日食

很长一段时间里,一直没有人能够对牛顿的理论提出任何质疑,因此世人认为牛顿的万有引力理论的地位已经永远确立了。然而现在,爱因斯坦却研究出一项更广博的情况,对牛顿的理论提出了挑战,因此有人称他为“20世纪的牛顿”。爱因斯坦并不想破坏牛顿的世界,他只是提出了一个更为简单的宇宙形象,将牛顿的世界扩大,使其更为适用。

爱因斯坦说,现在我们也同样可以把万有引力想象成在太空中的一个场。像太阳或星星这些巨大的物体,都会建立巨大的引力场。即使是小如地球的星体,也能吸引二十五万里外的月球。这种万有引力的大磁场威力十分强大,足以使光线曲折。从来没有人想到光线会受到万有引力的影响。

更具革命性的是爱因斯坦的另一项理论:太空是呈曲线形状,星球只不过是遵循最简单及最自然的轨道旋转。每条河流,不管大小,到最后都流入大海。它所流经的地面并不平坦,河水顺着最容易行进的路线流动。天体运行的路线也是相同。

如果一位飞行员想要从美国飞往中国或印度,他最短的飞行路线并不是如世界平面图所显示的,一条直线横渡太平洋。他必须在极区上空绕一个大圈子,然后沿着地球的另一边飞下。星球及流星在太空中旋转,它们进行的路线并不是直线,而是弧度很大的曲线,就如同飞行员飞越极区一般。

直线并不永远是两点之间最短的距离,这是许多人都难以相信的一个新观念。

爱因斯坦使全世界感到震惊的,并不只是因为他称太空是曲线形的,而且他还认为,太空是有限的,并不是永恒无垠的。他说,从太阳或其他许多星球发出的一道光线,沿着曲线前进,在十几亿年之后,这道光线将会回到它原来出发的地点。这表示,整个宇宙就像一个球体的表面,是有限的,但没有明确的界线。

对于这些惊人的发现,爱因斯坦提出过几项证据,经由科学性的观察便可以获知这些理论是否能站住脚,其中一项实验是经由分光器研究从星星发出的光。这样的研究证明爱因斯坦的学说是正确的,其他的证据则有待天文学家去证明。

牛顿定律可以解释很多星球的运转,但水星的一项小运转,却是牛顿定律无法解释的。

水星这种极其微小的偏离轨道的运转,使爱因斯坦非常感兴趣。最后他认为,水星每年以极微小的距离偏离其轨道,因为水星比我们的地球更为接近太阳。这也表示,太阳引力场对水星的影响更为强烈。天文学家做过无数艰苦的统计实验,终于证明爱因斯坦的预测是正确的。

但是,爱因斯坦说,光线受到引力的影响,又有什么证据呢?爱因斯坦认为,跟太阳位于天空同一地区的星星,它们的运行路线可能会有所偏差,因为它们的光线经过太阳时有点儿弯曲。在普通情况下,我们看不见这些星星,因为太阳光线太强了。我们只能在全日食时借助望远镜才能观察。全世界各地的科学家都急于观看这种景象,以证明爱因斯坦有关于光线曲折的设想,是正确还是错误。

1911年,爱因斯坦在布拉格发表了他最重要的一篇论文《关于万有引力对光线传播的研究》。他本人呼吁天文学家们应该验证他所发表的这篇论文,以证明接近太阳的光线是否都会弯曲。他承认说,许多物理学家认为他的这些设想往往缺乏充分的证据,甚至是出自幻想。但如果他错了,他也会很高兴有人证明他的错误。

像这样的研究及调查为什么不能立即进行,有许多原因。其中一项原因是,全日食发生的概率相当小,而且,全日食时,地球上只有少数几个地方能正确地观察到。天文学家们已经知道,1914年将发生一次全日食,从俄国可以看到这次日食。

就在那一年,一群德国天文学家筹集了一笔可以进行这项漫长而昂贵旅行所需的资金,整理好他们珍贵精密的望远镜,动身前往俄国。1914年夏天,爱因斯坦学说的支持者及反对者都在焦虑地等着这些天文学家所发现的真相。这次全日食会带来什么呢?

