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     题 目:百年物理学的启示 
     时 间:2005年5月31日
     地 点:中国科学院研究生院礼堂

庆祝中国科学院学部成立50周年
——“走中国特色的自主创新之路”系列活动

报告人:全国人大常委会副委员长,
中国科学院院长路甬祥

  第二,重大的科学突破往往始于凝练出重要的科学问题。提出问题,可能比解决问题更重要。问题提出了,即便你提出问题的人在有生之年没有能解决,其他的科学家或者我们的子孙后代,总有一天会解决这个问题。所以凝练科学目标,凝练科学问题,在当代显得更加重要。

  如果你提不出科学问题,你就没有明确的工作目标。爱因斯坦提出的相对论,就是一种崭新的时空观。相对论的关键科学问题,是在于同时的相对性。相对论合理地解释了时空相互之间的联系,时空与物质分布相联系,物质和能量相联系,根本改造了牛顿以来经典的物理学知识体系,不仅与量子力学一起构成了20世纪物理学发展的基础,而且把人类对于自然的认识提升到了一个全新的水平,深刻地影响了人们以后的思维方式以及世界观。

  相对论的创立,实际上源于作为电磁波假设载体“以太”的一个质疑。美国物理学家迈克尔逊,于1887年公布了一个实验报告,称为“地球和光以太的相对运动”。报告表明,在牛顿力学领域里普遍成立的相对性原理在麦克斯韦电磁场理论中不成立。荷兰物理学家洛仑兹和法国物理学家彭加勒等都想在保留以太假说的基础上解决这一矛盾,洛仑兹通过引入长度收缩、局部时间和新的变换关系,证明了在一级近似下,地球系统与以太服从相同的规律;而彭加勒提出的相对性原理和洛仑兹提出的变换群则强调相对性原理普遍的有效性。彭家勒和洛仑兹的工作已经不自觉地偏离了经典物理学的框架,并且在向相对论的大门前进,甚至有的人说已经扣响了相对论的大门,但是他们没有勇气再向前突破原来经典理论的框架。因此创立相对论的机会和重任还是留给了爱因斯坦。

  爱因斯坦就是敢于质疑前人提出的但后来被实验证明是有缺陷的、有矛盾的假说或者是理论,他认为,以太学说是多余的,而且更重要的是他提出了同时的相对性这一关键的科学问题。爱因斯坦在“论动体的电动力学”论文当中,通过严密的分析指出,同一地点发生的两个事件同时性是不依赖于观察者的,而异地发生的两个事件的同时性则是依赖于观察者的,只有指明相对哪一个观察者不同地点的同时性才有意义。同时这种相对性,我们在日常生活当中几乎观察不到,观察者的运动速度只有当接近光速的时候,才能发现它,爱因斯坦借助于同时相对性的概念,通过光速恒定和相对性两条原理,推导出狭义相对论的主要结论。狭义相对论的进一步发展就是广义相对论和统一场论,爱因斯坦以其相对论研究的三部曲向物理学的同行展示了他非凡的科学思维创造力,和挑战已有理论体系的勇气。