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        星光彎曲1919

        2014-11-13 10:56:46馮八飛
        當(dāng)代 2014年5期
        關(guān)鍵詞:愛因斯坦牛頓觀測

        馮八飛,對外經(jīng)貿(mào)大學(xué)外語學(xué)院德語系教授、北京外國語大學(xué)博士、柏林洪堡大學(xué)博士后、洪堡大學(xué)語言與語言學(xué)系博導(dǎo)、德國語言研究院國際科學(xué)家委員會(huì)委員、中國認(rèn)知語言學(xué)會(huì)常務(wù)理事,曾出版《沉浮萊茵河》《永遠(yuǎn)的白玫瑰》《大師的小樣》等作品。

        在“愛因斯坦”這一場史上最精彩科學(xué)大事件中,有三個(gè)最重要的時(shí)間點(diǎn),一個(gè)是1905年,這一年他在德國萊比錫《物理學(xué)刊》發(fā)表五篇論文,狹義相對論橫空出世,這一年從此被物理學(xué)史定名“奇跡年”。第二個(gè)是1915年,這年11月愛因斯坦向普魯士科學(xué)院提交四個(gè)科學(xué)報(bào)告,廣義相對論誕生柏林。

        最后一個(gè)重要的年份,就是1919年。

        那么,1919年到底發(fā)生了什么事兒,以至于它能名列愛因斯坦科學(xué)生命三大里程碑呢?

        是因?yàn)槟悄陳垡蛩固褂龅揭粋€(gè)人。

        愛因斯坦遇到這個(gè)人,但其實(shí)并未遇到他。

        這個(gè)人名叫愛丁頓。

        1919年,“奇跡年”已過去14年,愛因斯坦作為科學(xué)新星在國際頂尖物理學(xué)舞臺(tái)嶄露頭角。然而,他成為人類最偉大的物理學(xué)天才的那一夜仍未到來。愛因斯坦的遠(yuǎn)見卓識領(lǐng)先他的時(shí)代如此之遠(yuǎn),以至于連他的擁護(hù)者也無法憑當(dāng)時(shí)的科技來證明相對論。事實(shí)上,直到今天,全世界頂尖科學(xué)家還在孜孜不倦地求證相對論,或者試圖證偽。1955年,德國物理學(xué)家、量子力學(xué)奠基人之一玻恩曾說:“過去和現(xiàn)在,我都認(rèn)為廣義相對論是人類認(rèn)識大自然的最偉大成果,它令人驚嘆地一統(tǒng)哲學(xué)的深?yuàn)W、物理的直觀和數(shù)學(xué)的技藝?!?/p>

        啥子是物理?

        物理是人類最古老的科學(xué)之一,它源于人類對于地球和太空的無限驚嘆和奪命探索??墒牵蟛糠秩瞬恢?,物理學(xué)可以分為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)與理論物理學(xué)。

        絕大部分物理學(xué)家都是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,如伽利略、發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的法拉第、用實(shí)驗(yàn)證明電磁場磁感線的赫茲、發(fā)現(xiàn)中子的查德威克、發(fā)現(xiàn)氫氣的卡文迪許、發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的焦耳、提出分子電流學(xué)說的安培和發(fā)現(xiàn)歐姆定律的歐姆,等等。

        理論物理學(xué)不同,它完全是理論,剛提出來時(shí)跟科幻小說差不多,提出后只能靜待后世通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,有時(shí)實(shí)在找不到驗(yàn)證的方法,于是就一直是一種理論。比如宇宙大爆炸理論,現(xiàn)在算宇宙產(chǎn)生的主流理論,大家都比較同意,但其實(shí)到今天還沒找到直接證據(jù),因?yàn)楦驹觳怀鲞@么大的實(shí)驗(yàn)室來重現(xiàn)宇宙大爆炸。這個(gè)理論只是根據(jù)宇宙加速度膨脹的觀測結(jié)果推論出來的猜測。

        實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家一般看不起理論物理學(xué)家,覺得他們提出的理論基本上是胡說八道。但從牛頓開始,近代最偉大的物理學(xué)家基本上都可以算理論物理學(xué)家,如提出電磁場理論的麥克斯韋、提出相對論的愛因斯坦、提出量子理論的玻爾和普朗克,最后是提出蟲洞理論的霍金。

        理論物理學(xué)提出時(shí)一般都沒有實(shí)驗(yàn)證據(jù),都要依靠數(shù)學(xué)計(jì)算來推理,因此數(shù)學(xué)家格羅斯曼才對愛因斯坦發(fā)現(xiàn)廣義相對論如此重要。愛因斯坦從不隱諱這一點(diǎn),1915年他在一封信中說:“目前,我全心全意撲在引力問題上,我確信,依靠這里一位數(shù)學(xué)好友的幫助,我將克服這些困難。但有一點(diǎn)是肯定的,在我整個(gè)一生中,我的工作都不夠努力。我現(xiàn)在非常尊重?cái)?shù)學(xué),而此前,我簡單地認(rèn)為數(shù)學(xué)的精妙只是純粹的奢侈品,與此相比,最初的相對論不過兒戲而已?!?/p>

        這位數(shù)學(xué)好友,就是格羅斯曼。

        正因?yàn)槿绱耍瑥V義相對論剛問世時(shí)遭到世界物理學(xué)界的集體冷落,都把它看成拼拼湊湊的數(shù)學(xué)游戲。愛因斯坦本人根本不屑于去驗(yàn)證,因?yàn)樗雷约菏菍Φ?,但為讓物理學(xué)界信服,他提出了驗(yàn)證廣義相對論的三個(gè)預(yù)言。

        這三個(gè)預(yù)言最后都令人驚訝地成真。

        第一個(gè)是“水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)”。這是牛頓力學(xué)中的老大難??垂夙氈瑏喞锸慷嗟抡J(rèn)為星體運(yùn)行軌道都是圓形。在古希臘哲學(xué)中,圓形代表完美和諧,而地球上的運(yùn)動(dòng),例如重物直線下落,在古希臘哲學(xué)看來都是不完美的。后來根據(jù)布雷赫—開普勒行星軌道運(yùn)行定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律,大家認(rèn)為行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)時(shí)其軌道是橢圓,并非圓形。

        這個(gè)說法很快遇到了不可解決的困難——即水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)。

        太陽系中離太陽最近的星體是水星。法國天文學(xué)家勒維里埃經(jīng)過觀測發(fā)現(xiàn)水星軌道不是標(biāo)準(zhǔn)橢圓。水星每繞太陽公轉(zhuǎn)一周,這個(gè)軌道離太陽最近的那一點(diǎn)(水星近日點(diǎn))的位置就有微小進(jìn)動(dòng)(向太陽方向移動(dòng)),每100年進(jìn)動(dòng)5600.73角秒。金星對水星的引力及其他因素可以解釋其中的5557.62角秒,但剩下的43.11角秒?yún)s無論如何也找不到解釋。這是物理學(xué)史上最大的懸案之一,被稱為“飄浮在牛頓引力理論上空的一朵烏云”。因?yàn)椋瑹o法解釋這個(gè)進(jìn)動(dòng),牛頓萬有引力理論就有可能被推翻。那歐洲就沒科學(xué)啦。

        于是,根據(jù)牛頓萬有引力理論,大家只好假設(shè)太陽系還有一顆“火神星”,它的引力導(dǎo)致了水星近日點(diǎn)這43.11角秒的進(jìn)動(dòng)。這倒也非閉著眼瞎猜,因?yàn)榇饲暗暮M跣蔷褪沁@樣根據(jù)牛頓的萬有引力理論找到的。但這一次遇到了問題,無論大家如何努力,這顆火神星始終沒找到。

