日食
很長一段時間裏,一直沒有人能夠對牛頓的理論提出任何質疑,因此世人認為牛頓的萬有引力理論的地位已經永遠確立了。然而現在,愛因斯坦卻研究出一項更廣博的情況,對牛頓的理論提出了挑戰,因此有人稱他為“20世紀的牛頓”。愛因斯坦並不想破壞牛頓的世界,他隻是提出了一個更為簡單的宇宙形象,將牛頓的世界擴大,使其更為適用。
愛因斯坦說,現在我們也同樣可以把萬有引力想象成在太空中的一個場。像太陽或星星這些巨大的物體,都會建立巨大的引力場。即使是小如地球的星體,也能吸引二十五萬裏外的月球。這種萬有引力的大磁場威力十分強大,足以使光線曲折。從來沒有人想到光線會受到萬有引力的影響。
更具革命性的是愛因斯坦的另一項理論:太空是呈曲線形狀,星球隻不過是遵循最簡單及最自然的軌道旋轉。每條河流,不管大小,到最後都流入大海。它所流經的地麵並不平坦,河水順著最容易行進的路線流動。天體運行的路線也是相同。
如果一位飛行員想要從美國飛往中國或印度,他最短的飛行路線並不是如世界平麵圖所顯示的,一條直線橫渡太平洋。他必須在極區上空繞一個大圈子,然後沿著地球的另一邊飛下。星球及流星在太空中旋轉,它們進行的路線並不是直線,而是弧度很大的曲線,就如同飛行員飛越極區一般。
直線並不永遠是兩點之間最短的距離,這是許多人都難以相信的一個新觀念。
愛因斯坦使全世界感到震驚的,並不隻是因為他稱太空是曲線形的,而且他還認為,太空是有限的,並不是永恒無垠的。他說,從太陽或其他許多星球發出的一道光線,沿著曲線前進,在十幾億年之後,這道光線將會回到它原來出發的地點。這表示,整個宇宙就像一個球體的表麵,是有限的,但沒有明確的界線。
對於這些驚人的發現,愛因斯坦提出過幾項證據,經由科學性的觀察便可以獲知這些理論是否能站住腳,其中一項實驗是經由分光器研究從星星發出的光。這樣的研究證明愛因斯坦的學說是正確的,其他的證據則有待天文學家去證明。
牛頓定律可以解釋很多星球的運轉,但水星的一項小運轉,卻是牛頓定律無法解釋的。
水星這種極其微小的偏離軌道的運轉,使愛因斯坦非常感興趣。最後他認為,水星每年以極微小的距離偏離其軌道,因為水星比我們的地球更為接近太陽。這也表示,太陽引力場對水星的影響更為強烈。天文學家做過無數艱苦的統計實驗,終於證明愛因斯坦的預測是正確的。
但是,愛因斯坦說,光線受到引力的影響,又有什麽證據呢?愛因斯坦認為,跟太陽位於天空同一地區的星星,它們的運行路線可能會有所偏差,因為它們的光線經過太陽時有點兒彎曲。在普通情況下,我們看不見這些星星,因為太陽光線太強了。我們隻能在全日食時借助望遠鏡才能觀察。全世界各地的科學家都急於觀看這種景象,以證明愛因斯坦有關於光線曲折的設想,是正確還是錯誤。
1911年,愛因斯坦在布拉格發表了他最重要的一篇論文《關於萬有引力對光線傳播的研究》。他本人呼籲天文學家們應該驗證他所發表的這篇論文,以證明接近太陽的光線是否都會彎曲。他承認說,許多物理學家認為他的這些設想往往缺乏充分的證據,甚至是出自幻想。但如果他錯了,他也會很高興有人證明他的錯誤。
像這樣的研究及調查為什麽不能立即進行,有許多原因。其中一項原因是,全日食發生的概率相當小,而且,全日食時,地球上隻有少數幾個地方能正確地觀察到。天文學家們已經知道,1914年將發生一次全日食,從俄國可以看到這次日食。
就在那一年,一群德國天文學家籌集了一筆可以進行這項漫長而昂貴旅行所需的資金,整理好他們珍貴精密的望遠鏡,動身前往俄國。1914年夏天,愛因斯坦學說的支持者及反對者都在焦慮地等著這些天文學家所發現的真相。這次全日食會帶來什麽呢?
