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科幻小说与相对论

本文介绍爱因斯坦怎样受科幻小说的启发而提出相对论,还有一些关于相对论的轶事,比如相对论曾遭著名哲学家的反对,爱因斯坦并非因为相对论获诺奖(好吧,这个高中已经知道了。)考研前的最后一篇献上,最后几天兴奋得不想复习,索性翻一翻文章,也是一乐事。希望大家喜欢。

德国一位叫做菲利克斯·艾博提的法官——同时也是一名业余天文学爱好者,在1846年匿名发表了一篇名为《恒星与世界的历史》。在那个时候,已经有很多人知道光是以一个有限的速度传播的。就职于巴黎的丹麦科学家奥勒·罗默在一百五十多年前就证明了这点。太阳发出的光线要过八分钟多一点才到达地球,木星的光线到达地球要花52分钟,而天王星的光线到达地球所需时间则超过两个半小时。对于一个离地球很远的观察者来说,这样的延迟意味着什么呢?艾博提特别痴迷于这个问题。他写道,在一个遥远的星球上,这个观察者也许“在此刻却能看到亚伯拉罕那时候的地球。”而且,通过在宇宙中跳跃般的穿梭,“他能够在自己面前展现出世界历史进程中的片段,想要观赏哪个片段,想要多快,他都能随意控制。”艾博提在有生之年见证了交通和通讯速度的巨大发展,他相信人类进行超光速旅行已是指日可待的事情。

之后,一些作家继续做这样的思维实验。法国天文学家卡米耶·弗拉马里翁在1873年的一部作品里构想了一颗表面对光敏感的遥远行星。他写道,“我们可以不用把世界想象成球体,而是把它想象成圆柱体,想象我们站在这个圆柱那永恒不变的侧面,这样,地球历史上的那些大事件就在这个侧面上记载、铭刻了下来。”因时间和境遇不同而相隔的爱人就能重温“他们曾经在地球上的亲密场景,”也许还有一些“非常私密的画面”。(细思极污啊!)罪犯再逃脱不了公正的惩处,因为他们犯下的每一件罪状都会通过光的传播“永远地公之于众”。死亡将不再意味着终结;弗拉马里翁提议,只要我们愿意,我们就能返回来看滑铁卢之战,“一场死后的滑铁卢战役”。科普作家亚伦·伯恩斯坦也脑洞大开。他写道,宇宙间的邮政服务无法分辨过去与现在,“亚历山大大帝现在还统治着世界呢。”

受到艾博提以及伯恩斯坦的作品影响的年轻德国人中,有一个叫做阿尔伯特·爱因斯坦。(据爱因斯坦回忆,他曾如饥似渴,“屏气凝神”地阅读过伯恩斯坦的作品,其作品很可能启示他做出了某个猜想,从而促成了独特的相对论。)的确,老一辈的这些科普作家深刻影响了他推广自己关于宇宙的观点的方式。爱因斯坦在1915年年末完成了广义相对论——整个宏大相对论体系的第二部分——的最后润色,并表示他“心满意足,却疲惫不堪。”第二年,他利用像艾博提和其他作家作品里那种思维想象的方式,开始向大众讲授他的理论,探究其理论中异于常理的推断。他出版了名为《狭义与广义相对论浅说》一书,热切期望这本书能够“给某些读者带来几小时的启发性思考。”此前几年,法国物理学家保罗·朗之万在一次关于狭义相对论的讲演中,让观众中的一名志愿者跳上“儒勒·凡尔纳的发射器”,体验时间膨胀。爱因斯坦采用了更为人熟知的表述方式:他的故事继续了“咱们的老朋友——火车车厢”。

阿尔伯特·爱因斯坦

1919年的一次日蚀证实了广义相对论的数项预言。伦敦《泰晤士报》以“宇宙新理论”的大字标题对此作了高调报道。还有题为“牛顿的学说被推翻”的报道。而今,爱因斯坦的理论的真正含义和重大意义终被广泛接受。伯特兰·罗素除了因其杰出而晦涩的数学和哲学成就而闻名外,还写了《相对论简介》一书。在这本书中,由于观察点的选取不同,餐盘的形状会在圆形和椭圆之间变化,停留在静止的池塘水面上的苍蝇被当做扭曲了时空的行星的模型。不过,在相对论的众多布道者中,为首的是一个叫亚瑟·艾丁顿的,他是英国的一名古板的天文学家,当时负责主持日蚀的观测。他的故事让出版社尤其着迷。日蚀观测结果宣布之后的几周,他在剑桥三一学院做了一次演讲,纽约时报以“6英尺高的艾丁顿教授向人们解释他怎么会只有3英尺高”为标题概括了这次演讲。一年之后,他在《空间,时间与引力》一书中让读者想象一名飞行员以每秒161,000英里(约为259,000km)的速度飞行,这个速度几乎是光速的十分之九。地球上的一名观测者会发现这名飞行员的表比正常的表走得慢了一倍;他的雪茄烟也要用平时两倍的时间才抽完。随后在为大学生做的一次演讲中,艾丁顿用跨越星球的一对恋人当作例子(弗拉马里翁也曾做此设想):

