諸緣來去何增減？笑擁斜陽照海天。。。 短暫人生幾番風雨情。 匆匆走過幾度回眸戀。 心坎鑲著足痕淚光影。 誰悟得無生法忍行去。 *幻羽*捻題一*悟行* 2023/01/03/18:34:58

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中國古典神話小說《西遊記》中出現了“天上一日，地上一年”的幻想，這種看似不可思議的幻想，在愛因斯坦的相對論中，卻變成了科學的真實！假設一個人坐上光子火箭，以光的速度到宇宙空間去旅行一年，那麼，當他回到地球時，他的兒子已是白髮蒼蒼的老人，自己卻還是那樣年輕，兒子反而比父親老了！

 

在愛因斯坦的相對論中，以光速運動的鐘走慢了，尺也縮短了，甚至連時空和光線都是彎曲的。這些奇妙的現象，是現代科學技術在20世紀取得的最重大成果。愛因斯坦創立的相對論引起了經典物理學的徹底革命。

 

這位科學偉人的理論十分深奧難懂，因此，當一群嘻嘻哈哈的大學生，跑到愛因斯坦身邊，糾纏著要他通俗地解釋一下什麼叫相對論時，愛因斯坦神秘地眨了眨眼睛，想了想，微笑著回答說：“要是你坐在一位漂亮的姑娘旁邊，坐了兩個小時，覺得只過了一分鐘；如果你緊挨著一個火爐，只坐了一分鐘，卻覺得過了兩個小時，這就是相對論。”

 

科學偉人愛因斯坦，1879年出生在德國南部烏爾姆猶太人家庭，祖祖輩輩過著典型的商人和手工業者的生活。愛因斯坦小時候非但沒有智力早熟的跡象，而且由於學會說話較遲，反而被家人認定是個低能兒。15歲那年，愛因斯坦的父親在慕尼克的企業破產，全家移居到義大利。但還不到一年的時間裏，父親再度破產，愛因斯坦只得自食其力。

 

他來到瑞士，讀了一年中學後考入蘇黎世聯邦工業大學。大學畢業後，愛因斯坦連個家庭教師的職位都找不到。後來，在朋友們的多方幫助下，才在瑞士伯爾尼專利局當了三級技術員，工作職責是給專利申請書準備鑒定意見。在這裏，愛因斯坦—幹就是7年。這貧窮得連一隻手錶也買不起的7年，是愛因斯坦在科學上最豐收的歲月。在這段時間裏，他創立了相對論。這一重大的科學成果，使他成了舉世公認的第一流的科學家。

 

難能可貴的是，愛因斯坦還是具有高度社會責任感的正直的思想家。他的一生，充滿著曲折坎坷，歷經兩次世界大戰的煎熬。1933年，為了躲避法西斯對猶太人的迫害，他被迫移居美國。他憎惡戰爭。熱愛和平，為人類和平事業仗義執言，從而贏得了人們的極高稱頌。1936年，正值西班牙反法西斯戰爭的年代，世界上許多國家的人民都在設法援助西班牙的反法西斯戰爭。當時，美國也組織了一支支援部隊，準備儘快開赴西班牙前線，但沒有足夠的經費。這時，有人提議說：“我們去找愛因斯坦吧，他一定會幫助我們的。”大家一致贊同。

 

於是，在一間簡樸的工作室裏，這位平靜的老人迎來了一位反法西斯戰士，他們面對面坐著，開始了簡短的談話。

 

“我們有人，但是沒有錢。”愛因斯坦叼著煙斗，沉默不語。

 

“而錢就意味著飛機、炸彈、汽車和軍裝，這一切又意味著西班牙的自由。”反法西斯戰士熱切地期盼著這位聞名全球的科學家的回答。

 

“好吧，”愛因斯坦說，“我把我所有的財產都給你們，但是並不多。”他站了起來。“不！”這位年輕的反法西斯戰士也站了起來，“我們不是想要您的錢。請把您的論文給我們，就是那篇《運動物體中產生的電動力學》。”“什麼，論文?”愛因斯坦注視著眼前的這位年輕人，茫然不解：他們要論文去反法西斯？

 

“是論文的原始手稿。”年輕人補充說。愛因斯坦明白了：他們想拿論文手稿賣錢。可他為難地說：“很遺憾，原始手稿不在這裏，它留在德國。能不能拿另外一篇去？”“不，我們只要這一篇，它可以值400萬美元。”年輕人急了。愛因斯坦緘默良久，終於說：“好吧。兩天后一定給您。”

 

這位年輕的反法西斯戰士走後，愛因斯坦立即坐在桌前，開始從雜誌上抄寫那篇論文。這份枯燥的工作卻讓愛因斯坦十分充實和欣喜，他仿佛看見了論文手稿變成炸彈，變成飛機，成了反法西斯侵略者的有力武器。

