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愛因斯坦傳

作者:聶運偉
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第五章 柏林(一) 三 宇宙之謎

第五章 柏林(一)

三 宇宙之謎

他們給出的答案也和神學家一樣武斷:
「別信他們。相對論討論的純粹是科學問題。與宗教毫無關係。」愛因斯坦也呷了一口香檳酒,微笑地回答說。
愛因斯坦的靜態、有限、無邊的宇宙模型和牛頓式的無限宇宙模型一樣,都是人類認識宇宙過程中的重要里程碑。它們都是把一定數量的觀測事實作了某種外推之後得到的。結論雖然可能有錯誤,研究的態度和方法卻是科學的。
「有許多人對我說,愛因斯坦會改變我們的宗教道德觀念呢!教授,關於這個問題,你有什麼看法呢?」
這些唯物主義者給宇宙有限論貼上了一條標籤——「唯心主義」。誰說宇宙有限,誰就犯下了唯心主義的彌天大罪。也許,他們太性急了,還沒有弄懂愛因斯坦的宇宙有限論是什麼意思,就根據現成的公式:「宇宙無限=唯物主義」,「宇宙有限=唯心主義」,趕緊提筆上陣,對宇宙有限論展開了批判。
「上帝。」
羅馬教庭學院的天主教哲學家發表了長篇大論,對於愛因斯坦大加恭維。彷彿有限宇宙之外就必有一個天堂,這樣,他們的上帝就有適當的住處了。
親愛的讀者,你這是從小處著眼了。宇宙學是從大處著眼,研究整個宇宙結構的,它所使用的宇觀尺度比太陽系大得多。小範圍裏的不均勻,並不妨礙大範圍裏的均勻。譬如地球表面,有的地方是崇山峻嶺,有的地方是平野千里,各個地點的海拔高度是不均勻的。但是如果在人造地球衛星上遠遠地觀看地球的整體結構,那麼各地海拔高度的差異就微乎其微了,地球就是一個相當均勻的球,(嚴格地說,應該是橢球)。愛因斯坦的靜態宇宙模型進一步假定:宇宙空間中的物質不但是均和*圖*書勻分佈的,而且還是靜止不動的。讀者可能又要反對說:「月亮繞著地球轉動,地球繞著太陽轉動,宇宙間的一切物質都在運動,怎麼能說是靜止的呢?」
關於這一類上帝在人世間的代言人,有什麼話好說的呢?他們曾經把布魯諾活活燒死,把伽利略關進監獄,只是因為他們宣傳科學的真理——哥白尼的日心地動說。而當哥白尼的學說經過艱苦鬥爭,獲得勝利之後,這些神學家們卻又搖身一變,說什麼哥白尼的學說並不和《聖經》矛盾,反而給上帝開天闢地、創造日月星辰提供了科學根據。對於宗教界這些荒謬的說法,愛因斯坦從來都抱著一種冷漠的態度。
每一個偉大人物的身邊總有一些這樣的蚊子,從古至今,皆是如此。
愛因斯坦不理解別人講課的方法,就像別人不理解他的講法一樣。愛因斯坦只是固執地認為:把時間都花在背書上,這太可惜了。
研究宇宙的整體結構,以前沒有適當的理論指導,從愛因斯坦開始,才有了強有力的理論做指導,那就是廣義相對論。隨著觀測手段的不斷發展和完善,更促使現代宇宙學蓬勃發展起來。在愛因斯坦提出自己的宇宙模型之後,又有別的學者提出了其他的宇宙學理論:從宇宙膨脹論到大爆炸宇宙論,從等級式宇宙論到物質反物質宇宙論,名目繁多,立論各異,眾說紛紜,爭論激烈。一門科學產生出各種各樣的假設和理論,引起了激烈的爭論,不正說明它有光輝燦爛的發展前途嗎?
