馮八飛
一
1919年9月22日,愛丁頓在英國科學進步協會做報告10天後,愛因斯坦的忘年交、荷蘭諾貝爾物理獎獲得者洛倫茲給愛因斯坦拍了封一句恭喜他的電報。之後,愛因斯坦給在療養院的媽媽保琳娜寄了張明信片,全文為:「親愛的媽媽,今天有個好消息。洛倫茲拍電報說英國科學探險隊證實了太陽導致星光彎曲。」
讓牛頓走下神壇、讓世界科學史必須徹底重新寫過的偉大發現,就值這幾個輕描淡寫的字!對廣義相對論,愛因斯坦一生輕描淡寫,他給洛倫茲回的電報同樣輕描淡寫:「我知道這個理論肯定正確。難道您有所懷疑嗎?」
後來有人問他,如果觀測結果與他的預言不符怎麼辦,愛因斯坦回答:「我可能會為我們親愛的上帝感到遺憾,但我的理論仍然正確。」等待結果時最緊張的人其實不是愛因斯坦,而是普朗克,據說他徹夜未眠。愛因斯坦得知後說,如果普朗克真明白相對論,他就會「跟我一樣放心上床睡個好覺。」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,通常都是因為心裡明白自己微不足道。
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》頭版頭條是《光線確實彎曲,牛頓神話破滅》,大西洋彼岸的《紐約時報》頭條是「俄國爆發革命」,接下來卻是更大的標題:「愛因斯坦的勝利」,乍一看好像俄羅斯十月革命成功是愛因斯坦造成的。
在巴黎,相對論變成社交美女的時尚話題,歌劇和音樂會都被拋到九霄雲外。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名字——愛因斯坦。是的,在一戰戰敗後割土賠款喪權辱國的德國,還沒有一個國民能受到戰勝國如此狂熱的集體高度追捧。一夜之間,連小學生也熱衷於討論愛因斯坦那著名的公式。
寄出5篇奇蹟年論文之後整整14年,愛因斯坦那成名的一夜終於到來,年僅40歲的他一夜之間名動世界,一躍成為人類歷史上第一個真正的全球科學英雄,成為整個人類社會、整個人類歷史的一個「現象」。
看官須知,從孔子開始,提出人類新思想的人很少立刻得到社會承認。從麥哲倫、哥倫布到鄭和,所有代表人類去探索新世界的人,都是在全社會的懷疑和嘲笑中乘船遠行的。但是,當他們帶著一個新世界歸來時,我們這些淺薄而怯懦的名利之徒卻豎起耳朵,惟恐漏掉了來自遠方的丁點兒訊息。他們,於是在一夜之間成為人類七彩未來和永恆幸福的擔保人。這就是發現者與名利之徒的區別。
話說麥哲倫和哥倫布帶回來的不過是一個新大陸,愛因斯坦帶來的可是一個全新的宇宙!而且,他還是一個真正的科學天才。於是,愛因斯坦物超所值地變成了超過哥倫布和麥哲倫三千裡的超級權威。榮譽雨點般的降落柏林,都砸在愛因斯坦頭上。
愛丁頓創造了人類歷史上獨一無二的科學慣例:證明愛因斯坦的預言正確,或者企圖證明它錯誤,兩者都是偉大的科學發現。看看1919年以來的諾貝爾獲獎名單,看官即知此事並非在下坐在電腦前編造的。很多年後,普林斯頓大學物理學家迪克質疑愛丁頓的日全食觀測結果。他認為太陽可能並非正圓,而是稍扁。他著手觀測太陽是否正圓。如果太陽確實發扁,愛丁頓的觀測結果就要被否定,廣義相對論就要打個大大的問號。但迪克的觀測卻證明太陽確是正圓,從而再次證實星光經過太陽時確實發生彎曲,讓廣義相對論更加牢不可破。
愛因斯坦當然希望贏得世界的承認,否則他不會去組織「奧林匹亞科學院」,也不會去當普魯士科學院院長,不過,當榮譽排山倒海而來時,他內心卻相當困惑。1930年他說:「命運的諷刺在於,大家給了我實在太多的讚嘆和榮譽,這不是我的錯,但也非我所應得。」這不是他偉大的謙虛。這是他的真心話。人怕出名豬怕壯,豬長肥了就離死不遠,人暴得大名,同樣也會成為新聞和社會的食物。
二
