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关于转动,没有那么简单。
广义相对论被誉为人类智力的最高成就,它既是一个科学理论,也是一件精美绝伦的艺术品。它用一系列方程巧妙地将空间、时间、物质和力结合在一起。与许多自下而上的物理理论不同,广义相对论源于一些极为宏大的原理,比如,所有物理性质必须从用于描述它们的指标中独立出来。物体的几何结构是由空间中物质和能量的排列方式决定的。牛顿提出的引力并不是一种具体的东西,真实存在的只有不断演化、永不停歇的几何结构,物质在其中翻腾,光穿行其间。牛顿的稍显呆板的“绝对虚空”(immutable void)概念被空间的概念取代:空间是一种充满活力的动态实体,它可以伸展、收缩、扭转、弯曲、脉动和震颤,并且会以振动的形式将能量传递的波动以光速向全宇宙传播。广义相对论到目前为止是无懈可击的,即使在爱因斯坦创建这一杰出理论100年后的今天,也没有出现任何与之相矛盾的观测结果。
很遗憾,这项工作最终没有成功。爱因斯坦的广义相对论预测,如果一颗行星在真空中自转,即便我们不参照任何“固定的恒星”来测量它的运动,它的赤道也会像地球一样因自转而隆起。爱因斯坦的理论是截至目前对引力最确切的描述,在转动的问题上,它证实了牛顿的观点,即转动是绝对的而不是相对的。虽然我们无法就空间的速度进行有意义的讨论,但讨论真空中物体的加速度仍然是有价值的。
然而,这还不是这个问题的全貌。一些物理学家和宇宙学家正在尝试修补马赫原理的一些更微妙的方程式,这一难题目前尚未解决。事实上,我的许多同事有时会像牛顿那样将空间想象成某种东西,有时又会将空间视为一片虚无。马赫原理的魅力在于,它将人类的日常生活(比如跟随大摆锤体验旋转的感觉)和宇宙的结构联系在一起。诗人弗朗西斯·汤普森用诗句赞颂了这种美好的关联:
万物神创,
或近或远;
朦胧神秘,
彼此相连;
一花既拈,
万星睒闪。
理论物理学家、天体生物学家保罗·戴维斯(Paul Davies,1946-)是亚利桑那州立大学科学基本概念超越中心主任,主持搜寻地外文明计划(SETI)后探测任务小组。他也是科学作家,撰写20余本著作,包括God and the New Physics, The Mind of God, The Last Three Minutes, About Time: Einstein's Unfinished Revolution, How to Build a Time Machine等。
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