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#探秘时空
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导读：牛顿构建的物理王国统治世界200余年后，被爱因斯坦搞得天翻地覆……
▲阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein），1921年诺贝尔奖官方照片
早在爱因斯坦横空出世之前，人们就发现牛顿的系统好像有些问题。当然天文学家们观察发现，水星的轨道运动的实际情况与理论预测总是有一点点差距。到底是牛顿的问题，还是其他什么问题？所以T是不正确的，或者A1是不正确的，或者A2是不正确的，或者A3是不正确的……或者An是不正确的。[1]
这个案例中，T就是“牛顿力学（及牛顿力学给出水星位置理论值）”，A1是“水星运动观测”，A2，A3…是我们尚不确定的其他因素，O是“水星运动的实际情况”。现在O出了问题，那么到底是T的问题，还是A1，A2，A3…的问题？爱因斯坦倾尽心血的广义相对论给出的结论是，牛顿错了。广义相对论不是对牛顿力学的补充，而是颠覆性的新系统。《世界观》中提到过，对于我们熟知的重力，牛顿系统的解释是万有引力，即所有物质都会相互吸引；而广义相对论认为，重力是大质量物体引起时空弯曲造成的，相互吸引只是一种错觉，甚至说重力是一种力都是错觉。（详情见：《爱因斯坦耗费近十年的最伟大研究，推导出什么神预言？》）“时空弯曲”其实不太好理解，因为它难以想象，不符合我们的日常认知和经验。在牛顿系统里，时空是均匀的，不会弯曲，直线就是直线，光沿着直线传播。而广义相对论认为，时空可以弯曲，弯曲的空间里的“直线”不再是直线，光沿着这种“直线”传播，看上去像是发生了偏折。牛顿系统中，如果某一颗遥远的恒星被太阳挡住，那么我们就不可能看到这颗恒星。因为光沿着直线传播，它发出的光不会绕过太阳到达地球。但广义相对论认为光线可以发生偏折，那么在某些特殊情况下，被挡住的恒星的光可以“拐个弯”到达地球。1919年5月29日，广义相对论的信徒、英国天文学家亚瑟·爱丁顿带着他的团队远赴非洲观测日食。当时明亮的七姐妹星团正位于太阳后面，非常适合检测爱因斯坦的预言。经过分析与计算，爱丁顿证实观察结果与广义相对论非常吻合。11月6日爱丁顿在皇家天文学会上宣布了这个结果，第二天，《泰晤士报》用夸张的标题宣布“牛顿理论被推翻”。[2]▲光线偏折示意图及英国媒体对爱丁顿观测日食的报道，图源：the Illustrated London News of November 22, 19192008年，为纪念爱丁顿的日食观测90周年，BBC制作了影片《爱因斯坦与爱丁顿》，还原了爱丁顿日食观测的前前后后，也很立体地刻画了两位科学家的形象。不过还是有很多科学家质疑爱丁顿的结论，同时也拒绝接受颠覆认知、看起来非常离奇的广义相对论。1921年，爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖，获奖原因中只提到了光电效应的发现，而没有提到更复杂、更重要的广义相对论，说明当时的主流科学界仍然认为无法确定广义相对论的正确。此后很多年，广义相对论又得到了一系列验证，最近也是比较著名的事件就是引力波的成功观测。正如《世界观》一书所说，如今的主流科学界把广义相对论当作“现实主义”理论，即现实世界就是广义相对论描述的那个样子。很多人倾向于相信自己看得见摸得着的理论，“离奇”的广义相对论其实离我们的日常生活并不遥远。移动互联网时代，我们几乎都会用到GPS，如果不按照广义相对论和狭义相对论较正，GPS的误差会大到根本无法使用。广义相对论是爱因斯坦最重要的研究成果，但并不是爱因斯坦唯一伟大、唯一值得一提的研究成果。有科学评论者认为，即便是去掉广义相对论和狭义相对论，爱因斯坦仍然毫无疑问是牛顿之后最伟大的科学家。上文提到，发现光电效应让爱因斯坦获得了诺贝尔奖，爱因斯坦在1905年的论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》讲述了光电效应的来龙去脉。1905年被称为爱因斯坦的“奇迹年”，这一年里爱因斯坦共发表了5篇论文——另外4篇是《论运动物体的电动力学》《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》《分子大小的新测定》《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》，被认为每一篇都是诺奖级。这些论文还非常“跨界”，几乎覆盖了理化生。在我们现在生活的这个时代，我们似乎不太能体会到这些论文的伟大之处，光电效应、质能方程、布朗运动等爱因斯坦1905年创造的奇迹都是高中理科生必会知识点。但反过来想，这些写进教科书的理论，是由100多年前瑞士专利局一个小职员在一年时间里提出的，难道我们不该感慨“怎么又是他”吗？如果说爱因斯坦不是人类历史上最伟大的科学家，那么谁是呢？
要想一一列举爱因斯坦的研究成果及贡献，几乎是不可能的。何况还有人站在爱因斯坦这位巨人的肩膀上，看到了更遥远的世界。但人无完人，爱因斯坦并不永远是对的。爱因斯坦提出了很多颠覆性的理论，但面对同样具有颠覆性的量子理论，爱因斯坦的态度却非常保守。尼尔斯·玻尔说：提出相对论的物理革命者可悲地变成了保守派，在量子理论方面“落后于时代潮流”。[3]实际上，爱因斯坦不是质疑量子理论的正确性，更不是反对量子理论本身，他是质疑量子理论的完备性。当时，与玻尔同属哥本哈根学派的维尔纳·海森堡刚刚提出不确定性原理，即粒子的位置与动量不可同时被确定。这个原理还告诉我们，微观世界里的游戏规则是随机的，电子出现在哪里，是由概率决定的。重磅大佬云集的1927年第五届索尔维会议上，爱因斯坦无法接受不确定性原理，并质疑量子理论的完备性，他坚信自然规律不是由某种概率随机决定的。于是他对玻尔说：上帝不掷骰子。（God does not play Dice with the Universe.）
爱因斯坦，不要教上帝怎么做。（Einstein, don't tell God what to do.)
