導讀：牛頓構建的物理王國統治世界200餘年後，被愛因斯坦搞得天翻地覆……
▲阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein），1921年諾貝爾獎官方照片
早在愛因斯坦橫空出世之前，人們就發現牛頓的系統好像有些問題。當然天文學家們觀察發現，水星的軌道運動的實際情況與理論預測總是有一點點差距。到底是牛頓的問題，還是其他什麼問題？所以T是不正確的，或者A1是不正確的，或者A2是不正確的，或者A3是不正確的……或者An是不正確的。[1]這個案例中，T就是「牛頓力學（及牛頓力學給出水星位置理論值）」，A1是「水星運動觀測」，A2，A3…是我們尚不確定的其他因素，O是「水星運動的實際情況」。現在O出了問題，那麼到底是T的問題，還是A1，A2，A3…的問題？愛因斯坦傾盡心血的廣義相對論給出的結論是，牛頓錯了。廣義相對論不是對牛頓力學的補充，而是顛覆性的新系統。《世界觀》中提到過，對於我們熟知的重力，牛頓系統的解釋是萬有引力，即所有物質都會相互吸引；而廣義相對論認為，重力是大質量物體引起時空彎曲造成的，相互吸引只是一種錯覺，甚至說重力是一種力都是錯覺。（詳情見：《愛因斯坦耗費近十年的最偉大研究，推導出什麼神預言？》）「時空彎曲」其實不太好理解，因為它難以想像，不符合我們的日常認知和經驗。在牛頓系統裡，時空是均勻的，不會彎曲，直線就是直線，光沿著直線傳播。而廣義相對論認為，時空可以彎曲，彎曲的空間裡的「直線」不再是直線，光沿著這種「直線」傳播，看上去像是發生了偏折。牛頓系統中，如果某一顆遙遠的恆星被太陽擋住，那麼我們就不可能看到這顆恆星。因為光沿著直線傳播，它發出的光不會繞過太陽到達地球。但廣義相對論認為光線可以發生偏折，那麼在某些特殊情況下，被擋住的恆星的光可以「拐個彎」到達地球。1919年5月29日，廣義相對論的信徒、英國天文學家亞瑟·愛丁頓帶著他的團隊遠赴非洲觀測日食。當時明亮的七姐妹星團正位於太陽後面，非常適合檢測愛因斯坦的預言。經過分析與計算，愛丁頓證實觀察結果與廣義相對論非常吻合。11月6日愛丁頓在皇家天文學會上宣布了這個結果，第二天，《泰晤士報》用誇張的標題宣布「牛頓理論被推翻」。[2]▲光線偏折示意圖及英國媒體對愛丁頓觀測日食的報導，圖源：the Illustrated London News of November 22, 19192008年，為紀念愛丁頓的日食觀測90周年，BBC製作了影片《愛因斯坦與愛丁頓》，還原了愛丁頓日食觀測的前前後後，也很立體地刻畫了兩位科學家的形象。不過還是有很多科學家質疑愛丁頓的結論，同時也拒絕接受顛覆認知、看起來非常離奇的廣義相對論。1921年，愛因斯坦獲得諾貝爾物理學獎，獲獎原因中只提到了光電效應的發現，而沒有提到更複雜、更重要的廣義相對論，說明當時的主流科學界仍然認為無法確定廣義相對論的正確。此後很多年，廣義相對論又得到了一系列驗證，最近也是比較著名的事件就是引力波的成功觀測。正如《世界觀》一書所說，如今的主流科學界把廣義相對論當作「現實主義」理論，即現實世界就是廣義相對論描述的那個樣子。很多人傾向於相信自己看得見摸得著的理論，「離奇」的廣義相對論其實離我們的日常生活並不遙遠。移動網際網路時代，我們幾乎都會用到GPS，如果不按照廣義相對論和狹義相對論較正，GPS的誤差會大到根本無法使用。廣義相對論是愛因斯坦最重要的研究成果，但並不是愛因斯坦唯一偉大、唯一值得一提的研究成果。有科學評論者認為，即便是去掉廣義相對論和狹義相對論，愛因斯坦仍然毫無疑問是牛頓之後最偉大的科學家。上文提到，發現光電效應讓愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，愛因斯坦在1905年的論文《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》講述了光電效應的來龍去脈。1905年被稱為愛因斯坦的「奇蹟年」，這一年裡愛因斯坦共發表了5篇論文——另外4篇是《論運動物體的電動力學》《物體的慣性同它所含的能量有關嗎？》《分子大小的新測定》《熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》，被認為每一篇都是諾獎級。這些論文還非常「跨界」，幾乎覆蓋了理化生。