这群德国天文学家安全到达俄国,但却一直无法带回他们所希望观察的日食的结果,因为变得黑暗的不仅是太阳,战争的乌云笼罩在整个地球的表面。在1914年8月,第一次世界大战爆发,俄国、法国和英国一起向德国宣战。

在这群德国天文学家刚踏上俄国土地上不久,他们马上被当做间谍抓了起来。不管有没有日食,他们都没有机会使用他们的望远镜,这群天文学家看不到可能解答他们疑惑的群星满布的天空,只能凝视着牢房里空洞的天花板。一直等到四年后战争结束,和平来临,他们才获得释放,回到德国。

阿尔伯特·爱因斯坦是位彻底的和平主义者,许多年来,他一直认为,没有任何事情能够迫使他参加战争。现在他发现,住在像德国这样好战的国家里,要坚持原则十分为难,尤其是战争期间,这种处境更加尴尬。幸好,他已取得瑞士国籍,瑞士仍然保持中立态度,所以爱因斯坦暂时不会被当成敌人看待。虽然也有人在背后指责,爱因斯坦教授对他出生的土地缺乏忠诚,但没有人能够指控他不忠。

化学家瓦尔特·能斯特由于研究、制作及使用毒气,而对德国的作战能力作出了具体的贡献。另一位叫弗里茨·哈伯的人,经由化学实验,发现了制造人造肥料及炸药的方法。由于他们的贡献,这两位科学家分别获颁德国陆军少校的军衔。这对哈伯具有很大的意义,哈伯的父母都是犹太人,他一直不停地努力,不仅希望被视为科学界的领袖,更希望被当做一位杰出而爱国的德国人来对待。他不断地催促他的朋友爱因斯坦,要求他接受他的国家主义理想。

但爱因斯坦崇尚和平,他只想然继续进行他的研究工作,他对政治从未表现出任何兴趣。为他写传的一位作家说,爱因斯坦喜欢把自己看做世界舞台前的一名观众,冷静地观赏着这个世界所发生的一切事情。现在他请求能让他继续在实验室中工作,而不必参加血腥的战争。

然而,那是不可能的。爱因斯坦曾经说过,对于一个思想家来说,最愉快的工作莫过于担任灯塔管理员。那样他就可以远离现代社会的喧嚣及竞争,从事简单而有用的工作,完全投入到他所感兴趣的有价值的工作中。

但在目前,怒吼声如此之大,这位物理学家想不予理会是不可能的事。所幸,他所从事的工作并不会和战争发生联系。他很高兴自己不是实用科学家,虽然由于对毒气及炸药有杰出的贡献,一些科学家获得了莫大的荣誉,但爱因斯坦却一点也不想得到这种殊荣。不过,在舆论方面,有关方面却希望他站在德国这一边。

1914年,德国宣称,他和孤独无助的小国比利时所签订的条约,只不过是一张废纸。德国后来入侵比利时,造成了无数无辜平民的伤亡及城市的毁灭,世界各国对这种情形深感震惊。全世界的舆论一致谴责德国:“只有野蛮人才会这样做。为我们带来文学、科学和音乐的德国人怎么能做出这种事?这并不是歌德和贝多芬的德国,这是野蛮人的德国。”

德国政府企图在世界舆论法庭上为自己辩护。他们企图证明不仅是政治及军事领袖支持这项军事行动,甚至连作家、音乐家和科学家也同样支持。德国政府为此特别准备了一份文件,由九十二位德国最著名的知识分子联合签署的声明书。爱因斯坦早就同意法国科学家巴斯特的“科学不分国界”的说法,因此拒绝在这张德国自辩书上签名。由于爱因斯坦不再是德国公民,所以德国政府也就对他无可奈何,也不能把他称做叛国者。但有许多德国的偏激分子却不原谅他,希望有一天能使他为这种“不忠”的行为付出代价。

对于这位爱好和平的教授来说,在战争期间另一项不方便之处,便是战时很难买到烟丝,而他又特别喜欢他的烟斗。这个不便对他虽然没有特别大的影响,但仍令他感到苦恼。许多年以后,在一次晚宴上,一位宾客说到战争时期的一件趣事,由于没有烟丝,爱因斯坦如何呆坐一个多小时,让空空的烟斗悬垂在他的嘴角上。可能是因为很难买到烟丝,无法享受真正的抽烟乐趣,咬个空烟斗多少能满足一下他的烟瘾。这也可能是艾尔莎照料他的日常生活,企图使他戒除少数几个坏习惯之后所养成的一种习惯。基于健康的考虑,艾尔莎曾经限制他每天抽烟斗的次数,所以爱因斯坦才会养成叼着空烟斗的习惯。

