中年的成就

知识不能单从经验中得出,而只能从理智的发明同观察到的事实两者比较中得出。——爱因斯坦

努力追求成功

爱因斯坦在伯尔尼专利局工作的那些年,正是他思想活跃的年代。物理学历史的发展正经历着一个令人困惑同时也预示着一场伟大的革命即将到来的时期。当历史的需要呼唤一位伟人出现时,他以矫健的步伐走向了历史舞台。

1905年5月时,爱因斯坦开始将思索主轴放在他从16岁就开始思考的光与“以太”的问题,在此之前他已经明白麦克斯韦方程式与牛顿力学所用的伽利略转换不兼容了。

爱因斯坦常常到贝索家一同讨论。在5月底,有一次与贝索聚会后,他对于问题的解感到十分绝望,主要困境在于同时性的问题。在离开后的当晚,他突然明白不同参考系的同时性不一定相同。于是,他开始论文写作,并请米列娃来校稿。

五个星期之内,爱因斯坦完成了《论动体的电动力学》这篇论文。虽然只有短短的3000字,一个划时代的理论,即相对论诞生了。为了这篇3000字的论文,他苦思冥想了将近十年。

1905年6月,他将这篇论文寄给了当时世界物理学界最权威的杂志,即莱比锡《物理学年鉴》。

早在1905年的3月和5月,爱因斯坦还曾将他当时新完成的另外两篇论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》和《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》,先后寄给了《物理学年鉴》。这篇相对论论文已经是他当年寄去的第三篇论文了。

同时,他还将自己4月份完成的一篇关于分子运动理论的论文《分子大小的新测定法》寄给了母校苏黎世联邦工业大学,作为申请博士学位的论文。爱因斯坦自己认为这篇论文分量比那三篇要轻得多,因此未寄往《物理学年鉴》。

他又为《论动体的电动力学》这篇重要论文写了一篇补充性论文《物体的惯性同它所包含的能量有关吗》,这两篇论文同时成为开创相对论的重要论文。论文完成后,爱因斯坦也将它寄给了《物理学年鉴》。

他先后寄到《物理学年鉴》去的三篇论文,竟同时在1905年9月该杂志的第17卷上发表了出来。后寄去的一篇,也在随后的第18卷上发表了。

而另外那篇寄到苏黎世联邦工业大学去的论文,则为论文的作者轻松地摘下了博士的桂冠,并且当年就在伯尔尼发行了单行本。后来爱因斯坦又将它寄给了《物理学年鉴》,发表在1906年第19卷上。

当时像《物理学年鉴》这样著名的权威科学刊物,谁能在它上面发表一篇论文就是一件很了不起的事,而爱因斯坦的这五篇论文,竟全部都是在它上面发表的,而且其中三篇还发表在同一期上。

在同一期刊物上发表同一位作者的三篇论文,这在《物理学年鉴》的历史上从未有过,更不用说这三篇论文还同时在20世纪物理学新开辟、新发展起来的三个主要的未知领域里,即相对论、量子论和分子运动理论都取得了重大的突破:其中一篇为走入迷宫的分子运动新理论开辟了新的研究方向;另一篇为作者赢得了诺贝尔奖金;而最后一篇则不但开创了物理学的一个新理论,而且也开创了物理学的一个新纪元。

说它们是在三个未知领域里取得了重大的突破也是远远不够的,其中两篇论文,更是构成20世纪辉煌的物理学新大厦的两根最主要的支柱,即相对论和量子论的奠基性著作。

德国伟大的物理学家、1954年诺贝尔物理学奖获得者波恩,在庆祝爱因斯坦70岁寿辰的文章中建议,将1905年的《物理学年鉴》定为人类全部科学文献之中最卓越的卷册,他写道:

依我之见,全部科学文献之中最卓越的卷册,就要数莱比锡《物理学年鉴》1905年第17卷了。这一卷里登载着爱因斯坦的三篇论文,其中每一篇论及一个不同的主题,而且每一篇现在都被公认是杰作,是物理学一个新的分支的起源。

由于这五篇论文的发表,1905年被看成是物理学创造奇迹的一年,《物理学年鉴》被看成是创造了奇迹的期刊,而爱因斯坦本人则被看成是创造了奇迹的人。而当人们发现这位创造了奇迹的人,不是什么著名的学者和教授,竟是一个专利局的普通小职员的时候,这个奇迹就变得更加神奇了。

伯尔尼专利局里默默无闻的一个26岁的青年小职员,利用业余时间进行科学研究,在物理学三个未知领域里,齐头并进,同时取得巨大的成果。这在科学史上,不能不说是一个奇迹。

也许只有1665~1666年可以和1905年相媲美。当时瘟疫席卷英国,剑桥大学被迫关闭,23岁的牛顿回到故乡乌尔索普村。他在乡居期间,发明了微积分,发现了白光的组成,并且开始研究引力问题。

爱因斯坦对为他写传记的作家说:

我没有什么特别的才能,不过喜欢刨根问底罢了。

他也对一位物理学界的同行说过:

空间时间是什么,别人在很小的时候就已经搞清楚了,我智力发育迟,长大了还没有搞清楚,于是一直在揣摩这个问题,结果也就比别人钻研得深一些。

但不管怎么说,爱因斯坦是物理学史上继牛顿之后的又一座高峰,一位科学的革命者。

1905年已经过去100多年了,人们已经跨进一个新的世纪。回首这已经过去的一个世纪,物理学取得了惊人的进展,这些进展是与一个伟大的名字爱因斯坦分不开的。1949年获得诺贝尔奖的法国物理学家戴布劳格利说过一段话:

20世纪上半叶取得了物理学上最惊人的突破,这成为科学史上辉煌的一章。就在这短短的几十年中,物理学中耸立起两座丰碑,它们在今后几个世纪中将一直巍然屹立着,这就是相对论和量子理论。相对论是阿尔伯特·爱因斯坦富有创造力的思想的成果。量子理论的首块基石由普朗克奠定,但量子理论中的最重要的进展也应归功于爱因斯坦。

而爱因斯坦在这两个伟大理论中的贡献,正是发端于他在1905年所写的论文。

在1905年短短的几个月中,爱因斯坦创造了如此丰富的科学研究成果,确实是科学史上的奇迹。更令人钦佩的是,所有这些贡献竟是一个在学术机构大门以外默默无闻工作于伯尔尼专利局的年轻小职员做的。他在完成本职工作的前提下,完全靠利用业余时间自己摸索,没有任何的学术联系,甚至和这一行的前辈也基本上没有接触,更没有名师指导。

若干年以后,他在与自己的学生利奥波特·英费尔德谈起自己的科学经历时说,一直到30岁左右,他还从来没有见到过一位真正的理论物理学家。英费尔德曾风趣地补充说:“除非是在镜子里。”

然而爱因斯坦成功了。这需要多么大的毅力!他付出了多么大的代价!正如爱因斯坦自己在1933年所写的那样:

一旦这种想法的正确性得到了承认,最后成果就水到渠成了。任何聪明的大学生理解这些成果都不会有什么困难。但是,在一个人茅塞顿开、恍然大悟之前,在黑暗中探索能感受到但又表达不出的真理的那些年代里,那种强烈的求知欲望,那种时而有信心时而又产生疑虑的心理变化,只有亲身经历的人才能知道是什么滋味。

揭示分子与光量子之谜

爱因斯坦相信世界是物质的,相信原子和由原子组成的分子是存在的。但是,怎样才能用最有力的证据证明原子和分子的存在呢?在他从联邦工业大学毕业以后那些失业的日子里,他就开始思索这一问题了。

以前在工业大学的物理实验室里,爱因斯坦也曾经在显微镜下观察过布朗运动。已经过了多年,但是那种奇妙的现象表现粒子不规则的、永不止息的运动,仿佛仍在眼前。

1905年4月和5月,他把这一研究成果写成两篇论文:《分子大小的新测定法》和《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》。

