等待爱因斯坦

　　银河系外，3亿个太阳被吞了？不是耸人听闻。2005年的开端，《自然》杂志报道，科学家宣称，在距离地球26亿光年处，有一个超级黑洞存在，它吞噬了相当于3亿个太阳质量的星体，释放出的电磁能量，为人类观测史上最大。

　　这是神秘黑洞送给“爱因斯坦年”的盛大礼物？没有这位天才物理学家的广义相对论，人类或许至今都无法认知这种奇异天体的存在。

　　今年是相对论发表100周年，联合国为此发起了“物理照耀世界”的倡议。1月19日，德国政府率先在柏林宣布启动“爱因斯坦年”庆祝活动，拉开了全世界纪念活动的序幕。

　　此刻，让我们从黑洞开始，走近爱因斯坦，走近无尽的相对论。

　　这个黑洞有多大？

　　一个已经吞噬了3亿个“太阳”的黑洞要有多大？还在继续吞噬星体的它，会不会把整个宇宙都吞了？或者，它是通向另一个宇宙的一条通道？

　　对这个超级黑洞进行研究的美国科学家麦克那马拉说：预计这个黑洞的质量约等于10亿个太阳，但直观的体积，我很难描述。因为只有光线反射我们才能看得到物体，但黑洞的引力实在太大，连光都跑不出去。

　　既然看不见，我们又是如何得知它的存在？上海天文台的曹新伍研究员告诉记者，钱德拉望远镜观测到的，并非黑洞本身，而是面积很大的热气体辐射的X射线。据科学家分析，这可能是由星系团中央一个黑洞喷流所产生。

　　难道说，黑洞的存在只是个推测？的确，到目前为止，黑洞仍然只是物理学家构建出的一个理论模型，暂且无任何直接证据。它的“诞生”，可以追溯到1916年。那年，德国物理学家卡尔·史瓦西根据广义相对论的引力场方程计算，假如一个天体的质量与太阳相同，而半径不到3公里时，即太阳半径的23万分之一时，引力的强烈挤压，会使那个天体产生灾难性的坍塌，使那里的时空变得无限弯曲，它的引力十分巨大，连光都不能逃逸。

　　打个比方，如果说宇宙是张大网，黑洞就是网上一个又一个的洞，而且，那些接近它的任何东西，比如星体、飞船，都会如鱼一样不停地从这个网洞里漏出去。

　　随着观测手段的进步，越来越多的证据令科学家坚信，黑洞是真实存在的。1971年，爱因斯坦去世后将近20年，美国物理学家慧勒正式提出了“黑洞”这个名词。1999年，耗资15亿美元的钱德拉X光太空望远镜由飞船运至地球轨道内，至今它已“间接观测”到了上百个黑洞，包括银河系中心也存在着的几千万倍太阳质量的超级黑洞。目前已知最近的一个，离太阳不过3光年。

　　但即使是银河系真的有这样的黑洞存在，我们也不必过于担心。曹新伍研究员告诉记者，它的生长速度非常缓慢，恐怕没个几亿年，是吞不了地球的。

　　黑洞通向何方？是过去、未来还是另外一个宇宙？曹新伍说，目前这些问题恐怕只能是科幻小说探讨的主题。还是暂且相信物理学家霍金的话吧，黑洞是“有去无归的国度”。如果你跳进一个黑洞，会立刻被撕得粉碎。“也许构成你的粒子，会跑到了另一个宇宙。”

　　一生中最愚蠢的错误

　　这事听起来有点不可思议。相对论预言恒星可以塌缩成黑洞，但相对论的创造者爱因斯坦却始终拒绝接受，他反对说：物质不可能如此紧致。同样，爱因斯坦曾经也不接受用相对论方程推导出来的宇宙膨胀模型。

　　这两项推导其实都意味着，我们的宇宙并不稳定。在爱因斯坦之前，人类以为我们的宇宙永远都是稳定不变的。因此，对自己方程导出的不稳定宇宙，爱因斯坦也很担忧，他甚至试图在自己的方程上加一项常数，以确保宇宙的稳定。直到1929年，天文学家哈勃的观测证实，星系的确在离我们而去，宇宙就是在膨胀着。爱因斯坦后来承认，“宇宙项”是他一生中最愚蠢的错误。

　　或许这就是相对论，即使是它的创造者爱因斯坦也无法理解全部。物理史上有个笑话，爱因斯坦发布广义相对论不久的一次宴会上，前去采访的记者与英国物理学家爱丁顿爵士开玩笑：“听说世界上只有3个人懂广义相对论。”爱丁顿良久未答，记者问他在想什么，他答：“我在想那第三个人是谁。”

　　爱丁顿有理由认为，自己是除爱因斯坦以外唯一懂得广义相对论的人。是他首次“证明”了广义相对论。1919年5月，爱丁顿派了两支远征队跑到巴西拍摄日蚀。他想拍的，是太阳旁边那颗平时被日光遮住了的星星。按广义相对论所述，质量会引起时空弯曲，星光在太阳这样质量很大的物体附近，弯曲会比较明显。由此我们看到的星星，其实不在它真实的位置上，而是有些偏离，就好像我们看水中的筷子一样。当年11月爱丁顿公布了观察结果，星星确实偏了，而且角度与爱因斯坦计算出来的几乎一样。第二天，广义相对论差不多成了全世界报纸的头条。

