星光闪耀时:从“奇迹年”到广义相对论(6)

 
星光闪耀时:从“奇迹年”到广义相对论(6)
2015-11-19 11:18:31 /故事大全

不过,爱因斯坦愿意前往柏林,还有一个重要的、情感上的理由:与他的新欢、表姐爱尔莎在一起。1912年,爱因斯坦曾与她在柏林重逢,两人情投意合,成为恋人,之后一直保持着秘密通信。爱因斯坦与第一位妻子米列娃的婚姻当时已在瓦解之中,米列娃正被忧郁症所折磨。就在普朗克离开苏黎世的当晚,爱因斯坦给爱尔莎写了一封信,欢呼道:“最晚到明年春天,我将一劳永逸地来到柏林。我已经在为我们即将共度的美好时光而欢呼了!”米列娃和爱尔莎与爱因斯坦建立起来的关系有很大的不同。米列娃是爱因斯坦的大学同学,也学物理。当她与爱因斯坦恋爱时,两人分享的是爱情的甜美、灵魂交流的愉悦和思想的洞见,包括物理学上的思索。有一些史学家和传记学家曾因此专门研究过,米列娃在爱因斯坦狭义相对论的提出中发挥的影响。而爱尔莎与爱因斯坦在信中谈论的都是食物、安宁、保健、喜好等居家琐事。爱尔莎细致入微地照顾着爱因斯坦的生活。他后来成名后,已成为他妻子的爱尔莎被人问道,她是否理解相对论。爱尔莎回答:“我不理解。但这与我的幸福没有什么关系。”

1914年4月,爱因斯坦搭乘火车,由莱顿经亚琛,抵达柏林。那一年,柏林春天的电闪雷鸣特别频繁,大自然有种失序的感觉。在这个大都会里,“大家沉浸在一种独特的梦幻气氛中,摆荡于战争欲求与和平希望之间,人们大肆庆祝……”柏林作家汉斯·多米尼克如此写道。爱因斯坦迁入了位于柏林市中心以西的宽敞新居。不久,他与米列娃的婚姻走到了尽头。爱因斯坦搬出了新居,在柏林市中心租了一间离爱尔莎更近的房子,在维特尔斯巴赫街13号,步行一刻钟即可到哈伯兰街。屋里没有什么家具,不过相当宽敞,有七间屋子,位于一幢五层新楼的第三层。他的书房里有一张木制的大写字台,上面凌乱地堆放着一沓沓论文和期刊。在这样一个僻静的住所,他随处走动,饿了就吃,困了就睡,有兴致就开始工作。他像一匹孤独的狼。1914年8月,第一次世界大战爆发。

爱因斯坦一直是一个和平主义者。“一战”的爆发,使爱因斯坦与他的亲密同事之间产生了分歧。1914年10月,德国多位知识界人士发表了《告文明世界书》,断言:“要不是因为德国军国主义,德国文化已被从地球表面抹去。作为一个有教养的民族,我们将把这场战斗进行到底。对这个民族来说,歌德、贝多芬和康德的遗产就像家庭和土地一样神圣。”爱因斯坦的同事,化学家弗里茨·哈伯、瓦尔特·能斯特和普朗克都是主战派,他们都在请愿书上签了字。作为公民和科学家,他们都有一种自然本能去附随其他人的情感,而爱因斯坦则相信,科学家有一种特殊的责任来参与公共事务,他说:“我们这些科学家必须培养一种国际主义。”

