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引力波震荡




从自然种探取原理

选自沃尔特·艾萨克森《爱因斯坦传》

张卜天译


    在少不更事、阅历尚浅的时期,爱因斯坦并未强调这一信念,而更像是一个经验论者或实证主义者。换句话说,他已经将休谟和马赫的著作奉若神明,这使他抛弃了以太、绝对时间等无法通过直接观察来认识的概念。

    而今,随着对以太概念的反对变得更加微妙,以及对量子力学的不满日趋增强,他开始偏离这一正统。晚年的爱因斯坦反思道:“我不喜欢这种论证中的那种基本的实证主义态度,在我看来它是站不住脚的,它与贝克莱的原理——‘存在即被感知’(Esse est percipi)*如出一辙。”  

    爱因斯坦的科学哲学不乏连续性,因此说他的思想经历了一个从经验论到实在论的清晰转变是错误的。 不过公平地说,他在20世纪20年代反驳量子力学时,已经变得不那么恪守马赫的教义,而更像是一个实在论者。正像他在麦克斯韦颂辞中所说,他相信一种独立于我们观察而存在的背后的实在。

    这可见于爱因斯坦1933年6月在牛津所作的一个名为“理论物理学的方法”的讲演,其中概括了他的科学哲学。 讲演一开始就告诫大家,要想真正理解物理学家的方法和哲学,“不要听他们说什么,而要看他们做什么。” 

    如果我们看一看爱因斯坦做了什么,而不是听他在说什么,那么很显然,他相信(任何真正的科学家都是如此)一切理论的最终结论必定能被经验和实验检验所证实。他在论文结尾经常会呼吁做这类实验。 

    但他的理论思考的基石,即逻辑推导所基于的那些原理和假设是如何获得的呢?正如我们已经看到的,他通常并不从需要作某种解释的一套经验数据开始。“无论把经验事实收集得多么丰富,都不可能得出如此复杂的方程,”他在描述自己提出广义相对论的过程时说。 在他的许多著名论文中,他都坚称自己并没有过分依赖于任何特定的实验数据——布朗运动、探测以太或光电效应——来归纳出他的新理论。

    相反,他一般会从对物理世界的理解中抽象出来的假设开始,比如引力与加速的等效。这种等效并不是他通过考察经验数据而得到的。作为理论家,爱因斯坦有一种强大的能力,那就是他能够比其他科学家更为敏锐地提出他所谓的“能够充当出发点的一般原理和假设”。 

    这一过程中贯穿着从实验数据中找到规律的直觉感受。“在考察复杂的经验事实时,科学家必须通过辨别某些一般特征而从自然中探寻出这些一般原理。” 在寻找统一理论的基础时,他在致外尔的一封信中道出了这一过程的本质:“我相信,要想取得任何真正的进步,就必须找到一条从自然中探取的普遍原理。”  

    一旦从自然中探明这条原理,他就会凭借着物理直觉和数学形式,朝着某些可以检验的结论迈进。他早年间有时会轻视纯数学可能起的作用,但在向广义相对论作最后冲刺时,正是数学最终帮助他收获了胜利的果实。

    从那以后,他在探索统一场论时越来越依赖于数学形式。“广义相对论的发展将爱因斯坦引向了抽象的数学形式、特别是张量演算,”天体物理学家约翰·巴罗写道,“起初,一种深刻的物理洞见协调着广义相对论的数学,但是后来,天平朝着另一个方向偏转了。爱因斯坦对统一场论的寻求体现了对抽象形式本身的迷恋。”  

    在牛津讲演中,爱因斯坦先是肯定了经验论:“一切关于实在的知识都始于经验并终于经验。”但旋即强调了“纯粹理性”和逻辑推导的作用。他坦言,在用张量演算成功地提出了广义相对论方程之后,他已经转而信任一种数学进路,较之经验的作用,它更强调方程的简洁和优雅。

    他说,既然这种进路能够使广义相对论受益,那么“我们就有理由相信,自然乃是可能设想的最简单的数学观念的实现。” 这种信念不仅雅致,而且极为有趣。在数学“简单性”指导他探索统一场论的那些年里,它的确道出了爱因斯坦思想的精髓。它与牛顿在其《自然哲学的数学原理》第三卷中的伟大宣言遥相呼应:“自然喜欢简单性。”

