美刊专稿《重新发现爱因斯坦》(续二)
爱因斯坦在1916年发表了他的广义相对论,把什么东西都整整齐齐、干干净净地概括在十个复杂的“场”方程式中。同狭义相对论不同,广义相对论在学术上几乎前无古人,没有师承。一直到今天,科学家也对爱因斯坦形成这套理论的思路莫名其妙。得到诺贝尔奖金的物理学家费曼说:“我仍然不明白他是怎么想出来的。”
尽管难以想象,爱因斯坦的成曲线的四维时空“连续体”往往被人比喻为一大张橡皮,绷得紧紧地悬在空中,每当有重物体——星球、星系或者其他任何东西——放到它上面的时候,就变了形。因此,在爱因斯坦看来,象太阳这样大质量的物体就会使周围的时空弯曲。各个行星并不是因为被引力吸住而在椭圆形的轨道上绕着太阳运动的,而是沿着弯曲的时空线路运动的。
为了证明他那叫人目瞪口呆的理论,爱因斯坦首先用场的方程式来说明水星轨道运动中令人不解的畸变现象。一百多年以来,水星的椭圆形轨道上的近日点要比按照牛顿的机械运动的理论推算出来的弧度大四十三秒。科学家们解释不了这个差别。但是用爱因斯坦的方程式来推算水星的轨道,却丝毫不差地就是要加上这四十三秒。
在另外一个思想实验中,爱因斯坦想象他那假设的高速升降机以接近光速的速度运动。在这种情况下,在升降机里面的科学家看来,通过墙上一个洞射进来的光会以弧形向下弯曲,而在对面墙上低一些的一个洞里出去。理由是:即使在这束光线从升降机的这面墙照到那面墙的时间里,升降机也在上升。但是升降机里那个只感到自己的脚紧紧踏在地板上(这是由于加速度的缘故)的科学家却以为使光线弯曲的是引力。这个实验说明了——爱因斯坦的方程式也表明了——引力真的会使光线弯曲。
正是对这一效应的试验(利用他的场方程式把假设中的升降机扩大为地球)最后使爱因斯坦获得了全世界的注意。广义相对论揭示,当从一个遥远的星球上发出的光在到达地球的途中经过太阳的时候,应当由于太阳的引力而弯曲,因此而使这个星球看起来的位置与实际不符。其偏斜的弧度,据爱因斯坦计算,应当是一点七五秒。这个偏差是很小的,但是却是今天的天文学家可以测量出来的。可是,天文学家怎么能给几乎同太阳在一直线上的星球拍照呢?太阳的光芒肯定会使这样的星球看起来模糊不清的。办法是在日全蚀的时候拍照。1919年5月29日,英国天文学家爱丁顿在到西非洲海岸附近的普林西比岛上去观测日蚀的时候,发现星光的偏斜几乎与爱因斯坦的预言完全相符。后来,有人问爱因斯坦,如果没有发现弯曲的话,他将得出什么样的结论。他回答说:“那样我就要替上帝感到遗憾了——这个理论是正确的。”
在一个仍然被一场血腥的战争搞得头晕眼花的世界上,想一想一个人,单枪匹马仅仅依靠满纸横七竖八的数学公式,就可以重新安排宇宙的秩序这一点,就简直是奇迹。报纸和杂志都要求向爱因斯坦采访,到处都请他去演说。总统和国王也请他去当座上客。从东京到曼哈顿都万人空巷来欢迎他。人们写了许多通俗书籍来解释相对论的奥秘。可是这个理论仍然很难懂。它使用的数学只有科学界顶儿尖儿人物中极少数几个能弄得明白。有人问爱丁顿,世界上只有三个人懂相对论这句话对不对,他开玩笑地反问道:“我还正在捉摸这第三个人是谁哩。”
爱因斯坦很快就发现他成了一个招来物议的人物。有些教会人士认为他的理论不承认牛顿认为绝对的东西,因而是对宗教的攻击。波士顿的红衣主教奥康奈尔指责相对论是在“笼罩在可怖的魔影中的无神论”。有一个犹太教的拉比(教士)坦率地问爱因斯坦是否信仰上帝,他利用一个著名的犹太叛教者的名字回答说:“我相信斯宾挪莎的上帝,他通过万有之间的秩序井然的和谐来显示自己;我不相信那样一个只关心人类的命运和行动的上帝。”
不难看出,为什么爱因斯坦会惹起人家的怒火。他的时空观念本质上是革命的,是同自古以来的偏见不相容的,而且也似乎是同日常经验相矛盾的。除此而外,他直言不讳地反对民族主义,而且虽然他不相信犹太教,他却是一个犹太人。但是外国对他的批评比起德国国内的批评来就算不得什么了。在德国,犹太人被作为在第一次大战中打了败仗的替罪羊,有人一想起爱因斯坦的和平主义就恨得要命。爱因斯坦和他那“犹太物理学”成了越来越粗野的谩骂的对象。德国的科学界同行都不理睬他了——只有个别象普朗克那样的人例外。希特勒1933年上台不久,当时正在国外的爱因斯坦接受了普林斯顿大学新设的研究院的聘书,从此就再没有回到德国。(续二)

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