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愛因斯坦傳

作者:聶運偉
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第六章 柏林(二) 二 偉大的驗證

第六章 柏林(二)

二 偉大的驗證

接著,皇家天文官代遜代表兩位觀測隊長宣讀觀測報告。他講到,日蝕觀測的資料和愛因斯坦預言的一.七四十分吻合;
皇家學會會長、電子的發現者湯姆遜教授在全場肅穆中起立致詞。他的背後掛著一幅巨大的牛頓像。這位巨人曾經連續二十四年任皇家學會會長,現在他正俯視著自己的後繼者。
大家心裏都明白,有了這個觀測的證明,廣義相對論的意義與價值就會變得無法估量。愛因斯坦對這一點更清楚,他早就渴望著這一天了。
這次會太重要了,所以有人說:
愛丁頓沒有發瘋,他和副手率領全班人馬回到英國。去索布臘爾的遠征隊早回來了。他們拍的照片之中,有些也模糊不清,但是有七張,和愛丁頓的那一張是一致的。愛丁頓經過反覆計算、核對,排除一切誤差、干擾,最後他完全有把握了:日全蝕的觀測,精確地證實了愛因斯坦的廣義相對論。
到最後兩三夜,底片的那層灰色天幕上,似乎出現了一些黑點。可是非常模糊,若有若無。愛丁頓把這幾張有黑點的底片,和格林威治天文臺拍的夜空裏的金牛座的照片比較。不行!這些星星太模糊,而且離太陽太遠,比較不出結果來。最後,終於出現了一張底片,灰色的天幕上,緊挨著太陽,有幾個非常清晰的黑點。愛丁頓拿在手裏,禁不住心跳起來。牛頓的命運,愛因斯坦的命運,就在這一方底片上了。不,這不是兩個人的命運,也不是兩種科學理論的命運,而是宇宙!宇宙的命運啊!空間到底是不是彎曲,宇宙到底是不是可能有限,這些至大至聖的問題,答案就在這一方底片上。
有什麼可說呢?不管是什麼結果,意義總是非凡的。愛丁頓對此早就想過:
皇家天文官一本正經,他把兩手一攤,對愛丁頓的副手說:
「嗯,不……」愛丁頓帶著沉思的神情搖了搖頭。
一九一一年,布拉格的教授發現,這個效應在日全蝕的時候能夠測量出來,並且發現,在日全蝕的情況下變曲度是〇.八七。但他那時還不知道空間也是彎曲的,因此,他的結論是錯誤的。他仍然相信牛頓,而牛頓和圖書認為空間是平直的,牛頓從他自己的萬有引力和光微粒說中也能計算出這個〇.八七。
第二天,兩支遠征隊雙雙啟航,分赴各自的目的地。愛丁頓在四月二十三日到達普林西比島,馬上開始了緊張的準備工作。架設望遠鏡、試拍照片……一切準備就緒,等待著那偉大的日子來臨。宇宙將在那一天的幾分鐘裏,把自己的真面目在世人面前顯露一下。
愛丁頓有點絕望了:要是這次拍不出星星的照片,兩年多的準備工作就付諸東流,更糟的是,要過好幾年才能等到下一次機會。愛丁頓下達命令:照原定計劃拍照,有雲也拍!