相對論如日中天,然而,另一場席捲物理學的大風暴卻已嘯聚天邊。一群更年輕的物理學家雲集丹麥哥本哈根,為首的是尼爾斯·玻爾。他小愛因斯坦7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。他們理論的一個不起眼的副產品就是半導體,而發明半導體的後果是計算機問世。從這個意義上說,比爾·蓋茨成為世界首富,完全是託玻爾的福。
他們創立的學科叫量子力學。量子力學源於量子論。量子論並非一種理論,而是一種與經典物理學完全不同的思想。它強調世界不是連續的,就是說所有的東西,包括能量、運動和時間,都不能無限細分下去,它們都有不可分割的最小單位,例如最小的時間單位就是「普朗克時間」。量子論運用到力學研究之中,就是量子力學。
量子論的另外一個基礎是不確定性。
物理學家一般認為宇宙萬事萬物都可用物理方程來說明,我們這些非物理學家一般也同意這個意見。可是,如果真是如此,就意味著宇宙從誕生起就註定了結局,而誕生到結局之間的所有現象都只是物質的機械物理運動,都可以用固定的方程來表示。我們經常說的「歷史的必然」,就是這個意思,即宇宙與我們每個人的命運其實早已註定,無論我們如何努力都無法更改。反過來說,如果我們掌握了足夠的計算能力,我們就可以預測未來,因為未來早已註定,只是我們計算能力不夠,無法解開這個方程而已。在哲學上,這個叫作機械主義宿命論。
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於微觀物理領域;它宣布世界的發展有千百種可能性,雖然每種出現的概率大小不一,但世界上並無什麼事必然會出現,甚至連過去和未來也同樣可以改變,因為時間不一定非要按照「過去→現在→未來」的方向流動。
看官須知,歐洲差不多有一千年完全是基督教統治。我非基督徒,對基督教沒什麼研究,但我知道它有個基本思想:世界是上帝創造的,它的走向是上帝決定的,是固定的,將來的盡頭是世界末日,到末日惡會被懲罰,而善會得福報。這是歷史的必然。貌似跟機械主義宿命論相差不遠。而量子論的意思是,根本就沒什麼「歷史的必然」!歷史當然有個大致走向,比如人類再進步也不會爬回樹上去當猴子。但歷史具體如何發展,卻經常取決於偶然因素。
玻爾的量子力學遇到的阻力比相對論還大,因為他們在前輩大師的眼裡比當初的愛因斯坦還業餘,他們的科學討論被普遍看作小孩子過家家。遭受無數譏諷白眼之後,他們決定向愛因斯坦求助。愛因斯坦目光非凡,一向熱心扶植後輩。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,渴望得到科學新教皇的肯定和支持。結果如何呢?
愛因斯坦全盤否定量子論!
三
玻爾萬萬沒想到,最應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的想法。量子力學的主要觀點就是:在微觀環境裡,所有粒子的運動根本沒有確定軌道可言,你只能預測它們出現在某一點上的概率有多大。意思就是,歷史的發展沒有「必然」。說哪個小夥子是你命中注定的白馬王子,純屬扯淡。
上升到哲學,量子論證明世界上沒有絕對真理,而只有相對真理。這又是什麼意思?舉個例子:人沒有空氣和水就不能生存,真理吧?但這只是相對真理,它只在現在的這個地球上針對人才有效。如果我們說:宇宙中所有智能生命都必須有空氣和水才能生存,才叫絕對真理。問題是這個絕對真理並不存在,因為宇宙中其他智能生命(如果有的話)可能根本不需要空氣和水就能生存,他們可能呼吸二氧化碳,或者更甚:他們根本就不用呼吸!因此,我們現在搜尋外星生命老拿有沒有水、有沒有空氣說事兒,愚不可及。
反之,如果誰宣布自己的理論是絕對真理,那麼,在這裡可以閉著眼睛告訴你,你肯定錯了。因為量子論已經證明,歷史,包括宇宙,其實不見得只有一個。簡單說,量子論的結論是:上帝並不認可牛頓經典物理學說的任何事物都有固定的發展軌道,他老人家認為世界上並無必然規律。
這可是人類認識史上驚天動地的大轉折。因為此前無論我們的認識是什麼樣,我們一律認為世界是可以認識的,它有必然的發展規律。到底什麼是必然規律,什麼是概率呢?