「什麼?宇宙有限?嗯——好極了!」他們滿意地笑了。
愛因斯坦的科學研究,也和一般的教授不同。他總是找最深最難的問題來研究,所以他頂多只能有一https://m.hetubook.com•com兩個助手。愛因斯坦是個單幹戶,狹義相對論發表之後,本來可以接下去做許多工作,寫許多論文,可是,他把這些比較容易做的工作留給別人,自己則埋頭搞廣義相對論。廣義相對論的原理發表後,還是同樣的情況,愛因斯坦又去研究更新更難的問題了。
第一個概念是「靜態」。愛因斯坦提出了一個所謂的「宇宙學原理」。這個原理是說:宇宙間的物質均勻分佈,從宇宙的隨便什麼地方觀看宇宙,所看到的宇宙圖像都是相同的,就像站在球面上觀看球面,不論站在哪一點,看到的球面都是一個模樣。對於這個宇宙學原理,讀者很可能反對:「宇宙間的物質分佈怎麼能說是均勻的呢?譬如在太陽系中,九九.八六%的質量集中在太陽上,這均勻嗎?還有,在地球上看月亮和在月亮上看地球,難道一樣嗎?」
宇宙是什麼樣的?在人類居住的大地之外是什麼?有什麼?這些問題和人類的歷史一樣古老。從漫無稽考的遠古時代起,人們就在思索這些問題。那美麗莊嚴的星空,那點不清數不盡的閃爍著的星星,蘊藏著多少誘人的奧秘!多少年來,宇宙是神話故事的大花園,是宗教迷信的好居所。詩人謳歌宇宙、哲學家玄談宇宙,他們描繪了形形色|色的宇宙。從牛郎織女鵲橋相會的神話宇宙,到天堂地獄、上帝造人的宗教宇宙,各式各樣,應有盡有。然而,最有權利討論宇宙的,是研究宇宙的人,是那些徹夜不眠、把望遠鏡指向茫茫太空的天文學家,是那些在實驗桌旁,在伏案計算中度過日日夜夜的物理學家。
一般的教授,把自己的時間一分為二:一部分教書,一部分研究。他們的講課,一和圖書章章、一節節,分得細而又細,旁徵博引,內容像圖書館一樣豐富。他們的科學研究,也分成一個個小問題,手下的學生都能分到一個,大家津津有味地研究,論文一篇篇發表。
對唯心主義的恭維,愛因斯坦是無動於衷的,因為在他身上,自然科學家的自發的唯物主義始終是主流。遺憾的是,有些唯物主義陣營裏的人,不斷地攻擊愛因斯坦「唯心主義」。特別是在宇宙有限這個問題上。但是說來也怪,他們提的問題和神學家同樣淺薄:
從遙遠的文明開端算起,人類研究宇宙的渴望終於在愛因斯坦這兒找到了一個新的科學起點。
有人以此來譏諷愛因斯坦。
愛因斯坦犯了一個大錯誤,提出了一個錯誤的宇宙模型,後果卻是誕生了一門新的科學——現代宇宙學。奇怪嗎?不,歷史上有不少這樣的事情。哥白尼的日心地動說揭開了近代天文學的序幕,但是他的不朽巨著《天體運行論》中說行星(包括地球)繞著太陽作圓周運動,是不對的。行星運動的軌道應該是橢圓的。
「在有限宇宙之外是什麼?」
想從相對論中尋求神秘啟示的時髦人物形形色|色,他們都在愛因斯坦的身邊嗡嗡營營,似乎在為他、為相對論唱讚歌。但是一有機會,他們又像蚊子一樣,吸他的血,去養肥他們自己。
少年時代的獨自沉思又一次出現。不過,現在愛因斯坦是在面對浩瀚的星空發問:根據廣義相對論,宇宙應該是什麼樣的呢?