這群德國天文學家安全到達俄國,但卻一直無法帶回他們所希望觀察的日食的結果,因為變得黑暗的不僅是太陽,戰爭的烏雲籠罩在整個地球的表麵。在1914年8月,第一次世界大戰爆發,俄國、法國和英國一起向德國宣戰。
在這群德國天文學家剛踏上俄國土地上不久,他們馬上被當做間諜抓了起來。不管有沒有日食,他們都沒有機會使用他們的望遠鏡,這群天文學家看不到可能解答他們疑惑的群星滿布的天空,隻能凝視著牢房裏空洞的天花板。一直等到四年後戰爭結束,和平來臨,他們才獲得釋放,回到德國。
阿爾伯特·愛因斯坦是位徹底的和平主義者,許多年來,他一直認為,沒有任何事情能夠迫使他參加戰爭。現在他發現,住在像德國這樣好戰的國家裏,要堅持原則十分為難,尤其是戰爭期間,這種處境更加尷尬。幸好,他已取得瑞士國籍,瑞士仍然保持中立態度,所以愛因斯坦暫時不會被當成敵人看待。雖然也有人在背後指責,愛因斯坦教授對他出生的土地缺乏忠誠,但沒有人能夠指控他不忠。
化學家瓦爾特·能斯特由於研究、製作及使用毒氣,而對德國的作戰能力作出了具體的貢獻。另一位叫弗裏茨·哈伯的人,經由化學實驗,發現了製造人造肥料及炸藥的方法。由於他們的貢獻,這兩位科學家分別獲頒德國陸軍少校的軍銜。這對哈伯具有很大的意義,哈伯的父母都是猶太人,他一直不停地努力,不僅希望被視為科學界的領袖,更希望被當做一位傑出而愛國的德國人來對待。他不斷地催促他的朋友愛因斯坦,要求他接受他的國家主義理想。
但愛因斯坦崇尚和平,他隻想然繼續進行他的研究工作,他對政治從未表現出任何興趣。為他寫傳的一位作家說,愛因斯坦喜歡把自己看做世界舞台前的一名觀眾,冷靜地觀賞著這個世界所發生的一切事情。現在他請求能讓他繼續在實驗室中工作,而不必參加血腥的戰爭。
然而,那是不可能的。愛因斯坦曾經說過,對於一個思想家來說,最愉快的工作莫過於擔任燈塔管理員。那樣他就可以遠離現代社會的喧囂及競爭,從事簡單而有用的工作,完全投入到他所感興趣的有價值的工作中。
但在目前,怒吼聲如此之大,這位物理學家想不予理會是不可能的事。所幸,他所從事的工作並不會和戰爭發生聯係。他很高興自己不是實用科學家,雖然由於對毒氣及炸藥有傑出的貢獻,一些科學家獲得了莫大的榮譽,但愛因斯坦卻一點也不想得到這種殊榮。不過,在輿論方麵,有關方麵卻希望他站在德國這一邊。
1914年,德國宣稱,他和孤獨無助的小國比利時所簽訂的條約,隻不過是一張廢紙。德國後來入侵比利時,造成了無數無辜平民的傷亡及城市的毀滅,世界各國對這種情形深感震驚。全世界的輿論一致譴責德國:“隻有野蠻人才會這樣做。為我們帶來文學、科學和音樂的德國人怎麽能做出這種事?這並不是歌德和貝多芬的德國,這是野蠻人的德國。”
德國政府企圖在世界輿論法庭上為自己辯護。他們企圖證明不僅是政治及軍事領袖支持這項軍事行動,甚至連作家、音樂家和科學家也同樣支持。德國政府為此特別準備了一份文件,由九十二位德國最著名的知識分子聯合簽署的聲明書。愛因斯坦早就同意法國科學家巴斯特的“科學不分國界”的說法,因此拒絕在這張德國自辯書上簽名。由於愛因斯坦不再是德國公民,所以德國政府也就對他無可奈何,也不能把他稱做叛國者。但有許多德國的偏激分子卻不原諒他,希望有一天能使他為這種“不忠”的行為付出代價。