法国物理学家佩兰作出了响应。三年后,他用极精细的实验证实了爱因斯坦的理论,计算了分子的大小。由于这项工作,佩兰荣获了1926年的诺贝尔奖。

铁的事实,迫使最顽固的原子论反对者奥斯特瓦尔德和马赫也不得不服输,声称“改信原子学说”了。一时甚嚣尘上的反原子论终于宣告彻底破产,爱因斯坦成功了。

1905年,爱因斯坦的第一篇著作《关于光的产生和转化的一个启发性观点》问世了。在以后的几年中,他还发表了几篇有关量子物理学的论文。

爱因斯坦的光量子学说,以最简练的方式阐明了“光电效应”,这种效应的基础是光与电子之间进行能量交换。

1923年,这一效应证实了光子的实在性,给人的印象极为深刻,从此以后光量子学说成为现代物理学必不可少的组成部分。

爱因斯坦关于光的新理论,究竟超过他同时代自然科学家的思想有多远,这从1913年柏林第一流的物理学家们的评论中可以一目了然。爱因斯坦被任命为柏林科学院院士时,他们在赞扬了他在科学上的多方面成就后,要大家特别重视他的光量子假说:

他在探索过程中,往往会超出预想目标,比如在光量子假说方面就是这样,因而对他作出评价不会太困难;在精密自然科学中,一次冒险也不做,便不会有真正的创新。

光量子假说在学术上具有划时代的意义,它是整个原子物理学进一步发展的基础。不论是1913年波尔提出的著名的原子模型,还是20世纪20年代初期法国物理学家德布洛伊天才的“物质波”假说,如果没有光量子假说,都是难以出现的。

敢于向权威提出挑战

爱因斯坦是相对论的创始人,相对论无疑是他最重要的成就。与其他研究工作相比,相对论对自然科学思想体系产生了更深远的影响,它的作用远远超出哲学思想的范畴。

它引起了一场最激烈的争论,也正是通过这场争论及以后的实践,让全世界的人都了解到了爱因斯坦的伟大。

1905年,爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表了长达30页的论文《论动体的电动力学》。这篇文章宣告了相对论的创立。

同年,还在这一杂志上,他以题为《物体的惯性同它所包含的能量有关吗》一文又作了重要补充。这两篇论文都收集在1913年相对论重要的历史文献《相对论原理》一书中,与读者再次见面。对于爱因斯坦在相对论中研究的问题,当时物理界的看法是不同的。

19世纪,先是光学的机械理论居于统治地位。这种理论认为,光是一种被称为“光以太”或简称“以太”的弹性介质的波动。

光以太学说与牛顿力学所引出的“绝对空间”理论紧密相连。牛顿认为:“绝对空间由于它的本性以及它同外界事物的无关;它永远是同一的和不动的。”

于是,牛顿认为可以把以太看做是绝对参考体系,它决定了世界上一切运动的永恒的绝对状态。

马赫又对牛顿的时空概念作了有力的批判,但还是没有将其推翻。这是因为要改变时间和空间的概念,客观条件还没有成熟。

美国物理学家麦克尔逊做了实验。麦克尔逊的实验得到的结果,彻底否定了“光以太”的存在。

麦克尔逊的实验结果使理论物理学家陷入难以自拔的思维困境,又像是一个系在人们心头达十年之久的、无法解开的死结,但它被年轻的爱因斯坦解开了。

1905年,爱因斯坦提出了相对论,他把作为光波载体的“以太”,从物理学世界中清除出去了。他认为,“光以太”原本只是物理学界的一个“幽灵”,他把独立的物理实体,即电磁场请出来,坐在“以太”的位置上,这也是崭新的、勇敢的行动。尽管法国物理学家彭加勒在他之前就曾提过应该抛弃“以太”假说,但是他没能把这种想法变成新的自然观的基础。

“无以太物理学”是爱因斯坦思想的重要成果之一。

爱因斯坦狭义相对论思想的产生,最早源于16岁时一直困扰着他的一个问题。在1895年进入阿劳中学上学时,他已比同龄的中学生掌握了更多的物理方面的知识。他对探索自然奥秘有着无比浓厚的兴趣,时常一个人静静地思考一些科学特别是物理学方面的问题。

一天,他突然想到这样一个问题:假如一个人以光速跟着光波跑,那么他就处在一个不随时间而改变的波场之中。也就是说,应该看到这条光线就好像一个在空间振荡而停滞不前的电磁场。然而看来不会有这种事情。这个问题他一直想搞清楚,并为此沉思了十年。

1896年爱因斯坦进入苏黎世联邦工业大学以后,继续思考着关于运动物体的光学特性的问题。对于当时物理学中流行的光是通过“以太”这种特殊的介质来传播的观点,一开始他也是毫不怀疑的。

但爱因斯坦想,光通过“以太”的海洋传播,那么地球也应是在“以太”中运动的,反过来说,“以太”应有相对于地球的运动。这应该可以通过实验来加以验证。因此他就去查阅有关这方面的资料。可是他查遍了所能找到的物理学文献,都没有找到关于“以太”的明确的实验证据。

于是爱因斯坦想亲自来验证一下。可是他的老师不支持他,他也没有机会和能力创造这种设备,事情就这样不了了之。后来,当他正在学校思考以太流的问题时知道了麦克尔逊实验的“零”结果。

数学家闵可夫斯基曾是爱因斯坦在联邦工业大学上学时的老师。当年爱因斯坦经常逃课,闵可夫斯基骂他“懒坯”。当爱因斯坦《论动体的电动力学》发表以后,闵可夫斯基很快理解了,并看到了这篇论文的深刻意义。他实在没有想到,曾被他骂为“懒坯”的学生,现在竟写出了如此深刻的论文。

闵可夫斯基是搞数学的,他从数学的角度认真地思考了爱因斯坦的理论,结果得到一种非常美妙的描述狭义相对论的数学方法。

闵可夫斯基的论文在1907年发表。第二年夏天,在科隆举行的“德国自然科学家和医生协会”第80届年会上,他作了一个报告,宣传相对论的思想,题目是“空间和时间”,其中有一段著名的话:

先生们!我要向诸位介绍的空间和时间的观念,是从实验物理学的土壤中生长起来的,这就是它们力量的所在。

这些观念是带有革命性的。从现在起,空间自身和时间自身消失在阴影之中了,现实中存在的只有空间和时间的统一体。

闵可夫斯基的报告引起了与会者的巨大反响。可惜三个多月后,疾病就夺去了他年仅44岁的生命。去世前,他万分遗憾地说:“在发展相对论的年代里死掉,真是太可惜了。”

美名传遍世界

1907年,苏黎世联邦工业大学的克莱纳教授写信给爱因斯坦,建议他向伯尔尼大学申请“编外讲师”的职位,然后再申请苏黎世联邦工业大学的教授职位。

因为按当时的规定,先要当一段时间没有薪水的“编外讲师”,才能被任命为教授。

所谓编外讲师不是教师职位,大学或其他任何官方机关不发给薪金。爱因斯坦决定,在专利局工作的同时,提出到大学任教的申请。

6月17日,他寄了一封信给伯尔尼州当局,内附他的博士论文以及已经发表的17篇论文的副本及所学的全部课程简介。

果然,在1908年2月28日,爱因斯坦收到一封信,通知他的申请被伯尔尼大学接受了,并给予他授课的权利。爱因斯坦终于成了学术界的一员。

1909年7月,爱因斯坦第一次获得学术荣誉——日内瓦大学名誉博士,并应邀出席建校350周年的庆祝会。

庆祝盛典的莅临者们后来回忆,爱因斯坦的礼帽和普通的西服在法兰西科学院院士的绣花燕尾服、英国绅士的中世纪长袍以及来自全球二百多名代表的各式各样的名贵装束中,显得太普通了。

9月,他又到萨尔斯堡参加“德国自然科学家和医生协会”第81届年会。这也是他第一次应邀作学术报告。这也是爱因斯坦第一次同物理学界的同行们相会,大家已把他列入巨人之列。他在巨人中寻找普朗克。

“您就是爱因斯坦先生吗?”

