爱因斯坦的“错误”:天才的人性弱点

mwjj001 2022-06-1703:15:14名人评论10阅读模式

爱因斯坦一家在小阿尔伯特(Albert,在家里叫Albertle)出生不久就搬到了慕尼黑。在那里,他的父亲和叔叔创立了爱因斯坦公司,其业务是制造电动机械,特别是发电机和照明设备。当时一场电气技术革命正在欧洲掀起,老爱因斯坦预计其工厂将从这项新技术的发展中获利。一家人住在工厂旁边的一栋房子里。小阿尔伯特在慕尼黑长大,在附近的一所小学读书,然后上了几年的中学。

爱因斯坦回忆说,小时候他对指南针很感兴趣:当我还是一个四五岁的小孩,父亲给我看一个指南针的时候,我内心经历了强烈震撼。这只指南针以如此确定的方式行动,根本不符合那些在无意识的概念世界中能找到位置的事物的本性(同直接‘接触’有关的作用)。我现在还记得,至少相信我还记得,这种经历给我一个深刻而持久的印象。12岁到16岁,他自学了基本几何和数学,包括微积分演算的原理。他还读了一套关于自然科学的丛书,这激发他成为一名物理学家。

14岁的爱因斯坦

斯瓦本人说,他们只有到四十岁(斯瓦本年纪)才获取智慧,但阿尔伯特很早就获取了智慧。他是个早熟的孩子,智力发育得很好。他是一个好学生,比班上大多数人成绩都好,但老师发现他的问题太多,如太自以为是,太无礼。阿尔伯特也并不欣赏他的老师,他说小学的老师是军士长和军士,中学的老师是副官。

作为对父母完全不信教态度的回应,青春期的阿尔伯特一度痴迷于前辈们的宗教。他热心研读经文,甚至写了一首对上帝的赞美诗给家人听,把这首赞美诗强加给家人好几个小时。但是,他很快从这种宗教愚昧中恢复过来:⋯⋯这种信仰在我12岁那年就突然中止了。由于读了通俗的科学书籍,我很快就相信,《圣经》里的故事有许多不可能是真实的⋯⋯这种经验引起我对所有权威的怀疑⋯⋯这种态度再也没有离开过我。

爱因斯坦公司起初取得了一些成功,但后来它竞争不过更大、更强的公司,被迫退出了业务。尽管这在一定程度上是因为规模较大的公司获得了更好的融资,但部分原因是老爱因斯坦押错了宝。19世纪末,有关远距离输电线路交流和直流输电孰优孰劣引起了激烈的争论。老爱因斯坦把赌注押在直流电上,而他儿子只要稍微计算一下就可以向他证明,在高压下交流电力的传输效率要比直流电高得多。由于这一优势,交流电逐渐取代了直流电。老爱因斯坦的公司是典型的摇摇欲坠的企业之一,这类企业总是伴随着资本主义向新技术的扩张而灭亡。老爱因斯坦将其工厂和家人搬到了意大利的帕维亚,在那里他预计竞争会减少。同时,他决定把阿尔伯特留在慕尼黑,这样爱因斯坦就可以在那里完成中学教育。

阿尔伯特想摆脱德国中学那种僵化的纪律。许多年后,他在《自述》中抱怨道:认为用强制和责任感就能增进观察和探索的乐趣,是一种严重的错误。我想,即使是一头健康的猛兽,当它不饿的时候,如果有可能用鞭子强迫它不断地吞食⋯⋯也会使它丧失贪吃的习性的。他尤其反感军事训练,他害怕服兵役,因为这是当时所有德国17岁年轻男子的义务。一位老师为此斥责他,并且说,如果阿尔伯特离开学校离开班级会更好,阿尔伯特听了老师的话,收拾好行李逃到了意大利。在那里,他说服父母让他在瑞士苏黎世附近的阿劳完成中学学业。