在艰苦的学生时代,爱因斯坦因为饮食不规律而落下了胃病,现在他的胃痛更厉害了,不过他的食欲仍然不错,但战争已使德国各大城市很难买到食物。他的表姐艾尔莎是位天生的烹调能手,设法为她的父亲及孩子们准备出好吃又营养的三餐。阿尔伯特·爱因斯坦就是经常来访而又受到欢迎的客人。

“我很清楚,我们的阿尔伯特是位十分杰出的物理学家。”她笑着唤他的小名说,“现在,我们不得不买些没有人知道怎么打开的各式各样的罐头。这些罐头通常都是不曾见过的外国牌子,或是生锈,或是扭曲了,而且没有开罐的工具。”她以骄傲的口气说着,“但是,到目前为止,还没有任何一罐是我们的阿尔伯特无法打开的。”

在爱因斯坦教授想法子打开这听顽固的罐头时,艾尔莎则切着面包片或煮马铃薯,他们一起谈论着许多事情。有时候,他们讨论书籍和音乐,并经常谈到他们的家庭琐事以及谈玛雅的来信,真难以想象当初那位快活的小女孩,现在已经是一位能干的家庭主妇了。爱因斯坦的儿子是不是还有点小,谁知道他们将来会不会成为成功的科学家?阿尔伯特是否觉得玛戈尔刚刚制成的泥土人像显示这个小女孩具有艺术天分?

在那个为战争所破坏的世界中,这位愉快、能干的妇人为他带来了和平安乐的生活,使他的寂寞得到慰藉。对其他人来说,他是一位伟大的科学家,对艾尔莎而言,虽然没有人比她更为爱因斯坦的声名感到骄傲,但艾尔莎仍然认为他只是一个不切实际的梦想者,他需要一个妻子来照顾他、管束他,使他能按时吃饭,以及记得穿袜子。在日常生活上,他开始越来越依赖她的协助。

艾尔莎所居住的公寓里摆着她所喜欢的书籍、图画与鲜花,显得舒适漂亮,爱因斯坦在那里和艾尔莎闲谈、听音乐,在这里度过一个愉快的晚上后,他几乎不愿回到他那间寂寞、凌乱的房间。爱因斯坦认为,像这样愉快的一位家庭主妇,虽然她对物理或高等数学丝毫不懂,却仍是一位理想的妻子。因此,他毅然地向她求婚。

有一次有人问这位教授,爱因斯坦夫人是否了解相对论?爱因斯坦笑着回答:他也不知道她是否了解,因为他一直不曾向她解释过这个理论。他从来也不会为她无法分享他的科学知识而感到失望。她对物理学的无知,正好可以帮助他放松一下心情,在研究某些困难问题太久之后。她温暖的笑容、轻松的幽默感,都可以使一个疲倦的男人觉得舒适而惬意。

艾尔莎很快就学会了如何在他需要休息松弛的时候,把他从书桌上拉起来,让他参加一群经过仔细挑选的宾客的聊天。有时候,当她感觉到他一定不希望受到打扰时,她会为他准备一盘美味的餐点,送到书房去,使他能继续工作。艾尔莎奉献了自己的一切,使他感到满足和安定。只有在她去世的时候,他才感到了深深的悲伤及打击,那是她唯一伤害他的一次。

结婚之后,爱因斯坦夫妇住在柏林一栋宁静可爱的公寓里。艾尔莎把家里布置得窗明几净、舒适无比,她挑选了一些高雅的家具、素雅的窗帘、精美的餐巾,这一切都显示出艾尔莎身为家庭主妇的骄傲。爱因斯坦是否会注意到这些摆设,还很值得怀疑,不过,爱因斯坦倒是相当欣赏他的书房,它孤立而隔离了一切可能打扰到他的事物,那是一个朴素的房间,摆满了各种书籍和文件。