会上有一位不认识的学者问道。

“是的。”

“我是普朗克。”

“是普朗克先生啊,我早就听说过您的大名了。”

爱因斯坦和这位著名的量子理论创始人普朗克第一次见面,很快就熟悉起来了,并成为了好朋友。

爱因斯坦说:“普朗克先生,我发表的论文,就是用您的理论做的基础。”

是的,爱因斯坦的狭义相对论研究时,为了证明一些现象,对普朗克的理论进行过研究。

普朗克激动地说:“你的论文我都仔细读过了,那可真是大胆的设想啊。”

“您有意见吗?”

“关于光是粒子的理论,下得有些武断,还需要再论证。”

“是的,我相信,将来的实验会解决这些问题的。”

由于爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表的论文引起了极大的轰动,苏黎世的几所大学,都想聘请爱因斯坦去任教。

但是,爱因斯坦并不愿意当大学教授,他情愿在专利局工作。

原来,爱因斯坦认为,在大学讲课太浪费时间,还不如在专利局,可以有更多的时间去从事自己的研究。有的朋友劝他说:

“在专利局虽好,可是,如果你想有所成就,还是进入学术界为好,去做大学的教授吧。”

于是,爱因斯坦听从大家的劝说,担任了伯恩大学的特邀讲师。所谓特邀讲师,就是说,学校不发给老师薪金,只是从选听课的学生那里,交纳部分学费分给讲师。好在爱因斯坦还有专利局的工作,所以他也不太在乎这份工作。

因为爱因斯坦只顾专心于研究,所以,讲课的效果很差,没有几个学生听他的课。

这时,苏黎世大学也就是爱因斯坦就读过的联邦工业大学的克莱纳教授很想让爱因斯坦到他们学校去任教。

有一天,克莱纳教授突然来到爱因斯坦的课堂上。结果是可以预料的,克莱纳教授对他的课不满意,他说:

“爱因斯坦,你讲课的方法有问题,而且,讲的内容也太深奥了,这样谁能愿意听你的课呢?本来,我是想请你到苏黎世大学任教的。”

爱因斯坦毫不在乎地说:

“我从来没想过要去苏黎世大学任教。”

苏黎世大学的克莱纳教授虽然对爱因斯坦的讲课不满意,但是,爱因斯坦的名声使苏黎世大学最后还是决定聘用爱因斯坦。

1909年秋天,爱因斯坦带着妻儿,一起回到了苏黎世。因为爱因斯坦夫妇都在苏黎世读的大学,所以,他们回到这里,心情很好,很多好朋友都来看望他们。

米列娃也是十分高兴,她笑着说:

“回到这里,感觉好极了。”

在苏黎世大学,爱因斯坦担任力学、动力学课程,还主持了物理学讨论会。

刚开始,爱因斯坦的课讲得还不是很好,可是这次,他认真起来,因为他喜欢这些学生。

每次,上讲台讲课之前,爱因斯坦都要认真备课。上课之前,他总是微笑着向学生说:

“上次的课,有什么问题吗?”如果有人提问,他就会认真、详细地讲解。

课堂上,爱因斯坦从来不用讲义,而是边讲边做出许多复杂的问题。

对于学生,爱因斯坦不仅是一位教师,同时,他还是一位好朋友,他以一位朋友的身份和态度同学生们交往。在学校里,爱因斯坦的人缘也很好,不管是对谁,即使清洁工,他也会用温和的语气和他们说话。渐渐地,爱因斯坦在学生中和老师中得到了一致的好评。

可是,在学校里也有爱因斯坦非常讨厌的事,那就是校务会议。校务会议上,讲的都是一些与学术无关的问题或一些口号,每到这种时候,爱因斯坦都是在打呵欠中度过的。

学校里的人说:“爱因斯坦教授真是与众不同,他对待打扫卫生的女佣,都是用一样的态度。”

爱因斯坦就是爱因斯坦,他的独特个性并没有被装腔作势的学者风范所感染。

汉斯·坦奈在这期间听过爱因斯坦的讲课,他回忆说:

当爱因斯坦身着半旧上衣,下穿过分短的长裤登上讲坛的时候,当我们发现他胸前挂着一条铁质表链的时候,我们对新教授都不免心存怀疑。但他一开口讲话,就以独特的讲授方法征服了我们变冷的心。

爱因斯坦讲课时用的手稿是一个如名片大小的笔记本,上面写明他在课上想要阐明叙述的各种问题。可见爱因斯坦讲课的内容都是来自个人的脑海,我们也就成了思维活动的目击者。

像这样的方法对大学生来说更有吸引力;虽然我们习惯于风格严谨、四平八稳的讲课,这些讲课刚开始也吸引过我们,但在老师和同学之间却留下了一种隔阂感。

而在这里,我们亲自看到科学的成果是通过什么样的独创方法产生的。课后我们觉得,我们自己似乎也能讲课了。

爱因斯坦的科学思想和兴趣,使他能够在不懂物理学的人们中间找到交谈者。因为,对这些人来说,关于空间和时间的一般见解,未被传统概念所侵蚀,其原始质朴的直觉倒正是爱因斯坦物理观念的出发点。

在苏黎世,爱因斯坦与历史学家施恩特交往很多,还在大学生时代,他就喜欢到施恩特那里去。后来在施恩特80岁诞辰时,他还如此写道:

我大概不知道还有第二个人能在生活、见解和价值观念急剧动荡的时代保持这样不可思议的坚定不移。

爱因斯坦在联邦工业大学的年薪也是3500法郎,和专利局一样。但是,副教授的头衔却要有副教授的排场和消费。

米列娃不得不在家里收几个学生寄宿,挣一些钱来贴补开销。不过,手头拮据,这也是爱因斯坦的老问题了。他自有打发老朋友的办法,即说说笑话、开开心。

他对朋友说:“在我的相对论中,空间的每一点,我都放上一只表,可是在生活中,连在自己的口袋里放一只表,我都办不到。”

被柴米油盐搅得心烦意乱的米列娃时常与爱因斯坦发生摩擦。1910年6月,爱因斯坦的第二个儿子出生,取名爱德华。小儿子的出生也没能使爱因斯坦与米列娃的关系融洽起来。

两个人的个性都太强,就像钢刀砍在石头上,少不了迸出火星。米列娃觉得嫁给爱因斯坦埋没了自己的科学才能,她现在只能做一个喜欢空想的妻子,做一个庸俗的家庭主妇,太委屈了。而且,这位大学物理系出来的家庭妇女,操持家务的本领并不高强,家里时常搞得乱糟糟的。

她需要丈夫的帮助、关心和体贴,可爱因斯坦自己却像个永远长不大的“孩子”,他自己都需要别人的照顾和关心。

他也生生炉子,带带孩子,可心却完全扑在物理学上。如果让他在物理学和家庭生活之间作出选择,他会毫不犹豫地选择物理学。苏黎世造就了伟大的爱因斯坦,也给他的家庭悲剧揭开了帷幕。

1911年初,奥匈帝国波希米亚省的省会布拉格发来聘书,请他去当布拉格德国大学的正教授,爱因斯坦接受了。

与苏黎世相比,布拉格的待遇高,工作条件好。还有,马赫是那里第一任校长,开普勒曾经在布拉格附近工作过,这些都给爱因斯坦想象中的布拉格增添了一层诱人的浪漫主义色彩。

布拉格德国大学是1348年卡尔大帝四世创立后发展起来的一所历史悠久的大学。

1882年,在当时的政治条件下,两个民族已经达到难以共处的地步,被迫成立德国分校和捷克分校。

1867年,马赫在布拉格任实验物理教授时,被推选为布拉格德国大学的首任校长,从此在这里任教约30年,使这所大学闻名起来。1895年,马赫担任维也纳大学“综合学科的历史和理论”教授。

