爱因斯坦传-第24部分
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“要是我没有发现狭义相对论,也会有别人发现的,问题已经成熟了;但是我认为,广义相对论的情况不是这样。”
爱因斯坦说这种话,是在广义相对论发表之后20多年。
爱因斯坦的自信不是没有道理的。
1919年,爱因斯坦9岁的儿子爱德华问父亲:
“爸爸,你到底为什么这样出名?”
爱因斯坦笑了,然后又半严肃半微笑地对儿子解释道:
“你看见没有,当瞎眼的甲虫沿着球面爬行的时候,它没有发现它爬过的路径是弯的,而我有幸地发现了这一点。”
爱德华听懂了比喻本身,但他不理解其中的含义。
这其中的含义,只有物理学家中的精英们才体会得到。照他们看来,如果没有爱因斯坦,至今世界上也断不会出现广义相对论。
当然,一个重大的科学理论,是科学发展到一定阶段后的必然产物,说它完全依赖于某个个人,这是叫人难以相信的。然而,这种看法也说明了一个事实——广义相对论中包含着深刻的思想。没有大胆的革新精神和百折不挠的毅力,没有敏锐的物理直觉能力和高超的数学运算技能,是不可能建立广义相对论的。从1905年到1915年,爱因斯坦酝酿了整整10年时间——那是最富于创造力的成熟的10年——才建立起广义相对论。
广义相对论的提出需要太多的才能,几乎超出一个常人毕生所能掌握的知识的无数倍。人类不得不在大多数人平庸的事实面前赞美那些伟大的天才。他们的才能实在是让人高山仰止。拥有这样的天才,是人类的福份。
难怪1897年发现电子的英国物理学家汤姆逊说:广义相对论是人类思想史上最伟大的成就之一。
难怪创立相对论量子力学的英国物理学家狄拉克说:“广义相对论也许是人类曾经作出过的最伟大的科学发现。”狄拉克是物理学界最不爱说话,更不爱说恭维话的大师。所以,爱因斯坦在1917年大病之后,坦然地向朋友们说:
“我死不死无关紧要。广义相对论已经问世了,这才是真正重要的。”
★宇宙之谜
有人说,柏林的大学教授分两类,一类是爱因斯坦一个人,另外一类是其他所有人。
有人以此来讥讽爱因斯坦。
有人以此来赞誉爱因斯坦。
不管怎么说,爱因斯坦即使在大科学家们中间,也显得是那么地与众不同。
一般的教授,把自己的时间一分为二:一部分教书,一部分研究。他们的讲课,一章章、一节节,分得细而又细,旁征博引,内容像图书馆一样丰富。他们的科学研究,也分成一个个小问题,手下的学生都能分到一个,大家津津有味地研究,论文一篇篇发表。
爱因斯坦也是既讲课又做研究。他那深刻的思想之链,一环一环展开,清晰地呈现在听讲者面前,再加上一些幽默隽永的趣谈作点缀,这使他的讲课具有一种特殊的魅力。爱因斯坦只爱讲自己所研究的问题。他不仅喜欢向同行和大学生讲课,也喜欢跟门外汉谈自己的研究工作。这些讲课和交谈,是用语言表述思想,就像磨剑一样,思想在讲课和交谈中磨锋利了。可是,要爱因斯坦完整地讲一门课,从头到尾,仔细准备,这就叫他头疼了。教科书上、手册上都有的东西,有什么可讲的呢?
爱因斯坦不理解别人讲课的方法,就像别人不理解他的讲法一样。爱因斯坦只是固执地认为:把时间都花在背书上,这太可惜了。
爱因斯坦的科学研究,也和一般的教授不同。他总是找最深最难的问题来研究,所以他顶多只能有一两个助手。爱因斯坦是个单干户,狭义相对论发表之后,本来可以接下去做许多工作,写许多论文,可是,他把这些比较容易做的工作留给别人,自己则埋头搞广义相对论。广义相对论的原理发表后,还是同样的情况,爱因斯坦又去研究更新更难的问题了。
少年时代的独自沉思又一次出现。不过,现在爱因斯坦是在面对浩瀚的星空发问:根据广义相对论,宇宙应该是什么样的呢?