        1915年愛因斯坦的論文《論廣義相對論》發(fā)表在權(quán)威刊物《普魯士科學(xué)院學(xué)報(bào)》。這是愛因斯坦的得意之作,他自詡為“一生最有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)”,還預(yù)言“這個(gè)理論的魔力將讓真正理解它的人終生難忘”。這篇論文的精華是一個(gè)方程式,憑它可在限定質(zhì)量或輻射時(shí)得出空間的曲率。愛因斯坦的結(jié)論是:“物質(zhì)決定空間的彎曲,而空間則決定物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)?!闭沁@篇論文提出引力場將導(dǎo)致星光彎曲,而這是愛因斯坦1911年后第二次這樣預(yù)言。

        引力場導(dǎo)致星光彎曲完美解釋水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng),這意味著愛因斯坦的廣義相對論直接KO牛頓的萬有引力理論。愛因斯坦的解釋是:根本就沒有“火神星”!只是因?yàn)樘柕拇嬖谠斐煽臻g彎曲,加上牛頓萬有引力理論不夠精確,計(jì)算軌道出現(xiàn)誤差,這才導(dǎo)致了這場漫長的誤會(huì)。愛因斯坦以他自己的引力場方程式精確地算出水星進(jìn)動(dòng)軌道的正確數(shù)值,后來科學(xué)觀測得到的數(shù)值與此完全一致。

        而且,至今我們也沒發(fā)現(xiàn)“火神星”。

        “水星進(jìn)動(dòng)”是廣義相對論誕生之后的第一場勝仗,此后大家開始拿廣義相對論當(dāng)回事兒了。

        第二個(gè)預(yù)言是“相對論紅移”。我們觀測宇宙時(shí),鄰近星體發(fā)出的光譜線與地球上同類分子產(chǎn)生的光譜線相比,其譜線偏向紅端(長波端),因?yàn)閺?qiáng)引力減少了鄰近星體發(fā)射出來的光的振動(dòng)頻率,而其波長則相應(yīng)增大。1920年代天文學(xué)家觀測天狼星伴星時(shí)驗(yàn)證了相對論紅移。天狼星伴星與白矮星相似,密度很大,在觀測過程中獲得的值都與愛因斯坦的計(jì)算值相近。同時(shí),還有科學(xué)家通過地球引力場中的穆斯鮑爾效應(yīng)驗(yàn)證了r量子頻率改變這一相對性紅移,這個(gè)觀測值也與愛因斯坦給出的理論值完全一致。

        相對論紅移是廣義相對論的第二個(gè)勝仗。

        第三個(gè)預(yù)言,也是最重要和最直觀的預(yù)言,是,愛因斯坦預(yù)言宇宙中巨大的星星都會(huì)形成引力場,這個(gè)引力場會(huì)讓星星周圍的空間彎曲。這同時(shí)是廣義相對論最著名的預(yù)言:空間(即宇宙)是彎曲的。

        要證明空間是彎曲的,地球上根本找不到證據(jù),我們只能在太空中去尋找。距離地球最近的最大的星星是太陽。那么,如果廣義相對論正確,當(dāng)遙遠(yuǎn)外太空的星星發(fā)出的光通過太陽旁邊時(shí),因?yàn)槭艿教栆龅挠绊?,星光?huì)發(fā)生微乎其微的彎曲。這是當(dāng)時(shí)人類能獲得的證明廣義相對論的最直接證據(jù)。

        完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于必須先把太陽擋住,否則,因?yàn)樘柟馓珡?qiáng),我們根本無法看到掠過太陽邊緣的外太空星光。

        誰能擋住太陽?看官須知,太陽表面溫度6千度,即使有人有這本事能飛過去,也根本飛不攏,因?yàn)檫€沒飛攏就被太陽烤得化成一股青煙啦。

        那么,什么時(shí)候才能把太陽光擋住呢?

        日全食!

        其實(shí),1907年,還在伯爾尼專利局當(dāng)公務(wù)員的愛因斯坦就發(fā)現(xiàn)了等效原理,而這個(gè)原理意味著光線會(huì)發(fā)生彎曲,但當(dāng)時(shí)愛因斯坦認(rèn)為這個(gè)彎曲度太小,根本無法觀測。1911年,已經(jīng)是布拉格德意志大學(xué)講席教授的愛因斯坦發(fā)現(xiàn)日全食時(shí)能觀測到星光掠過太陽邊緣時(shí)發(fā)生的彎曲,而且他已經(jīng)計(jì)算出這個(gè)彎曲度是0.87弧秒。

        但是,這個(gè)計(jì)算結(jié)果是錯(cuò)誤的!

        愛因斯坦那時(shí)還沒明白宇宙是彎曲的,他那時(shí)仍相信牛頓力學(xué),而牛頓認(rèn)為宇宙是平的,這個(gè)0.87弧秒正是利用牛頓的萬有引力和光微粒說理論計(jì)算出來的。這個(gè)值現(xiàn)在稱為“牛頓值”。1912年,回到蘇黎世ETH大學(xué)擔(dān)任教授的愛因斯坦在老朋友格羅斯曼的幫助下終于結(jié)識了黎曼幾何,黎曼老師通知愛因斯坦:空間是彎的。即使這樣,到1914年愛因斯坦仍然沒找到正確答案。不過他從未動(dòng)搖,他寫信告訴貝索:“不論日全食觀測是否成功,我都堅(jiān)信整個(gè)體系是正確的?!焙髞韾垡蛩固贡涣_愛莎鎖到樓上倆禮拜,突然恍然明白:原來,光線彎曲是因?yàn)榭臻g是彎曲的!光線沿著空間傳播,因此也是彎曲的。

        1915年11月18日,前往柏林擔(dān)任普魯士科學(xué)院院士的愛因斯坦糾正了自己的錯(cuò)誤,他算出日全食時(shí)星光掠過太陽邊緣的彎曲度應(yīng)為1.74弧秒。這個(gè)值現(xiàn)在被稱為“愛因斯坦值”。也就是說,愛因斯坦值是牛頓值的兩倍。1915年12月愛因斯坦致信同事奧托·諾曼時(shí)談到光線彎曲時(shí)說:“這個(gè)結(jié)果是所有現(xiàn)象中最有趣最令人驚奇的。”幾周后愛因斯坦告訴施瓦西:“(觀測)光線彎曲現(xiàn)在是當(dāng)務(wù)之急?!?/p>

        咱們先前說了,愛因斯坦從小是頭“Underdog”(下狗),大學(xué)畢業(yè)前運(yùn)氣要多糟有多糟。但是,其實(shí)人一生的運(yùn)氣都是差不多的,如果你小時(shí)候運(yùn)氣很差,通常意味著你長大了之后運(yùn)氣會(huì)變好。愛因斯坦是最好的例子,進(jìn)入物理學(xué)研究之后,他的運(yùn)氣變得空前地好起來。在驗(yàn)證光線彎曲時(shí)他的運(yùn)氣更是超級好。歐洲歷史的幾次變故最終保證了他的成功,因?yàn)?,為?yàn)證日全食時(shí)星光掠過太陽邊緣會(huì)彎曲,歐洲人民努力過好幾回,可都失敗了。1912年一支阿根廷觀測隊(duì)開到巴西準(zhǔn)備觀測日全食,結(jié)果沒弄成。1914年8月,由弗勞因德里希率領(lǐng),由克魯普資助的德國遠(yuǎn)征隊(duì)開到俄羅斯克里米亞準(zhǔn)備觀察8月21日的日全食,誰知他們剛進(jìn)入俄羅斯第一次世界大戰(zhàn)就爆發(fā)了,俄羅斯與德國成為交戰(zhàn)國,全體科學(xué)家被當(dāng)作德國間諜抓了起來,直到雙方交換戰(zhàn)俘時(shí)才返回德國,觀測之事當(dāng)然也就胎死腹中。1915年11月18日愛因斯坦發(fā)現(xiàn)愛因斯坦值,1916年委內(nèi)瑞拉日全食,但再次因?yàn)閼?zhàn)爭無法進(jìn)行觀測。1918年6月一個(gè)美國人觀察到了日全食,但沒獲得任何結(jié)果。