 

兩天后，反法西斯戰士們得到了愛因斯坦的手稿。作為回報，他們從前線傳來了反法西斯戰爭節節勝利的佳音。

 

                   
 

說到牛頓，人們總是津津樂道那些發生在這位卓越英國科學家身上的故事。一個寒冷的冬夜，牛頓搬了張帶扶手的椅子坐在火爐邊，專心致志地計算著光的波動公式。爐火越燒越旺，牛頓的臉上已經沁出一層密密的汗珠。只見他抬頭望瞭望爐火，搖了搖腦袋，又伏下身子計算起來。過了一會兒，火燒得更旺了，騰騰的熱氣將牛頓的臉烤得通紅，貼身的衣衫也汗濕了。他覺得實在難以忍受了，便按鈴招呼僕人，偏偏僕人此時不在。面對著那只巨大的火爐，牛頓顯得束手無策，只好忍受著烈火的炙熱，繼續他的研究。

 

等到僕人趕來，牛頓已是熱汗涔涔了，他高聲斥責道：“你到哪兒去了？快把爐子移遠一點。看，我都要烤出油來了！”僕人站在爐邊一語不發，牛頓又叫道：“怎麼啦？笨蛋，這有什麼好想的，你把爐子移後一些就成了。”僕人終於開口了，他不無驚訝地說：“先生，爐子這麼重，又熱得燙人，3個人也抬不動，您為什麼不把椅子後移一些呢？”“對呀！我怎麼沒想到呢？”牛頓習慣性地搔了搔頭皮，笑著說道。過了一會兒，他又突然想起什麼似地說道：“哦，對不起，錯怪你了。你不是笨蛋，我才是。”僕人也笑了起來，他深知主人的性格。

 

正是這位自稱“笨蛋”的偉人，總結出了力學“三大定律”，奠定了近代經典力學的基石。尤其值得一提的是，他進行了著名的“判決性實驗”，對光譜的形成作出了科學合理的解釋，發現“白光是由各種色光混合而成的”這一真理。這項重大的發現，隨即被廣泛應用於這系列重要的領域中，加速了光學物理研究的發展。

 

自古以來，人們就不斷地思考這麼個問題：色彩斑斕、光怪陸離的世界裏，怎麼解釋這五顏六色的來源？古希臘學者亞里斯多德認為，各種不同顏色是由於照射到物體上的亮光和暗光按照不同的比例混合而成的。顯然，這種解釋並不能讓人滿意。後來，隨著顯微鏡的發明，人們對光的研究漸成風尚，各種新式的光學元件都被用於觀察五花八門的光學現象。凸透鏡能將細小的物體放大；凹透鏡則可以將大的東西縮小；而三棱鏡就更奇妙了，它能將一束陽光折射成一條色帶，按照紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的順序排列，後來人們稱之為“光譜”。

 

為什麼白色的陽光透過三棱鏡後會變成七彩色帶？當時比較流行的一種說法是：從太陽表面不同點發出的光進入棱鏡時的角度各不相同，結果造成三棱鏡對這些光線折射的不同，從而形成不同的顏色。在光學上頗有造詣的科學家牛頓對此深感懷疑。為了判定太陽光譜的形成是否由於折射的不同，他於1666年親手製作了兩個品質很好的光學三棱鏡，並精心設計了一個“判決性實驗”。

 

首先，牛頓將房間的百頁窗放下，房內頓時暗了下來。百頁窗上有一個事選挖好的小洞，外面的陽光透過這個小孔投射在三棱鏡上，透過棱鏡後，色散成一條彩帶投射在牛頓設置的螢幕上。螢幕中間開有一條垂直的的狹縫，牛頓隨後將棱鏡不斷轉動，使光譜的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七條色帶，依次投射在狹縫上。在螢幕的後面，牛頓又設置了一道三棱鏡，這樣，七色光依次透過第一道螢幕狹縫，再經過第二道三棱鏡，最後投射在第二道螢幕上。這時奇異的現象出現了，第二道螢幕上只出現單一的色光，卻不再出現七色光譜。

 

顯然，這種關於光譜形成是由於光在入射時角度不同，而導致棱鏡對它的折射不同的說法站不住腳。因為要真是那樣的話，各色光從狹縫入射到第二個棱鏡時的入射角也不相同，理應由於折射的不同而再一次造成色散形成新的光譜。但實驗的結果與此不符。

 

那麼，如何正確解釋太陽光（白光）通過三棱鏡後形成光譜的現象呢？經過一番思考，牛頓得出以下結論：白光是由折射能力各不相同的色光混合而成的。當白光透過棱鏡時，由於各種色光的折射能力不同，於是“各奔前程”，造成這些色光彼此遠離而形成一條七彩色帶；而對於其中一種色光而言，由於它已經是單一成分了，即使再透過棱鏡也不會造成色散，而依然“保持本色”，只不過折射得更厲害一些而已。