宇宙是什么样的?在人类居住的大地之外是什么?有什么?这些问题和人类的历史一样古老。从漫无稽考的远古时代起,人们就在思索这些问题。那美丽庄严的星空,那点不清数不尽的闪烁着的星星,蕴藏着多少诱人的奥秘!多少年来,宇宙是神话故事的大花园,是宗教迷信的好居所。诗人讴歌宇宙、哲学家玄谈宇宙,他们描绘了形形色色的宇宙。从牛郎织女鹊桥相会的神话宇宙,到天堂地狱、上帝造人的宗教宇宙,各式各样,应有尽有。然而,最有权利讨论宇宙的,是研究宇宙的人,是那些彻夜不眠、把望远镜指向茫茫太空的天文学家,是那些在实验桌旁,在伏案计算中度过日日夜夜的物理学家。
爱因斯坦分析了无限宇宙模型的困难,根据广义相对论空时弯曲的概念,提出了自己的宇宙模型。他的论文出现在1917年的《普鲁士科学院会议报告》上,论文的题目是《根据广义相对论对宇宙所作的考查》。在这篇论文中,爱因斯坦提出了一个有限无边的静态宇宙模型。
“宇宙有限”这几个字渐渐地传到了牧师、神父和拉比们的耳朵里。他们的耳朵竖起来了,而且竖得很长。
“什么?宇宙有限?嗯——好极了!”他们满意地笑了。
罗马教庭学院的天主教哲学家发表了长篇大论,对于爱因斯坦大加恭维。仿佛有限宇宙之外就必有一个天堂,这样,他们的上帝就有适当的住处了。
关于这一类上帝在人世间的代言人,有什么话好说的呢?他们曾经把布鲁诺活活烧死,把伽利略关进监狱,只是因为他们宣传科学的真理——哥白尼的日心地动说。而当哥白尼的学说经过艰苦斗争,获得胜利之后,这些神学家们却又摇身一变,说什么哥白尼的学说并不和《圣经》矛盾,反而给上帝开天辟地、创造日月星辰提供了科学根据。对于宗教界这些荒谬的说法,爱因斯坦从来都抱着一种冷漠的态度。
在一次访问英国的宴会上,爱因斯坦的邻座是坎特伯雷大主教。这位大主教摆出一副对相对论颇感兴趣的样子,恭敬地向爱因斯坦求教,希望能从相对论中找到一些对于上帝有益的根据。他呷了一口香槟酒,亲切地对爱因斯坦说:
“有许多人对我说,爱因斯坦会改变我们的宗教道德观念呢!教授,关于这个问题,你有什么看法呢?”
“别信他们。相对论讨论的纯粹是科学问题。与宗教毫无关系。”爱因斯坦也呷了一口香槟酒,微笑地回答说。
想从相对论中寻求神秘启示的时髦人物形形色色,他们都在爱因斯坦的身边嗡嗡营营,似乎在为他、为相对论唱赞歌。但是一有机会,他们又像蚊子一样,吸他的血,去养肥他们自己。
每一个伟大人物的身边总有一些这样的蚊子,从古至今,皆是如此。
对唯心主义的恭维,爱因斯坦是无动于衷的,因为在他身上,自然科学家的自发的唯物主义始终是主流。遗憾的是,有些唯物主义阵营里的人,不断地攻击爱因斯坦“唯心主义”。特别是在宇宙有限这个问题上。但是说来也怪,他们提的问题和神学家同样浅薄:
“在有限宇宙之外是什么?”