早在幾天之前,洛倫茲打給愛因斯坦的電報中說:「愛丁頓在九/一〇秒和一又四/五秒之間發現太陽邊緣的恒星位移。恭喜恭喜。洛倫茲。」
「愛因斯坦的相對論是人類思想史上最偉大的成就之一——也許是最偉大的成就……這不是發現一個孤島,這是發現了新的科學思想的新大陸。」
「親愛的媽媽,今天報告你一個好消息。洛倫茲打電報告訴我,英國遠征隊已經實際上證實了太陽的光有偏轉。」
一九一二年,一支阿根廷日蝕遠征隊開到巴西,計劃檢驗光的彎曲度,因為天下雨取消了試驗。
一九一九年十一月六日下午,皇家學會和皇家天文學會在倫敦舉行聯席會議,聽取兩個日蝕觀測隊的正式報告。會議廳裏濟濟一堂,英國科學界的泰斗們都在這裏了。這些教授一個個都壓低了嗓門說話,彷彿連空氣中都感染到一種焦急的期待心情。觀測的結果,雖然早就從各條小道洩露出去,可是這件事情實在太重大了,所以正式宣佈的時刻,就具有了歷史意義。全場就像一幕古希臘的戲劇那樣莊重。
不,作為自然科學家的愛丁頓,堅信愛因斯坦的廣義相對論是正確的。星光將會拐彎,拐過一.七四,和愛因斯坦預言的一樣。要用照相機照出這一.七四的偏轉角,就像在十幾米外照出一根火柴棍那樣困難。不過,愛丁頓也仔細研究過了,這是辦得到的。
在愛丁頓的熱情倡導下,皇家天文學會開始了日全蝕觀測的準備工作。當時,德國潛水艇封鎖著英國的海岸線,英國人民正在挨餓,每天都有英國士兵犧牲在前線。德國是https://m.hetubook.com.com英國的頭號敵人,花費大量的金錢和人力,去證明一個德國科學家的理論,遭到不少英國人反對。可是,愛丁頓和愛因斯坦一樣,是和平主義者,他執著地認為科學是沒有國界的。愛丁頓對廣義相對論的熱情,對科學的執著,感染了皇家天文官代遜。這次全日蝕,月球的巨大影子橫跨大西洋兩岸。代遜決定派出兩支遠征隊,分別去非洲西部的普林西比島和南美洲的索布臘爾。
一九一九年十一月七日,愛因斯坦的傳奇故事開始了。
助手的怪話,愛丁頓沒有聽見。他的脾氣有點迂。據說在一次宴席上,有一位客人對他說:
一九一六年,委內瑞拉有一個觀測日蝕的機會,又是因為戰爭而失去了。早先希望在日蝕時拍攝照片尋找偏轉的企圖落空了。
愛丁頓等不及回倫敦,就在普林西比這個小火山島上幹起來了。他每夜沖洗兩張照相底片,沖洗出來立刻研究。愛丁頓拿起剛定完影的底片,放在照明燈上細細揣摩。底片正中是一個白色的球。啊,這是太陽,被月亮擋住了。周圍是一個黑圈;啊,這是日冕、日珥。因為是底片,一切都反了個個兒。黑暗的太陽是白色的,明亮的日冕、日珥是黑色的。那一片灰色的背景,就是天空。有沒有黑點呢?沒有。黑點就是星光。可是沒有黑點,一個黑點也沒有。雲!雲!罪人是雲。哪怕一抹最淡最淡的雲,就能把星光擋住。
早在一九〇七年,在伯爾尼專利局當職員的愛因斯坦發現了等效原理,他認識到這個原理本身意味著光有某種彎曲,但是他認為這個效應太小了,觀測不出來。
愛丁頓把這張底片和從倫敦帶來的底片重疊在一起,放在照明燈的乳白色玻璃板上。他把眼睛湊上去。
湯姆遜說:
愛丁頓沒做聲,眼睛仍然盯著牆上那威嚴的牛頓畫像。
「不,我是在想,那半個人是誰。」
一直到一九一九年五月,兩個英國遠征隊才獲得第一批有用途的照片。而這一重要的觀察成就很大程度上得歸功於愛丁頓。
他講到,空間是彎曲的,愛因斯坦的新的引力理論是正確的;
「照相開始!」
可真糟糕!一清早就下起了傾盆大雨。愛丁頓在帳篷裏搓著手,焦急地來回踱著。不一會兒,他就跑到帳篷門m.hetubook.com.com口,仰望老天爺的苦臉。愛丁頓的臉比老天爺更苦!兩個助手,掩飾不住內心的得意,在帳篷的一角做鬼臉,打手勢,說怪話:「活該!這雨下得好,上帝給他的懲罰!誰讓他那麼起勁,拖著我們大家,跑到這個熱帶鬼地方來為德國鬼子效勞!」
一九一二年,蘇黎世的教授發現空間是彎曲的。幾年之後他才明白空間的彎曲改變光彎曲。
愛丁頓是英國劍橋大學的天文學教授,又是皇家天文學會的學術秘書。他參加了基督教教友會。就像那些主張「愛自己的敵人」的教友們一樣,對於第一次世界大戰,他只是搖頭。與愛因斯坦一樣,他也是一個十足的和平主義信徒。
他講到,牛頓為我們勾畫的宇宙圖像應該改變了……
五月二十九日終於來到了。
「那愛丁頓就要發瘋了,你一個人回英國來吧!」
這樣一個愛丁頓,他到這裏來,是為了驗證叫他心醉的相對論,是為了親眼目睹偉大的宇宙的真面目,他哪裡顧得上去聽部下說怪話!
