狭义相对论
110年
广义相对论
100年
爱因斯坦是在怎样的情形下发现相对论的？由相对论推演出来的引力波，究竟有没有传说中的那么神奇？太空移民的难度到底怎么样？近日，针对爱因斯坦和相对论，以及由此引出的相关话题，本报记者专访了上海交大特聘教授江晓原。
大的灾变只在很大的时间尺度发生，但科学家们已经用计算机模拟过很多次地球毁灭的景像
爱因斯坦其实是“民科”出身
读+：相对论的提出，对于爱因斯坦而言，是偶然的灵感闪现吗？
江晓原：爱因斯坦读的大学很不错，但是毕业后没找到理想的工作，去了瑞士专利局担任一个小职员，从事发明专利申请的技术鉴定工作。这期间，他和小伙伴们成立了一个读书小组，他们是几个有差不多兴趣爱好的年轻人。他们读的书很杂，包括物理学前沿的论著。
爱因斯坦当年就是个“民科”（编者注：全称“民间科学爱好者”）。我们都知道，“民科”一般是指那些没有受过严格科学训练、但对科学研究感兴趣的人，他们往往希望一举解决某个重大问题，推翻既有理论，建立庞大体系。说爱因斯坦是“民科”当然是玩笑话，他除了不是在学院供职，其他方面都具有学院科学家的特点。
爱因斯坦喜欢思考物理学前沿的问题，他是这方面的天才。他的思考在1905年开始结出累累硕果，这一年发表了5篇论文，篇篇经典，因此这一年被称为“爱因斯坦奇迹年”。1905年以后，他与小伙伴们的距离迅速拉开，通信对象换成了权威数学家、物理学家，他很快就进入了物理学的正规圈子。
读+：很多人在按照自己的理解演绎相对论，在你看来，这些演绎的东西，有没有不靠谱的、荒谬的？
江晓原：演绎相对论的，主要有两种人。一种是专业的物理学家，他们绝大多数当然不会荒谬。另一种是科幻作品的创作者，科幻小说作家、科幻电影导演之类，从相对论汲取思想资源，找灵感。这方面我倒也很少看到荒谬、离谱的作品，因为他们通常都会从基本的科学理论出发，以求站得住脚，获得学理支持。
一个理论，或者“反理论”，你得能够解释已有现象、预言新现象，能够被验证。爱因斯坦所作的光线经过太阳引力场要弯曲的预言，一般认为于1919年由英国天文学家爱丁顿的日全食观测结果所证实，但实际上，广义相对论真正被观测证实，要到20世纪70年代彻底完成。
读+：相对论对人们日常生活的影响大吗？对人文领域、文学艺术，有哪些影响？
江晓原：相对论对我们日常生活的影响很小。因为我们的地球太小，与周围星球邻居（如果存在的话）往来也不多，有牛顿理论过日子就够用了。现在手机很普及，手机中有个重要应用，那就是全球定位系统，是要用到相对论原理的。
对人文领域，主要是影响我们对世界的认知，对宇宙的想象。当我们仰望星空时，思考的内容会比牛顿世界复杂得多，有意思得多。相对论对日常生活的最大影响，就是产出了大批科幻作品，像《未来战士》之类，最近的有《星际穿越》等等。
读+：爱因斯坦跟一般物理学家不同，他被认为是杰出的思想家，这方面他受谁的影响比较大？
江晓原：爱因斯坦的人文学养很深，是一个音乐爱好者。据他自己说，他在哲学上受休谟、马赫的影响比较大。他们都是经验主义的哲学家。我前面介绍了，爱因斯坦他们早期的那个读书会，他和他的小伙伴们是真读书，读了大量的书。他是那种既能脚踏大地、又能尽情纵想的人。
爱因斯坦没有“推翻”牛顿
读+：爱因斯坦和牛顿，两人理论的最大差异是什么？
江晓原：很多人认为爱因斯坦“推翻”了牛顿的理论体系，这种表达是不对的。准确的表述应该是，牛顿的理论在爱因斯坦那里退化成了一个特例。在牛顿那里，时空是平直的，在爱因斯坦那里，时空是弯曲的。
我们的日常生活中，相对论效应非常微弱，我们看到的就是牛顿的时空，有牛顿理论作解释就绰绰有余了。放眼更大尺度时空的时候，牛顿就不够用了。爱因斯坦拓展了牛顿的理论。
在牛顿死后较长一段时间里，我们一直认为宇宙就像牛顿描述的那样，就像一台精密的机器，按照牛顿的公式严密运转。爱因斯坦让我们看到了，世界图景是可以变换的，是可以从这个图景过渡到那个图景的。
牛顿到爱因斯坦两百多年，爱因斯坦到现在一百年。今后的世界图景会怎么样？变是肯定的。
读+：牛顿理论的关键词是“引力”，相对论也是，而且爱因斯坦推导出了“引力波”。据说这个引力波很神奇，外星人可能利用它跟我们联系过了，只是我们还没那个能力接收。你怎么看？
江晓原：引力波恐怕没有那么神奇，当然这有待于观测实验去证实，现在还不好说。