        連戰(zhàn)爭都在幫愛因斯坦,連天都在幫愛因斯坦。幸好早期的這些努力都因故失敗,因?yàn)榇藭r(shí)愛因斯坦預(yù)言的光線彎曲值還是牛頓值,如果觀測成功將證明愛因斯坦是錯(cuò)的。那他說不定會(huì)因此全盤放棄相對論。

        1919年的開始對愛因斯坦而言并不愉快,這一年的2月14日,他與分居已久的馬蜜娃離婚。

        然后,那個(gè)偉大的日子,1919年5月29日就來到了。

        這個(gè)日子之所以偉大,是因?yàn)閻垡蛩固褂龅搅藧鄱☆D。

        愛因斯坦遇到了愛丁頓,其實(shí)他并沒有遇到他。

        因?yàn)閻鄱☆D是英國人。

        亞瑟·斯坦利·愛丁頓(1882—1944),英國劍橋大學(xué)天文臺(tái)臺(tái)長。此公也是個(gè)妙人。廣義相對論發(fā)表時(shí)《紐約時(shí)報(bào)》宣布“全世界只有12個(gè)人懂廣義相對論”,意思是該東東實(shí)在曲高和寡。愛因斯坦回應(yīng)說,世界上可能只有12個(gè)人能看懂相對論,但世界上卻有幾十億人借此明白了,其實(shí)世界上沒任何真理是絕對的。后來,《紐約時(shí)報(bào)》記者報(bào)告愛丁頓一個(gè)更極端的說法:“地球上只有三個(gè)半人理解相對論?!边@個(gè)說法實(shí)在太極端了,因?yàn)閺V義相對論作者——愛因斯坦與格羅斯曼——肯定是懂的。愛丁頓立刻低下了天文臺(tái)長碩大的腦袋,記者趕緊安慰他說:“您不必如此謙虛。我們都知道您肯定是其中之一?!闭l知愛臺(tái)長立即抬頭反駁說:“對不起,我不是謙虛。剛才我是在想另外那半個(gè)人到底是誰?”

        愛丁頓同時(shí)還是英國劍橋大學(xué)天文學(xué)教授兼英國皇家天文學(xué)會(huì)權(quán)力極大的學(xué)術(shù)秘書。他與愛因斯坦不一樣的地方是,他屬于基督教教友會(huì)。但與愛因斯坦一樣,他也是堅(jiān)決反戰(zhàn)的和平主義者。

        愛丁頓驗(yàn)證愛因斯坦的廣義相對論,并非順理成章之事。看官須知,當(dāng)時(shí)正值第一次世界大戰(zhàn),英國和德國是交戰(zhàn)國。從國家層面而言,他倆是敵人。

        愛丁頓驗(yàn)證相對論的故事非常精彩。看官喝茶,聽我從頭道來。

        故事開始于荷蘭。1916年春天,英國皇家天文學(xué)會(huì)收到寄自中立國荷蘭的愛因斯坦的《廣義相對論基礎(chǔ)》。寄信人是荷蘭萊頓大學(xué)教授、英國皇家天文學(xué)會(huì)通訊會(huì)員威廉·德·西特。他剛從愛因斯坦那里收到這篇論文,馬上轉(zhuǎn)寄劍橋。西特是荷蘭著名物理學(xué)家兼天文學(xué)家,他在第二年找到愛因斯坦方程的另一種解法,得出結(jié)果后大吃一驚,因?yàn)樗l(fā)現(xiàn),他的宇宙觀被完全顛覆了。

        愛丁頓毫無疑問是個(gè)識貨的。他一眼就看出這篇論文的劃時(shí)代意義,馬上著手深入研究,同時(shí)請西特寫三篇文章介紹廣義相對論,并很快發(fā)表在皇家天文學(xué)會(huì)會(huì)刊上,頓時(shí)轟動(dòng)英國科學(xué)界。這可是英國人牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律以來的兩個(gè)半世紀(jì)里,第一次有人向牛頓提出強(qiáng)有力的挑戰(zhàn),而他居然是個(gè)德國人!而且看上去牛頓好像有點(diǎn)招架不住這一挑戰(zhàn)。

        整個(gè)英國科學(xué)界紛紛要求迅速觀測日全食,以證明愛因斯坦是錯(cuò)的!

        根據(jù)計(jì)算,1919年5月29日將發(fā)生日全食,而這天剛好能通過太陽附近觀測到金牛座的畢宿星團(tuán),如果天氣晴朗,至少可以照到13顆很亮的星星。此乃天賜愛因斯坦良機(jī):如果星光掠過太陽邊緣時(shí)確如愛因斯坦預(yù)言的那樣彎曲了1.74弧秒,牛頓就得脫帽退出歷史舞臺(tái);如果是0.87弧秒,愛因斯坦就必須親自去倫敦牛頓墓前賠禮道歉。

        當(dāng)時(shí)照相技術(shù)還相當(dāng)原始,要照出這1.74弧秒的彎曲度,跟現(xiàn)在隔十幾米照出一根火柴棍同樣困難(不許用長焦)。但愛丁頓跟愛因斯坦一樣是個(gè)咬定真理不松口的,在他強(qiáng)力推動(dòng)下,英國皇家天文學(xué)會(huì)決定觀測這次日全食。

        看官須知,當(dāng)時(shí)德國潛艇封鎖英國海岸線,廣大英國人民忍饑挨餓,每天都有英軍士兵死于德國槍炮,此時(shí)花費(fèi)英國的財(cái)力人力去證明一個(gè)德國科學(xué)家的研究成果,非純粹的科學(xué)家莫辦。

        但愛丁頓恰恰是這樣純粹的科學(xué)家。他與愛因斯坦一樣堅(jiān)持科學(xué)無國界,并以自己的熱情和執(zhí)著感動(dòng)了皇家天文官代遜。這次日全食范圍非常廣,月球的巨大影子將掠過大西洋兩岸。1919年3月初,代遜在格林威治皇家天文臺(tái)官邸拍板決定派出兩支遠(yuǎn)征隊(duì)分赴非洲西部的普林西比島和南美洲巴西的索布拉爾村拍攝日全食。會(huì)議快結(jié)束時(shí)愛丁頓副手開玩笑問代遜:“如果觀測到的星光彎曲度既不是0.87弧秒,也不是1.74弧秒,而是3.4弧秒,咋辦?”代遜雙手一攤說:“那愛丁頓就要發(fā)瘋了。英國不需要瘋子,你就一個(gè)人回英國來吧?!?/p>

        英國雖然貴為海上霸主,但當(dāng)時(shí)的航海技術(shù)相當(dāng)簡陋,愛丁頓在海上顛簸到4月23日才趕到普林西比島,然后架設(shè)望遠(yuǎn)鏡、選擇角度、試拍照片,忙作一團(tuán),等待宇宙宣判愛因斯坦。

        5月29日終于到了,可一清早就下起了傾盆大雨。愛丁頓只好呆坐帳篷望天罵娘:這要是拍不到,兩年多的籌備就算泡湯,大筆銀子就會(huì)化成水流走了。當(dāng)時(shí)英國是世界第一強(qiáng)國,所以老天爺聽到英國人罵娘都比較給面子,到中午,雨居然停了,可陰云卻不散,中午一點(diǎn)半還看不見太陽。眼看月球已經(jīng)準(zhǔn)時(shí)來到地球和太陽中間,可太陽呢?天文觀測不像吃瓜子,吃到一個(gè)臭的吐了再吃一個(gè)就好了。天文觀測失敗就得等下一次,而下一次可能得好幾年,而且很可能只有北極才能看得見,那你就得去北極!還得再花好大一筆銀子。如果這次觀測失敗,下次政府給不給錢還另說著呢!所以,愛丁頓決心死馬當(dāng)作活馬醫(yī),有云也拍。恰好此時(shí)云薄了些,天空立刻暗下來,顯示日全食開始。愛丁頓抓住機(jī)會(huì),一聲令下,“啟動(dòng)節(jié)拍器,開始拍照”。