马赫的学生们提议,为爱因斯坦建立一个理论物理教研室,因为当时这位相对论的创始人已不仅是马赫关于力学观念批判的实践者,还是马赫认识论的拥护者。

爱因斯坦在书信中自称是马赫的学生。他认为本来应该把近代物理学家都看做是“力学家”,对这种见解的形成,爱因斯坦的确起了推动作用。

按照规定,在宣布委任之前,需要有被推荐人的推荐书。他们邀请德国最著名的理论物理学家普朗克做推荐人。

普朗克在推荐书中热烈地赞誉爱因斯坦:

要对爱因斯坦的理论作出中肯评价的话,那么可以把他比做20世纪的哥白尼,这也正是我所期望的评价。

在布拉格期间,爱因斯坦的名望如日中天,世界认识了爱因斯坦。欧洲的许多大学都向爱因斯坦发出讲学邀请,甚至大西洋彼岸、美国的哥伦比亚大学也发来邀请。

苏黎世联邦工业大学,即爱因斯坦的母校终于不敢怠慢自己的学生了,他们也打算请爱因斯坦来主持一个新开设的数学物理讲座。

面对这么多的邀请,爱因斯坦选择了母校。米列娃不喜欢布拉格,她想念苏黎世。她和爱因斯坦一样,把苏黎世当做自己的故乡。爱因斯坦对于母校总有一种依恋之情,而且他觉得,那里有格罗斯曼,解决引力问题需要他!

1912年秋天,爱因斯坦回到了母校,聘书的期限是10年。

在苏黎世,不仅工大的人们急切地等待着爱因斯坦。老朋友们,特别是格罗斯曼,也在焦急地等着他。老朋友在苏黎世会面了,爱因斯坦又得向格罗斯曼求援了。12年前,格罗斯曼曾帮助爱因斯坦不必去听数学课,但现在的爱因斯坦则需要数学了。

在布拉格时,皮克对爱因斯坦指出过的某些几何概念能帮助他在进一步推广相对论时克服困难,但这些指示还不够,还需要把弯曲概念不只运用于线和面,而且还运用于三维空间和四维空间。除了几何思维的深刻和明晰之外,除了为物理问题选择数学方法外,还需要广泛的和系统上的数学准备。

格罗斯曼又一次帮助了爱因斯坦。他与爱因斯坦进行了多次长谈,并把爱因斯坦领进了数学方法的园地,这些方法有助于爱因斯坦解决新的物理学课题。

1922年12月在东京演讲时,爱因斯坦详述了为建立引力场方程而寻求数学方法的历程:

如果所有加速系统是等效的,那么欧几里得几何对它们不可能都成立。抛弃几何而维持物理定律,就等于表达思想不用词语。我们必须先寻找词语才能表达思想。在此我们必须寻找什么呢?这个问题一直没有解决,到了1912年,我才突然认识到,高斯的曲面理论是解开这个秘密的关键,我认识到高斯的曲面坐标系意义深远。

然而,我当时还不知道黎曼已经以更深入的方式研究了几何学的基础。我突然想起,在读大学时盖泽先生给我们上的几何学课程中就有高斯理论。我认识到几何基础具有物理意义。

当我从布拉格回到苏黎世时,我亲爱的朋友、数学家格罗斯曼也在苏黎世。从他那里我首先知道很多朋友在这里,后来又知道了黎曼。因此我便问朋友,我的问题能否通过黎曼理论来解决。

格罗斯曼的鼎力相助使得广义相对论的研究前景明朗化了。

真情在柏林之约

1913年夏天,两位年过半百、德高望重的权威学者,风尘仆仆地从柏林来到苏黎世。这两位学者一位是普朗克,一位是能斯特。

普朗克是德国《物理学年鉴》的编辑委员。一天,当他在柏林大学的家中养病时,印刷厂送来了《物理学年鉴》的清样,上面登载着爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,他随手翻了翻,立即被爱因斯坦的思想吸引了。

他忘记了医生的忠告,急忙移到书桌边,全神贯注地读了起来。过了好一会儿,这位素以严格稳重著称的教授猛然跳起来,叫道:“简直是哥白尼!作者是什么人?他在哪里?”

普朗克的心里怎么也平静不下来,他马上按杂志提供的地址给从未见面的爱因斯坦写了一封信。

这两个大学者,来苏黎世干什么?观光?旅游?都不是,他们是带着德意志的使命来拜访爱因斯坦的。

当时的德国,专门的国家科学机构或由政府倡议、私人投资建立的科学机构不断涌现,在这些机构中,理论研究也受到执政者的高度重视。

为了从英国那里夺取科技和工业发展的优势,以“铁腕政策”重新划分市场、原料产地、投资场所,日耳曼帝国特别希望使理论思维的实力集中在扩张工业和军事竞争上。

威廉皇家协会准备吸收最优秀的科学家们参加,他们可以获得比较优厚的酬劳,没有教学任务,有权进行任何个人感兴趣的研究。

设想这些研究将会带来累累硕果不是没有根据的。挑选学者的具体工作就由普朗克和能斯特负责。普朗克和能斯特联名向上司报告:只有把爱因斯坦请来,柏林才能成为世界上绝无仅有的物理学研究中心。

年纪小小就毅然放弃自己的出生之地,不做德国人。忠君、爱国、英勇、服从,这些德国人心目中的崇高品德,常常受到他的嘲笑,他把这些东西叫做愚蠢和盲从。然而,要把这样一个“怪人”拉回到德国精神文化生活的中心,要具有极大的吸引力才行。普朗克、能斯特放出的“钓饵”是诱人的。

第一,请爱因斯坦担任正在筹建中的威廉皇家物理研究所所长。这个建议似乎很奇怪,随便由谁来领导一个研究机构,恐怕都比这位心不在焉的爱因斯坦教授强。可是不要紧,所长代表地位和荣誉。

第二,选爱因斯坦当普鲁士科学院院士。一般院士是没有薪水的荣誉头衔,但爱因斯坦就任的是实任院士,年薪1200马克。

第三,聘爱因斯坦为柏林大学教授。他有授课的权利,只要他有兴趣。但却没有讲课的义务,讲多讲少,讲课的内容和时间,均由他自己决定。

这个方案,真不愧是网罗爱因斯坦的妙计。它是普朗克的浪漫主义和能斯特的实干精神合作的产物。他们算是摸透了爱因斯坦的心思,爱因斯坦不能不动心了。

在这个世界上,还祈求什么呢?安定的生活环境,良好的工作条件,充裕的研究时间,不受任何束缚和干扰,全心全意地进行相对论研究,实在是巨大的诱惑。可接受在柏林的工作,爱因斯坦并不是坦然的。

中学时代,爱因斯坦离开出生地,就是希望从那时起能放弃德国国籍,以便与军事操练和“黩武气息”一刀两断。可是现在难道还要返回普鲁士军国主义的大本营去安家定居?甚至还要去当普鲁士皇家机构的官员?

爱因斯坦对自己的创造性有了一种隐隐的忧虑。他曾对苏黎世的挚友说过:“柏林的先生们把我当做豢养的产卵鸡,可连我自己也不知道,我还能不能下蛋!”爱因斯坦陷入了犹疑不决之中。

“你的出生之地,你真正的祖国在等待着你!”普朗克以他自认为最神圣的感情劝说着爱因斯坦。

“可是,我是个和平主义者,”爱因斯坦说,“德国真的会欢迎我吗?”