    但爱因斯坦并未证明这一似乎与现代粒子物理学相对立的信念, 也从未详细解释他所说的数学简单性到底是什么意思。他只是坚持了这样一种深刻的直觉,即这就是上帝创造宇宙的方式。“我确信我们可以借助纯数学构造来发现将它们彼此相连的概念和定律,”他宣称。

    这种信念(事实上是一种信仰)爱因斯坦曾在1931年5月访问牛津时表达过,那时是要授予他荣誉博士学位。他在讲演中解释说,他对统一场论的不懈追求更多是受到了优雅的数学而不是实验数据的推动。“指导我的不是来自背后实验事实的压力,而是来自前方数学简单性的吸引,”他说,“只能希望实验将会追随数学的旗帜前进。” 

    在1933年牛津讲演的最后,爱因斯坦同样表示相信,场论的数学方程是把握“实在”的最好方式。他承认,到目前为止,这在似乎由偶然和概率所支配的亚原子层次并不奏效。但他告诉听众,他坚信这并非最终答案。“我仍然相信可能有一种关于实在的模型——也就是说,有一种理论可以表示事物本身,而不仅仅是它们发生的概率。” 


他最大的错误?

    1917年,当爱因斯坦根据其广义相对论作“宇宙学考察”时,大多数天文学家都以为宇宙仅仅是我们的银河系连同其一千亿颗左右的恒星在空荡荡的太空中飘游。不仅如此,它似乎是一个相当稳恒的宇宙。虽然群星游走,但却没有明显地向外膨胀或向内塌缩。

    于是,爱因斯坦给他的场方程补充了一个表示“斥”力的宇宙学常数。发明这个常数是为了抵抗引力,因为如果星体不能以足够的动量彼此飞离,引力就会把它们拉到一起。

    从1924年开始,加州帕萨迪纳市威尔逊山天文台的充满传奇色彩的天文学家哈勃用一百英寸反射望远镜做出了一系列惊人发现。第一项发现是,所谓仙女座星云实际上是大小与银河系差不多的另一个星系,距离我们接近一百万光年(我们现在知道这一距离超过两百万光年)。不久他又发现了20多个更远的星系(我们现在认为存在着超过1000亿个这样的星系)。

    哈勃接下来的发现更为惊人。通过测量恒星光谱的红移(光谱的红移之于光波就如同多普勒效应之于声波),他意识到这些星系正在远离我们。关于四处的遥远星体看起来正在远离我们,至少存在两种可能的解释:1)我们处于宇宙的中心(自哥白尼以降,只有小孩子才会相信这种观点);2)整个宇宙都在膨胀,也就是说,一切物体都在四处向外延伸,因此所有星系都在彼此远离。

    当哈勃证实,总体来说诸星系正在以和我们距离成正比的速度退行时,事实变得很清楚,第二种解释是正确的。那些两倍之遥的星系退行速度就快两倍,三倍之遥的星系退行速度就快三倍。

    为了理解这一点,不妨设想一个点栅,所有点都分布在一个气球的弹性表面上,彼此相距一英寸。然后气球表面尺寸膨胀到原先的两倍,使得现在点与点之间相距两英寸。于是在膨胀过程中,开始时一英寸远的点又远离了一英寸。在同一时间内,开始时两英寸远的点又远离了两英寸,开始时三英寸远的点又远离了三英寸,开始时十英寸远的点又远离了十英寸。某个点开始时距离我们越远,它相对于我们的退行速度就越快。从气球上的每一个点来看都是如此。

    这些简单的说法意在表明,不仅星系在远离我们,而且整个空间或宇宙都在膨胀。为了理解三维的情况,不妨把各个点想象成烘烤过程中正在膨胀的蛋糕中的葡萄干。

    1931年1月第二次访问美国时,爱因斯坦决定到威尔逊山(从他正在访问的加州理工学院去那里很方便)亲眼看一看。他和哈勃乘坐一辆漂亮的皮尔斯-阿洛(Pierce-Arrow)敞篷旅游汽车沿盘山公路上了山。在山顶上,他见到了因以太漂移实验而著称的年老多病的迈克耳孙。

    这天天气晴朗,爱因斯坦愉快地摆弄起望远镜的转盘和仪表来。有人向随行的爱尔莎解释,这台仪器是用来确定宇宙的范围和形状的。据说她回答:“我丈夫在一张旧信封背面就可以做这件事。” 