去年3月，一个美国科学家团队就宣布他们发现了宇宙的“原初引力波”，一时间赞誉之声迭起，以为就要揭示宇宙诞生之谜了。谁知不到一年，这个团队又宣布“那个发现是一个错误”。早在1969年，美国物理学家韦伯就曾宣称，他已经探测到来自银河中心的引力波，不过这个发现一直未能得到物理学界的公认。在我看来，也就是搞引力波的物理学家们争夺公众话语权，争夺关注度吧。
读+：那么引力波究竟有多重要？
江晓原：“引力波”的概念，1918年由爱因斯坦提出，至今还没有得到验证。
“引力”一直是一个非常玄的概念。牛顿给出了引力的数学描述，这就是大家熟知的万有引力理论。但是许多人没有注意到的是，牛顿既没有成功解释引力的原因，也没有讨论引力是如何传播的。
在爱因斯坦的宇宙图景中，“光速极限”是一个基本假定——宇宙间没有任何物质或信息能够以高于光速的速度移动或传播。只有在“光速极限”的假定之下，“引力传播”才能构成一个问题。
爱因斯坦相信引力也是以光速传播的。这里有一个有趣的类比：当年提出电磁理论，就预言了电磁波的存在：加速运动的电荷会产生以光速传播的电磁波。爱因斯坦也预言了引力波的存在：加速运动的物体会产生以光速传播的引力波。
引力波非常微弱。在物理学家的想象中，大爆炸生成宇宙时，会有极大的能量转化为引力波，这样的引力波仍有可能残留在今天的宇宙中，即所谓的原初引力波。
读+：引力波最终有可能成为星际通信、迁徙的工具吗？
江晓原：依据现有的物理学理论，引力波很难发挥这样的功能。从某种意义上可以说，引力波问题是相对论的一个衍生问题，它的重要性也许今后会突显，但是至少现在还看不到迹象。
移民太空与爱护地球是一场时间的赛跑
读+：有人说，宇宙认知能力取决于我们人类的进化水平，你觉得呢？
江晓原：我们现在爱说“进化”这个词，人们以为进化总是单向的，总是朝着更好的方向变化。事情是不是这样，很难说。
人们往前的过程究竟有没有止境？以前我们以为没有，可是没有止境的事物会是什么结局？事情肯定是有止境、有约束的。单向发展的观念，其实是有些荒谬的。1900年，你相信这种解释的进化论是可以理解的，到现在就得反思。
回到相对论这个话题，你说人类智力水平越高，对宇宙认知的水平就越高，越可能抵达真相，这个是可能的。但是要说有多确切，也很难，因为我们很难预知人类在哪个时间尺度上消亡，会不会最终消亡，会不会在解开宇宙之谜前消亡，太多未知因素。
当然，乐观的答案也有，概率也存在。
读+：但是，在那么多悲观结局到来之前，我们的进化空间至少还很大？
江晓原：理论上讲是这样的，但是现实很迫切。地球资源，煤、石油，等等，枯竭现象已经在显现。核能的核废料存放处理也成了大问题。大城市垃圾问题，每天产生多少生活垃圾，得造多少新的填埋场、焚烧场，而整个地球是有限的。这个空间的压缩，对于我们的进化空间，首先是一个约束条件吧。
读+：也许到时候我们可以太空移民。
江晓原：还是那句话，时间是约束条件。就好比相对论，光速是约束条件。
太空移民不是那么容易的，首先得找到类地行星，这很不容易。找到了也可能缺这缺那，比如说缺少适合我们呼吸的大气，得新造。还得制造接近光速而不被太空粒子撞毁的交通工具。这样的超级工程，任何一项都要耗费大量时间。在这个与时间赛跑的过程中，我们很可能成为输家。因此，即使作为一个必要条件，我们也得先保护好地球，为我们的赛跑赢得足够条件。
读+：为什么那些宇宙灾变，比如说大爆炸，宇宙起源，宇宙坍缩毁灭，地球起源，地球毁灭……这些“超级壮观”的事情总发生在距离我们很遥远的过去和将来？
江晓原：大的宇宙灾变，发生的概率很小，时间尺度很长。中小程度的灾变，比如一颗小行星掉在地球上，对于我们来说是灾难性的大事件，发生的概率也非常小，也可能过了十万年还不发生。至于小天体、小碎片，每天都在往地球上掉，但是没有形成灾变。为什么？这得感谢地球大气层，大气就像我们身上厚厚的棉袄，小天体小碎片掉进大气层就摩擦起火，燃烧掉了。
大的灾变只在很大的时间尺度发生。这个尺度有多大，需要我们足够的想象力。整个人类历史不过是极短暂极短暂的一瞬，而到我们手里，短短几十年，更是可以忽略不计的昙花一现。你要以这么短暂的一闪，就碰上那场漫长时间尺度下的灾变，得多小的概率？
人类历史是非常非常偶然的一瞬，你又是那么非常非常短暂的一生，要看到宇宙最伟大的表演，比我们某个人中得一个全球最大的奖，概率还要小好多好多好多吧。
来源：长江日报