了费城,在那里,他给爱因斯坦的大脑拍照,测量,最后小心地切成了240块,每一块都有编号,指明它位于大脑的哪个部位。
切块被包埋在火棉胶里,又浸泡在福尔马林中保存起来。
然后哈维带着爱因斯坦大脑离开,不知所踪。
时间过去了23年。
1978年,一个的记者史蒂芬·列维(Steven Levy)被上级指派了一项任务,寻找爱因斯坦的大脑。
经过多方寻觅,记者在堪萨斯州找到了哈维。
在一间远不如普林斯顿医院的办公室里,记者目瞪口呆地看着哈维走到房间角落,挪开一个用来装冰啤酒的泡沫箱,又拿起一叠旧报纸,底下是一个写着“哥斯达苹果酒”的旧纸箱,从旧纸箱里掏出两个玻璃罐。
里面有些一看就是人脑组织的东西(那是爱因斯坦的小脑),还有些半透明小块(那是爱因斯坦的大脑切块),还有些悬浮着的粉红色的线(那是爱因斯坦的主动脉血管)。
一个超现实的时刻。
1994年时的哈维,举着一个装有爱因斯坦脑组织的玻璃罐。
这么多年来,哈维辗转于美国各地。
他的工作找得并不算太顺利(上一份工作为何离职?“因为我拒绝交出爱因斯坦的大脑。
对了,前任雇主不给我推荐信,同样因为我拒绝交出爱因斯坦的大脑。
”)。
妻子一度威胁要“处理掉那个大脑”。
结果是,他离了婚,独自带着大脑去了堪萨斯州。
好不容易才能继续当医生,他利用空闲时间自己研究大脑,没有进展;给一些神经研究者寄过大脑的样本,但那些人同样没有进展。
哈维想了一下,又跟记者说,“我觉得,我在一年之内就会有结果了。
” 后来哈维在很多年里见了很多记者,跟每个记者,他都这么说。
“一年之内就会有结果了。
” 哈维是个优秀的病理学家,能看出一颗大脑是死于疾病还是外伤。
但要比较大脑的异同,找出智慧所居的地方……那是神经学家干的事。
某种意义上来说,普林斯顿医院当初的决定并没有错。
但哈维回不去了。
转机出现在记者列维的文章见报后。
加州大学柏克莱分校的神经学家玛丽安·戴蒙(Marian Diamond)读到了这篇报道。
玛丽安·戴蒙在检查爱因斯坦的大脑。
玛丽安·戴蒙是提出“神经可塑性”(neuroplasticity)的科学家。
她发现,比起那些生活环境单调无趣的大鼠,那些生活环境里有丰富刺激的大鼠会长出更厚的大脑皮质,大脑是可以被后天环境影响和塑造的,这个概念改变了神经科学。
总之,戴蒙是个极其优秀的神经学家。
应戴蒙的请求,哈维给她寄去了一些爱因斯坦的大脑切片。
白发苍苍的哈维,举起一片爱因斯坦的大脑切片。
戴蒙当时研究用的正是这样的切片。
1985年,期刊《实验神经学》(Experimental Neurology )刊登了戴蒙和哈维的论文《一个科学家的大脑:艾伯特·爱因斯坦》。
论文里比较了爱因斯坦的大脑和另外11颗男性大脑的四个区域,发现在左脑39区角回处,爱因斯坦的“神经胶质细胞:神经元之比”特别高,平均多出73%的神经胶质细胞。
那里是与语言相关的韦尼克区(Wernicke’s area)的一部分。
研究者认为,这可能提示,爱因斯坦那个脑区的神经元有着更多的神经胶质细胞支持,消耗了更多氧气和营养。
1955年,到1985年,这是一个拖延了30年的研究。
无论如何,这拉开了爱因斯坦大脑研究的序幕。
1996年,《神经科学快报》上发了一篇论文《爱因斯坦的额叶皮质厚度和神经元密度改变》,认为爱因斯坦的右侧前额叶皮质比其他大脑更薄,神经元密度更大。
这可能让信息交换速度更快。
