這年6月,愛因斯坦發表論文提出“光量子假說”,開啟了“量子論”先河,并因“光電效應”于1921年獲得諾貝爾獎。
7月,愛因斯坦測定了分子和原子的存在。
9月,成立了狹義相對論。
11月,依據狹義相對論推導入E=MC2。沒有這個公式,就沒有原子彈。
就這樣,愛因斯坦用半年時間,連發五篇巨作般的論文,如閃電劃過黑夜,把整個數學學的烏云刮跑了,就像球場上26歲的馬拉多納,在化學世界中“連過三人”,詮釋“世紀入球”。
但是!以上這種都是“事后諸葛亮”。在1905年,真實情況不是這樣的。
這種金光閃閃的論文,既沒有幫他得到博士文憑,也沒有幫他獲得一份教職,哪怕是在小學教書。如果他這時舍棄理論研究,化學界也毫不驚訝。
1907年,奧斯陸學院拒絕了他無俸講師職位的申請。
夏季,化學屆大鱷普朗克,就是量子化學的奠基人,派助手馮·勞厄去接觸愛因斯坦。勞厄到了英國相對論的創立者在物理學的進化一書中,震驚地發覺愛因斯坦居然不是奧斯陸學院的院長。“所以我沒跟他打招呼,”勞厄追憶說,“他給我遞了一支雪茄,它惡臭極了,我將它丟到了河邊。”
困窘的愛因斯坦,見到蒙特利爾一所小學急聘幾何老師,就去應聘了,還附上了狹義相對論論文,在21名申請者中,他早早被刷了。
后來,他勉強當上了奧斯陸學院的無俸講師,他講授熱理論,聽課者兩人;他講授幅射理論,聽課者一人,最后課程取消了。
好吧,“冷漠的人,感謝大家以前看輕我。”愛因斯坦于1907年11月開始,只身踏上了通往化學學史上最高貴、最驚艷人心的征途——廣義相對論的證明。
幾年以后,他將名揚天下,他此前上課的每一次散亂、支吾和邋遢也將成為世人的美談。
廣義相對論
秋去冬來。
一晃到了1915年的11月,距離“狹義相對論”提出早已整整六年,距離證明“廣義相對論”已經八年。愛因斯坦要放大招了。
牛頓過去說,蘋果是從樹上砸出來的,由于地心引力。他提出了“萬有引力”理論。
愛因斯坦說,不對,蘋果掉出來,是由于它正在落到月球質量引起的時空小坑里。
舉例來說,先看圖:
圖源:
把宇宙時空想象成一張蹦床,蹦床起初是平的,如今往里面放個球,有球的地方周圍就壓成彎曲的了,彎曲了周圍的時空。隨即,小球都會順著大球四周凹坑進去的地方繞轉滾動。月球圍繞太陽公轉也就是這個道理。廣義相對論解釋,這叫“物質告訴空間怎么彎曲”。
這與牛頓說的月球因太陽的引力而轉動迥然不同。在廣義相對論里,引力的本質,就是空間的形變,它影響了物質的運動,這叫“空間告訴物質怎么運動”。
理解了這張圖,就可以說是廣義相對論入門了。
最偉大的理論,最簡約的思想。
1915年11月底,愛因斯坦在普魯士科大學演講《引力的場多項式》時,完成了廣義相對論的解釋。一上去欣賞一下“宇宙之美”的多項式:
此時,36歲的愛因斯坦對宇宙作出了歷史上最具想像力的修正。對于這個等式,量子熱學奠基人、諾獎得主玻恩贊揚“人類思索自然的最偉大成就,哲學洞察、物理直覺和物理方法最令人吃驚的結合”。有了相對論,人類的時空觀將發生徹底改變。
但是!在當時,不僅圈內一些人認可外,社會上對這一過分超前的理論普遍青澀,更不可能相信牛頓能被推翻。
如今,還須要一場實驗來證明相對論的正確。
運氣
過去的常識里,人們覺得光在真空中永遠走直線。
但按照愛因斯坦的解釋:引力會使光線彎曲,他還預言了光經過太陽附近的強引力場時彎曲的程度。
證據呢?
困難之處在于太陽光太耀眼,周圍的星光都被太陽給掩藏了。最佳時機惟有等待日食的出現,用月亮遮住太陽光。假如這時,藏在太陽正背后的星體發出的光,才能觀測到,就說明太陽彎曲了光的路線,挺好證明。
圖源:
證明愛因斯坦這些極富遠見、極為宏觀的理論,須要花費巨大的人力、財力。好多偉大的理論推測成立者,在老去甚至去世多年以后才得以證明其價值,像日心說、大陸飄移說、費馬大定律……當時還是一戰期間。更別提,日食數六年才有一次,但是須要發生當日觀測點還不能下雪。
可見證明廣義相對論,除了須要智力,更重要的是運氣。愛因斯坦是十分辛運的。
第一份辛運是,這三天來得很快,五年后的1919年5月29號,就有一次日食。而錯過這一次,要等到20多年后的1937年6月8日。
第二份辛運是,遇見了正確的人。在反德情緒劇增的日本,劍橋天文臺臺長阿瑟·愛丁頓與皇家天文學家弗蘭克·戴森爵士,卻被相對論深深吸引,竭力游說政府找到了經費,勸說了日本陸軍部,在下一次日食期間帶領一支遠征隊去檢驗廣義相對論。
第三份辛運是,天空作美。愛丁頓率隊抵達最佳觀測點南非普林西比島。日食當日早晨相對論的創立者在物理學的進化一書中,雨下得很大,但日全食臨近時,天空開始轉晴。愛丁頓抓拍了16張相片,日珥特別顯著,1.7弧秒的偏折,符合愛因斯坦的預言。
半年后。
1919年11月6日上午,美國皇家學會與皇家天文學會聚首在皮卡迪利大道的伯林頓會所,大廳中懸掛著牛頓的巨幅肖像,肅穆地俯瞰著全場,議題惟有一項:聽取關于月食觀測的報告。愛丁頓宣讀了觀測結果:廣義相對論,說得對。
11月7日,巴黎的《泰晤士報》刊登了以下三行大標題:
科學中的革命!
新的宇宙理論!
牛頓思想被推翻!
愛因斯坦聲名大震,獲得了世界性名聲。遠在柏林的愛因斯坦看到這一消息后,買了一把新小吉他以示慶賀,他后來寫道:“牛頓啊,請寬恕我。”