        月亮遮住太陽,太陽變成一個(gè)大黑球,外圈卻像燒紅的煤球一樣向外噴吐著長長的火舌,而在太陽背后遙遠(yuǎn)的外太空,畢宿星團(tuán)的幾顆星星正調(diào)皮地向所有人擠眉弄眼。大家屏住呼吸,只聽見拍照的“咔嚓”聲和照相師手忙腳亂換底片的聲音。當(dāng)時(shí)沒有電子相機(jī),每拍一張照片都要另換一次巨大的底片暗匣,等節(jié)拍器報(bào)完302秒日全食時(shí)間,太陽重新普照大地,總共才拍了16張照片。然后,觀測隊(duì)不能下島,得等入夜后再次拍下畢宿星團(tuán)的照片,然后用這張照片與日全食照片對比,才能確認(rèn)日全食時(shí)發(fā)出的星光是否發(fā)生了彎曲。

        愛丁頓實(shí)在等不及回到倫敦,他在普林西比島上就開始沖洗。當(dāng)時(shí)沒有3D打印機(jī),想看照片得用幾種藥液依次沖洗底片,十分復(fù)雜,每夜只能沖洗兩張。沖出一張來,一看,只有太陽和月球的影子,旁邊根本看不見星星。不是沒有星星,而是被云遮住了。第二張、第三張、第四張,都是這樣。每洗出一張照片,愛丁頓的心就下沉一格……直到最后一張照片,底片上出現(xiàn)了清晰的星星。愛丁頓的心臟呼一家伙猛然跳到最高格:他手里拿著的,可是宇宙的秘密啊??臻g是否彎曲,宇宙是否有限無邊,這些關(guān)乎宇宙存在的驚天秘密,都在他手中的這張底片上!他哆嗦著把這張底片與入夜后拍攝的星光底片重疊起來放在裝有照明燈的乳白色玻璃上,彎下腰去看。腰還沒徹底彎下去,愛丁頓已經(jīng)看到了:太陽周圍的那十幾顆星星發(fā)出的光,確實(shí)都向外偏轉(zhuǎn)了!人類歷史最大的彩票開出了中獎(jiǎng)號碼:星光居然真的像愛因斯坦預(yù)言的那樣彎曲了。

        空間確實(shí)彎曲,宇宙真可能有限!

        愛丁頓不知道,他拍攝成功之后四天,愛因斯坦跟羅愛莎在柏林結(jié)為夫妻,這等于是他送愛因斯坦的結(jié)婚禮物。有趣的是愛因斯坦并不領(lǐng)他的情,因?yàn)樵诨槎Y上的愛因斯坦并不知道自己的偉大預(yù)言已經(jīng)成真。

        生命,就是這樣。偉大的歷史事件發(fā)生時(shí)當(dāng)事者經(jīng)常并不知道。

        愛丁頓不需要發(fā)瘋了,因?yàn)樗萌ギ?dāng)英國最有名的相對論專家。他率領(lǐng)全團(tuán)人馬回到英國時(shí),去南美洲索布拉爾的拍攝隊(duì)也回來了。他們拍的照片中有七張很清楚,其比較結(jié)果與愛丁頓的完全相同:在兩張重疊的照片底片上可以清晰地看到,當(dāng)一條筆直的星光越過處于日全食的太陽邊緣時(shí),它竟然真像愛因斯坦預(yù)言的那樣彎曲了1.7弧秒!

        看見日全食的地方天都會(huì)變黑,而這一天無疑是牛頓力學(xué)理論的黑暗之日,所以有人仿照蒲柏稱贊牛頓的詩句,把這個(gè)事件寫成詩:“魔鬼說:‘愛因斯坦,降生吧!于是世界又遁入黑暗中?!?/p>

        愛丁頓在倫敦經(jīng)過好幾個(gè)月的計(jì)算和核對才完成整個(gè)證明計(jì)算。9月12日,在“英國科學(xué)進(jìn)步協(xié)會(huì)”會(huì)議上,愛丁頓第一次向與會(huì)者宣布了他的觀測結(jié)果:光線的彎曲大約在0.83弧秒至1.7弧秒之間。

        愛因斯坦預(yù)言成真。

        然而,這還不是廣義相對論揚(yáng)名世界的那一夜。

        那一夜降臨在1919年11月6日。

        這天下午,英國皇家學(xué)會(huì)和皇家天文學(xué)會(huì)在倫敦召開聯(lián)席會(huì)議,聽取兩個(gè)觀測隊(duì)的正式報(bào)告。會(huì)議廳濟(jì)濟(jì)一堂坐滿英國科學(xué)界各路泰斗。這些德高望重的教授們集體板著臉正襟危坐,連說話都附耳私語。他們知道今天的會(huì)議意味著什么:雖然觀測結(jié)果大家都有所耳聞,但今天的正式發(fā)布帶有劃時(shí)代的意義。

        全場肅穆,英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長、電子的發(fā)現(xiàn)者湯姆森教授(1856—1940)起立致詞。他介紹了兩個(gè)觀測隊(duì)的觀測結(jié)果。巴西索布拉爾觀測隊(duì)用格林威治天文臺(tái)13英寸的大功率望遠(yuǎn)鏡測定的星光彎曲大約是1.52弧秒,用愛爾蘭天文臺(tái)的4英寸望遠(yuǎn)鏡測定結(jié)果是1.98±0.12弧秒。因?yàn)楦窳滞翁煳呐_(tái)望遠(yuǎn)鏡觀測時(shí)曾出現(xiàn)技術(shù)問題,因此皇家天文臺(tái)認(rèn)為愛爾蘭天文臺(tái)那架望遠(yuǎn)鏡測得的1.98弧秒更準(zhǔn)確。

        而由愛丁頓率領(lǐng)的普林西比觀測隊(duì)測定的星光彎曲為1.61±0.30弧秒。

        說了半天,到底是啥子意思?

        湯姆森孤獨(dú)地站在發(fā)言臺(tái)上,彎曲的脊背不勝重負(fù)。這個(gè)曾對相對論非常不以為然的世界科學(xué)領(lǐng)頭人背后掛著一幅巨大的牛頓油畫。擔(dān)任英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長24年的牛頓居高臨下威嚴(yán)地俯視著自己后任的脊梁,靜候他宣布自己與愛因斯坦之間這場決斗的勝負(fù)。

        湯姆森清了一下嗓子,說:“這是牛頓時(shí)代以來萬有引力理論最重大的成果,愛因斯坦的相對論是人類思想史上最偉大的成就之一——也許就是最偉大的成就……這不是發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小島,而是發(fā)現(xiàn)了科學(xué)思想的新大陸。”

        接著,皇家天文官代遜代表兩位觀測隊(duì)長宣讀觀測報(bào)告,他說,兩個(gè)日全食觀測隊(duì)獲得的數(shù)據(jù)與愛因斯坦預(yù)言的1.74弧秒完全吻合,他說,空間是彎曲的,愛因斯坦是正確的。他說,牛頓為我們勾畫的宇宙圖像,已被愛因斯坦徹底推翻。

        晴天霹靂!