    在大众媒体的报道中,宇宙膨胀的证据被视为对爱因斯坦理论的一个挑战。抓住公众想象力的是一种科学的戏剧效果。有一则报道是这样开篇的,“巨大的星体以每秒7300英里的速度飞离地球,这给阿尔伯特·爱因斯坦博士出了一道难题。” 

    但爱因斯坦欢迎这一报道。“威尔逊山天文台的人很是杰出,”他写信给贝索说,“他们最近发现,螺旋星云在太空中基本上均匀分布,它们显示出与距离成正比的强多普勒效应,我们可以从不带‘宇宙学’项的广义相对论中将其推导出来。” 

    换句话说,被勉强加入以解释一个静态宇宙的宇宙学常数显然是不必要的,因为宇宙实际上正在膨胀。*“这真是令人兴奋,”他对贝索说。 

    当然,如果爱因斯坦相信他最初的方程,并且直接宣布他的广义相对论预言了宇宙在膨胀,那将更令人激动。倘若他果真这样做了,那么哈勃在十几年后对宇宙膨胀的证实将和爱丁顿证实他关于太阳引力使光线弯曲的预言一样引发轰动。“大爆炸”也许会因此而被命名为“爱因斯坦爆炸”,而且可能会像现代物理学那些最迷人的理论发现一样永载史册,引人遐想。  

    事实上,爱因斯坦欣然放弃了这个他从不喜欢的宇宙学常数。 在1931年新版的相对论通俗著作中,他增补了一个附录 来解释他曾经加到场方程中的那一项为什么(谢天谢地)不再必要。“当我与爱因斯坦讨论宇宙学问题时,”乔治·伽莫夫后来回忆说,“他指出,引入宇宙学项是他一生中最大的错误。” 

    实际上,爱因斯坦的错误甚至要比一般科学家的胜利更吸引人,也更复杂。从场方程中消除这一项很难。“不幸的是,”诺贝尔奖获得者温伯格说,“直接抛弃宇宙学常数并不容易,因为任何对真空能量密度有所贡献的东西都会发挥宇宙学常数的作用。” 


    结果证明,宇宙学常数不仅很难消除,而且仍然是宇宙学家所必需的。今天,宇宙学家用它来解释宇宙的加速膨胀。 导致这种膨胀的似乎是神秘的暗能量,它们的行为就好像是爱因斯坦常数的一种表现。结果,每年都要进行两三次观测,每次所作的报告都会以类似2005年11月的这段文字开篇:“阿尔伯特·爱因斯坦给他的方程加了一个‘宇宙学常数’来解释宇宙的膨胀,继而又撤回了它,但新的研究也许证明了他的天才。” 


“物理学与实在”


    爱因斯坦与玻尔-海森伯群体关于量子力学的基本争论不仅仅是关于上帝是否掷骰子,或者猫是否处于半死状态,它也并非仅仅是关于因果性、定域性甚或完备性。它关乎的是实在。 实在是否存在?更加具体地说,独立于我们的观察谈论物理实在有意义吗?爱因斯坦指出,量子力学“问题的核心与其说是因果性问题,不如说是实在论问题”。 

    玻尔及其支持者嘲笑这样一种观念,即认为超出我们的观察而谈论背后的东西是有意义的。我们所能知道的全部就是我们实验和观察的结果,而不是超出我们知觉之外的某种终极实在。

    1905年,爱因斯坦曾经表现过类似的态度,那时他正在阅读休谟和马赫的著作,反对像绝对空间和绝对时间这样的不可观察的概念。“那时我的思维方式比后来更接近于实证主义,”他回忆说,“只有在提出广义相对论之后,我才远离了实证主义。”  

    从那时起,爱因斯坦愈发认为存在着一种古典意义上的客观实在。尽管他前后期的思想存在着某些相通之处,但他坦言,至少在其本人看来,他的实在论代表着一种对他早期马赫主义经验论的偏离。他说:“这一信条并不符合我年轻时所持的观点。” 正如历史学家霍尔顿所指出的:“对于一个科学家来说,如此彻底地改变其哲学信念是罕见的。”  

    爱因斯坦的实在论概念包含三个要点:


    1. 相信实在独立于我们的对它的观察而存在。正如他在自述中所说:“物理学试图从概念把握实在,至于实在是否被观察,则被认为是无关的。人们就是在这种意义上谈论‘物理实在’的。” 

