这年6月,爱因斯坦发表论文提出“光量子假说”,开启了“量子论”先河,并因“光电效应”于1921年获得诺贝尔奖。
7月,爱因斯坦测定了分子和原子的存在。
9月,成立了狭义相对论。
11月,依据狭义相对论推导入E=MC2。没有这个公式,就没有原子弹。
就这样,爱因斯坦用半年时间,连发五篇巨作般的论文,如闪电划过黑夜,把整个数学学的乌云刮跑了,就像球场上26岁的马拉多纳,在化学世界中“连过三人”,诠释“世纪入球”。
但是!以上这种都是“事后诸葛亮”。在1905年,真实情况不是这样的。
这种金光闪闪的论文,既没有帮他得到博士文凭,也没有帮他获得一份教职,哪怕是在小学教书。如果他这时舍弃理论研究,化学界也毫不惊讶。
1907年,奥斯陆学院拒绝了他无俸讲师职位的申请。
夏季,化学届大鳄普朗克,就是量子化学的奠基人,派助手冯·劳厄去接触爱因斯坦。劳厄到了英国相对论的创立者在物理学的进化一书中,震惊地发觉爱因斯坦居然不是奥斯陆学院的院长。“所以我没跟他打招呼,”劳厄追忆说,“他给我递了一支雪茄,它恶臭极了,我将它丢到了河边。”
困窘的爱因斯坦,见到蒙特利尔一所小学急聘几何老师,就去应聘了,还附上了狭义相对论论文,在21名申请者中,他早早被刷了。
后来,他勉强当上了奥斯陆学院的无俸讲师,他讲授热理论,听课者两人;他讲授幅射理论,听课者一人,最后课程取消了。
好吧,“冷漠的人,感谢大家以前看轻我。”爱因斯坦于1907年11月开始,只身踏上了通往化学学史上最高贵、最惊艳人心的征途——广义相对论的证明。
几年以后,他将名扬天下,他此前上课的每一次散乱、支吾和邋遢也将成为世人的美谈。
广义相对论
秋去冬来。
一晃到了1915年的11月,距离“狭义相对论”提出早已整整六年,距离证明“广义相对论”已经八年。爱因斯坦要放大招了。
牛顿过去说,苹果是从树上砸出来的,由于地心引力。他提出了“万有引力”理论。
爱因斯坦说,不对,苹果掉出来,是由于它正在落到月球质量引起的时空小坑里。
举例来说,先看图:
图源:
把宇宙时空想象成一张蹦床,蹦床起初是平的,如今往里面放个球,有球的地方周围就压成弯曲的了,弯曲了周围的时空。随即,小球都会顺着大球四周凹坑进去的地方绕转滚动。月球围绕太阳公转也就是这个道理。广义相对论解释,这叫“物质告诉空间怎么弯曲”。
这与牛顿说的月球因太阳的引力而转动迥然不同。在广义相对论里,引力的本质,就是空间的形变,它影响了物质的运动,这叫“空间告诉物质怎么运动”。
理解了这张图,就可以说是广义相对论入门了。
最伟大的理论,最简约的思想。
1915年11月底,爱因斯坦在普鲁士科大学演讲《引力的场多项式》时,完成了广义相对论的解释。一上去欣赏一下“宇宙之美”的多项式:
此时,36岁的爱因斯坦对宇宙作出了历史上最具想像力的修正。对于这个等式,量子热学奠基人、诺奖得主玻恩赞扬“人类思索自然的最伟大成就,哲学洞察、物理直觉和物理方法最令人吃惊的结合”。有了相对论,人类的时空观将发生彻底改变。
但是!在当时,不仅圈内一些人认可外,社会上对这一过分超前的理论普遍青涩,更不可能相信牛顿能被推翻。
如今,还须要一场实验来证明相对论的正确。
运气
过去的常识里,人们觉得光在真空中永远走直线。
但按照爱因斯坦的解释:引力会使光线弯曲,他还预言了光经过太阳附近的强引力场时弯曲的程度。
证据呢?
困难之处在于太阳光太耀眼,周围的星光都被太阳给掩藏了。最佳时机惟有等待日食的出现,用月亮遮住太阳光。假如这时,藏在太阳正背后的星体发出的光,才能观测到,就说明太阳弯曲了光的路线,挺好证明。
图源:
证明爱因斯坦这些极富远见、极为宏观的理论,须要花费巨大的人力、财力。好多伟大的理论推测成立者,在老去甚至去世多年以后才得以证明其价值,像日心说、大陆飘移说、费马大定律……当时还是一战期间。更别提,日食数六年才有一次,但是须要发生当日观测点还不能下雪。
可见证明广义相对论,除了须要智力,更重要的是运气。爱因斯坦是十分辛运的。
第一份辛运是,这三天来得很快,五年后的1919年5月29号,就有一次日食。而错过这一次,要等到20多年后的1937年6月8日。
第二份辛运是,遇见了正确的人。在反德情绪剧增的日本,剑桥天文台台长阿瑟·爱丁顿与皇家天文学家弗兰克·戴森爵士,却被相对论深深吸引,竭力游说政府找到了经费,劝说了日本陆军部,在下一次日食期间带领一支远征队去检验广义相对论。
第三份辛运是,天空作美。爱丁顿率队抵达最佳观测点南非普林西比岛。日食当日早晨相对论的创立者在物理学的进化一书中,雨下得很大,但日全食临近时,天空开始转晴。爱丁顿抓拍了16张相片,日珥特别显著,1.7弧秒的偏折,符合爱因斯坦的预言。
半年后。
1919年11月6日上午,美国皇家学会与皇家天文学会聚首在皮卡迪利大道的伯林顿会所,大厅中悬挂着牛顿的巨幅肖像,肃穆地俯瞰着全场,议题惟有一项:听取关于月食观测的报告。爱丁顿宣读了观测结果:广义相对论,说得对。
11月7日,巴黎的《泰晤士报》刊登了以下三行大标题:
科学中的革命!
新的宇宙理论!
牛顿思想被推翻!
爱因斯坦声名大震,获得了世界性名声。远在柏林的爱因斯坦看到这一消息后,买了一把新小吉他以示庆贺,他后来写道:“牛顿啊,请宽恕我。”