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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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爱因斯坦手稿背后的故事

2022-08-24 08:56:00

  2021年11月,著名物理学家爱因斯坦的一份有关广义相对论的手稿在法国巴黎拍卖成功,最终成交价格为1160万欧元,大约相当于8000万元人民币。

  这次拍卖的爱因斯坦手稿有54页,由爱因斯坦及其朋友米歇尔·贝索所写,所以也被称为“爱因斯坦-贝索论文”。

  爱因斯坦和贝索的友谊

  贝索先生是意大利人,是一名电机工程师,1897年爱因斯坦在一次家庭音乐晚会上认识了他。后来,他和爱因斯坦成了好朋友,一起讨论了很多物理问题。一天,贝索拿着一本《力学》(马赫著)与爱因斯坦讨论,他对爱因斯坦说:“如果时间与空间都与物质没有关系,那我们怎么能够知道时间与空间是存在的呢?”于是后来爱因斯坦在建立相对论的过程中,把时间、空间与物质联系在一起。

  1901年,爱因斯坦给当时的女朋友米列娃写信,其中就提到了贝索。他在信中称,贝索的叔叔是意大利一位有影响力的物理学家(贝索的叔叔实际上没那么有名,可能有吹捧贝索之意)。

  正因为爱因斯坦与贝索讨论过很多物理问题,所以爱因斯坦在1905年发表第一篇关于狭义相对论的论文《论运动物体的电动力学》时,在论文最后的致谢部分,他唯一感谢的人就是贝索。

  没有发表的手稿

  这次被拍卖的手稿内容涉及广义相对论,里面的数学物理知识比狭义相对论的相关知识要难得多。具体来说,这份手稿写于1913年,当时贝索和爱因斯坦试图攻克困扰科学界数十年的问题之一—— 水星近日点进动问题。

  根据牛顿的万有引力定律,我们可以计算出水星近日点(即水星轨道上距离太阳最近的那个点)的位置。而所谓进动,是指水星每绕太阳一圈,它的近日点的位置都会漂移。

  早在1859年,法国天文学家勒威耶就已经得出了水星近日点进动的观测值,但这个观测值比由牛顿万有引力定律得到的理论值要大很多。所以当时有天文学家猜测,可能有一颗比水星更靠近太阳的行星改变了水星的轨道。但经过多年的天文观测,这颗行星仍不见踪影。

  水星近日点的进动在100多年前就已经被观测到了。总体来说,在爱因斯坦与贝索生活的年代,扣除杂七杂八的修正后,大家发现水星还有“每百年43弧秒的进动”无法用传统理论来解释(在这里,1度等于60弧分,1度等于3600弧秒。这种采取60进制的方法,我们的钟表也适用)。

  爱因斯坦与贝索的这份手稿的内容涉及水星近日点进动的计算。可惜当时他们还没有正式建立广义相对论,所以其中的计算有一些错误,因此手稿的内容没有以论文的形式发表。

  当时爱因斯坦发现计算有误,就准备把这份手稿扔掉。贝索考虑到自己也参与了这项研究,于是就拿走了这份手稿,并带回了意大利老家。

  100多年后,这份手稿被拍卖。

  来自朋友的帮助

  如今,通过广义相对论的测地线方程,我们可以推导出水星近日点进动的精确值。这个精确值是与天文观测结果相符合的。

  贝索参与广义相对论建立这件事,还给了我们更多的启示。我们知道,爱因斯坦后来主要和他另一位朋友,也是他的大学同学格罗斯曼,一起合作提出了广义相对论。

  1912年,爱因斯坦从捷克布拉格来到了瑞士苏黎世,当时格罗斯曼是苏黎世瑞士联邦工学院数学系的教授,于是,爱因斯坦与格罗斯曼开始在同一所大学任教。

  相比贝索,格罗斯曼的数学基础要好很多,格罗斯曼懂微分几何,所以当他与爱因斯坦一起研究广义相对论时,爱因斯坦在数学上的进步很快。

  如今,很多人认为广义相对论的建立是爱因斯坦一个人的成就,其实这种看法是有点偏颇的。爱因斯坦在建立广义相对论的过程中,受到了很多人的影响。比如埃伦费斯特,他是爱因斯坦的朋友,在1909年提出了现在我们说的“爱因斯坦转盘”,这把狭义相对论与非惯性系以及弯曲空间的几何学联系了起来,这一思想后来被爱因斯坦所借鉴。

  再如,意大利数学家列维·西维塔也与爱因斯坦有过讨论,使得爱因斯坦在起初错误的引力场方程中加入了标量曲率项,最终使方程得以修正而变正确。

  这些学者在广义相对论的建立过程中所做出的贡献是不容忽视的,当然这其中也包括贝索的贡献。因此可以说,广义相对论是爱因斯坦和他的朋友们共同努力的思想结晶。

本文来自《科学画报》

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