    2. 相信可分离性和定域性。换句话说,物体位于时空中的某些点,可分离性对这些点作出了规定。“如果人们不再假定存在于空间不同部分中的东西都有其自身独立的、实际的存在,那么我简直看不出物理学应当描述什么,”他写信给玻恩。  

    3. 相信严格的因果性,它蕴含着确定性和古典决定论。在他看来,无论是认为概率在实在中扮演着角色,还是认为我们的观察可以使这些概率塌缩,都让人无法接受。“包括我本人在内的一些物理学家都不相信,”他说,“自然界中的事件竟会如同碰运气的赌博。” 


    可能设想这样一种实在论,它只包含这三个方面中的两点甚或一点,有时爱因斯坦会考虑这样一种可能性。虽然学者们曾经讨论过这三点中的哪一点对于他的思考最为基本, 但爱因斯坦一直希望和相信所有这三个方面能够合而为一。正如他晚年在给克利夫兰的一所医学院所做的讲演中所说:“所有概念都应当能够导向空间和时间中的物体,导向这些物体所遵从的定律关系。” 

    这种实在论的核心是一种近乎宗教的、或许也是孩童般的敬畏:我们的所有感官知觉——我们每时每刻都在体验着的视觉和听觉——符合一定的样式,遵从一定的规则,而且有意义。我们会想当然接受由这些知觉所共同拼合成的外在物体,当这些物体的行为似乎受到某些定律的支配时,我们并不感到惊讶。

然而,就像小时候第一次见到罗盘时感到了敬畏一样,爱因斯坦对于我们的知觉遵从一定的规则而不是杂乱无章也感到敬畏。对宇宙的这种令人惊讶的、出人意料的可理解性感到敬畏是其实在论的基础,也是他所谓的宗教信念的决定性特征。

他在1936的文章《物理学与实在》中表达了这一点,这时他已经通量子力学进行过较量,为实在论做了辩护。“借助于思维,我们的全部感觉经验就能够整理出秩序来,这是一个令我们敬畏的事实,”他写道,“世界的永恒秘密就在于它的可理解性……它是可理解的这件事,是一个奇迹。”  

    老友索洛文(在奥林匹亚科学院的日子里,爱因斯坦曾与他读过休谟和马赫的著作)后来告诉爱因斯坦,他觉得爱因斯坦认为世界的可理解性是“一个奇迹或永恒秘密”很“奇怪”。爱因斯坦反驳说,按常理而言,认为世界不可理解才更符合逻辑。“毕竟,人们会先验地料想一个混乱无序的世界,一个为我们的心灵所无法把握的世界,”他写道,“在这一点上,实证主义者和职业无神论者的弱点暴露无遗。” 当然,爱因斯坦既非实证主义者,亦非无神论者。 

    对爱因斯坦而言,认为存在着一种背后的实在,这种信念有一种宗教感。索洛文对此感到不满,他写信说他对这样的说法有一种“厌恶”。爱因斯坦不同意他的看法。“我找不到一个比‘宗教的’这个词更好的词汇来表达这种对实在的理性本质的信念,即实在在一定程度上是可以为人的理性所把握的。如果这种感情缺失了,科学就会蜕变为肤浅的经验论。” 

    爱因斯坦知道,年轻一辈把他看成一个孤陋寡闻的保守派,固守着陈旧的经典物理学的确定性,因而受到蒙蔽。“即使量子理论最初所取得的巨大成功也不能使我相信[大自然]从根本上是一种骰子游戏,”他对老友玻恩说,“尽管我很清楚,我们的年轻同事会把这解释为衰老的后果。”  

    对爱因斯坦怀有深挚感情的玻恩同意年轻人的看法,认为爱因斯坦已经变得与反对他的相对论的上一代物理学家同样“保守”,“他再也无法接受与他本人坚守的哲学信念相左的某些新的物理学思想。” 

    但爱因斯坦认为自己并非保守派,而(再次)是一个反叛者,一个不循规蹈矩者,他能够热情而顽强地抵御流行的时尚。“对于把自然界看作客观实在的观点,现在人们认为这是一种过时的偏见,而认为量子理论家们的观点是天经地义的,”他1938年对索洛文说,“每个时代都有它时髦的东西,而大多数人从来看不见统治他们的暴君。” 

     爱因斯坦在1938年与人合著的物理学史教科书《物理学的进化》中强调了他的实在论进路。这本书说,自古以来,对一种“客观实在”的信念已经造就了伟大的科学进展,这就证明它是一种有用的概念,即使得不到证明。“如果不相信有可能用我们的理论建构来把握实在,不相信我们世界的内在和谐,那么就不可能有科学,”这本书宣称,“不论是现在还是将来,这种信念都将是一切科学创造的基本动机。” 

