“时空”概念最早是爱因斯坦提出来的?错!“时空之父”另有其人

我们经常会听到和用到“时空”一词,这个词在物理学中的概念是指“时间和空间是一个统一的、不可分割的实体”,它可以用四个维度来表示,即三个空间维度加一个时间维度,宇宙中任何事物都处在由这四个维度所构成的时空基本结构之中。在当代物理学理论中,“时空”这个概念极为重要,如果缺少了这个概念,物理学不可能发展到今天。而很多了解一点爱因斯坦理论的人可能都认为“时空”这个物理学概念是由爱因斯坦最早提出来的,因为在爱因斯坦1905年提出的狭义相对论中,说明了时间和空间的连续体是真实存在的。

其实并非如此。“时空”这个概念真正面世,是在狭义相对论面世之后的1907年,而能够被真正称为“时空之父”的人,是爱因斯坦的数学老师——赫尔曼·闵可夫斯基。赫尔曼·闵可夫斯基与阿尔伯特·爱因斯坦虽为师生,但他们之间的感情并不深厚。在苏黎世工业大学求学期间,按照学校要求,爱因斯坦必须修读闵可夫斯基的九门数学课程。不过,当时一心专注于物理研究的爱因斯坦尚未能理解这些数学课程的价值与意义。而且,当时正是叛逆青年的爱因斯坦还无法真正领会这位老师的卓越数学天赋以及正确评估他所取得的成就。所以,他自然也无法预知,在未来,他的这位数学老师的研究成果将成为自己构建的伟大理论广义相对论的基础骨架。

赫尔曼·闵可夫斯1864年出生于立陶宛,是个有着犹太血统的德国人。闵可夫斯基的一生十分短暂,但其数学成就又极其辉煌。他在18岁时就与英国著名数学家亨利·史密斯共同获得了法国科学院数学科学的最高大奖,之后,其研究成果又为“现代泛函分析的蓬勃发展奠定了根基”。闵可夫斯基最为人称颂的是他为相对论所做出的学术贡献,他对狭义相对论进行了拓展性研究,运用数学手段将原本互相独立的时间和空间融为一体,而正是这项学术成果奠定了他在物理史上的不朽地位。

闵可夫斯基在初次读爱因斯坦发表于1905年的几篇论文时就深感震撼。他向物理学家马克斯·玻恩如此描述道:“那几篇论文真的让我很震惊,因为在我的印象中,爱因斯坦在读大学期间就是个散漫的懒家伙,从来不做任何跟数学有关的研究。”之后,闵可夫斯基开始着手采用数学工具对狭义相对论进行系统表述。1908年9月21日,第八十届国际自然科学家与医生大会在德国科隆隆重举行。在会上,闵可夫斯基向来自各国的科学家发表了自己的阶段性研究成果,并将演讲题目定为《空间与时间》。在这场著名的演讲报告中,闵可夫斯基正式提出将空间和时间统一成一个名为“时空”的四维实体。

闵可夫斯基宣称,爱因斯坦的狭义相对论可具象化为一个四维的“时空”连续体——三个空间维度(上下、左右和前后)和一个时间维度。闵可夫斯基还提出了一个极具革命性的观点,即时间和空间并不是独立存在的,它们在数学层面是互有联系不可拆分的。闵可夫斯基一直认为,他所提出的这个“时空”概念是对爱因斯坦狭义相对论的另一种表述,而不仅仅是数学层面的补充。

不过,爱因斯坦对这种说法并不十分认同。闵可夫斯基的论文中含有一个简单的物理预言,但爱因斯坦很快指出:“该预言无法对任何已知的物理现象作出有效解释。”闵可夫斯基反过来也发表了自己对爱因斯坦的看法:“这位年轻物理学家的数学基础并不十分扎实,对于这一点,我想我还是挺有资格作出评价的,毕竟,我就是他在苏黎世工业大学读书时的数学老师。”

爱因斯坦与闵可夫斯基之间不甚愉快的交锋一直持续到1909年才画上句号,这一年,闵可夫斯基因急性阑尾炎不幸早逝,享年44岁。

从今以后,再没有独立的空间或独立的时间存在,留存在这宇宙间的唯有两者的混合体。——赫尔曼·闵可夫斯基(1908年)

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