麻將總打過吧?我有個朋友是國家麻將隊的,他說決定麻將勝負的關鍵其實並不在牌技,而在骰子,因為骰子差一個點,你抓到手裡的就完全是另一付牌了。你要老是一抓四個混兒,不就把把天和,把把連莊了嗎?如果因為你牌技高,長得漂亮,有錢,於是你就把把天和,把把連莊,這叫絕對真理。問題是世界上沒有這樣的人。即使你牌技可進國家隊,容貌沉魚落雁,錢比蓋茨還多,但你擲骰子差一個點兒,拿到一副臭牌,你照樣輸錢。
上帝就是麻將派。他是玩骰子的,玩的是心跳。我不知道愛因斯坦會不會打麻將,但我知道愛因斯坦知道骰子。他當天把嘴上沒毛的玻爾訓了一頓後說了一句物理學史名言:「記住,仁愛的上帝絕不會擲骰子!」(原文:Der liebe Gott würfelt nicht)。年輕氣盛的玻爾強烈不服,他不顧禮貌針鋒相對地反駁說:「上帝不僅擲骰子,而且會把骰子擲到我們看不見的地方!」此話遂成物理學史名名言。
玻爾對愛因斯坦的威脅比日本對釣魚島的威脅大多了。因為,他可是個真正的天才。他倆從此成為物理學死敵。這個「死敵」實至名歸,因為愛因斯坦至死不承認量子論。
1926年他致信物理學家波恩說:「量子力學當然值得關注,但我心裡卻有一個聲音告訴我,目前研究軌道並不正確。這個理論成果眾多,卻不能讓我們離真理更近。我堅信上帝不會擲骰子。」
1927年10月愛因斯坦在布魯塞爾第五屆索爾維大會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」。此後他倆在大小型學術會議上只要碰面就拔刀相見,張飛殺嶽飛,殺得滿天飛。每一次他們都跟張飛殺嶽飛一樣戰成平手——他們確實不屬於一個時代,他們最後誰也沒說服誰。
直到1942年,愛因斯坦致信朋友時還說:「想偷看上帝要出什麼牌確實很困難。但我一秒鐘也不會相信上帝會選擇跟這個世界玩骰子。」想知道玻爾聽說這話之後的回答嗎?他針鋒相對:「嗨,請不要再教上帝該做什麼!」
這場關於上帝玩骰子的討論從此成為物理學界經典橋段,為廣大世界物理學家津津樂道,並且各種繼承,各種演繹,不過,最成功的演繹要等到多年之後。這一年霍金比玻爾更進一步,他乾脆宣布: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!」
四
否定量子力學是愛因斯坦就任科學新教皇之後最嚴重的科學錯誤。20世紀30年代之後,量子力學日臻完美,絕大多數物理學家都投靠量子力學,只有愛因斯坦還在對面匹馬叫陣。
上帝確實把骰子擲到了我們看不見的地方,他跟我們開了一個很大的玩笑。愛因斯坦一生蔑視權威,1905奇蹟年,當時還是業餘物理青年的他寫論文否定牛頓,但到了1930年他不得不自嘲:「作為對我蔑視權威的懲罰,命運把我自己變成了權威。」其實愛因斯坦一輩子對「權威」不以為然,包括他自己。
1951年,愛因斯坦已是世界物理學界當之無愧的惟一超級權威,等閒教授見到他都得雙手出汗,語不成句。那年2月他在美國波士頓麻省綜合醫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後恭請他思考科學問題,以便繪下這個偉大科學天才的大腦活動圖。愛因斯坦遵囑在心裡默解一元二次方程,儀器指針立刻劇烈上竄下跳,研究人員不禁大讚自己三生有幸,能夠目睹絕世天才腦電波活動現場直播。可就在此時指針忽然趴窩了,研究人員趕緊上前請問他老人家正在想什麼頂級科學問題,居然讓如此精密的儀器都跟不上。愛大爺說,他聽見外面下雨,忽然想起雨鞋套忘在家裡了。