阿尔伯特就读的这所瑞士学校是一个进步的、无教派的学校,它甚至讲授达尔文进化论,这在那个年代仍然有点新奇。(就讲授达尔文学说而言,一百多年前的瑞士中学比当今许多美国中学更开明,后者迎合了把宗教与科学混为一谈的喧嚣的基督教教派,并将虚幻的伪科学理论,如创世论与智能设计等灌输给学生。)多年以后,阿尔伯特亲切回忆起他的母校:以其开明的精神和老师们的严肃认真⋯⋯这所学校给我留下了难忘的印象;与在德国威权式中学里六年的教育相比⋯⋯我深深意识到,以行动自由和责任为导向的教育比建立在操练、强加权威和野心基础上的教育要好得多。

但是,阿尔伯特的评价因其作为外国人在瑞士享有的特殊待遇而不客观。19世纪末,军国主义在瑞士和在德国一样猖獗。普鲁士人在1866年和1870年的战争中击败奥地利人和法国人的速度和效率给瑞士人留下了深刻印象,瑞士人对中学生的军训采用普鲁士的训练和纪律。(即使到了今天,军训仍然是强制性的,所有年轻的瑞士男性都必须在家里保留一把SIG 550突击步枪和50发子弹,以保护布谷鸟钟之类的东西。)作为一个外国人,阿尔伯特被免除了这些强制性军训,他可以在田园诗般的下午和房东的女儿调情,而他的瑞士同学们则要参加长时间的无聊军训,即普鲁士式军训,并辅之以越野行军、战斗演习和实弹射击练习。

爱因斯坦的中学文凭

1896年获得中学文凭后,(17岁的)阿尔伯特在苏黎世联邦工学院(如今通常简称为ETH,即很难正确发音的德语名称 Eidgenössische Technische Hochschule的缩写)注册为物理专业的学生。恰在此时,爱因斯坦公司破产,父亲无法支付阿尔伯特大学教育的费用。富有的叔叔和姑姑施以援手,支付了阿尔伯特在苏黎世求学的几年费用。姑姑可能不知道阿尔伯特不客气地称她为恐怖姑姑。凭借每月的零用钱,阿尔伯特可以在工学院附近的一所房子里食宿,还能负担得起和同学们一起去苏黎世最豪华的街道巴恩霍夫街的咖啡馆,在那里度过大多数下午时光。他还喜欢住在利马特河畔的豪华大咖啡馆Metropol(现在的大咖啡馆),每周都会在那里会见最亲密的朋友和同学马塞尔·格罗斯曼。他经常和朋友们一起在苏黎世湖上航行,在以后的岁月里,帆船一直是他喜欢的消遣之一。

爱因斯坦是一个相当特立独行的学生,逃课很多,毕业时差点儿没有完成最低限度的课业,而大部分时间都花在了对物理学更高级课题的独立研究上:我经常逃学,待在家里,带着宗教般的热情学习理论物理学大师。对于考试,他依靠的是格罗斯曼所做的笔记。爱因斯坦的成绩平平,他经常旷课,态度高傲无礼,这些都给教授们留下了不好的印象。物理教授曾斥责他:爱因斯坦,你是个非常聪明的孩子,可以说聪明过人,但你有个大毛病:你从不听别人说什么。爱因斯坦回敬了这位教授,称他为韦伯先生,而不是传统的韦伯教授先生,这在当时看来是一种幼稚的不尊重行为,之前在慕尼黑的中学里也曾如此。这种冒犯肯定激怒了韦伯教授先生,因为他最初对爱因斯坦印象不错,甚至在爱因斯坦注册进入工学院之前就要他去听自己的课。后来有一次,爱因斯坦没有遵守规定的程序,引发了实验室设备的爆炸,弄伤了手,这一事故坐实了他那轻率的、自以为无所不知的坏名声。

在大学时代,爱因斯坦放弃了德国国籍,申请了瑞士公民身份。在对其性格进行调查之后,一名警探提出了有利于爱因斯坦的报告,说他是一个非常热心、勤奋和极受尊敬的人,而且还禁欲。