    此外,面对着量子力学的进展,爱因斯坦还用这本书来捍卫场论的用处。最好的办法就是不把粒子看成独立的对象,而是看成场本身的一种特殊显现:


把实物和场当成两种截然不同的性质是不合理的。我们能否放弃物质概念而建立起一种纯粹的场物理学呢?我们可以把物质看作是空间中场特别强的一些区域。按照这种观点,掷出的石块就是一个变化的场,在其中场强最大的状态以石块的速度穿过空间。 


    爱因斯坦与人合写这本教科书还有第三个更加私人的原因:帮助一个从波兰逃出来的犹太人英菲尔德,他曾在剑桥与玻恩合作过一段时间,然后到了普林斯顿。 英菲尔德最初与霍夫曼一起研究相对论,他提出他们可以向爱因斯坦毛遂自荐。“看看他是否想让我们与他共事,”英菲尔德建议。

    爱因斯坦很高兴。“像推导方程这样的苦差事都由我们来干,”霍夫曼回忆说,“我们向爱因斯坦报告结果,然后开始讨论。有时他的想法异乎寻常,显得很古怪。” 通过与英菲尔德和霍夫曼合作,爱因斯坦1937年用优雅的方式更为简洁地解释了行星和其他大质量物体的运动。

    然而,他们关于统一场论的工作却从未变得明朗。有时的情况如此让人灰心,英菲尔德和霍夫曼变得十分沮丧。“但爱因斯坦从未失去勇气,其独创性也不曾辜负过他,”霍夫曼回忆说,“每当讨论陷入僵局,爱因斯坦总是用他那蹩脚的英语说一声,‘让我想想。’(I will a little tink)”他德语口音很重,th音发不准。屋子里安静下来,爱因斯坦会走来走去或者绕着圈子,不停地捻着一绺他那灰白的长发。“他的脸上浮现出一种梦幻般的、悠远而沉静的神色,没有显出一丝紧张和不安。”时间一分分地过去了,忽然,爱因斯坦似乎又回到了这个世界,“他脸上浮起一丝微笑,给出了问题的答案。” 

    爱因斯坦对英菲尔德的帮助很满意,他试图劝说弗莱克斯纳在研究院给英菲尔德安排一个职位,但遭到拒绝。研究院已经勉强雇佣了沃尔特·迈尔,这已经让弗莱克斯纳大为光火了。为了给英菲尔德争取区区600美元的生活补贴,爱因斯坦甚至还亲自去找了学校董事会(他很少这样做),但没有奏效。 

于是,英菲尔德想出了一个主意,如果与爱因斯坦合写一本物理学史,那么肯定能取得成功,版税平分即可。当他找到爱因斯坦表明自己的想法时,英菲尔德变得异常吞吞吐吐,但最后还是说出了他的请求。“这主意不错,很不错呢!”爱因斯坦说,“我们来干吧。” 

1937年4月,本传记的出版公司的创始人西蒙和舒斯特驱车来到普林斯顿,到爱因斯坦的家来争取版权。善于交际的舒斯特试图用幽默来使爱因斯坦就范。他说,他发现了某种比光速跑得还快的东西——“一位女士到巴黎购物的速度” 。 爱因斯坦乐了,至少据舒斯特回忆是这样。无论如何,这次来访达到了目的。《物理学的进化》现在已经印刷了44版,它不仅宣扬了场论所扮演的角色和对客观实在性的信念,还使英菲尔德(以及爱因斯坦)在经济上更有保障。

    英菲尔德可谓知恩图报。他后来称爱因斯坦“也许是自古以来最伟大的科学家和最善良的人”,并且在其导师健在时就写了一篇充满溢美之辞的传记,赞扬爱因斯坦在探索统一理论时能够藐视传统思想。“多年来,他固执地紧随一个问题,固执地一再回到这个问题——这正是爱因斯坦天才的典型特征,”他写道。 


反潮流

英菲尔德说的对吗?固执是爱因斯坦天才的典型特征吗?在某种程度上,他一直被这个特点所护佑,特别是在探索广义相对论的漫长而孤独的征程中。从上中学时起,他就有意逆潮流而动,藐视权威。所有这些在他探索统一理论的过程中表现得很明显。