        皇家學(xué)會(huì)與皇家天文學(xué)會(huì)全體會(huì)員如喪考妣。因?yàn)?,愛因斯坦對了,牛頓就錯(cuò)了。牛頓錯(cuò)了,他們的飯碗就打得稀爛。

        牛頓接班人湯姆森親口宣布將牛頓傳下的世界科學(xué)權(quán)杖交到愛因斯坦手中。牛頓那條史上最有名的謙虛格言居然并非謙虛:“我不知道在別人看來我是什么人,但在我自己看來,我不過是個(gè)在海濱玩耍的小孩,為不時(shí)發(fā)現(xiàn)更光滑的一塊卵石或更美麗的一片貝殼而沾沾自喜,卻完全沒發(fā)現(xiàn)面前浩瀚的真理海洋?!?/p>

        是的,牛頓確實(shí)沒有發(fā)現(xiàn)。

        可愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了。

        愛因斯坦傳奇,從此開始。

        這時(shí),牛頓的老鄉(xiāng)愛丁頓根本還沒見過愛因斯坦。然而,這個(gè)英國天文學(xué)家宣布,“一戰(zhàn)”死敵德國,他們家的愛因斯坦打倒了英國最偉大的科學(xué)家牛頓。

        什么叫科學(xué)無國界?

        這就叫科學(xué)無國界!

        其實(shí)愛丁頓本人也是下狗出身。當(dāng)時(shí)派往巴西東北部索布拉爾村的那個(gè)觀測隊(duì)才是首選,因?yàn)槟莻€(gè)觀測位置更佳,而且攜帶了當(dāng)時(shí)格林威治天文臺(tái)最好的13英寸大望遠(yuǎn)鏡,還專門從皇家愛爾蘭科學(xué)院再借了一臺(tái)4英寸的望遠(yuǎn)鏡備用,他們拍到的清晰照片超過愛丁頓百分之七百。愛丁頓的這個(gè)觀測隊(duì)只是備胎,他也只有一架從牛津天文臺(tái)借來的望遠(yuǎn)鏡。

        但是,愛丁頓這個(gè)為敵國科學(xué)家作嫁衣裳的偉大科學(xué)家不僅贏得了世界和歷史的喝彩,也贏得了愛因斯坦的尊重。愛因斯坦不久即邀請愛丁頓合著廣義相對論專著。愛丁頓的《空間、時(shí)間和引力》出版于1920年,三年后出版《相對論的數(shù)學(xué)原理》。愛因斯坦則寫了《相對論的意義》,其英譯本于1922年出版。這三本書立刻成為國際暢銷書,愛丁頓從此榮升英國相對論權(quán)威。愛因斯坦逝世前不久重新審定《相對論的意義》第五版,普林斯頓報(bào)紙專題報(bào)道此事,并在報(bào)道中重提當(dāng)年普朗克等待宣布觀測結(jié)果時(shí)的一夜未眠,標(biāo)題是:《新理論讓我們徹夜未眠》。

        此書直到今天還在再版。

        很多文章說1905年愛因斯坦一夜成名。其實(shí)它們的作者都沒仔細(xì)讀史。

        1919年11月6日下午,才是愛因斯坦真正成名的那一夜。

        是的,當(dāng)時(shí)就是這樣。

        是的,當(dāng)時(shí)是白天。但愛因斯坦這顆天定的明星仍然在這個(gè)白天閃爍出華彩四溢的耀眼光芒。

        那么,愛因斯坦知道這件事兒嗎?

        他知道。早在9月22日,愛丁頓在“英國科學(xué)進(jìn)步協(xié)會(huì)”會(huì)議上作報(bào)告10天后,愛因斯坦的忘年交、荷蘭物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者洛倫茲(1853—1928)給愛因斯坦拍電報(bào),全文只有一句話:“愛丁頓在太陽邊緣確認(rèn)恒星位移臨時(shí)動(dòng)量為19分之1弧秒和19分之2弧秒之間,恭喜!”

        五天后,湯姆森在倫敦皇家學(xué)會(huì)發(fā)言前十天,愛因斯坦給在療養(yǎng)院中的媽媽保琳娜寄了張明信片:“親愛的媽媽,今天有個(gè)好消息。洛倫茲拍電報(bào)說英國科學(xué)探險(xiǎn)隊(duì)證實(shí)太陽導(dǎo)致星光彎曲?!弊屌nD走下神壇、讓世界科學(xué)史必須徹底重新寫過的偉大發(fā)現(xiàn),就值這幾個(gè)輕描淡寫的字!對于廣義相對論愛因斯坦一生輕描淡寫,他給洛倫茲回的電報(bào)同樣輕描淡寫:“我知道這個(gè)理論肯定正確。難道您有所懷疑嗎?”后來有人問他如果觀測結(jié)果與他的預(yù)言不符怎么辦,愛因斯坦回答:“我可能會(huì)為我們親愛的上帝感到遺憾,但我的理論仍然正確?!钡却Y(jié)果時(shí)最緊張的人其實(shí)不是愛因斯坦,而是普朗克,據(jù)說他徹夜未眠。愛因斯坦得知后說,如果普朗克真明白相對論,他就會(huì)“跟我一樣放心上床睡個(gè)好覺”。

        跟愛丁頓一樣,他不是謙虛。他知道自己是對的,所以他真的覺得用不著大吹大擂。

        反過來說,大吹大擂的人,通常都是因?yàn)樾睦锩靼鬃约何⒉蛔愕馈?/p>

        愛因斯坦雖然淡定,世界媒體卻陡然沸騰。第二天英國《泰晤士報(bào)》頭版頭條是《光線確實(shí)彎曲,牛頓神話破滅》,大西洋彼岸的《紐約時(shí)報(bào)》頭條是“俄國爆發(fā)革命”,接下來卻是更大的標(biāo)題:“愛因斯坦的勝利”,副題是:“恒星出現(xiàn)在反常的位置,不過據(jù)說暫時(shí)不必?fù)?dān)心”,乍一看好像俄羅斯十月革命的成功是愛因斯坦造成的。據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道,美國人民已經(jīng)開始懷疑九九乘法表,而學(xué)生已經(jīng)拒絕再作幾何題。在巴黎,相對論變成社交美女的時(shí)尚話題,歌劇和音樂會(huì)都被拋到九霄云外。在柏林,所有啤酒館飛濺的金黃色酒液之上都飄浮著同一個(gè)名字:愛因斯坦。是的,“一戰(zhàn)”戰(zhàn)敗后被迫割土賠款的德國,還沒有一個(gè)國民能受到戰(zhàn)勝國如此狂熱的集體高度追捧。一夜之間,連小學(xué)生也熱衷于討論愛因斯坦那著名的公式。寄出五篇奇跡年論文之后整整14年,愛因斯坦那成名的一夜終于到來,年僅40歲的他一夜之間名動(dòng)世界,一躍成為物理學(xué)新教皇,人類歷史上第一個(gè)真正的全球科學(xué)英雄。從這一天開始,愛因斯坦成為整個(gè)人類社會(huì)、整個(gè)人類歷史的一個(gè)“現(xiàn)象”。

        看官須知,從孔子開始,提出新思想的人很少立刻得到社會(huì)承認(rèn)。從麥哲倫和哥倫布到鄭和,所有代表人類去發(fā)現(xiàn)新世界的人,都是在全社會(huì)的懷疑和嘲笑中乘船遠(yuǎn)行的,但是,當(dāng)他們帶著整個(gè)兒一個(gè)新世界歸來,我們這些淺薄而怯懦的名利之徒將豎起耳朵唯恐漏掉了來自遠(yuǎn)方的丁點(diǎn)兒訊息。

