这篇文章是玛格丽特写的来自墨尔本大学的韦特海姆。它最初发布于对话。
一百年前,一位默默无闻的德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦向普鲁士科学院提出了他的研究成果。广义相对论。此前,科学家们还没有准备好对现实的基础进行如此彻底的重新设想。编码在一组简洁紧凑的方程中的是这样的想法:我们的宇宙是由一种神奇的网格构成的,现在被称为“时空”。根据该理论,这个网格的结构将通过遥远恒星周围光线的弯曲来揭示。
对于当时的每个人来说,这似乎难以置信,因为物理学家早就知道光是沿直线传播的。然而,1919 年对日食的观测表明,在宇宙尺度上,光做一夜之间,爱因斯坦成为了超级巨星。
据说,当爱因斯坦的理论得到证实的消息传来时,他反应冷淡。当被问及如果他会作何反应时没有如果是的话,他回答道:“我会为亲爱的主感到难过。这个理论是正确的。”
使他的判断如此有把握的是他的方程极其优雅:如此美丽的东西怎么可能不正确呢?
量子理论家保罗·狄拉克后来借用诗人约翰·济慈的话来总结这种对物理学的态度,他宣称,相对于我们对自然的数学描述,“美即是真,真即是美”。
科学的艺术
纵观物理学的历史,对美的追求一直是物理学传统的一部分。而从这个意义上来说,是一系列特定美学关注的顶峰。对称、和谐、统一感和整体性,这些都是广义相对论形式化的一些理想。量子理论是一首跳跃的爵士乐混搭曲,而广义相对论则是一首庄严的华尔兹。
当我们庆祝该理论一百周年时,我们不仅可以称赞该理论是一项富有远见的科学成果,而且是一项艺术胜利。
“艺术”这个词是什么意思?
对于这个问题已经提出了很多答案,并且还将给出更多答案。来自诗人画家的挑衅性回应快乐哈普尔,他指出“世界各地艺术家的职责是让概念景观着迷”。哈普尔没有将艺术与任何物质方法或实践等同起来,而是将其与社会学成果联系起来。她说,艺术家为我们的心理体验贡献了一些迷人的东西。
它可能不是责任科学家们为我们的概念景观着迷,但这是科学可以实现的目标之一;没有哪个科学思想比爱因斯坦的思想更令人着迷。尽管他建议理解他的理论的人永远不会超过 12 人,就像许多概念艺术作品一样,但你不必理解相对论的全部内容就能被它所感动。
从本质上讲,这一理论让我们对引力有了一种新的认识,一种异常奇怪的认识。根据广义相对论,行星和恒星位于一种宇宙结构——时空——之内或之上,这通常用蹦床的类比来说明。
想象一下一个保龄球坐在蹦床上;它使表面上。相对论说,这就是行星或恒星对时空网所做的事情。只是您必须将表面视为具有四个维度而不是两个维度。
现在,将时空概念应用到整个宇宙,并考虑到其中所有恒星和星系的引力影响,物理学家可以使用爱因斯坦方程来确定宇宙本身的结构。它为我们提供了宇宙架构的蓝图。
合成
爱因斯坦开始了他的沉思,他称之为想法(或思想)实验; “如果什么?”这些场景开启了他的思维新方向。他在“想象力比知识更重要”的著名评论中赞扬了这种智力游戏的价值。
这句话延续了许多艺术家可能赞同的格言:“知识是有限的,想象力环绕世界。”
但单靠想象力是无法产生一组方程的,其精确度现已被验证到多个数量级,并且至今仍能保证 GPS 卫星的准确性。因此,爱因斯坦还利用了创造力的另一个源泉:数学。
碰巧的是,数学家一直在开发描述非欧几里得曲面的强大技术,爱因斯坦意识到他可以将这些工具应用于物理空间。使用黎曼几何,他对世界进行了描述,其中时空变成了动态的薄膜,像一个巨大的有机体一样弯曲、弯曲和弯曲。
牛顿的宇宙是一个静态的、毫无特征的虚空,而爱因斯坦的宇宙则是一片不断变化的风景,被巨大的力量撕裂,并充满了怪物。他们之中:射出巨大的 X 射线射流和吞噬光,在“事件视界”的内部,时空结构被撕裂。
一位重要艺术家的标志之一是他或她对其他创造性思想家的激励程度。广义相对论已融入科幻小说的 DNA 中,为我们提供了星际迷航的曲速引擎, 这虫洞在卡尔萨根的接触,以及无数其他叙事奇迹。小说、戏剧和菲利普·格拉斯交响曲重复了它的主题。
当人们越来越渴望连接艺术和科学的世界时,广义相对论提醒我们艺术性是存在的在科学。
这里的创造性飞跃是由有趣的推测和逻辑的荒唐力量驱动的。正如19世纪的数学家约翰·普莱费尔针对非欧几里得几何学的奇异之处,他评论道,“我们意识到,理性有时可能比想象敢于遵循的更进一步”。
在广义相对论中,理性和想象力结合起来,形成了一个单独无法实现的整体。