對於這位愛好和平的教授來說,在戰爭期間另一項不方便之處,便是戰時很難買到煙絲,而他又特別喜歡他的煙鬥。這個不便對他雖然沒有特別大的影響,但仍令他感到苦惱。許多年以後,在一次晚宴上,一位賓客說到戰爭時期的一件趣事,由於沒有煙絲,愛因斯坦如何呆坐一個多小時,讓空空的煙鬥懸垂在他的嘴角上。可能是因為很難買到煙絲,無法享受真正的抽煙樂趣,咬個空煙鬥多少能滿足一下他的煙癮。這也可能是艾爾莎照料他的日常生活,企圖使他戒除少數幾個壞習慣之後所養成的一種習慣。基於健康的考慮,艾爾莎曾經限製他每天抽煙鬥的次數,所以愛因斯坦才會養成叼著空煙鬥的習慣。
在艱苦的學生時代,愛因斯坦因為飲食不規律而落下了胃病,現在他的胃痛更厲害了,不過他的食欲仍然不錯,但戰爭已使德國各大城市很難買到食物。他的表姐艾爾莎是位天生的烹調能手,設法為她的父親及孩子們準備出好吃又營養的三餐。阿爾伯特·愛因斯坦就是經常來訪而又受到歡迎的客人。
“我很清楚,我們的阿爾伯特是位十分傑出的物理學家。”她笑著喚他的小名說,“現在,我們不得不買些沒有人知道怎麽打開的各式各樣的罐頭。這些罐頭通常都是不曾見過的外國牌子,或是生鏽,或是扭曲了,而且沒有開罐的工具。”她以驕傲的口氣說著,“但是,到目前為止,還沒有任何一罐是我們的阿爾伯特無法打開的。”
在愛因斯坦教授想法子打開這聽頑固的罐頭時,艾爾莎則切著麵包片或煮馬鈴薯,他們一起談論著許多事情。有時候,他們討論書籍和音樂,並經常談到他們的家庭瑣事以及談瑪雅的來信,真難以想象當初那位快活的小女孩,現在已經是一位能幹的家庭主婦了。愛因斯坦的兒子是不是還有點小,誰知道他們將來會不會成為成功的科學家?阿爾伯特是否覺得瑪戈爾剛剛製成的泥土人像顯示這個小女孩具有藝術天分?
在那個為戰爭所破壞的世界中,這位愉快、能幹的婦人為他帶來了和平安樂的生活,使他的寂寞得到慰藉。對其他人來說,他是一位偉大的科學家,對艾爾莎而言,雖然沒有人比她更為愛因斯坦的聲名感到驕傲,但艾爾莎仍然認為他隻是一個不切實際的夢想者,他需要一個妻子來照顧他、管束他,使他能按時吃飯,以及記得穿襪子。在日常生活上,他開始越來越依賴她的協助。
艾爾莎所居住的公寓裏擺著她所喜歡的書籍、圖畫與鮮花,顯得舒適漂亮,愛因斯坦在那裏和艾爾莎閑談、聽音樂,在這裏度過一個愉快的晚上後,他幾乎不願回到他那間寂寞、淩亂的房間。愛因斯坦認為,像這樣愉快的一位家庭主婦,雖然她對物理或高等數學絲毫不懂,卻仍是一位理想的妻子。因此,他毅然地向她求婚。
有一次有人問這位教授,愛因斯坦夫人是否了解相對論?愛因斯坦笑著回答:他也不知道她是否了解,因為他一直不曾向她解釋過這個理論。他從來也不會為她無法分享他的科學知識而感到失望。她對物理學的無知,正好可以幫助他放鬆一下心情,在研究某些困難問題太久之後。她溫暖的笑容、輕鬆的幽默感,都可以使一個疲倦的男人覺得舒適而愜意。
艾爾莎很快就學會了如何在他需要休息鬆弛的時候,把他從書桌上拉起來,讓他參加一群經過仔細挑選的賓客的聊天。有時候,當她感覺到他一定不希望受到打擾時,她會為他準備一盤美味的餐點,送到書房去,使他能繼續工作。艾爾莎奉獻了自己的一切,使他感到滿足和安定。隻有在她去世的時候,他才感到了深深的悲傷及打擊,那是她唯一傷害他的一次。
結婚之後,愛因斯坦夫婦住在柏林一棟寧靜可愛的公寓裏。艾爾莎把家裏布置得窗明幾淨、舒適無比,她挑選了一些高雅的家具、素雅的窗簾、精美的餐巾,這一切都顯示出艾爾莎身為家庭主婦的驕傲。愛因斯坦是否會注意到這些擺設,還很值得懷疑,不過,愛因斯坦倒是相當欣賞他的書房,它孤立而隔離了一切可能打擾到他的事物,那是一個樸素的房間,擺滿了各種書籍和文件。