        他們,于是在一夜之間成為人類七彩未來和永恒幸福的擔(dān)保人。

        這就是發(fā)現(xiàn)者與名利之徒的區(qū)別。

        看官須知,麥哲倫和哥倫布不過帶回來一個(gè)新大陸,而愛因斯坦帶來的可是一個(gè)全新的宇宙!而且,他還是一個(gè)真正的科學(xué)天才。于是,愛因斯坦物超所值地變成了超過哥倫布和麥哲倫三千里的超級權(quán)威。榮譽(yù)像雨點(diǎn)般降落柏林,而且無一例外都砸在愛因斯坦頭上。這個(gè)情形足以證明牛頓的萬有引力理論確實(shí)是錯(cuò)的,所以砸在牛頓頭上的只是一個(gè)蘋果。1919,愛因斯坦真是想不出名都難。這年的11月12日,他接受德國羅斯托克大學(xué)的名譽(yù)博士學(xué)位,這是他一生中接受的唯一的德國學(xué)位。他從此成為人類最偉大的先知。愛丁頓創(chuàng)造了人類歷史上獨(dú)一無二的科學(xué)慣例:證明愛因斯坦的預(yù)言正確;或者企圖證明它錯(cuò)誤,兩者都是偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。看看1919年以來的諾貝爾獲獎(jiǎng)名單,我們就知道此事并非在下坐在電腦前蓋的。很多年后,普林斯頓大學(xué)物理學(xué)家羅伯特·亨利·迪克質(zhì)疑愛丁頓的日全食觀測結(jié)果。他認(rèn)為太陽可能并非正圓,而是稍微有點(diǎn)扁,因此愛丁頓的觀測結(jié)果可能有誤,于是他著手觀測太陽是否正圓。如果太陽確實(shí)發(fā)扁,愛丁頓的觀測結(jié)果就要被否定,廣義相對論就要打個(gè)大大的問號。但是,迪克的觀測卻證明太陽是正圓,從而再次證實(shí)星光經(jīng)過太陽時(shí)確實(shí)發(fā)生彎曲,讓廣義相對論更加牢不可破。

        愛因斯坦當(dāng)然希望贏得世界的承認(rèn),否則他不會(huì)去組織那個(gè)“奧林匹亞科學(xué)院”,也不會(huì)去當(dāng)普魯士科學(xué)院院長,不過,當(dāng)榮譽(yù)排山倒海而來時(shí),他內(nèi)心卻相當(dāng)困惑。1930年他說:“命運(yùn)的諷刺在于,大家給了我實(shí)在太多的贊嘆和榮譽(yù),這不是我的錯(cuò),但也非我所應(yīng)得?!?/p>

        這不是他偉大的謙虛。這是他的真心話。

        相對論如日中天,然而,另一場席卷物理學(xué)的大風(fēng)暴正在天邊嘯聚。一群更年輕的物理學(xué)家云集丹麥哥本哈根,為首的是尼爾斯·玻爾(1900—1955),小愛因斯坦七歲,其他人更年輕,有的還是碩士生。這群物理小子戲劇性地修正了人類歷史的軌道。他們理論的一個(gè)不起眼的副產(chǎn)品就是半導(dǎo)體,而半導(dǎo)體的后果是計(jì)算機(jī)。從這個(gè)意義上說,比爾·蓋茨成為世界首富,完全是托玻爾的福。

        他們創(chuàng)立的學(xué)科叫量子力學(xué)。他們創(chuàng)立的學(xué)派叫哥本哈根學(xué)派。

        量子力學(xué)源于量子論。看官須知,量子論并非一種理論,而是一種與經(jīng)典物理學(xué)完全不同的思想,它強(qiáng)調(diào)世界不是連續(xù)的,就是說所有的東西,包括能量、運(yùn)動(dòng)和時(shí)間,都不能無限細(xì)分下去,它們都有不可分割的最小單位,例如最小的時(shí)間單位就是“普朗克時(shí)間”。運(yùn)動(dòng)也一樣,例如一個(gè)電子在A、B兩個(gè)區(qū)域中運(yùn)動(dòng),它從A到B,可以不經(jīng)過A、B之間的任何地方,就是說,它可能瞬間從A到B。

        微??梢运查g移動(dòng),憑空出現(xiàn),憑空消失,這就是量子效應(yīng)。

        量子論運(yùn)用到力學(xué)研究之中,就是量子力學(xué)。

        量子論的另外一個(gè)基礎(chǔ)是不確定性。

        物理學(xué)家一般認(rèn)為宇宙萬事萬物都可用物理方程來解釋。我們這些非物理學(xué)家一般也同意這個(gè)意見??墒牵绻媸侨绱?,就意味著宇宙從誕生起就注定了結(jié)局,而誕生到結(jié)局之間的所有現(xiàn)象都只是物質(zhì)的機(jī)械物理運(yùn)動(dòng),都可以用固定的方程來表示。我們經(jīng)常說的“歷史的必然”,說的就是這個(gè)意思。就是說,宇宙與我們每個(gè)人的命運(yùn)其實(shí)早已注定,無論我們?nèi)绾闻Χ紵o法更改。反過來說,如果我們掌握了足夠的計(jì)算能力,我們就可以預(yù)測未來,因?yàn)槲磥碓缫炎⒍ǎ皇俏覀冇?jì)算能力不夠,無法解開這個(gè)方程而已。

        在哲學(xué)上,這個(gè)叫作機(jī)械主義宿命論。

        量子論給了宿命論重重一擊:它宣布,宇宙之中一切皆有可能;它宣布宏觀物理理論不適用于微觀物理領(lǐng)域;它宣布世界的發(fā)展有千百種可能性,雖然每種出現(xiàn)的概率大小不一,但世界上并無什么事必然會(huì)出現(xiàn),甚至連過去和未來也同樣可以改變,因?yàn)闀r(shí)間不一定非要按照“過去→現(xiàn)在→未來”的方向流動(dòng)。

        看官須知,歐洲差不多有一千年是基督教統(tǒng)治。我非基督徒,對基督教思想沒什么研究,但我知道它有個(gè)基本思想:世界是上帝創(chuàng)造的,它的走向是上帝決定的,是固定的,將來的盡頭是世界末日,到末日惡會(huì)被懲罰,而善會(huì)得福報(bào)。

        這是歷史的必然。

        這跟機(jī)械主義宿命論其實(shí)相差不遠(yuǎn)。

        量子論的意思是,根本沒有“歷史的必然”!歷史當(dāng)然有個(gè)大致的走向,比如人類再進(jìn)步也不會(huì)再爬回樹上去當(dāng)猴子。但歷史具體如何發(fā)展,卻經(jīng)常取決于一些偶然因素。如果羅馬總督彼拉多沒把耶穌釘上十字架,世界上還會(huì)不會(huì)有基督教呢?1927年9月毛澤東被中共湖南省委派去安源發(fā)動(dòng)中秋起義,途經(jīng)張家坊被當(dāng)?shù)孛駡F(tuán)抓捕,押往刑場處死,半路上抓住機(jī)會(huì)躲進(jìn)草叢方逃出生天。如果當(dāng)時(shí)那里就沒草叢,22年之后還會(huì)不會(huì)有新中國呢?

        玻爾的量子力學(xué)遇到的阻力比相對論還大,因?yàn)樗麄冊谇拜叴髱煹难劾锉犬?dāng)初的愛因斯坦還業(yè)余,他們的科學(xué)討論被普遍看作小孩子過家家。遭受無數(shù)譏諷白眼之后,他們決定向愛因斯坦求助。愛因斯坦目光非凡,一向熱心扶植后輩。而且說到底,光量子假說最早也是他提出來的,愛因斯坦本來就是量子論的奠基者之一。

        1920年,玻爾親赴柏林拜訪愛因斯坦,渴望得到科學(xué)新教皇的肯定和支持。

        結(jié)果如何呢?

        愛因斯坦全盤否定量子論!

        玻爾萬萬沒想到,最應(yīng)該肯定他們的愛因斯坦,卻斷然否決。愛因斯坦完全無法接受玻爾用概率來解釋世界發(fā)展的想法。量子力學(xué)的主要觀點(diǎn)就是:在微觀環(huán)境里,所有粒子的運(yùn)動(dòng)根本沒有確定軌道可言,你只能預(yù)測它們出現(xiàn)在某一點(diǎn)上的可能性有多大。

        這是啥子意思?