在一次訪問英國的宴會上,愛因斯坦的鄰座是坎特伯雷大主教。這位大主教擺出一副對相對論頗感興趣的樣子,恭敬地向愛因斯坦求教,希望能從相對論中找到一些對於上帝有益的根據。他呷了一口香檳酒,親切地對愛因斯坦說:
和圖書有人以此來讚譽愛因斯坦。
有人說,柏林的大學教授分兩類,一類是愛因斯坦一個人,另外一類是其他所有人。
對這個概念的反對意見最為激烈:「難道說我們的宇宙四周圍著巨牆,牆上寫著一行巨字:『呔!宇宙有限,牆外天國,人類止步!』嗎?」
愛因斯坦分析了無限宇宙模型的困難,根據廣義相對論空時彎曲的概念,提出了自己的宇宙模型。他的論文出現在一九一七年的《普魯士科學院會議報告》上,論文的題目是《根據廣義相對論對宇宙所作的考查》。在這篇論文中,愛因斯坦提出了一個有限無邊的靜態宇宙模型。
第二個概念是「有限」。
「宇宙有限」這幾個字漸漸地傳到了牧師、神父和拉比們的耳朵裏。他們的耳朵豎起來了,而且豎得很長。
愛因斯坦也是既講課又做研究。他那深刻的思想之鏈,一環一環展開,清晰地呈現在聽講者面前,再加上一些幽默雋永的趣談作點綴,這使他的講課具有一種特殊的魅力。愛因斯坦只愛講自己所研究的問題。他不僅喜歡向同行和大學生講課,也喜歡跟門外漢談自己的研究工作。這些講課和交談,是用語言表述思想,就像磨劍一樣,思想在講課和交談中磨鋒利了。可是,要愛因斯坦完整地講一門課,從頭到尾,仔細準備,這就叫他頭疼了。教科書上、手冊上都有的東西,有什麼可講的呢?
這時,你又從太陽系的小範圍來考慮了。用太陽系的小尺度衡量是運動的,用宇觀的大尺度衡量就是靜止的了。就像站在海邊觀看大海,以米作為衡量的尺度,那麼海水是大浪滔滔,作著激烈的運動。但是如果在人造地球衛星上觀看大海,以公里或更大的距離作為衡量的尺度,那麼海水就平靜如鏡,www•hetubook•com•com就是靜止的了。總之,愛因斯坦認為,宇宙的總的圖像就像從衛星上觀看地球一樣,大體上是均勻、靜止不動的。你看,那些恒星不是像寶石一般鑲嵌在深邃的夜空中,彼此之間的位置不是幾乎從不變動嗎?
其實,他們都沒有弄清什麼叫宇宙有限。愛因斯坦的宇宙模型有三個重要的概念。
對待這些意見,愛因斯坦的宇宙模型中還有第三個概念呢。這第三個概念就是「無邊」。愛因斯坦的宇宙雖然有限,卻又是無邊的。圓圓渾渾,沒有邊界,所以也就沒有什麼邊界內外之分。和無限宇宙一樣,有限宇宙也是可以沒有「之外」的。無限宇宙排除了天國和上帝之類的東西,有限宇宙也不給它們容身之地。
事實上,愛因斯坦提出他的宇宙模型之後過了十二年,天文學上有了一次重大的突破——美國天文學家哈勃發現,所有的星系,彼此之間的距離都在不斷地增大。恒星不「恒」,我們看不到它們的分離運動,因為距離我們太遠了。宇宙就像一個受熱的肥皂泡,它在不停地膨脹。星系就像肥皂泡上的各個點,它們彼此之間的距離也在不停地增大。宇宙不是靜止的,宇宙在膨脹!哈勃利用大口徑望遠鏡作出這個重要發現後,愛因斯坦這位公認的最偉大的物理學家,非常坦然地承認自己的宇宙模型是錯誤的。為什麼不承認呢?難道最偉大的物理學家就不犯錯誤了嗎?為了從廣義相對論中解出他的靜態、有限、無邊的宇宙模型,愛因斯坦甚至修改了自己心愛的引力場方程式,在方程式中增加了具有斥力性質的一項,叫做宇宙項。有人把引入宇宙項這件事,稱為愛因斯坦平生所犯的最大錯誤。
不管怎麼說,愛因斯坦即使在大科學家們中間,也顯得是那麼地與眾不同。
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