“德国欢迎的是物理学家,相对论的创立者。”能斯特的政治家风度与外交辞令隐藏了他真正的目的。

“但是,”爱因斯坦打断他们的话,“这算得了什么呢?相对论算不了什么的。朗之万说过,全世界只有12个人懂得相对论。”“这一点我们同意,可是在这些人里,倒有8个在柏林呢!”普朗克、能斯特自负地大笑起来。

爱因斯坦也笑了。确实,柏林是当时自然科学研究中心,有一流的设备、一流的人才,确实是研究与推广相对论的最佳地点。

“这样吧,”爱因斯坦面对难题的幽默又表现出来了,“你们二位先生先去玩几天,等你们再回苏黎世,我到车站来接你们。”

普朗克和能斯特完全迷惑了。“要是我手里拿一束白玫瑰花,就是‘不去柏林’;要是拿一束红玫瑰花,就是‘去柏林’。”

爱因斯坦作出了一个浪漫的决定。

送走他们后,爱因斯坦与妻子商量,希望全家人搬到柏林去,以便自己能够有足够的时间和精力去从事物理研究。

可是,米列娃的态度却十分强硬,坚决反对再一次搬家,而且是去她一直讨厌的德国。

“我是一个斯拉夫人,一直被德国人瞧不起,现在你却让我生活到他们中间去,你是想让我去找死吗?”

“怎么了,米列娃,你不喜欢一家人生活在一起吗?”

“我喜欢,却一点儿也不喜欢去柏林。”

“可是那里可以为我们提供更好的生活条件,一流的设备,对我的实验起着决定性作用。”

“不,如果你喜欢去,你自己去好了,我和孩子是坚决不会去的。”

两个人为此吵了很久,谁也不能说服对方,此时的爱因斯坦深知,他与妻子的感情已走到了尽头,要想再走到一起,那是不可能的事情了。

但是,无论如何,爱因斯坦都已下定了决心,他一定要去柏林,他不能放弃一流的研究环境。

当普朗克、能斯特怀着忐忑不安的心情从郊外返回苏黎世火车站时,一束红玫瑰在爱因斯坦手里盛开着,他们的心放下了。

柏林科学院早已盼望爱因斯坦了。

1911年,诺贝尔奖金获得者范特霍夫逝世后,柏林科学院就想物色一位继承人担任常务院士。当年老力衰的伦琴谢绝这个职务后,柏林科学院想到的首要人选就是爱因斯坦。

1913年7月10日,在普鲁士皇家科学院学部全会上,爱因斯坦以44票绝对优势,荣膺为正式院士。

1914年初,爱因斯坦只得孤身一人前往柏林了,他终究没能说服米列娃同行,这次告别,也正式结束了他的第一次婚姻生活。

春天的柏林是美丽的,刚刚走出柏林大火车站,爱因斯坦在迎接他的人群中,接到了一束火红的玫瑰。

“你好吗?阿尔伯特。”

听到这熟悉的声音,爱因斯坦顿时一愣。

“是你吗?艾尔莎。”

在车站遇见了表妹艾尔莎,使得爱因斯坦的心情好受多了。

1914年春天,爱因斯坦带着他对科学研究的渴望,来到了柏林,只是他一再要求:

“我的瑞士国籍不能改变。”

他的要求没有被拒绝。

生活在这个洋溢着一派大都市现代生活气息的城市里,爱因斯坦最喜欢去树荫下散步,一边走路一边思考问题。

在日常生活里,他深居简出,每天在固定的时间去研究所。

会员们早就听说了大名鼎鼎的爱因斯坦。今日一见,却发现,他与别人实在是没什么不同之处,如果说有什么不同的话,那就是他很善于发言。大半的科学界人士都会在那里专注地思考很久后,才会回答自己的想法,只有爱因斯坦是特殊的。他的嘴总会比别人快许多,人们会发现他特别喜欢独自一人散步。却不知道那正是他独立思考问题的最佳方法。

有一次,普朗克与爱因斯坦约好一起去波茨坦天文台参观,可是在约定的时间里,普朗克并没有赶到。普朗克一路飞奔赶来,一路上懊悔不已,他深知科学家们每个人的分秒时间都是很珍贵的,自己却足足耽误了爱因斯坦整整半个时辰的时间。

“对不起。因为一些琐事缠着,却耽误了你的时间,真是抱歉。”普朗克匆匆赶到的第一句话就是急忙向爱因斯坦道歉。

“什么,你怎么这么客气,时间已经到了吗?”

“怎么,你没有感觉已过了半个时辰了吗?”

“噢,我一直在这里思考问题了,这和在家里是没有区别的。”

普朗克因此而更加佩服爱因斯坦了,真是一个学术界的天才啊!

还有一次,爱因斯坦从同事口中得知心理学家施图姆普夫教授对于空间现象问题有一定的研究,同在普鲁士皇家科学院,爱因斯坦同这位心理学家曾经有过几次接触,只是不太熟悉。

听了同事的话后,爱因斯坦决定去拜访施图姆普夫教授,顺便可以一起探讨一下有关自己的相对论的问题。可是他并没有礼节性地预约,在一个明媚的早晨,他早早地来到了教授的家。

佣人惊奇地望着这位突然造访的客人,告诉他主人出门去了,请他留下话来,自己可以代为转告的。爱因斯坦对此毫不在意。他对佣人说:

“不必了,我去公园里转转吧。”

下午,爱因斯坦又一次敲开了施图姆普夫教授家的门。

“你,你找谁啊?噢,不对,您是上午来过的先生吧!”

“是的,请问教授在家吗?”

“在家的,只是你没有预约,主人刚好已经去午睡了。”

爱因斯坦一点儿也不着急,他告诉佣人,他可以等。于是佣人让他在客厅里等着,自己去忙别的事去了。一直到下午4点多钟,爱因斯坦终于见到了教授、心理学家。

看见新来的院士前来看望自己,十分的高兴,虽然他没有预约让人有点意外的感觉。

谁知,令他更感意外的事情还在后面呢。

施图姆普夫教授礼节性地寒暄过后,本以为爱因斯坦也会说一些礼节性的问候语呢。

谁知,爱因斯坦坐下来后,就开始滔滔不绝地说起了他的相对论,这位著名的心理学家对于数学是一窍不通的,客人的满嘴学术术语,使得心理学家十分尴尬,此刻他一句话也插不上去,而且爱因斯坦也始终没有停下他的长篇大论。

心理学家只好不停地回答着一句话:

“是的,是的。”

一直到爱因斯坦离开后,主人始终也没弄清他此行的目的。

如果是礼节性的看望吧,他却是始终没有一句寒暄语。如果是无意中路过吧,却又三番五次地来到他的家,一坐就是几个小时,真是一个令人琢磨不透的人。

1914年这一年,爱因斯坦在柏林的科学研究还是有了一定的突破,他提出了牛顿的极限离心力是正确的,从而纠正了自己以往的错误认识。

在生活上,他是寂寞的,一有空,他仍然喜欢拉上一曲小提琴,以排解心中的孤独。

在柏林,他经常来往的就是他的表妹艾尔莎家,他们的亲戚关系虽然很远,但是由于从小一起长大,从小就建立了十分亲密的关系。

因为十分担心爱因斯坦的生活状况,艾尔莎经常劝说爱因斯坦应该尽快把米列娃及孩子们接来拍林一起生活,但是爱因斯坦告诉她,那已经是不可能的事了。

没有办法,艾尔莎只好经常让爱因斯坦来自己的家中吃饭,她的两个女儿也十分欢迎这位会拉小提琴的亲戚,她们待他像父亲般的亲密,爱因斯坦也把慈祥的父爱给了两个孩子,有了艾尔莎一家的照顾,爱因斯坦的生活也算有了一点乐趣。