        意思就是,歷史的發(fā)展沒有“必然”。上升到哲學(xué),量子論證明世界上沒有絕對真理,而只有相對真理。

        這又是啥子意思?

        舉個(gè)例子:人沒有空氣就不能生存,是真理吧?但這只是相對真理,它只在現(xiàn)在的這個(gè)地球上有效。如果我們說:宇宙中所有智能生命(人類和其他所有智能生命)都必須呼吸空氣才能生存,才叫絕對真理。問題上這個(gè)絕對真理并不存在,因?yàn)橛钪嬷衅渌悄苌ㄈ绻械脑挘┛赡芨静恍枰諝饩湍苌?,他們可能呼吸二氧化碳,或者更糟糕:他們根本就不用呼吸。因此,我們現(xiàn)在搜尋外星生命老拿有沒有水、有沒有空氣說事兒,其實(shí)愚不可及。

        反過來說,如果誰宣布自己的理論是絕對真理,那么,區(qū)區(qū)在下鄙人在這里可以閉著眼睛告訴你,你肯定錯(cuò)了。因?yàn)榱孔诱撘呀?jīng)證明,歷史,包括宇宙,其實(shí)不見得只有一個(gè)。

        簡單說,量子論的結(jié)論是:上帝并不認(rèn)可經(jīng)典物理學(xué)的確定性原則(就是任何事物都有固定的發(fā)展軌道)。他老人家認(rèn)為世界上并沒有必然規(guī)律。

        這可是人類認(rèn)識史上驚天動(dòng)地的大轉(zhuǎn)折。因?yàn)榇饲盁o論我們的認(rèn)識是什么樣,我們都認(rèn)為世界是可以認(rèn)識的,它有必然的發(fā)展規(guī)律。

        什么是必然規(guī)律?什么是概率?

        大家打過麻將吧?我有個(gè)朋友是國家麻將隊(duì)的,他說決定麻將勝負(fù)的關(guān)鍵其實(shí)并不在牌技,而在骰子,因?yàn)轺蛔硬钜粋€(gè)點(diǎn)兒,你抓到手里的就完全是另一副牌了。你要老是一抓四個(gè)混兒,不就把把天和,把把連莊了嗎?

        如果因?yàn)槟闩萍几撸L得漂亮,有錢,于是你就把把天和,把把連莊,這叫絕對真理。

        問題是世界上沒有這樣的人。即使你牌技可以進(jìn)國家隊(duì),容貌沉魚落雁,錢比蓋茨還多,但你擲骰子差一個(gè)點(diǎn)兒,拿到一副臭牌,你照樣輸錢。

        上帝支持麻將派。他是玩骰子的。他玩的是心跳。

        我不知道愛因斯坦會(huì)不會(huì)打麻將,但我知道愛因斯坦知道骰子。他當(dāng)天把嘴上沒毛的玻爾訓(xùn)了一頓后說了一句物理學(xué)史名言:“記住,仁愛的上帝絕不會(huì)擲骰子!”(德語原文是:Der liebe Gott würfelt nicht)年輕氣盛的玻爾強(qiáng)烈不服,他不顧禮貌針鋒相對地反駁說:“上帝不僅擲骰子,而且會(huì)把骰子擲到我們看不見的地方!”

        這句話成為物理學(xué)史名言。

        玻爾對愛因斯坦的威脅比日本對釣魚島的威脅大多了。因?yàn)?,他可是個(gè)真正的天才。他倆從此成為物理學(xué)死敵。愛因斯坦從此堅(jiān)定地站在量子論的對立面。1926年他致信物理學(xué)家麥克斯·波恩說:“量子力學(xué)當(dāng)然值得關(guān)注,但我心里卻有一個(gè)聲音告訴我,目前研究軌道并不正確。這個(gè)理論成果眾多,卻不能讓我們更加接近真理。我堅(jiān)信上帝不會(huì)擲骰子?!?927年10月,愛因斯坦在布魯塞爾第五屆索爾維大會(huì)上與玻爾激辯量子論,被楊振寧稱為“歷史上最重要的思想交鋒”。1930年10月布魯塞爾第六屆索爾維大會(huì)是愛因斯坦最后一次參加這個(gè)大會(huì),在會(huì)上他再次與玻爾發(fā)生激烈爭執(zhí)。除了這樣大規(guī)模的思想交鋒,兩人在無數(shù)小型學(xué)術(shù)會(huì)議上只要碰面就拔刀相見,張飛殺岳飛,殺得滿天飛。每一次他們都跟張飛殺岳飛一樣戰(zhàn)成平手——他們確實(shí)不屬于一個(gè)時(shí)代,他們最后誰也沒說服誰。直到1942年,愛因斯坦致信朋友時(shí)還說:“想偷看上帝要出什么牌確實(shí)很困難。但我一秒鐘也不會(huì)相信上帝會(huì)選擇跟這個(gè)世界玩骰子。”

        想知道玻爾聽說這話之后的回答嗎?

        他針鋒相對:“嗨,請不要再教上帝該做什么!”

        這場關(guān)于上帝與骰子的討論從此成為物理學(xué)史的經(jīng)典橋段,在物理學(xué)界成為大家津津樂道的軼事,并被無數(shù)人演繹發(fā)展,但最成功的例子要等到100年之后。這一年斯蒂芬·霍金比玻爾更進(jìn)一步,他干脆宣布:上帝不僅擲骰子,而且“他總是把骰子擲到我們看不見的地方!”

        否定量子力學(xué)是愛因斯坦一生最嚴(yán)重的科學(xué)錯(cuò)誤。時(shí)至今日,無數(shù)實(shí)驗(yàn)提供堅(jiān)實(shí)證據(jù),量子力學(xué)在被愛因斯坦全盤否定之后日臻完美。20世紀(jì)30年代之后,絕大多數(shù)物理學(xué)家都投靠量子力學(xué),只有愛因斯坦還在對面匹馬叫陣。直至去世,他拒不承認(rèn)量子力學(xué)。在這一點(diǎn)上,他遜于他自己當(dāng)年的伯樂馬赫。馬赫臨終前告訴愛因斯坦,只要愛因斯坦能找到確切科學(xué)證據(jù),他就準(zhǔn)備承認(rèn)此前他完全否認(rèn)的“原子”。

        上帝確實(shí)把骰子擲到了我們看不見的地方。上帝跟我們開了一個(gè)很大的玩笑。愛因斯坦是個(gè)堅(jiān)決蔑視權(quán)威的人,1905年,當(dāng)時(shí)還是業(yè)余物理學(xué)青年的他居然寫論文否定牛頓,但到了1930年他已經(jīng)自嘲說:“作為對我蔑視權(quán)威的懲罰,命運(yùn)把我自己變成了權(quán)威?!?/p>

        愛因斯坦并非謙虛,他說的是實(shí)話。咱們見到專家教授這些“權(quán)威”就雙膝發(fā)軟,納頭便拜,可愛因斯坦一輩子對“權(quán)威”不以為然,包括他自己。1951年,愛因斯坦已是世界物理學(xué)界當(dāng)之無愧的超級權(quán)威,等閑教授見到他都得雙手出汗,語不成句。那年二月他在美國波士頓麻省綜合醫(yī)院接受最新腦電圖檢查。研究人員測出他的腦電圖背景值之后恭請他思考科學(xué)問題,以便繪下這個(gè)偉大科學(xué)天才的大腦活動(dòng)圖。愛因斯坦遵囑在心里默解一元二次方程,儀器指針立刻劇烈上躥下跳,研究人員不禁大贊自己三生有幸,能夠目睹絕世天才腦電波活動(dòng)現(xiàn)場直播??删驮诖藭r(shí)指針忽然趴窩了,研究人員趕緊上前請問他老人家正在想什么頂級科學(xué)問題,居然讓如此精密的儀器都跟不上。