出來混,誰不想一夜成名啊?尤其在我們這個贏家通吃的偉大時代。然而,成為權威難,成為世界權威更難,成為世界權威之後視權威為糞土,難於上青天。愛因斯坦這樣在思想上超過人類如此之遠、時至今日仍然得到連綿不絕證明的科學家,是不是變成權威,並不以他個人的意志為轉移。
縱觀科學史,科學家最具創造力的時刻,通常在他成為權威之前。而成為權威之後,他通常會犯一些十分愚蠢的錯誤。在與量子論的交鋒中,愛因斯坦扮演了牛頓。我寫這篇文章前完全沒想到,牛頓這樣偉大的科學天才,居然在46歲當選國會議員後就狂熱地研究神學、鍊金術和長生不老藥,並為此寫下百萬手稿。話說牛頓寫這些東西並非「失了心瘋」,事實上當時他的頭腦跟寫《自然哲學的數學原理》時一樣清楚。
其實愛因斯坦本人就是量子論的奠基者之一。1924年他與印度物理學家玻色共同提出「玻色-愛因斯坦凝聚」理論,其實質就是量子論。這個理論預言,如果特定原子氣體以超低溫冷卻,那麼所有的原子會突然以最低能態凝聚起來。如果把一堆原子看成烏合之眾的農民起義軍,那麼玻色-愛因斯坦凝聚讓它們在一秒鐘之內變成令行禁止的嶽家軍。
我們可以通過調控雷射能量來控制原子狀態,讓原子在一秒鐘之內由超流體(內部絕無阻力的理想流體狀態)變成完全的絕緣體,而這種超流體狀態(磁狀態)和絕緣體(矩狀態)正好可以分別充當1和0。進入21世紀後傳統的矽晶片計算機經過30多年發展面臨耗能和散熱等極限已無法發展,科學家普遍認為其前途是量子計算機。現在科學家已認定銣原子具有「磁」和「矩」屬性,可以分別充當1和0。
根據「玻色-愛因斯坦凝聚」,大量的銣原子可以成為量子計算機的存儲器,如果有兩個銣原子存儲器,就可以實現量子計算。這跟我們這些老百姓有什麼相干?相干得很!量子計算機的出現,也許將帶來又一場我們從未設想過的工業革命。面對量子計算機,所有摸過計算機的手都會頃刻心花怒放地顫抖,就像全體同時得了帕金森:只要想一想,手提電腦將一輩子不用充電,硬碟(如果還有硬碟的話)存了全世界所有信息之後還剩餘四分之三的空間……而這只是量子計算機最微不足道的兩個新功能之一!
愛因斯坦一生不承認量子論,可以算作他沒能超過牛頓,但是,在與量子力學的爭論中,他雖然扮演了牛頓,但他卻沒有成為牛頓。愛因斯坦後來還專門請玻爾去普林斯頓演講。此事有據可查,因為當時坐在下面洗耳恭聽的,就有今天的物理泰鬥楊振寧。後來他老人家在北京老實承認沒怎麼聽懂。玻爾後來於1922年愛因斯坦同年獲得諾貝爾獎,這個理應仇恨一生否定量子論愛因斯坦的後起之秀說:「愛因斯坦的成果使人類地平線無限展開,而同時我們對宇宙的想像畫獲得了夢寐以求的完美與和諧」。此生得一友如愛因斯坦者,此生得一敵如玻爾者,就不算枉來世間一趟!我們熱愛愛因斯坦,並不僅僅因為他是一個偉大的物理學家。
1919年愛因斯坦一夜成名,成為德國有史以來最偉大的科學家。然而,距離他真正加冕科學新教皇,還有漫長的3年。與宇宙中的時間一樣,這3年時間也是彎曲的。而且它們的彎曲度比宇宙中可大多了。