让爱因斯坦始料未及的是,1914年的夏天,第一次世界大战彻底爆发了。

这是一场规模宏大、非常残酷的战争。德国立刻进入了战争状态。整个柏林都卷入了战争的狂热之中了。

无论是皇帝、大臣,还是议员们,都在拼命鼓吹着“保卫德意志,德意志万岁”的口号,市区内到处飘扬着国旗,即将出征的战士们则一遍遍地迈着整齐的步伐穿梭在大街小巷里,随时准备开赴战场。

“不管哪里,都是德国的敌人。”狂热而愚蠢的口号,遍布整个德国上下,人们对于战争的热情也日益高涨。

柏林大学的学生和教授们,也没能抵挡住这一狂潮,一向支持战争的能斯特教授甚至当上了战争顾问,穿上了军服。一位学者发明的一种轻体炸药,已经准备用到战场上去了。

一些文人学者们积极起草了一份战时告示书,希望科学家们也联合起来,积极支持德国发动的这场战争。

一份科学家联合签名的告示书最后也被送到了爱因斯坦的面前,普朗克教授也签了名,他劝告爱因斯坦:

“德国的安危,我们每个人都是有责任的。”

“不,教授,您说错了,我永远坚持我的原则,我不会支持战争的,更不会签名支持战争的。战争是野心家们的阴谋,遭受危害的都是无辜的人民。”

爱因斯坦不但没有支持战争,反而公开宣布,他坚决反对一切战争,并于10月中旬同四个志同道合的朋友一起发表了反战宣言,坚持自己的立场。

“战争会摧毁世界的一切文明,我们必须阻止它的蔓延。一切有教养的人,都不应该让自己投入到这场毁灭性的战争当中去。整个欧洲的人民应该团结起来,反对一切战争的发生。”

尽管爱因斯坦尽最大的努力去呼唤和平,但是战争还是爆发了。

研究所再也不能去了,因为这时的研究所,已经成了战争的帮凶,人们纷纷谈论战争,许多教授都纷纷放弃了自己的研究计划,一心帮助军队研究一些军事秘密化工武器,爱因斯坦没有能力阻止那一切,他只能以拒绝参加研究来表明自己是反对这一切的。

1914年11月,反对战争的知识分子们在柏林正式组成了“反战联盟”,旨在抗议德国军国主义的暴行,爱因斯坦不仅是该组织的成员之一,也是积极的发起者。

当时许多关系比较好的朋友都来劝阻他,希望他保持中立。不要卷入这场战争中,可是爱因斯坦却说:

“我们的国家应该是一个和平的国度,每个人都应该为它的安定付出自己的努力的。”

战时的拍林,物品短缺,物价也飞速上涨,甚至许多人都出现了吃不上饭的危险,爱因斯坦由于国际友人的支持,还能和艾尔莎一家人勉强度日。

爱因斯坦还经常写信给国际友人,希望通过国际社会的力量来阻止这场战争的继续进行。

善良的爱因斯坦,希望借助于良知的呼吁来唤醒那些冲动的行动,可见,他对于这场战争曾经抱有怎样“天真”的想法。

1915年初,爱因斯坦还曾与法国作家、一位积极的反战主义者罗曼·罗兰取得了书信联系,他们双方互相鼓励,试图借助媒体的力量使得双方停战。

可是,这只是他个人的善良的想法罢了,战火却越烧越旺了。

德国政府部门对于他的举动并不赞成,并一举摧毁了“反战联盟”,组织的成员也都遭到了迫害。爱因斯坦之所以一直都能够平安无事,主要得益于他的瑞士国籍,作为中立国的公民。再加上他的学术名声,使得他还没有被列入屠杀的行列。

1915年的秋天,由于十分担心米列娃及孩子们的安危,爱因斯坦离开了柏林准备回到瑞士。

一位朋友问他:

“阿尔伯特,你听过罗曼·罗兰这个名字吗?”

“当然听过,他是一位伟大的人道主义作家,同时也是一位和平主义的推动者。”

“你早就听说过他,那你现在是否想来见一见他呢?”

“怎么?你认识他吗?”爱因斯坦惊奇地问道。

“我知道他住的地方,如果你想去的话,我可以帮你联系一下。”朋友十分肯定地告诉爱因斯坦。

“那可太好啦,我一直盼望着有这么一天呢!”

“那我们准备一下,明天就能去了。”

于是,在朋友的陪同下,爱因斯坦见到了只闻其名、未见其人的反战同盟军。

“你好,我是爱因斯坦,见到你很高兴。”

爱因斯坦向罗兰伸出了他的友谊之手。

“您的大名我早就听说了,今天却没想到在寒舍得以相见,真是三生有幸啊!”

“你太客气了,作为一个反战主义者,我们的立场是一致的,只希望我们的努力能够早点实现。”

“是的,就让我们一起努力吧。”

两个反战主义者坐在了一起,他们的心声得到了交流,他们的心灵不再孤独。他们知道,在世界的每个角落都有热爱和平的人们。

战争在继续,爱因斯坦的信心也变得悲观起来,战争、绝望使他的身体状况又恶化了,他的身体一天不如一天,整个人也瘦了一大圈。

可是这一切,并没有阻止他科学研究的脚步,在隆隆的炮火中,爱因斯坦的相对论研究又有了新的突破,1919年初,爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表了他的新论文《广义相对论基础》,从而使他的相对论的研究可以暂时告一段落了。

提出广义相对论

在狭义相对论发表以后,爱因斯坦科学研究的主流就在于探索更广泛的理论,这就是广义相对论。但是这个理论只局限于彼此做相对运动的参考系,而不能用于参考系的一般运动。他力图突破这种限制,设法解决在一般情况中的相对论问题。

1907年约翰·斯塔克要爱因斯坦为《放射学和电子学年鉴》写一篇关于狭义相对论的专题论文。在写这篇文章时,他忽然想到,几乎所有自然规律都可以在狭义相对论的框架内加以讨论,而唯独引力定律不行。

最令他不满意的是,虽然狭义相对论对惯性和能量之间的关系已经作了明确的阐述,但是对惯性和重量或引力场能量之间的关系并没有阐述清楚。他意识到这个问题不可能在狭义相对论的框架内得到解决。如何下手呢?

这时,他想到了老朋友格罗斯曼,那位很有名气的数学家,恐怕只有借助于老友的帮忙,自己的设想才会在现实中被找出来的。

两个好朋友,把物理和数学两方面的知识结合一起,终于又有了新的发现。

引力实际上是不存在的,两个物体之间被人们称为引力的作用,其实只是物理作用使物体的周围空间发生了弯曲,从而对另一个运动的物体产生了作用。

这就是爱因斯坦的广义相对论的总体内容。

为了能够说服人,爱因斯坦特意举了一个例子,以证明引力的存在只是人们的一种误解。

假设一只球在桌面上滚动着,如果它的运动前方有一个凹下去的小坑,球就会转向小坑,运动路线就会发生改变。可是,这是我们站在桌子旁观察这一细节。

倘若人们这时是在桌子的正上方来观察这一现象,也许是无法看到桌子上的小坑的,可是忽然发现球的运动路线发生了改变,人们自然就会想到是什么改变了球的路线。

1913年夏天,爱因斯坦邀请居里夫人一家人,到安卡丁奴的山谷旅行。

居里夫人的两个女儿和爱因斯坦的小儿子,在最前面蹦蹦跳跳地走着。稍后几步,爱因斯坦用那充满灵感的声音,把在他脑际里盘旋着的概念,说给居里夫人听。居里夫人是全欧洲能了解他的理论的少数人士之一。

孩子们有时候也竖起耳朵,听着那些不懂的术语。爱因斯坦边走边专心地思考着,他走过悬崖的边端,攀上矗立的岩壁。

他忽然站住,握着居里夫人的手,大声地叫:“夫人,你明白了吧!问题是在于当电梯在真空中掉落时,在乘客身上所发生的变化呀。”

在真空中掉落的电梯?孩子们听了这种奇妙的话,不禁哈哈大笑起来。不过,孩子们自然不知道,解开“广义相对论”的关键就在这里。

1905年发表的相对论,附有一个条件,那就是:“以互相等速运动的两个世界为条件。”因此,给它取名叫做“特殊相对论”,又称“狭义相对论”。

那么,在有加速度的世界,那又怎么样呢?爱因斯坦本来就对他自己的相对论感到不满。他很担心,对于有关重力的事情,一点儿也没有着手研究。不附那个条件的“广义相对论”,难道不能成立吗?这个问题不时地令他伤透脑筋。

有一天,他听到一个从很高的建筑物上摔下来而毫发无损的工人说,当他摔下来的时候并没有感到重力。这句话使他有所领悟。自那以后,他又下了很多工夫。

从安卡丁奴的山谷旅行后,他向好友数学教授毕克说:“我的相对论已出现一道曙光了。”

“那么,仍旧是重力的问题吧?”毕克问道。

“是的,假定这里有很长的电梯,而我就在那里。现在它的钢索忽然断了,我会变成怎么样呢?”