1999年,《柳叶刀》上发了一篇论文《爱因斯坦的杰出大脑》,认为和另外35颗男性大脑相比,爱因斯坦的大脑负责数学能力和空间推理的顶叶大出差不多15%。
这些论文都有一个共同的作者,哈维。
论文发了,哈维也老了。
他知道,这颗大脑的全部谜底,超出了自己的。
1997年,哈维跟另一个记者迈克尔·帕德尼提(Michael Paterniti)一起,从美国东岸一直开到美国西岸,爱因斯坦的大脑就装在汽车行李箱里。
他们去加州找爱因斯坦的孙女,想把大脑给她。
她不想要。
1998年,哈维回到了普林斯顿医院——这里现在叫普林斯顿医学中心。
他找到艾略特·克劳斯(Elliot Krauss),普林斯顿医学中心的首席病理学家——这是哈维曾经担任过的职位。
然后,他将170块爱因斯坦大脑交给了克劳斯。
2012年3月27日,爱因斯坦的大脑玻璃切片在伦敦韦尔科姆收藏馆(Wellcome Collection)展出。
大脑回到了普林斯顿,而距离哈维取出大脑的那一夜,已经过去了43 年。
克劳斯后来对记者帕德尼提说,“哈维自由了,我则被束缚住了。
” 2007年4月5日,哈维在普林斯顿医学中心去世。
2010年,哈维的后人将所有跟爱因斯坦大脑相关的剩余资料,譬如一些当时拍摄的原始照片,都捐给了美国健康医药博物馆(National Museum of Health and Medicine)。
比起哈维,克劳斯是一个更严格的大脑保管者。
现在的研究者几乎不可能从克劳斯那里取得爱因斯坦的大脑样本进行研究。
后来的一些论文,都只能用哈维当年拍摄的照片进行研究。
克劳斯说,必须有极好的研究理由和研究方案,才会给出剩余的大脑,毕竟有太多人出于猎奇的心态想拥有一小块爱因斯坦。
哈维当年拍摄的爱因斯坦大脑照片,现存于美国健康医药博物馆。
哈维的风评一直不好。
很多人视他为一个卑劣的窃贼,偷走了一颗高贵的大脑。
爱因斯坦的亲友对他也颇有微词,毕竟他承诺了研究,却一拖就拖了30年。
身为保管者,哈维也有过极不妥的举动,在1994年,BBC拍摄的纪录片里,哈维走进厨房,从罐子里拿出爱因斯坦的大脑,在切奶酪的砧板上切下一小块,送给了来访者杉本谦二(Kenji Sugimoto),“作为小小的纪念品”。
也许那时候,他已经。
在得到大脑后,他失业,离婚,工作每况愈下。
1988年时,他没考过一个资格考试,于是连行医执照都丢了,后来在塑料工厂的流水线上当了一名工人。
无论是固守着当初承诺的“我会亲自照顾爱因斯坦的大脑”也好,还是出于想独占天才大脑研究的私心也好,哈维确实一直把爱因斯坦的大脑带在身边。
而且,即使在最困窘的日子里,他也从未卖过任何一块大脑。
最悲哀的是,对爱因斯坦大脑的研究,有可能是毫无意义的。
虽然目前发了一些论文,也有一些猜测。
但一个大脑实在太少,即使找到了某个“不同”,也可能毫无深意——任何一个大脑跟其他大脑都有些不同。
另外,爱因斯坦是个双语者,是个小提琴演奏者,是个据说有点自闭、幼年时有语言困难和阅读困难的人——这些都会让一颗大脑。
因此,即使找到一些真正的“不同”,也很难确定这个不同是来自天才,而非别的原因所致。
但这种可能性,对于被大脑束缚半生的哈维来说,未免残忍了些。
那个夜晚,哈维在解剖台上捧起一颗伟大的大脑,看到了自己的命运将因之巨变。
他只是没有想到,他不会喜欢那场巨变。
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