然而,尽管他不止一次说过,对经验数据的分析对于构建他的伟大理论起的作用很小,但他有一种直觉,能够基于当前的实验和观察,从大自然中攫取洞见和原理,这种能力一直使他受益良多。这一特征现在变得不那么明显了。

    到了20世纪30年代末,他对新的实验发现愈发不闻不问。随着弱核力和强核力这两种新的力被发现,需要完成的不是引力与电磁力的统一,而是更大的统一。“爱因斯坦没有理会这些新的力,尽管它们和另外两种知道时间更长的力同样基本,”他的朋友派斯回忆说,“他继续着以前的研究,试图将引力与电磁力统一起来。”  

    不仅如此,从30年代起,一系列新的基本粒子陆续被发现,目前已多达百十种,其中既有像光子和胶子这样的玻色子,也有像电子、正电子、上夸克、下夸克这样的费米子,林林总总,不一而足。对于爱因斯坦统一万物的目标来说,这并不是好兆头。1940年加盟研究院的泡利嘲弄了他徒劳的探索:“神所分开的,人还是不要配合吧。” 

    爱因斯坦也感到这些新发现隐隐使人不安,但他还是心安理得地不去过分强调它们。“我从这些伟大发现中只能获得些许的愉快,因为目前它们似乎并不利于我对基础的理解,”他写信给劳厄,“奇怪的是,我并没有放弃希望,但我觉得自己就像一个得不到入门诀窍的孩子。毕竟,在这里与我们打交道的是斯芬克斯(sphinx) ,而不是自愿的拉客妓女。” 

    于是,爱因斯坦逆潮流而动,不断回退到过去。他意识到,沿这条孤独的道路行进很奢侈,对于那些仍在建功立业的年轻物理学家来说,这可能过于冒险了。 但正如事实所表明的,通常总会有至少两三位年轻物理学家被爱因斯坦的光环所吸引,希望同他合作,即使大多数物理学家都认为,他对统一场论的探索是不切实际的空想。

    年轻的助手恩斯特·施特劳斯还记得与爱因斯坦合作的经历,当时所采取的方案爱因斯坦已经研究了近两年。一天晚上,施特劳斯失望地发现,他们的方程导出了一些明显的错误。第二天,他和爱因斯坦从各个角度研究了这个问题,但仍然没能避免这个令人失望的结果。那天他们早早回家了。施特劳斯灰心丧气,认为爱因斯坦只会心情更糟。但让他没想到的是,爱因斯坦第二天和往常一样热情和兴奋,他又提出了一种新的方案。“我们又开始了一种全新的理论,经过半年的工作又被扔进了垃圾堆,而哀悼它的时间并不比它的前身更久,”施特劳斯回忆说。  

    爱因斯坦的探索一直被他的一种直觉所驱动,那就是:数学简单性是大自然的一个特征,他虽然在看到数学简单性时能够知道它,但从来没能将它定义清楚。 每当有特别优美的公式出现时,他就会高兴地对施特劳斯说:“上帝不可能放过如此简洁的东西。”

    热情洋溢的信仍然陆陆续续从普林斯顿发出,通报他与量子理论家交战的最新进展。量子理论家们似乎迷上了概率,不愿相信有什么背后的实在。“我正在与我的年轻同事共同研究一种极为有趣的理论,我希望能够借此击败迷信神秘主义和概率的现代人,打消他们对物理学领域中实在概念的厌恶,”他1938年写信给索洛文。  

    类似地,关于各种突破的报道也继续从普林斯顿传出。“阿尔伯特·爱因斯坦博士,宇宙阿尔卑斯山的攀登者,正在一座人迹罕至的数学高峰之上翱翔,说他已经看到了空间和物质结构的一种新样式,”著名的《纽约时报》 科学记者劳伦斯在1935年的一篇头版文章中报道说。而在1939年的一篇头版文章中,同一位作者又在同一份报纸上报道说:“从无限广袤的空间中的恒星和星系到无限小的原子内部的秘密,在对能够解释整个宇宙机制的定律做了20年不懈探索之后,阿尔伯特·爱因斯坦今天透露,他最终看到了他所希冀的那块‘知识的应许之地’,那里可能保有解决创世之谜的最重要的钥匙。” 