“当然,你将和电梯一同坠下来,所以,你在电梯上不能站稳。”

“对。这时候我丢下手帕,在电梯外面的人看来,电梯、人、手帕都一样地向下降落。降落的速度和重量没有关系,所以,都以同样的速度降落。”

“另一方面,在电梯里的我,是摇摆不定的,手帕也不会落在地上,只停留在我放手的那个地方。因为我不晓得电梯正在降落,会以为这里怎么失去了重力。假如轻轻地推那停留在空间的手帕,它就顺着那个方向,一直运动,直到碰到墙壁才停止。”

“这真是有趣的想法。你想给它们加上相等的重力,而使它们在这个世界内做着加速度运动,也具有相对性,是吧?”

“不错,在电梯里的我一点儿也不知道,我到底是在重力场,或者是在毫无重力的大气中。电梯即使是浮在毫无重力作用的所谓‘绝对静止的空间’中,里面的状态还是一样。”

“有道理。”

“再假定在电梯的顶端系上钢索,用和重力的加速度同样的力量往上拉。那么,外面的人会怎么说呢?一定是说:‘呀,电梯上升了。’但在里面的人一定说:‘我在电梯里面,站稳双脚,取出手帕丢下,它就会落在地上。”

“你讲得很有道理。在电梯里面的人,没有发觉是电梯开动了,满以为是自己的身体产生了重量。”

“是啊。因为没有一点证据可以认定电梯已经开动。只是就像我们在地球上一样的,身体有重量,丢下手帕也会掉落在地上。换一句话说,由于这个电梯的实验,可以说明牛顿所谓两个质量:惰性的质量与重量的质量是完全相同的理论。”

“那么,在那个电梯的世界里,光的传导的法则,又是怎么样的呢?按照你的理论,光的速度是不变的吧?”

“是的。假定电梯有一个小洞,光线从那里水平地射进来。当光线照到对面的墙上之前,电梯会稍微升高,所以,光线必将照到对面墙上稍低于小洞高度的地方。

“我认为光和投掷皮球一样,都会由于重力的作用,而向下弯曲。”

“你说光会因重力而曲折?”

“是的。我想,重力也和光、电磁波一样,是从物体发出的‘波’。我们已经能证明:电磁波是眼睛看不到的光,而它的粒子是以和光的粒子相同的速度运动着。重力也是一样,即使再快,要作用到对方,一定要经过一些时间才行的。”

“这真是惊人的、革命性的理论。听到你的说明,觉得很有道理,不过,假如有方法能证明就好了。”毕克叹口气。

爱因斯坦接着答道:“证明的方法是有的。只要在天空因日食而转黑时,拍太阳附近的照片来看就行。星光通过太阳旁边时,由于太阳的重力关系,光所经过的路程一定是弯曲的。”

爱因斯坦在维也纳的物理医学大会上发表这个理论的时候,有赞成的,也有反对的。经过激烈的辩论之后,爱因斯坦作了断然的结论:“希望在明年日食的时候,拍摄星球的照片,来验证我的理论是否正确。根据我的计算,光曲折的角度是0.83弧度。”

1915年,爱因斯坦还运用自己的广义相对论,成功地解释了水星运动近日点的运动问题,这是大科学家牛顿一直没能解释清楚的一个大问题。

战争的烟火,没有使爱因斯坦停止他科学研究的脚步,八年的刻苦努力,终于锤炼成了广义相对论。

广义相对论的出现,使得人们对于引力又有了新的认识。它不仅带来了科学史上伟大的革命,甚至在人类的思想史上也是最伟大的成就——它揭示了时空是物质及运动的存在形式的新观念,彻底地改变了人们的自然世界观。

广义相对论问世后,爱因斯坦的科学研究的脚步并没有停止。

当时在柏林大学,人们对于爱因斯坦分为两种态度:

一些人讥讽和嫉妒他:一个衣冠不整、不足以为人师表的人,只会滔滔不绝地给学生们讲述一些课本上也没见过的东西的人,他凭什么拿着高薪,而且还不断被人捧上天。

另一些人则是赞誉他的:他是一个一点架子都没有的人,他对待任何人都是一样的,而且他喜欢毫不保留地向人们讲起自己的科学研究。

根据自己的广义相对论,爱因斯坦又一次想起了童年时代的一个梦想,在茫茫的宇宙里,究竟是一个什么样子呢?

于是,根据广义相对论,爱因斯坦又开始了对宇宙世界的研究。

不久,他提出了一个有限无边的静态宇宙模型的观点。

静态,即宇宙空间的物质分布都是均匀的,无论从哪里看宇宙,都是相同的。

有限无边,排除了天国之类的东西,却又是圆浑浑的一片,没有边界。

后来的事实证明,爱因斯坦的这一结论是错误的,可是他的研究态度和方法却是正确的。正是在他的宇宙学提出后,后世的学者们纷纷建立了许多不同的宇宙学体系,从而产生了一门新的学科——代宇宙学。

因此,时至今日我们不得不承认,人类的宇宙学研究,是从爱因斯坦那里开始起步的。

1918年,德国投降了,从而也正式标志着第一次世界大战终于结束了。爱因斯坦回首战时的日子,他的心情已经能够平静下来了。

战时他并没有虚度一分光阴,他为争取和平曾积极奔走。因为没能得以实现,他只好把自己的全部精力又投入到自己的科学研究中去了,结果,他成功了。

广义相对论的提出,使他更加为世人所瞩目了。

早在1905年,爱因斯坦发表他的狭义相对论时,他就向那些不相信自己的人宣布:

“只要有日食,就会发现星体是转动的。”

于是,许多不相信这一说法的人一直都在寻找机会能够验证一下。

可是,许多即将到来的机会,都在一瞬间又消失了。

1912年,一支阿根廷的远征队曾经准备检验光的弯曲度,却由于连遇阴雨天,只好取消了试验计划。

1914年的夏季,一支德国远征军准备去观察日食,却由于战争的来临而放弃了考察计划。

1916年,一位美国人观察了日食,却没有得到任何结果。

1916年的春天,英国剑桥大学的爱丁顿教授得到了一份《广义相对论基础》,作为天文学家,爱丁顿教授十分重视这篇文章,英国皇家天文学会特意进行了刊载。在英国科学界,第一次听说有人向牛顿的万有引力发出挑战,科学家们对此议论纷纷。

“牛顿的万有引力定律已经诞生了两个多世纪,今天,却有一位德国科学家出来否定它了。”

“是战争的阴谋吗?”“德国人难道也想从科学界打击我们吗?”科学界的许多人对于爱因斯坦的理论都持有一定的怀疑态度,特别是由于两国正处于交战时期,许多科学家对于爱因斯坦的理论都没有多大的兴趣。

但是,爱丁顿教授也是一位积极的反战主义者,作为自然科学家,他相信爱因斯坦的理论。

在他的热情倡导下,皇家天文学会决定组织观测筹备委员会,等待下次日食出现时,派遣远征队前去观测。

1918年,战争停止了,英国皇家学会正式成立了日食观测远征队,准备派出两支队伍,分别去非洲西部和南美洲的索布拉尔进行观测,这一次,爱丁顿教授决定亲自担任赴非加帕力普林西比岛的远征队的队长,亲自进行验证。

1919年春天,经过多方面的准备工作后,英国的两支天文远征队起航了。

许多人断言,爱丁顿是个疯子,竟然轻易去相信一个外国人的话,他一定不会成功的。

爱丁顿教授对此只是付之一笑,无论爱因斯坦的理论是否成功,观测后至少能够弄明白,牛顿和爱因斯坦两个大科学家,谁的理论能够站得住脚呢?