一九一九年五月二十九日將發生日全蝕。剛好,金牛座中的畢宿星團在太陽附近,如果天氣晴朗,用照相的辦法,至少可以照出十三顆很亮的星。這是天賜良機,到時候將給愛因斯坦的廣義相對論,也就是向牛頓挑戰的新的引力理論,來一個判決。如果星光掠過太陽表面的時候,像愛因斯坦預言的那樣拐彎了,這就證明愛因斯坦是正確的,否則……。
「教授,聽人說世界上只有三個人……不,只有兩個半人懂相對論。愛因斯坦當然是一個,教授,你也是一個。」
一九一八年六月,一位美國人對日蝕的觀察也沒有得到任何結果。
「不論日蝕的觀察是否成功,我都堅信整個體系的正確性。」
一九一九年三月初春的一天,在格林威治天文臺皇家天文官的官邸,舉行了日蝕觀測隊出征前的最後一次會議。巨大的書房裏,代遜在花地毯上踱過來,踱過去,向兩位隊長作最後的交代。愛丁頓細長的身子埋在大沙發裏,看著對面牆上的牛頓像出神。代遜講完了,愛丁頓的副手想使會議的氣氛活潑一些,就笑著說:
愛丁頓決定用日全蝕觀測來驗證愛因斯坦的新的引力理論。
一九一五年,已是普魯士科學院院士的愛因斯坦發現了自己以前的錯誤https://www.hetubook.com.com,廣義相對論意味著太陽光的彎曲度是一.七四,也就是說,愛因斯坦值是牛頓值的兩倍,因數二使得牛頓和愛因斯坦對立起來。
「要是我們觀測到的光線偏轉角不是〇.八七,也不是一.七四,而是三.四,那怎麼辦呢?」
愛因斯坦到一九一四年還沒有找到正確的答案,但是他信心堅定,他寫信給貝索說:
這位副手是在望遠鏡下度過了無數夜晚的天文學家。他沒有愛丁頓那樣的數學造詣。在他看來,愛丁頓對愛因斯坦佩服得五體投地,實在有點好笑。廣義相對論再優美,也不過是一件美麗的衣裳,穿在天文學身上,會不會合身呢?那一套玄乎乎的空時理論,光的彎曲,像他那樣的天文學家是接受不了,也不願接受的。所以,副手的這一番話,很有點揶揄愛因斯坦的意思。
「這次日蝕遠征隊可能會第一次證明光的重量(即牛頓值);或許還可以證實愛因斯坦的非歐空間的怪論;或許會出現更具有深遠影響的結果——光沒有彎曲」。
中午,雨總算停了,陰雲還是不散,遮住了太陽。一點半鐘,天空漸漸轉成灰色,月亮來到太陽和地球中間。可是,太陽在哪裡呢?太陽依然隱沒在雲堆裏。
一九一四年夏季,由弗羅因德里希率領,由人們不太熟悉的捐助人克魯普資助的德國遠征隊開往克里米亞,觀察八月二十一日的日蝕,也因戰爭沒法完成考察任務。
「教授,不必謙虛,大家都這麼說的。」
一九一九年初秋,波林在療養院住院時收到兒子的明信片,第一句話是:
一九一六年春天,從中立國荷蘭的萊頓大學寄來一份《廣義相對論基礎》單行本。皇家天文學會的通訊會員德.西特教授,剛從愛因斯坦那裏收到這篇論文,就把它寄到了劍橋。愛丁頓一眼就看出,這篇論文具有劃時代的意義。他馬上開始研究廣義相對論,同時請德.西特寫三篇介紹廣義相對論的文章,發表在皇家天文學會的會刊上。這三篇文章,引起了英國科學界的廣泛注意。因為這是英國人牛頓發現萬有引力定律以來的兩個半世紀裏,第一次有人向牛頓提出有力的挑戰。
愛因斯坦也是幸運的,歷史的幾次變故使他幾次免於面臨錯誤的窘境。
一九一五年十一月十八日,愛因斯坦宣佈正確的偏轉數值是一.七四和_圖_書,他更迫切希望得到日蝕觀察的資料。可日蝕觀察依然一再受挫。
天空暗下來,彷彿黃昏突然來臨,夜幕即將降落。節拍器打出有節奏的聲音,日全蝕開始了。愛丁頓舉起右手,往下一揮,輕輕地說:
在二〇年代初,愛因斯坦已經享有任何一位學者都未曾獲得過的盛譽。英費爾德對一九一九年日蝕觀測和證實廣義相對論之後,愛因斯坦的聲譽空前增長的原因,曾發表過一些有趣且有一定道理的看法:
愛因斯坦瞬間成為公眾偶像的原因很多,但直接的原因則是對全日蝕的觀察中,終於證實了光線在太陽引力場中發生彎曲。
「這件事是在第一次世界大戰結束發生的。人們厭惡戰爭、屠殺和國際陰謀。戰壕、炸彈、屠殺留下了悲慘的餘悸。談論戰爭的書籍沒有銷路和讀者。每個人都在期待一個和平的時代並想把戰爭遺忘。而這種現象能把人類的幻想完全吸引住。人們的視線從佈滿墳墓的地面聚集到滿天星斗的天空。抽象的思想把人們從日常生活的不幸中引向遠方。日蝕的神秘和人類理性的力量、羅曼蒂克的場景、幾分鐘的黑暗,爾後是彎曲光線的畫面——這一切和痛苦難熬的現實是多麼不同呵!」
一個助手站在架子上,用一塊遮光板控制每次曙光的時間。月亮遮住了太陽,太陽成了一個黑球。它的周圍是一個亮圈,亮圈外面噴出了火舌。大地沉浸在一片奇異的朦朧和寂靜之中。大家只感到,熱帶的潮氣從地面上蒸騰出來;大家只聽到,望遠鏡底下,換底片暗匣的「哢嚓」聲。愛丁頓也顧不得看那奇妙無比的日全蝕的天空,他只是隱隱地覺得,雲彩似乎漸漸散去,黑藍色的天幕上,有幾顆星星露出了珍貴的笑容,節拍器「啪、啪、啪」地響著,報完了那三〇二秒日全蝕時間。一共拍了十六張照片,天空又漸漸恢復了它的光亮。
第一夜,第二夜,第三夜……一直找不到黑點。普林西比的這一場努力眼看著要落空。可是,愛丁頓不是輕易認輸的人。他沉住氣,照原定計劃幹下去。謀事在人,成事在天。自己盡到一切努力,再失敗,也就沒有什麼可遺憾抱愧的了。
激動人心的時刻到來了。太陽周圍那十幾顆星星,都向外偏轉了一個角度。星光拐彎了!廣義相對論得到了證實。空間是彎曲的!宇宙真可能是有限的呢!
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