如果警探再深入一点,报告可能就不那么有利了。爱因斯坦戒酒,但私生活却没有节制。他同班上唯一的女学生米列娃·玛里奇(Mileva Marie)谈起了恋爱,她是来自塞尔维亚的一位聪明的年轻女子。同阿尔伯特一样,米列娃早年就有了成为一名物理学家的雄心,她在联邦工学院注册,因为这是为数不多的几所允许女性进入物理学研究的大学之一。她因炙热的恋情而心烦意乱,考试不及格;之后的怀孕使她心神不定,她在第二次考试,也是最后一次考试中失败了。这直接导致她的物理学生涯提前结束了。爱因斯坦把她送回了她在塞尔维亚的父母家,在那里她生了一个女儿。阿尔伯特写信给米列娃,展示了他的父爱和兴趣:我非常爱她,可是我还一点也不了解她!在你完全恢复健康之前,难道就不能给她照张相片吗?她很快就能把她的眼睛转向某个东西吧?但是,他从来没有去看这个心爱的女儿。不久,热恋的米列娃回到了瑞士,把女儿抛在身后,这个婴孩从历史记录上消失得无影无踪——也许她夭折了,也许她在塞尔维亚的某个角落长大,也许她的后代今天还住在那里。阿尔伯特的私生女,这个秘密被他的家人严格保守;提到那个女儿的大部分信件都被毁了,直到阿尔伯特去世后三十年,阿尔伯特和米列娃(即Jonzerl和Schnoxl,他们彼此如此称呼)之间的一些剩余的信件才被出版。

1900年毕业后,爱因斯坦希望得到某个学术职位,也许是某位教授的助教。但鉴于他作为学生的不良记录,联邦工学院的教授们都没有兴趣雇用爱因斯坦。他向德国、奥地利和意大利的教授们寄了数十张明信片,表示求职意向,却无人理会。不要多久我就会以我的投标来给从北海到意大利南端的所有物理学家增光,他在给米列娃的一封信中写道。那位富叔叔的经济援助随他毕业而告终,他用了悲惨的两年时间做兼职私人家庭教师,以图维持生计。

他在德国边境附近的沙夫豪森做过一段时间家教,辅导学生。后来他搬到伯尔尼,通过当物理和数学的家教,赚取了微薄而间歇性的收入。后来他的朋友格罗斯曼帮他找到了联邦专利局专利审查员的职位,才使他免于饿肚子。

爱因斯坦如释重负地找到了一份收入稳定的工作。与前几年的艰难困苦形成对比,这份工作的微薄薪水在他看来就像是财富。我做得很好,他在给一位朋友的信中写道,我是一位体面的联邦职员,有着正常的薪水。此外,我骑着我的旧数学物理学木马,拉着小提琴。爱因斯坦发现,专利局对其工作要求并不太高,在正常工作日结束时,他仍然有时间和兴趣进行科学研究。在徐缓的日子里,他甚至可以在专利局的办公桌上做一些研究,每当主管进入房间,他就会把笔记藏起来。

很久以后,他思考了这份工作的优点。他认为实用的职业对我这样的人来说是一种福气。在学术生涯中,一位年轻人受到一种强烈的驱动,要求他发表大量的科学论文——一种肤浅的诱惑⋯⋯大多数实用的职业都是这样的一种类型,一个普通的人才就能达到对他的要求⋯⋯如果他有更深层次的科学兴趣,他可以在搞好专业职责的同时钻研他最喜欢的问题。他不必因为担心其努力将徒劳无功而沮丧。

与在伯尔尼结识的两位朋友康拉德·哈比希特(Conrad Habicht)和莫里斯·索洛文(Maurice Solovine)的谈话,为他的研究提供了宝贵的激励。爱因斯坦和他俩组成了一个三人讨论小组,他们称为奥林匹亚科学院。几年后,他回忆起奥林匹亚科学院时愉快地说:在伯尔尼,我们建立欢乐的科学院时,肯定是一个美好的时刻,它肯定没有那些备受尊敬的科学院那么幼稚,我后来才熟知这一点。他们经常见面,阅读和讨论各种有关物理学和哲学的书籍,其中一些对爱因斯坦的相对论思想有着深刻的影响。