1915年的春天和夏天,爱因斯坦一直在苦思冥想他的《纲要》理论。他开始称其为“广义理论”。他在柏林的第一篇有关相对论的文章,应该是1915年6月于市区东南边的阿恒霍德天文台发表的。6月底,他应哥廷根大学数学家希尔伯特之邀,住在他家,办了六场演讲,论题是爱因斯坦在广义相对论上的进展,但当时谈的理论,是重力和其他力的交互作用。对哥廷根的访问很有收获,那里聚集了很多天才人物。他兴奋地告诉朋友,表明他对希尔伯特非常欣赏。“我能够说服希尔伯特相信广义相对论”,他“有惊人的能量和独立性”,“在哥廷根,每一个细枝末节都得到了彻底的理解。我对希尔伯特狂喜不已”。但也是在哥廷根演讲期间,爱因斯坦发现了他的《纲要》理论有明显的缺陷,最终在10月断然将其抛弃;而被爱因斯坦和他的理论吸引的希尔伯特,正试图自行得出正确的公式。

1915年11月,爱因斯坦开始转向在苏黎世曾使用过的数学方案来解决问题,那就是他的朋友格罗斯曼在1912年向他介绍的黎曼张量和里奇张量。他开始了四个星期不知疲倦的疯狂工作。在此期间,他在一大堆张量和方程里穿梭,不断进行修正。连着四个周四,他在普鲁士科学院做了四次演讲。每一周,50多位普鲁士科学院院士都会聚集在柏林市中心的普鲁士国家图书馆大礼堂,听取同行们的成果和见解。爱因斯坦的四次演讲早就安排好了,但直到演讲开始,甚至开始之后,他还在紧张地忙于修正理论。第一次演讲是在1915年11月4日。他说,在过去4年里,他试图基于非匀速运动的相对论假设建立一门广义相对论,但现在已回到了场方程上来,但11月4日的方程还不是最终的正确结果。爱因斯坦正处于历史上罕见的科学创造力集中爆发的阵痛中,他极为紧张地工作,时常忘记吃午饭,一边处理家庭内部的危机。第二个星期四,11月11日,爱因斯坦提交了第二篇论文。这时,他离最终答案只有一步之遥了。他把论文集给了希尔伯特,希尔伯特的回信让爱因斯坦坐立不安,因为他正准备就爱因斯坦“提出的大问题给出一种公理化的解决方案”。希尔伯特邀请爱因斯坦到哥廷根,亲自听他给出答案,还特意告知了从柏林到哥廷根的火车到达时间。爱因斯坦谢绝了第二天访问哥廷根的邀请。在信中,他非常焦虑地写道:“眼下我没法去哥廷根……我疲惫极了,而且还受到胃痛的折磨……如有可能,请寄给我一本您论文的校样,以便缓解我的不耐。”终于,在11月的第三次演讲中,他宣布了他对水星近日点运动的计算结论,那是一个正确的解答。在同一场演讲中,他还利用修正后的新理论,计算了光线弯曲的幅度。那天一早,爱因斯坦收到了希尔伯特的新论文,他惊奇地发现,它竟然与他的工作非常相似。

1915年11月25日,在普鲁士科学院的第四次演讲中,爱因斯坦为题为“引力场方程”的演讲及时提出了一套方程。这使他的广义相对论达到了巅峰。最终的爱因斯坦场方程非常紧凑,等式两边共同表明了物体如何使时空弯曲,以及这种弯曲如何反过来影响物体的运动,即“物质告诉时空如何弯曲,弯曲的空间告诉物质如何运动”。一场宇宙之舞就这样上演了。一位物理学家这样描述:“空间与时间成了不断演化的宇宙中的表演者。它们充满了生气:这里的物质使那里的空间发生弯曲,那里的空间又使这里的物质运动起来,后者又使那里的空间进一步地弯曲……广义相对论为空间、时间、物质和能量的宇宙之舞提供了舞蹈设计。”尽管希尔伯特与爱因斯坦几乎同时导出了广义相对论的数学方程,但似乎是爱因斯坦首先发表了这些方程的最终版本,而且希尔伯特本人也心胸宽广地把荣誉和优先权归于爱因斯坦。他总是承认,爱因斯坦是相对论的唯一创造者。据说他曾这样说:“关于四维几何,哥廷根大街上的每一个孩子都比爱因斯坦知道得更多,尽管如此,做出这项工作的是爱因斯坦,而不是数学家们。”

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