在这个问题上，两个人世界观的“核心拼板”明显不一致。即使“哥本哈根诠释”跟实验结果更相符，逻辑上也更能说得通，但爱因斯坦不愿放弃自己的信念。1927年第五届索尔维会议参会的29人中，17人18次获得诺贝尔奖。如果你是理科生，学生时代一定被这些名字折磨过：
第三排：(1)奥古斯特·皮卡尔德、(2)亨里奥特、(3)保罗·埃伦费斯特、(4)爱德华·赫尔岑、(5)西奥费·顿德尔、(6)埃尔温·薛定谔、(7)维夏菲尔特、(8)沃尔夫冈·泡利、(9)维尔纳·海森堡、(10)拉尔夫·福勒、(11)莱昂·布里渊
第二排：(1)彼得·德拜、(2)马丁·努森、(3)威廉·劳伦斯·布拉格、(4)亨德里克·克雷默、(5)保罗·狄拉克、(6)阿瑟·康普顿、(7)路易·德布罗意、(8)马克斯·玻恩、(9)尼尔斯·玻尔
第一排：(1)欧文·朗缪尔、(2)马克斯·普朗克、(3)玛丽·居里、(4)亨德里克·洛伦兹、(5)阿尔伯特·爱因斯坦、(6)保罗·朗之万、(7)查尔斯·古耶、(8)查尔斯·威耳逊、(9)欧文·理查森[4]
爱因斯坦和玻尔却成为这次“全明星”会议的两位KOL。海森堡回忆说：讨论很快就变成一场爱因斯坦和波尔之间的决斗。尽管玻尔看似赢家，但他仍然无法彻底说服固执的爱因斯坦。3年后的第六届索尔维会议上，爱因斯坦继续提出思想实验挑战玻尔。后来的时间里，爱因斯坦和其他两位科学家提出EPR佯谬，继续质疑量子力学的完备性。爱因斯坦在“奇迹年”提出的质能方程，为核能的开发利用提供了理论依据。此后两次世界大战相继爆发，在那样的年代里，核能不可避免地被用来制造武器。1939年，爱因斯坦给美国总统罗斯福写信，提醒他警惕纳粹德国的核武器研究，并建议美国尽快开始相关研究。纳粹德国的海森堡和美国的罗伯特·奥本海默分别成为两个敌对国家的核武器研发负责人。最终奥本海默抢在了前面，后面事情大家都知道，美国在日本投下两颗原子弹，核武器的破坏力震惊了世界。我当时是想把原子弹这一罪恶的杀人工具从疯子希特勒手里抢过来。想不到现在又将它送到另一个疯子手里。[5]
1946年7月出版的《时代周刊》把爱因斯坦的画像放上了封面，称其为“宇宙粉碎者”，并在蘑菇云上写下了他的质能方程。
在BBC的影片《爱因斯坦与爱丁顿》中，这两位来自一战敌对国家的科学家都反对战争、反对民族主义，这也是他们能够达成合作的基础。二战期间为躲避纳粹对犹太人的迫害，爱因斯坦离开德国前往美国，仍然坚决反对战争。所以，自己的理论研究被用来制造武器让他很懊悔。1955年4月11日，在生命最后的日子里，爱因斯坦在哲学家伯特兰·罗素起草的《科学家要求废止战争》宣言上签字，这份宣言后来被成为《罗素—爱因斯坦宣言》[6]。4月18日，爱因斯坦与世长辞。[1]理查德·德威特 - 《世界观》（原书第3版）https://songshuhui.net/archives/16776http://www.infzm.com/content/111926[4]维基百科 - 索尔维会议
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B4%A2%E5%B0%94%E7%BB%B4%E4%BC%9A%E8%AE%AE
[5]人民网 - 爱因斯坦后悔给罗斯福写信：把原子弹送给疯子
https://news.qq.com/a/20160317/023949.htmhttps://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BD%97%E7%B4%A0%E2%80%94%E7%88%B1%E5%9B%A0%E6%96%AF%E5%9D%A6%E5%AE%A3%E8%A8%80推荐语：《读者》年度十大影响力图书，新版近8万字修订，中科院自然科学史专家李明洋老师专业审阅，认知、阅读体验双重升级。《返朴》、傅盛、廖祥忠、吴国盛、陈春花等力荐。
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