 

牛頓的這一發現宣判了舊光學理論的“死刑”，然而，他並沒有因此止步，而是回到實驗室，再設計了一個“支持性實驗”，迎來了新理論的“誕生”。牛頓在這次實驗中用一隻很大的凸透鏡代替了第二個棱鏡，結果，經過第一個棱鏡色散後的光譜投射到凸透鏡上，所有七種顏色的光會聚成一束白光！這個實驗雄辯地證實：白光是由這些色光混合而成的。牛頓終於揭開了光譜的奧秘。在提出白光形成的新理論後，他馬上將這一理論運用到望遠鏡的改進工作上。他成功地應用一種凹凸透鏡組合而成的望遠鏡，一舉消除了當時嚴重影響著觀測準確性的色差。牛頓的成功，奠定了現代大型光學天文望遠鏡的研製基礎。

 

                     

能量守恆定律的意思是：自然界存在一種同物體的運動相聯繫的能量，這種能量的總和保持不變。物質的能量守恆定律，是19世紀自然科學的“三大發現”之一，也是繼牛頓建立力學理論體系以來物理學的最大成就。它的發現，揭示了熱、機械、電、化學等各種運動形式之間的統一性，使物理學達到空前的統一和綜合。

 

有意思的是，這一偉大的自然規律，是19世紀40年代不同國家的好幾位科學家先後獨立發現的。那麼，這幾位科學家為什麼會差不多同時發現能量守恆定律呢？原來，到了19世紀三四十年代，自然科學中不僅機械運動的研究取得了長足的進步，其他如分子熱運動、化學運動、電運動等諸領域的研究也都相繼展開，而且陸續發現了一系列規律。隨著研究的進一步深入和拓展，許多科學家開始思考一個嶄新的問題：這些不同形式的運動之間有沒有聯繫呢?是相互孤立的還是相互統一的？

 

1840年，德國醫生邁爾乘上一艘從荷蘭開往爪哇的輪船。出於職業的本能，邁爾驚訝地注意到，船員們的靜脈血的顏色明顯比在歐洲時紅。“為什麼他們的靜脈血會比在歐洲生活時更紅呢？難道跟地理區域有關係？”邁爾饒有興趣地思考著這個現象，“靜脈血變紅，必然是由於紅色的動脈血中消耗的氧氣減少的緣故。而動脈血中氧氣消耗減少，必然是因為新陳代謝的速率降低了。那麼，新陳代謝速率的降低又是為什麼呢？”

 

邁爾繼續思考著：“這一定是因為船員們現在身處熱帶地區，維持體溫所需要的新陳代謝也減少了。”由此，邁爾進一步認識到，體力和體熱都必定來源於食物中所含的化學能。如果動物體的能量輸入同支出是平衡的，那麼所有這些形式上的能在量上必定是守恆的。在這番認識的基礎上，邁爾又從理論上具體地論證機械能、熱、化學能、電磁能等都可以相互轉化，並且推算出熱的機械當量。1842年，他把自己的發現和論證寫成一篇論文。但是，邁爾的發現最初並沒有引起人們的注意。

 

            
  

幾乎與此同時，著名英國物理學家焦耳也開始研究物質運動之間的關係。焦耳的父親是一家大啤酒廠的老闆，家道殷實。焦耳自幼身體孱弱，但對物理學非常感興趣，他一生沒有從事過任何職業，整天呆在自己的物理實驗室裏搞研究。焦耳的研究方法與邁爾有所不同，他採取的是嚴格進行定量實驗分析的方法。焦耳對由電流激起的熱量進行試驗，測定熱量與電流強弱和時間的相關性。在研究電流的熱效應過程中，焦耳測定了電熱當量。

 

1842年，焦耳繼續研究機械熱當量。為了準確測定量值，焦耳設計了一個特殊的實驗。他用一個保溫性能良好的容器裝上水，再浸入一個葉輪。葉輪由繩筒帶動，而繩筒本身又與下垂的重錘相連接。然後他用重錘下落所做的功和葉輪轉動使液體溫度升高的辦法來求出熱功當量。經測定，焦耳發現427千克米的功可以產生1千卡的熱量。令人遺憾的是，焦耳的研究成果同邁爾的一樣，起初並未引起人們應有的重視。

 

除邁爾與焦耳之外，還有俄國化學家赫斯、德國物理學家霍耳茲曼、丹麥工程師柯耳丁、德國生理學家和物理學家亥姆霍茲、法國物理學家伊倫，他們都在19世紀40年代至50年代初獨立地發表過有關能量守恆的論文。這麼多不同學科的科學家們，在差不多同一時期內獨立地發現了物質運動之間能量的守恆性。有鑒於此，物理學就把這些各自不同的發現綜合歸納為能量守恆定律。