愛因斯坦的家很快成為柏林許多知識分子及藝術家的聚會所。隻要有人告訴愛因斯坦,來訪的客人之中有幾位音樂家,就不難使他離開他的書房。他討厭參加正式的宴會,他發現,在家中度過一個有音樂的晚上之後,工作起來能更得心應手。除此之外,他的另一項娛樂就是欣賞歌劇或好的戲劇。
到柏林的最初幾年裏,他開始對猶太人的遭遇發生興趣。參加世界大戰的每個國家都嚐到了苦頭,而猶太人更是戰爭中最悲慘的受害者。許多猶太人居住在波蘭及烏克蘭,經常受到入侵軍隊的騷擾。全區的猶太人經常被迫集體遷徙,或是全部被消滅。古老而著名的猶太文化中心也遭到了毀壞。
第一次世界大戰雖然恐怖無比,卻為猶太人帶來了一線希望。當英國軍隊征服土耳其並占領巴勒斯坦之後,即使在撤退的土耳其軍隊的槍聲仍然清晰可聞之際,居住在耶路撒冷的一群猶太人已經開始為希伯來大學奠放基石了。世界各地的猶太學者欣喜若狂,並且答應貢獻財力物力協助建校。愛因斯坦也支持“猶太人的大學也應該具有國際性精神”這一建校宗旨,並對希伯來大學的建立表示了誠摯的支持。
他一向認為,科學家應超乎國界,而成為世界的公民。他的研究理論是在許多國家、許多人的思想基礎上搭建而成的,其中包括了意大利、英國、德國、美國及丹麥等。政治可能把他們的國家引向戰爭,但科學家應該隻追求真理。不管真理出現在何處,都應該對它表示歡迎。
顯然某些科學家也同意愛因斯坦的這種看法。在大戰進行期間,英國的一群科學家仍繼續研究愛因斯坦有關“相對論”的論文。雖然作者是一名德國大學教授,但這些英國人並不把他當做敵人,他們隻對他的理論感到興趣。
跟那群前往俄國研究日食,並被逮捕下獄的德國科學家相比,英國的同行在研究工作方麵顯然幸運多了。1917年,戰爭仍在持續中,英國皇家天文學會會長向一群科學家報告說,1919年將會發生一次日全食,這是他們絕佳的觀測機會,以驗證愛因斯坦的理論是否正確。到那時候,黑色的太陽正好位在十分明亮的金牛座的正中央。巴西北部的某處及西非幾內亞灣的一個海島上是最佳觀測地點。
這些科學家聽到這項報告之後,一致同意這是個千載難逢的機會。但是有誰能夠獲準通過潛艇橫行的大海呢?德國潛艇的威脅,使當時沒有人敢離開英國本土,除非是從事純軍事行動。
但是,雖然沒有人能夠預測戰爭會在何時結束,皇家學會及皇家天文學會仍然充滿希望地成立了一個委員會,負責安排這次的觀測任務。委員會籌集了旅行所需的基金,選定了團員,並買妥望遠鏡、照相機及所有必需的設備。委員會主席是阿瑟·愛丁頓爵士。身為愛好和平的奎克郡人,愛丁頓爵士並不認為前去調查敵國科學家的理論是不愛國的行為。
戰爭在1918年11月結束,第二年年初,兩支探險隊出發了。為什麽派出兩支探險隊?因為日食為時短暫,而且很可能因為天色陰霾,無法拍下日食的情景。英國皇家學會認為,比較保險的做法是在地球上的兩處不同的地點拍攝日食情況——一處是巴西北部的索布拉爾(Sobral),另一處是非洲幾內亞海灣的普林西比島(Principe)。愛丁頓爵士率領第二支采測隊,在日食的前一個月抵達普林西比島。
這些英國科學家取出他們的望遠鏡(是當時最精確的),以及照相機(將使牛頓嫉妒不已)。當地的土著向這群陌生人提了許多問題。還有人很擔心地問道,如果太陽真的變黑了,他們怎能確定太陽還會恢複明亮?太陽的黑暗持續幾分鍾?他們希望這些聰明訪客的回答是正確的,希望不要產生不良後果。
日食當天的黎明,天氣陰沉而多雲,許多科學家擔心會白跑一趟。如果在日食發生的時候,烏雲遮住了星星,那麽他們的長途跋涉等於是白費了。
根據愛丁頓爵士的描述:
月亮遮住了太陽,太陽成了一個黑球。它的周圍是一個亮圈,日全食開始時,仍然可從雲間清楚地看到被日冕環繞的月亮黑色圓盤的部分,很像是在一個沒有星星的晚上,月亮從雲間出現的情景。我們沒有別的辦法,隻有按照原定計劃進行,並希望獲得最好的結果。一位觀察員以最快的連續動作更換相機底片,另一個助手站在架子上,用一塊遮光板控製每次曝光的時間……
天空的景象十分壯觀,據後來衝出的照片顯示,一道太陽火焰高懸在太陽表麵幾千裏的高空中,我們根本連望一眼那種景象的時間也沒有。隻感覺到地上景象時明時暗,十分詭異。隻有觀察者的喊聲以及計時表的滴答聲打破長達三百零二秒的日食期間的一片沉寂。
曝光時間從兩秒到十秒不等,共獲得十六張照片。最初的幾張照片看不出星星,因為有雲,哪怕一抹最淡最淡的雲,就能把星光擋住。
但在接近日食末期時,雲層變淡了,少數幾點黑影子出現在後麵幾張照片上。有時候,一顆或幾顆最基本的星星被雲層遮住,在相片上沒法顯示,不過有一張照片卻很清楚地顯出了五顆星星,這就是最好的證明了。
他們終於獲得了這珍貴的照片。愛丁頓和他的工作人員把這些照片中最好的幾張,拿來和在倫敦所拍攝的同一星球的照片互作比較,發現在倫敦拍攝時,由於這些星星距離太陽很遠,因此不受其直接引力的影響。
幾個月之後,兩支探險隊分別返回倫敦,他們把所拍得的照片在實驗室裏經過很仔細的測量,並考慮到一切可能的錯誤。天文學家以很長的時間嚴肅地討論這些可能性,觀測人員也時時提防發生錯誤。
1919年10月初,在倫敦一個陰沉而大霧彌漫的日子裏。天文學家們參加了一項期待已久的會議。他們全忘了屋外潮濕而惱人的天氣,靜靜地傾聽英國皇家天文學會會長作的一項報告。他報告說:“兩支探測隊所作的觀察已經證明了光呈現出一點六四秒等值的偏離弧度,而愛因斯坦以紙筆所做的預測弧度則為一點七五秒等值。”
參加了這項偉大會議的數學家懷特海,留下了這篇記錄:
……皇家天文學會會長宣布說:照片已經證實愛因斯坦的預測——光線經過太陽附近時,都會曲折。
……牛頓的畫像(掛在會長背後)提醒我們,最偉大的一項科學法則,在通行了兩個世紀之後,終於接受了第一次的修正……這是思想上的一大進步。
皇家學會會長湯姆遜爵士,他本人是位物理學家,他在演說中,描述現在已獲得證實的愛因斯坦理論為“……人類思想史上最偉大的成就之一,這不是發現一個小島,而是發現新科學思想的整個大陸。這是自從牛頓發表其萬有引力原則以來,與其有關的最大發現”。
在倫敦街頭,《泰晤士報》在告示牌上以巨大的字體標出當天的頭條新聞。就在1919年11月7日當天傍晚,行人透過濃霧,借著昏黃的燈光,可以看到告示牌上寫著:“陣亡將士紀念日,各地實施停火。”
在那天早上,已有許多人不需別人提醒,就已把鮮花放在無名英雄的墓前。當他們將滿含淚水的眼睛轉開時,也許會稍微停下腳步,瞄一眼第二個標題:“科學革命:宇宙新理論!牛頓學說被推翻!”
阿爾伯特·愛因斯坦正坐在柏林的公寓裏,小心地打開剛剛從倫敦寄來的一個包裝得很好的包裹。他的家人坐在身邊,他靜靜坐著,凝視著放在膝上的照片。這張照片顯示出陰影中透露出的閃爍光芒,終於證實了他的學說。也許在那一刻之前,他並不了解這種證實對他有多大的意義。
有好長的一陣子,他一句話也說不出,最後輕聲地自語:“很好,很好!”
他再度研究那些照片。
艾爾莎的小女兒瑪戈爾興奮得不得了。她說:“好極了,現在大家都將知道那是一項了不起的理論,因為已經獲得了證實。”
愛因斯坦告訴她:“我並不是說我的理論好。我的意思是說,我從沒想到有人能夠拍下如此好的照片。”