        愛哥們兒說,他聽見外面下雨,忽然想起雨鞋套忘在家里了。

        一個(gè)在思想上超過人類如此之遠(yuǎn)、時(shí)至今日仍然得到連綿不絕證明的科學(xué)家,是不是變成權(quán)威,并不以他個(gè)人的意志為轉(zhuǎn)移??v觀科學(xué)史,科學(xué)家最具創(chuàng)造力的時(shí)刻,通常在他成為權(quán)威之前;而成為權(quán)威之后,他通常會(huì)犯一些十分愚蠢的錯(cuò)誤。

        只有在這個(gè)問題上,愛因斯坦沒有超越牛頓。在與量子論的交鋒中,他實(shí)際上扮演了牛頓。我在寫這篇文章前完全沒想到,牛頓這樣偉大的科學(xué)天才,居然在46歲當(dāng)選國會(huì)議員后就狂熱地研究神學(xué)、煉金術(shù)和長生不老藥,并為此寫下百萬手稿??垂夙氈?,牛頓寫這些東西并非“失了心瘋”。事實(shí)上他寫這些垃圾時(shí)頭腦跟寫《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》時(shí)一樣清楚。當(dāng)上國會(huì)議員和科學(xué)權(quán)威后牛頓開始厭惡給他帶來巨大名譽(yù)的科學(xué),拒絕研究物理學(xué)。到晚年,牛頓不僅否定哲學(xué)的意義,而且虔誠信仰上帝,孜孜埋首于神學(xué)研究。當(dāng)他最后無法用物理學(xué)來解釋天體引力時(shí),他便提出“神的第一推動(dòng)力”,完全離開了他發(fā)動(dòng)科學(xué)暴動(dòng)的陣地,回到上帝仁慈的懷抱。他說:“上帝統(tǒng)治萬物,我們是他的仆人。我們敬畏他、崇拜他?!?/p>

        說愛因斯坦在這點(diǎn)上未能超越牛頓,是因?yàn)樗陉P(guān)于量子力學(xué)的論戰(zhàn)中不折不扣地扮演了壓制新思想的權(quán)威。其實(shí)愛因斯坦本人就是量子論的奠基者之一。1924年他與印度物理學(xué)家玻色共同提出“玻色—愛因斯坦凝聚”理論,其實(shí)質(zhì)就是量子論的應(yīng)用。這個(gè)理論預(yù)言,如果特定原子氣體以超低溫冷卻,那么所有的原子會(huì)突然以最低能態(tài)凝聚起來。如果把一堆原子看成烏合之眾的農(nóng)民起義軍,那么玻色—愛因斯坦凝聚讓它們在一秒鐘之內(nèi)變成令行禁止的岳家軍。我們可以通過調(diào)控激光能量來控制原子狀態(tài),讓原子在一秒鐘之內(nèi)由超流體(內(nèi)部絕無阻力的理想流體狀態(tài))變成完全的絕緣體,而這種超流體狀態(tài)(磁狀態(tài))和絕緣體(矩狀態(tài))正好可以分別充當(dāng)1和0。進(jìn)入21世紀(jì)后傳統(tǒng)的硅芯片計(jì)算機(jī)經(jīng)過30多年發(fā)展面臨耗能和散熱等極限,已經(jīng)無法再發(fā)展??茖W(xué)家普遍認(rèn)為其前途是量子計(jì)算機(jī),而這正好用到“玻色—愛因斯坦凝聚”。現(xiàn)在科學(xué)家已認(rèn)定銣原子具有“磁”和“矩”屬性,可以分別充當(dāng)1和0。美國《自然》雜志文章說,根據(jù)“玻色—愛因斯坦凝聚”理論,大量的銣原子可以成為量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器,如果有兩個(gè)銣原子存儲(chǔ)器,就可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。

        這跟我們這些老百姓有啥子相干?

        相干到永遠(yuǎn)!量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),也許將帶來又一場我們從未設(shè)想過的工業(yè)革命。面對量子計(jì)算機(jī),所有摸過計(jì)算機(jī)的手都會(huì)頃刻心花怒放地顫抖,就像全體同時(shí)得了帕金森:只要想一想,手提電腦將一輩子不用充電,硬盤(如果還有硬盤的話)存了全世界所有信息之后還剩余四分之三的空間……

        而這只是量子計(jì)算機(jī)最微不足道的兩個(gè)新功能之一!

        1995年,美國的康奈爾、維曼和德國的克特勒通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)確實(shí)存在“玻色—愛因斯坦凝聚”。2001年,他們獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。

        他狂任他狂,明月照大江。無論量子論如何蒸蒸日上,愛因斯坦的否定,一直持續(xù)到他生命的盡頭。

        愛因斯坦沒能超過牛頓,但是,他最后仍然超越了牛頓,因?yàn)?,他并沒有因?yàn)槌蔀闄?quán)威而成為物理學(xué)的暴君和獨(dú)裁者。

        愛因斯坦與玻爾這兩個(gè)一生的敵人,一見面就張飛殺岳飛,但其實(shí)誰也沒打算真殺了對方。愛因斯坦后來還專門請玻爾去普林斯頓做過演講。此事有據(jù)可查,因?yàn)楫?dāng)時(shí)坐在下面洗耳恭聽的,就有今天的物理泰斗楊振寧。

        這個(gè)與愛因斯坦同時(shí)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的玻爾,這個(gè)理應(yīng)仇恨一生否定量子論愛因斯坦的后起之秀后來說:“愛因斯坦的成果使人類地平線無限展開,而同時(shí)我們對宇宙的想象畫獲得了夢寐以求的完美與和諧。”

        1922年11月瑞典諾貝爾委員會(huì)決定將1921年空缺的物理獎(jiǎng)補(bǔ)授給愛因斯坦,同時(shí)把1922年物理獎(jiǎng)授予玻爾,1922年年11月11日玻爾致信正在亞洲旅行的愛因斯坦:“關(guān)于授予諾貝爾獎(jiǎng)一事,我很高興地致以最衷心的祝賀。這種外界的推崇對您可能毫無意義,不過這筆錢或許有助于改善您的工作條件……倘若我竟被提名與您同時(shí)獲獎(jiǎng),這可稱我從外部能得到的最大榮譽(yù)和愉快。我知道我是多么地不配這個(gè)榮譽(yù),但我想說——且不論您在人類思想方面付出的崇高努力——僅僅您在我從事的專業(yè)領(lǐng)域里所奠定的基礎(chǔ)就足以與盧瑟福和普朗克并肩。其實(shí)在考慮給我這榮譽(yù)之前,應(yīng)當(dāng)先考慮您的貢獻(xiàn)。此事乃我三生之幸?!?/p>

        1923年1月11日愛因斯坦回信說:“我在日本啟程前不久收到您熱誠的來信。毫不夸張地說,它像諾貝爾獎(jiǎng)一樣讓我快樂。您覺得在我之前獲獎(jiǎng)有些不妥,您的擔(dān)憂讓我倍覺可愛——它彰顯了玻爾本色。您的原子最新論著在這次旅行中陪伴著我,也倍增我對您精神的敬佩?!?/p>

        此生得一友如愛因斯坦者,此生得一敵如玻爾者,足矣!

        他們才是偉大的科學(xué)家。

        我們熱愛愛因斯坦,并不僅僅因?yàn)樗且粋€(gè)偉大的物理學(xué)家。

        1919年,愛因斯坦一夜成名,成為德國有史以來最偉大的科學(xué)家。

        然而,距離他真正加冕科學(xué)新教皇,還有漫長的三年。與宇宙中的時(shí)間一樣,這三年時(shí)間也是彎曲的。而且它們的彎曲度比宇宙中可大多了。

        那么,這個(gè)時(shí)間是如何彎曲的呢?

        欲知后事如何,且聽下回分解。

        (2014年3月30日畢于北京天堂書房)

        責(zé)任編輯 洪清波

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