在我們現在生活的這個時代，我們似乎不太能體會到這些論文的偉大之處，光電效應、質能方程、布朗運動等愛因斯坦1905年創造的奇蹟都是高中理科生必會知識點。但反過來想，這些寫進教科書的理論，是由100多年前瑞士專利局一個小職員在一年時間裡提出的，難道我們不該感慨「怎麼又是他」嗎？如果說愛因斯坦不是人類歷史上最偉大的科學家，那麼誰是呢？要想一一列舉愛因斯坦的研究成果及貢獻，幾乎是不可能的。何況還有人站在愛因斯坦這位巨人的肩膀上，看到了更遙遠的世界。但人無完人，愛因斯坦並不永遠是對的。愛因斯坦提出了很多顛覆性的理論，但面對同樣具有顛覆性的量子理論，愛因斯坦的態度卻非常保守。尼爾斯·玻爾說：提出相對論的物理革命者可悲地變成了保守派，在量子理論方面「落後於時代潮流」。[3]實際上，愛因斯坦不是質疑量子理論的正確性，更不是反對量子理論本身，他是質疑量子理論的完備性。當時，與玻爾同屬哥本哈根學派的維爾納·海森堡剛剛提出不確定性原理，即粒子的位置與動量不可同時被確定。這個原理還告訴我們，微觀世界裡的遊戲規則是隨機的，電子出現在哪裡，是由概率決定的。重磅大佬雲集的1927年第五屆索爾維會議上，愛因斯坦無法接受不確定性原理，並質疑量子理論的完備性，他堅信自然規律不是由某種概率隨機決定的。於是他對玻爾說：上帝不擲骰子。（God does not play Dice with the Universe.）愛因斯坦，不要教上帝怎麼做。（Einstein, don't tell God what to do.)在這個問題上，兩個人世界觀的「核心拼板」明顯不一致。即使「哥本哈根詮釋」跟實驗結果更相符，邏輯上也更能說得通，但愛因斯坦不願放棄自己的信念。1927年第五屆索爾維會議參會的29人中，17人18次獲得諾貝爾獎。如果你是理科生，學生時代一定被這些名字折磨過：第三排：(1)奧古斯特·皮卡爾德、(2)亨裡奧特、(3)保羅·埃倫費斯特、(4)愛德華·赫爾岑、(5)西奧費·頓德爾、(6)埃爾溫·薛丁格、(7)維夏菲爾特、(8)沃爾夫岡·泡利、(9)維爾納·海森堡、(10)拉爾夫·福勒、(11)萊昂·布裡淵
第二排：(1)彼得·德拜、(2)馬丁·努森、(3)威廉·勞倫斯·布拉格、(4)亨德裡克·克雷默、(5)保羅·狄拉克、(6)阿瑟·康普頓、(7)路易·德布羅意、(8)馬克斯·玻恩、(9)尼爾斯·玻爾
第一排：(1)歐文·朗繆爾、(2)馬克斯·普朗克、(3)瑪麗·居裡、(4)亨德裡克·洛倫茲、(5)阿爾伯特·愛因斯坦、(6)保羅·朗之萬、(7)查爾斯·古耶、(8)查爾斯·威耳遜、(9)歐文·理查森[4]
愛因斯坦和玻爾卻成為這次「全明星」會議的兩位KOL。海森堡回憶說：討論很快就變成一場愛因斯坦和波爾之間的決鬥。儘管玻爾看似贏家，但他仍然無法徹底說服固執的愛因斯坦。3年後的第六屆索爾維會議上，愛因斯坦繼續提出思想實驗挑戰玻爾。後來的時間裡，愛因斯坦和其他兩位科學家提出EPR佯謬，繼續質疑量子力學的完備性。愛因斯坦在「奇蹟年」提出的質能方程，為核能的開發利用提供了理論依據。此後兩次世界大戰相繼爆發，在那樣的年代裡，核能不可避免地被用來製造武器。1939年，愛因斯坦給美國總統羅斯福寫信，提醒他警惕納粹德國的核武器研究，並建議美國儘快開始相關研究。納粹德國的海森堡和美國的羅伯特·奧本海默分別成為兩個敵對國家的核武器研發負責人。最終奧本海默搶在了前面，後面事情大家都知道，美國在日本投下兩顆原子彈，核武器的破壞力震驚了世界。我當時是想把原子彈這一罪惡的殺人工具從瘋子希特勒手裡搶過來。想不到現在又將它送到另一個瘋子手裡。[5]1946年7月出版的《時代周刊》把愛因斯坦的畫像放上了封面，稱其為「宇宙粉碎者」，並在蘑菇雲上寫下了他的質能方程。在BBC的影片《愛因斯坦與愛丁頓》中，這兩位來自一戰敵對國家的科學家都反對戰爭、反對民族主義，這也是他們能夠達成合作的基礎。二戰期間為躲避納粹對猶太人的迫害，愛因斯坦離開德國前往美國，仍然堅決反對戰爭。所以，自己的理論研究被用來製造武器讓他很懊悔。1955年4月11日，在生命最後的日子裡，愛因斯坦在哲學家伯特蘭·羅素起草的《科學家要求廢止戰爭》宣言上簽字，這份宣言後來被成為《羅素—愛因斯坦宣言》[6]。4月18日，愛因斯坦與世長辭。(歡迎大家加入數據工匠知識星球獲取更多資訊。)
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