    爱因斯坦年少时所取得的成功部分来自于他的一种本能,使之能够发现背后的物理实在。他能够直觉地感受到一切运动的相对性的涵义、光速的恒定性以及引力质量与惯性质量的等效。由此他可以基于对物理学的感受去构造理论。然而到了后来,他变得愈发信赖那些脱离物理直觉的数学形式描述,因为正是凭借着这种方法,他才最终完成了广义相对论场方程。

    如今,在探索统一理论的过程中,似乎有许多数学形式描述,但极少有基本的物理洞见在指导他。“在早先探索广义相对论时,爱因斯坦曾经受他的引力与加速等效的原理所指引,”在普林斯顿与爱因斯坦合作的霍夫曼说,“然而,可能导出统一场论的指导性原则在哪里?没有人知道。甚至爱因斯坦也不知道。因此,这项工作与其说是探索,不如说是在没有被物理直觉照亮的黑暗的数学丛林中摸索。”杰里米·伯恩斯坦后来说,这“就像是在不考虑物理学的情况下,对数学公式进行近乎随意的排列组合。” 

    又过了一段时间,乐观的报道和信件不再从普林斯顿传出,爱因斯坦公开承认他至少在目前还处于困难境地。“我没有这么乐观,”他对《纽约时报》说。多年来,对于爱因斯坦所声称的统一理论的每一次突破,《纽约时报》都会作重点报道,但现在它的大标题说:“宇宙之谜难住了爱因斯坦。” 

    然而,爱因斯坦说他仍然无法“接受这样一种看法,即大自然中的事件如同一场碰运气的赌博”,因此,他誓言继续进行探索。即使失败,他也觉得这种努力是有意义的。“每个人都可以自由选择他的努力方向,”他解释说,“每个人都可以从这句名言中感到安慰:探索真理比对它的占有更宝贵。” 

    在爱因斯坦60岁生日前后,即1939年初春,玻尔来到普林斯顿做两个月访问。爱因斯坦对他的老朋友和争论伙伴仍然有些疏远。他们在招待会上见过几次面,做了短暂的交谈,但并未就有关量子奇异性的思想实验重新进行交锋。

    爱因斯坦在这一时期只做了一次讲演,玻尔出席了。他在讲演中谈到了他对统一场论的最新尝试。最后,爱因斯坦把目光转向玻尔,说他长期以来一直试图以这样一种时尚来解释量子力学。但他明确说自己不想再就这个问题继续讨论下去。“玻尔对此深感不快,”他的助手回忆说。 

    玻尔带来了一些与爱因斯坦发现的质能关系E=mc2有关的科学新闻。在柏林,哈恩和施特拉斯曼已经通过中子轰击重铀的方法得到了一些有趣的实验结果。这些结果被送到了他们以前的同事迈特纳那里,她刚刚逃到瑞典,因为她是半个犹太人。她转而告诉了她的侄子奥托·弗里施,他们的结论是,原子裂开了,产生了两个较轻的原子核,少量丢失的质量变成了能量。

    在证实了这些被他们称为“裂变”的结果之后,弗里施将它们告诉了正准备启程赴美的玻尔。1939年1月底,玻尔一到普林斯顿,就在物理学家的每周聚会(被称为“周一晚间俱乐部”)上讲述了这种新发现。一连数日,这些结果被不断重复,研究者们开始撰写论述这一过程的论文,玻尔和一位还没有获得终身职位的年轻物理学教授惠勒也合写了一篇。

    爱因斯坦向来对控制原子的能量或释放由E=mc2蕴含的能量心存疑虑。在1934年访问匹兹堡时,他被问及释放原子能量的可能性,他回答说:“通过轰击使原子裂开就像在鸟儿稀少的漆黑之地打鸟。”《匹兹堡邮报》头版的大标题称:“爱因斯坦使原子能的希望破灭 / 释放巨大能量的尝试被指徒劳 / 著名科学家如是说。” 

随着1939年初的消息被披露,轰击原子核使之产生裂变显然很可能会成为现实,爱因斯坦需要再次面对这个问题。那年3月,在为他60岁生日所做的一次采访中,他被问及这对人类是否有用处。“迄今为止,关于原子裂变所获得的成果尚不能表明,在这一过程中所释放出来的原子能量能够实际加以利用,”他回答。然而,他又意味深长地补充说:“几乎不可能有哪位物理学家会如此缺乏理智上的好奇,以至于仅仅因为以前的实验没有得到理想的结果而冷落这一极为重要的课题。”  

    又过了四个月,他的兴趣的确快速增长了。


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