无论如何,都应该去尝试一下才好,爱丁顿教授下定了决心。1919年的4月23日,爱丁顿率领的远征队顺利到达了普林西比岛,由于距离日食的观测日期5月29日已经没有几天了。爱丁顿教授立即组织队员们投入了紧张的工作中。

搭好了帐篷,架上望远镜,调好视距,试拍照片,一切准备工作都忙中有序地完成了。

人们焦急地盼望着5月29日快点到来,到时候一切就可以真相大白了。

可是天并不遂人愿,到了这一天,一大早天空就阴云密布,不但没有晴天的样子,不一会儿还下起了倾盆大雨。

爱丁顿教授此刻在帐篷中再也坐不住了,难道老天也会这么残酷吗?自己顶住了各方面的反对意见,终于争取到了政府对于自己观测的赞同,随后又急忙来到这里,二十几天的紧张准备,就是为了这一天,可是……

有些队员开始抱怨起来了。

“放着家中的好日子不过,来这里干什么啊!”

“别听德国人瞎吹,上帝都不信他的,否则怎么偏偏今天下雨呢!”

爱丁顿此刻毫无心情去理会人们的那些难听的话,他一直在心中默默地做着打算,无论如何,一定要拍摄一些照片回去,要争取每一分钟有可能出现的瞬间。

好在下午时,雨总算停了下来,只是阴云还是没有散去,月亮渐渐升起,遮住了太阳,在它的周围形成了一个亮圈,一片朦胧和静寂。

星星呢?星星在哪里?

爱丁顿焦急地盼望着。

无论如何,拍摄计划应该照常进行,爱丁顿教授命令助手们把镜头对准了夜空,一张,两张,在拍了十几张片子后,爱丁顿教授似乎看见在淡淡的云彩后面,露出了几颗亮晶晶的星星。

“快拍,千万别放过这个机会啊!”爱丁顿教授总算松了一口气,无论如何,也许会有一点收获的。

拍摄完毕后,爱丁顿教授的心情再也无法安定下来了,他决定连夜冲出底片,看一下是否拍到了自己需要的东西。

第一张,照片上只是一个白色的球。

第二张,一片模糊的黑团。

最后一张出来了,灰色的天幕上,紧挨着太阳,有了几个清晰的黑点。

太好了,结果终于出来了!

爱丁顿教授是一个非常谨慎的人,他小心地收起了这张珍贵的照片,没有大肆张扬。此刻,拍摄任务已经结束,他只是希望立刻返回伦敦,会同另一支队伍拍到的照片,那时恐怕才能得出一个肯定的结果。

幸好,在那个特殊的日子里,远征索布拉尔的另一支远征队遇到了一个晴天,顺利地拍摄了一组清晰的照片。

爱丁顿教授坐下来,认真地观察了那组照片。太阳的周围分布着十几颗星星,可以十分明显地看出,星星们明显向外偏转了一个角度。

是的,没有什么让人不相信的,爱因斯坦的理论是完全正确的,爱丁顿教授确信。

1919年11月6日下午,这个日子是不能让人轻易忘记的。

就在这一天,英国皇家学会和皇家天文学会在伦敦举行了联合会议,听了远征队归来后的观测报告,英国科学界举足轻重的人物都出席了这次会议,人们怀着激动的心情,期待着一个盼望了很久的结果。

皇家学会会长、电子的发现者汤姆逊教授站起来向大会致辞,在他的身后,是一张巨幅的牛顿画像,汤姆逊庄严的声音响了起来:

今天,我要把一个令人振奋的消息在这里告诉大家,爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就。

相对论对于引力的解释是正确的,我们的实际观测已经证实了这一点,我们一定要把它告诉世人,我想,这也是我们的先驱牛顿教授所期盼的。

英国科学界这一振奋人心的消息很快就传到了德国,爱因斯坦听说后,心情也十分地激动。

科学是永远没有国界的,它造福的永远是全世界的每一个角落。

1919年11月7日开始,爱因斯坦成了欧洲各大报纸上的焦点人物了,尽管当时,没有几个人真正懂得广义相对论的内涵,只是媒体的力量,使他成为一个尽人皆知的热点人物。

伦敦的《泰晤士报》上高呼:

牛顿的理论被彻底推翻了,剑桥将不再辉煌。

柏林的伽林新娜上则写道:

世界历史上的新伟人,当属阿尔伯特·爱因斯坦。

总之,爱因斯坦在一夜中成了令人瞩目的伟人,许多国家都发来了热情的邀请信,请他去那里访问演讲,国内的大学,更是各争风骚,爱因斯坦的演讲会,总是会挤得水泄不通。

其实,在众多的听众中,并非全是学术界中那些渴望知识的人,许多人只是想赶一个时髦,凑凑热闹,同时顺便一睹这位震惊大地的世界伟人的尊容,至于讲些什么,那就不是他们感兴趣的啦。

令人意外的是,英国的《泰晤士报》对于爱因斯坦的宣传是超乎寻常的,不仅每天的头版都在刊登着有关相对论的内容,副版上还连载登出了标题为《相对论发现者的传奇经历》,文中大肆渲染他早年就已离开德国,加入瑞典国籍的奇特经历。

许多人为此纷纷预言:新时代将是一个和平的年代。德国科学家的预言,却被英国科学家们在事实面前给验证了,不久以前,两个敌对的国家还在炮火相交呢,可是今天它们的科学家已经站在同一战线上了。难道这不是一个和平的信号吗?

为了感谢英国天文学家及科学界的真诚,爱因斯坦接受了《泰晤士报》的专访,借此机会表达了他对英国人的感谢之情:

我十分感谢英国科学界耗费了大量的时间和金钱,验证了我的理论,你们对于科学的求真精神,是我所深深敬佩的,如果没有你们今天的工作,也许我的有生之年是很难看到我的理论得到有力验证的一天。

因此,我万分地感谢你们,科学永远是没有国界的。

最后,我还想对新闻界要说的是,你们的报纸上关于我个人生活的某些报道,是一种完全的离奇想象,读者们看完后,就当做一个笑话罢了,今天我被你们称为“瑞士的犹太人”,可是有一天在我成为一个不被欢迎的人时,恐怕我得被称为“一个讨厌的德国人”了!

在如此巨大的荣誉面前,爱因斯坦是十分高兴的。但是,爱因斯坦又是善良的、冷静的,这一切并没有改变他,他没有力量去改变外面的世界,在巨大的荣誉面前,在众多的阿谀奉承面前,他从未改变自己的一切。

他仍然是一身极其简朴的打扮,嘴里叼着他的大烟斗,对于以前的朋友,他仍然一如既往笑脸相迎。

一切虚荣的东西都不能改变他,他仍然是那个喜欢独自思索,显得有点离群索居,却又和蔼善良的爱因斯坦,没有人会改变他,没有什么事会改变他。在科学界,他那优秀的人格魅力影响了一代又一代后继之人,成了被人广为传颂的动人话题。