假设你爱上了海王星上的一位女士,她也对你表示好感。如果你能——也许是预先某个时候——对自己说,“她现在正想着我呢。”那这会是对你们凄苦分隔两个星球的一点安慰。不幸的是,这存在一点难度,因为我们得抛开现在这个说法......要避免混淆“现在”这一概念,她得连续八小时不停地想你。

一旦有关相对论的书籍付印,就有许多读者迫不及待地买来阅读,然而,听过朗之万数年前那次相对论演讲的法国哲学家亨利·柏格森眼见科学家们成为名声越来越大的公众知识分子,便感到相当不爽。这位哲学家那个时候还比爱因斯坦要有名气一些,因提出了威廉·詹姆斯*称为“哥白尼革命”的学说而得名,这个学说介绍了一种不能用钟表来表示的时间观念。爱因斯坦和伯格森在他们的余生中一直为各自的观点争论不休。这个哲学家暗示,这位物理学家的才能不过就像那位写小说的赫伯特·乔治·威尔斯*一样。乔治·威尔斯在《时间机器》这部小说中和广义相对论一样,将时间看成第四维度;也许(伯格森暗指)爱因斯坦和乔治·威尔斯都是用异想天开的虚构才能来蛊惑大众,而不是科学才华。伯格森说,相对论的狂热追随者们要好好“分清什么是真实的,什么只是符号”,“别把数学上的概念升格成超自然的现实了”。他们该回顾起初的那些等式,把它们和“真正的真实”联系起来——也就是说,和真正能感知的客观实在联系起来。哲学家无论在哪儿都看不到抽雪茄烟的飞行员或者跨越星球的爱情故事。

亨利·伯格森

爱因斯坦从未因他在相对论方面的成就得过诺贝尔奖,这是现代科学史上存在时间最长的谜之一,而伯格森的反对是一部分原因。爱因斯坦没因相对论获诺奖,却因为他发现了光电效应得了诺贝尔奖(其实光电效应的发现意义也相当重大)。诺贝尔物理学委员会主席斯凡特·阿伦尼乌斯在1922年的颁奖演讲中置相对论不顾:

在世的物理学家中,恐怕没有哪位的名字要比阿尔伯特·爱因斯坦更家喻户晓了。对他的讨论大多数专注于他的相对论......著名哲学家伯格森在巴黎时曾挑战过这个理论,这不会是一个秘密,而其他哲学家却真心实意地对相对论表示赞扬。大家讨论的这项理论现今也在天体物理学中得到了严格检验。

也就是说,相对论是否属实尚无定论。

爱因斯坦不满伯格森对他的理论说三道四。他写了很多封信驳斥这位哲学家的争辩,但问题仍然没有消除。相对论落空诺贝尔奖之后的那个夏天,爱因斯坦做出了又一尝试。《恒星与世界历史》再版,他同意为该书作一篇简短的序。在这篇序言中,他称艾博提为“一个有独创性的天才人物”,并赞扬他对普遍被接受的对时间的理解的质疑,赞扬他和自己一样,领悟了现实的一个看起来稳定的状态其实并不是单向性的,也不是绝对的。不过,爱因斯坦还写到,艾博提的观点过于奇异,这让他的宇宙概念——一个会在物质作用下扭曲的时空四维结构——相比之下还挺合情合理。他总结道,这本书揭示了“经常被指责得出怪异结论的相对论怎样能将我们从更反常的情况中拯救出来。”宇宙的真理和科幻小说的怪异描绘比起来,只正常那么一点点。

译者注:

赫伯特·乔治·威尔斯(Herbert George Wells,1866-1946),英国著名小说家,尤以科幻小说创作闻名于世。

威廉·詹姆斯(William James,1842—1910),美国心理学之父。美国本土第一位哲学家和心理学家,也是教育学家,实用主义的倡导者,美国机能主义心理学派创始人之一,也是美国最早的实验心理学家之一。

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