　　不过，爱因斯坦成为科学英雄时，严谨的科学家们却不大相信爱丁顿并不严密的观测。1920年华盛顿举行的一次天文学会议上，组织者拒绝相对论作为一个可能的话题，还说：“希望科学的进步会把相对论送到第四维空间之外的某个地方，从此它永远不会回来折磨我们了。”1921年，爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖，但那是由于他提出了光量子理论。

　　1922年、1929年、1936年、1947年、1952年、1973年……几乎每一次日食都成为科学家验证相对论的机会。1991年，世界多家天文台协同观测，以万分之一的精度证实了广义相对论对光线弯曲的预言。只不过这时观测的不再是看得见的光线，而是看不见的无线电波。

　　光线弯曲，这是广义相对论的三大经典验证之一。别有意味的是，爱因斯坦对这类验证从来不以为然。传说爱因斯坦曾告诉学生，假如他对光线弯曲的预言被证明是错的，“我会为亲爱的上帝觉得难过，毕竟我的理论是正确的。”

　　交大科学史系副教授纽卫星认为，像相对论这样以高深的数学知识构建起来的理论模型，“正确”性很大程度上由内在逻辑的简单性和统一性所保证，而不必等到其预言被验证才能说明它是科学。这也正是爱因斯坦的确信：经验是物理效用的惟一判据，但是创造的原理却存在于数学之中，或者说，存在于人的纯粹思维中。

　　“宇宙中最不可理解之处的就是宇宙可以理解。”与其说这是爱因斯坦对和谐宇宙的信仰，不如说是他对人类纯粹理性的信仰。

　　寻找第二个爱因斯坦

　　爱因斯坦对世界的影响到底如何？英国广播公司曾经做过一个“千年思想家”评选，从第一位到第四位分别是：马克思、爱因斯坦、牛顿和达尔文。

　　上世纪一位法国物理学家这样评价爱因斯坦：“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦将位于最前列。他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一”，“按照我的看法，他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献，更加深入地进入了人类思想基本要领的结构中。”

　　纽卫星说，“爱因斯坦首先把人类对宇宙的理解从哲学的一个思辨性话题变成了一道物理学甚至数学的习题。”确实，只要一想到这样的事实：宇宙的命运就是爱因斯坦方程的一个解，相信大部分人都会把科学史“第一”的帽子送给爱因斯坦。

　　清华大学人文社会科学学院科学技术与社会研究所教授刘兵则认为，牛顿有一句名言，“我站在巨人的肩膀上。”从亚里士多德到爱因斯坦，很难去判断哪个科学家是老大。虽然相对论迄今为止与我们观测的宏观系统完全相符，它的逻辑结构也完美地几乎可以媲美于欧几里得几何，但是它并非没有缺陷，它与现代物理的另一大基石量子论的不一致至今没有解决，要不就是其中一个错了，要不就是存在着一个大一统理论。这些问题的解决，某种程度上期盼着另一个伟大的头脑。

　　科学不会止于爱因斯坦。“寻找第二个爱因斯坦”，正是今年“国际物理年”的最大主题。1998年诺贝尔物理奖得主莱德曼坚信，在全球60亿人口中，一定有一颗年轻的、与爱因斯坦同样智慧的心等待被发掘。

　　我们也期待着另外一个“奇迹年”———100年前的1905年，名不见经传的爱因斯坦一口气完成了5篇论文，涉及布朗运动、量子论和狭义相对论这三个方面，任何一个都足以赢得诺贝尔奖。尤其是创立相对论的《论动体的电动力学》和《物体的惯性同它所含的能量有关吗》，根本改变了物理学的面貌。

　　1922年11月13日，爱因斯坦走上人类荣誉之巅，获得了诺贝尔物理奖。也许他多少会感念上海，因为也就在这天，他第一次踏上了上海的岸堤。虽然《申报》只发了一条不到100字的短讯，但是当爱因斯坦走进南京路时，一些青年认出了他，一拥而上地把他抬了起来。今年4月，中国也将参加国际物理学界发起的“物理照耀世界”光传递活动，而上海，被初定为中国之行的始发站。中国物理学会发出呼吁，让我们去寻觅，共同努力创造物理学光辉的未来！

　　这是值得每一个热爱科学的人去回味的一段讲演，1918年4月，爱因斯坦在量子力学家普朗克六十岁生日庆祝会上说，探索的动机来自于人们对自己反复无常的欲望桎梏的摆脱，但是更来自于对先天和谐的渴望与激情。

　　1955年4月，爱因斯坦的生命到了尽头。18日凌晨1时15分，爱因斯坦停止了呼吸。当天下午，12位爱因斯坦最亲近的人聚集在一起，与他告别。其中一人吟诵了歌德的诗句———

　　我们全都因他受益，他的教诲惠及全球，那专属他个人的东西，早已传遍人间，他如将陨的彗星，光华四射……

　　本报记者尤莼洁

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