爱因斯坦的家很快成为柏林许多知识分子及艺术家的聚会所。只要有人告诉爱因斯坦,来访的客人之中有几位音乐家,就不难使他离开他的书房。他讨厌参加正式的宴会,他发现,在家中度过一个有音乐的晚上之后,工作起来能更得心应手。除此之外,他的另一项娱乐就是欣赏歌剧或好的戏剧。

到柏林的最初几年里,他开始对犹太人的遭遇发生兴趣。参加世界大战的每个国家都尝到了苦头,而犹太人更是战争中最悲惨的受害者。许多犹太人居住在波兰及乌克兰,经常受到入侵军队的骚扰。全区的犹太人经常被迫集体迁徙,或是全部被消灭。古老而著名的犹太文化中心也遭到了毁坏。

第一次世界大战虽然恐怖无比,却为犹太人带来了一线希望。当英国军队征服土耳其并占领巴勒斯坦之后,即使在撤退的土耳其军队的枪声仍然清晰可闻之际,居住在耶路撒冷的一群犹太人已经开始为希伯来大学奠放基石了。世界各地的犹太学者欣喜若狂,并且答应贡献财力物力协助建校。爱因斯坦也支持“犹太人的大学也应该具有国际性精神”这一建校宗旨,并对希伯来大学的建立表示了诚挚的支持。

他一向认为,科学家应超乎国界,而成为世界的公民。他的研究理论是在许多国家、许多人的思想基础上搭建而成的,其中包括了意大利、英国、德国、美国及丹麦等。政治可能把他们的国家引向战争,但科学家应该只追求真理。不管真理出现在何处,都应该对它表示欢迎。

显然某些科学家也同意爱因斯坦的这种看法。在大战进行期间,英国的一群科学家仍继续研究爱因斯坦有关“相对论”的论文。虽然作者是一名德国大学教授,但这些英国人并不把他当做敌人,他们只对他的理论感到兴趣。

跟那群前往俄国研究日食,并被逮捕下狱的德国科学家相比,英国的同行在研究工作方面显然幸运多了。1917年,战争仍在持续中,英国皇家天文学会会长向一群科学家报告说,1919年将会发生一次日全食,这是他们绝佳的观测机会,以验证爱因斯坦的理论是否正确。到那时候,黑色的太阳正好位在十分明亮的金牛座的正中央。巴西北部的某处及西非几内亚湾的一个海岛上是最佳观测地点。

这些科学家听到这项报告之后,一致同意这是个千载难逢的机会。但是有谁能够获准通过潜艇横行的大海呢?德国潜艇的威胁,使当时没有人敢离开英国本土,除非是从事纯军事行动。

但是,虽然没有人能够预测战争会在何时结束,皇家学会及皇家天文学会仍然充满希望地成立了一个委员会,负责安排这次的观测任务。委员会筹集了旅行所需的基金,选定了团员,并买妥望远镜、照相机及所有必需的设备。委员会主席是阿瑟·爱丁顿爵士。身为爱好和平的奎克郡人,爱丁顿爵士并不认为前去调查敌国科学家的理论是不爱国的行为。

战争在1918年11月结束,第二年年初,两支探险队出发了。为什么派出两支探险队?因为日食为时短暂,而且很可能因为天色阴霾,无法拍下日食的情景。英国皇家学会认为,比较保险的做法是在地球上的两处不同的地点拍摄日食情况——一处是巴西北部的索布拉尔(Sobral),另一处是非洲几内亚海湾的普林西比岛(Principe)。爱丁顿爵士率领第二支采测队,在日食的前一个月抵达普林西比岛。

这些英国科学家取出他们的望远镜(是当时最精确的),以及照相机(将使牛顿嫉妒不已)。当地的土著向这群陌生人提了许多问题。还有人很担心地问道,如果太阳真的变黑了,他们怎能确定太阳还会恢复明亮?太阳的黑暗持续几分钟?他们希望这些聪明访客的回答是正确的,希望不要产生不良后果。

日食当天的黎明,天气阴沉而多云,许多科学家担心会白跑一趟。如果在日食发生的时候,乌云遮住了星星,那么他们的长途跋涉等于是白费了。

根据爱丁顿爵士的描述:

月亮遮住了太阳,太阳成了一个黑球。它的周围是一个亮圈,日全食开始时,仍然可从云间清楚地看到被日冕环绕的月亮黑色圆盘的部分,很像是在一个没有星星的晚上,月亮从云间出现的情景。我们没有别的办法,只有按照原定计划进行,并希望获得最好的结果。一位观察员以最快的连续动作更换相机底片,另一个助手站在架子上,用一块遮光板控制每次曝光的时间……

天空的景象十分壮观,据后来冲出的照片显示,一道太阳火焰高悬在太阳表面几千里的高空中,我们根本连望一眼那种景象的时间也没有。只感觉到地上景象时明时暗,十分诡异。只有观察者的喊声以及计时表的滴答声打破长达三百零二秒的日食期间的一片沉寂。

曝光时间从两秒到十秒不等,共获得十六张照片。最初的几张照片看不出星星,因为有云,哪怕一抹最淡最淡的云,就能把星光挡住。

但在接近日食末期时,云层变淡了,少数几点黑影子出现在后面几张照片上。有时候,一颗或几颗最基本的星星被云层遮住,在相片上没法显示,不过有一张照片却很清楚地显出了五颗星星,这就是最好的证明了。

他们终于获得了这珍贵的照片。爱丁顿和他的工作人员把这些照片中最好的几张,拿来和在伦敦所拍摄的同一星球的照片互作比较,发现在伦敦拍摄时,由于这些星星距离太阳很远,因此不受其直接引力的影响。

几个月之后,两支探险队分别返回伦敦,他们把所拍得的照片在实验室里经过很仔细的测量,并考虑到一切可能的错误。天文学家以很长的时间严肃地讨论这些可能性,观测人员也时时提防发生错误。

1919年10月初,在伦敦一个阴沉而大雾弥漫的日子里。天文学家们参加了一项期待已久的会议。他们全忘了屋外潮湿而恼人的天气,静静地倾听英国皇家天文学会会长作的一项报告。他报告说:“两支探测队所作的观察已经证明了光呈现出一点六四秒等值的偏离弧度,而爱因斯坦以纸笔所做的预测弧度则为一点七五秒等值。”

参加了这项伟大会议的数学家怀特海,留下了这篇记录:

……皇家天文学会会长宣布说:照片已经证实爱因斯坦的预测——光线经过太阳附近时,都会曲折。

……牛顿的画像(挂在会长背后)提醒我们,最伟大的一项科学法则,在通行了两个世纪之后,终于接受了第一次的修正……这是思想上的一大进步。

皇家学会会长汤姆逊爵士,他本人是位物理学家,他在演说中,描述现在已获得证实的爱因斯坦理论为“……人类思想史上最伟大的成就之一,这不是发现一个小岛,而是发现新科学思想的整个大陆。这是自从牛顿发表其万有引力原则以来,与其有关的最大发现”。

在伦敦街头,《泰晤士报》在告示牌上以巨大的字体标出当天的头条新闻。就在1919年11月7日当天傍晚,行人透过浓雾,借着昏黄的灯光,可以看到告示牌上写着:“阵亡将士纪念日,各地实施停火。”

在那天早上,已有许多人不需别人提醒,就已把鲜花放在无名英雄的墓前。当他们将满含泪水的眼睛转开时,也许会稍微停下脚步,瞄一眼第二个标题:“科学革命:宇宙新理论!牛顿学说被推翻!”

阿尔伯特·爱因斯坦正坐在柏林的公寓里,小心地打开刚刚从伦敦寄来的一个包装得很好的包裹。他的家人坐在身边,他静静坐着,凝视着放在膝上的照片。这张照片显示出阴影中透露出的闪烁光芒,终于证实了他的学说。也许在那一刻之前,他并不了解这种证实对他有多大的意义。

有好长的一阵子,他一句话也说不出,最后轻声地自语:“很好,很好!”

他再度研究那些照片。

艾尔莎的小女儿玛戈尔兴奋得不得了。她说:“好极了,现在大家都将知道那是一项了不起的理论,因为已经获得了证实。”

爱因斯坦告诉她:“我并不是说我的理论好。我的意思是说,我从没想到有人能够拍下如此好的照片。”