他们给出的答案也和神学家一样武断:
“上帝。”
这些唯物主义者给宇宙有限论贴上了一条标签——“唯心主义”。谁说宇宙有限,谁就犯下了唯心主义的弥天大罪。也许,他们太性急了,还没有弄懂爱因斯坦的宇宙有限论是什么意思,就根据现成的公式:“宇宙无限=唯物主义”,“宇宙有限=唯心主义”,赶紧提笔上阵,对宇宙有限论展开了批判。
其实,他们都没有弄清什么叫宇宙有限。爱因斯坦的宇宙模型有三个重要的概念。
第一个概念是“静态”。爱因斯坦提出了一个所谓的“宇宙学原理”。这个原理是说:宇宙间的物质均匀分布,从宇宙的随便什么地方观看宇宙,所看到的宇宙图像都是相同的,就像站在球面上观看球面,不论站在哪一点,看到的球面都是一个模样。对于这个宇宙学原理,读者很可能反对:“宇宙间的物质分布怎么能说是均匀的呢?譬如在太阳系中,99.86%的质量集中在太阳上,这均匀吗?还有,在地球上看月亮和在月亮上看地球,难道一样吗?”
亲爱的读者,你这是从小处着眼了。宇宙学是从大处着眼,研究整个宇宙结构的,它所使用的宇观尺度比太阳系大得多。小范围里的不均匀,并不妨碍大范围里的均匀。譬如地球表面,有的地方是崇山峻岭,有的地方是平野千里,各个地点的海拔高度是不均匀的。但是如果在人造地球卫星上远远地观看地球的整体结构,那么各地海拔高度的差异就微乎其微了,地球就是一个相当均匀的球,(严格地说,应该是椭球)。爱因斯坦的静态宇宙模型进一步假定:宇宙空间中的物质不但是均匀分布的,而且还是静止不动的。读者可能又要反对说:“月亮绕着地球转动,地球绕着太阳转动,宇宙间的一切物质都在运动,怎么能说是静止的呢?”
这时,你又从太阳系的小范围来考虑了。用太阳系的小尺度衡量是运动的,用宇观的大尺度衡量就是静止的了。就像站在海边观看大海,以米作为衡量的尺度,那么海水是大浪滔滔,作着激烈的运动。但是如果在人造地球卫星上观看大海,以公里或更大的距离作为衡量的尺度,那么海水就平静如镜,就是静止的了。总之,爱因斯坦认为,宇宙的总的图像就像从卫星上观看地球一样,大体上是均匀、静止不动的。你看,那些恒星不是像宝石一般镶嵌在深邃的夜空中,彼此之间的位置不是几乎从不变动吗?
第二个概念是“有限”。
对这个概念的反对意见最为激烈:“难道说我们的宇宙四周围着巨墙,墙上写着一行巨字:‘呔!宇宙有限,墙外天国,人类止步!’吗?”
对待这些意见,爱因斯坦的宇宙模型中还有第三个概念呢。这第三个概念就是“无边”。爱因斯坦的宇宙虽然有限,却又是无边的。圆圆浑浑,没有边界,所以也就没有什么边界内外之分。和无限宇宙一样,有限宇宙也是可以没有“之外”的。无限宇宙排除了天国和上帝之类的东西,有限宇宙也不给它们容身之地。
爱因斯坦的静态、有限、无边的宇宙模型和牛顿式的无限宇宙模型一样,都是人类认识宇宙过程中的重要里程碑。它们都是把一定数量的观测事实作了某种外推之后得到的。结论虽然可能有错误,研究的态度和方法却是科学的。
事实上,爱因斯坦提出他的宇宙模型之后过了12年,天文学上有了一次重大的突破——美国天文学家哈勃发现,所有的星系,彼此之间的距离都在不断地增大。恒星不“恒”,我们看不到它们的分离运动,因为距离我们太远了。宇宙就像一个受热的肥皂泡,它在不停地膨胀。星系就像肥皂泡上的各个点,它们彼此之间的距离也在不停地增大。宇宙