爱因斯坦开始在专利局工作后,与米列娃结了婚。他们先后住在伯尔尼的好几处出租公寓里,其中包括一套位于克拉姆大街49号二楼的公寓,靠近市中心,离工作地点很近。在这里,他们的第一个儿子于1904年出生,同时这里也诞生了他的好几个伟大思想,包括1905年的相对论。

1904年的爱因斯坦

爱因斯坦在《物理学杂志》发表的第一篇论文是1901年的一篇关于毛细现象的比较无关紧要的论文,他还把这篇论文略做修改,用作他向伯尔尼大学提交的学位论文。然后他发表了几篇关于热力学的论文,其中没有一篇具有持久的重要性。今天,爱因斯坦早期的所有论文读起来都相当枯燥,如同那些年在《物理学杂志》中发表的大多数其他论文一样。

但在1905年,也就是他的奇迹年,爱因斯坦的思想达到巅峰,引发了他疯狂的创造力的爆发。他像着魔一般工作,表现出热烈的精神活动,这常常使他陷入绝望的困惑之中,但最终他得出了敏锐的洞见。紧张的脑力劳动使他精疲力竭,当完成工作后,他瘫倒在床上两个星期。

1905年3月至9月,他完成了至少五篇论文,这些论文将对物理学产生永久而深远的影响:第一篇,将光描述为光的量子流(后来称为光子),解释光电效应;第二篇,确定分子的大小;第三篇是布朗运动理论,及如何为原子的存在提供决定性证据;第四篇是相对论;第五篇是能量与质量的关系。第一篇,使他获得诺贝尔奖;第二篇和第三篇,让许多怀疑论者相信原子和分子是事实,而不是虚构;第四篇,让爱因斯坦扮演相对论发明者的角色;第五篇,则因为公式E=mc2及其与核能和原子弹的著名联系而出名。

所有这些论文都发表在《物理学杂志》第17卷和第18卷,如今这些卷已成为收藏家的藏品;单册在拍卖会上的售价超过1万美元,图书馆不得不把这些期刊锁起来并保管好钥匙。你要是看看第17卷和第18卷,就会发现它们没有包含任何其他值得注意的东西——它们中的其他作品都被遗忘了,大多数作者也被遗忘了,其中许多人当时是德国名校备受尊敬的教授博士先生,都被一位专利审查员的发明所掩盖。

但是,如果说1905年是奇迹之年,那也是错误之年。我们看到,1905年爱因斯坦在漫长而杰出的职业生涯中所犯的错误比其他任何一年都多。那一年他发表的五篇著名论文中,有四篇是有缺陷的。

从本质上说,相对论认为匀速、不加速的运动总是相对的。即一个物体处于匀速运动时,这个运动只相对另一个物体有意义。当你坐在一列静止的火车上,对这个运动的相对性有很强的直觉印象。(这类例子常常令局外人抱怨说,相对论者似乎痴迷于火车和电梯;如果你厌倦了火车,你可以用停在候机坪的飞机代替在车站等待启程的火车。)当你被一本书或一次谈话分散了注意力,你突然感觉到另一列火车正慢慢地滑过你的窗户,此刻你感到困惑:是没有注意到离开的时刻吗?是你的火车在开动,还是另一列火车在开动?即使你低头看了看地面,确定哪一列火车在动,你也只能分辨出存在着相对运动,你不过是在确定这个相对于地面的运动。

这种运动的相对性,是爱因斯坦的一个著名逸事(可能是虚构的):他正从瑞士乘火车去巴登巴登,他问列车员:这列火车什么时候到巴登巴登站?不管是不是真的,爱因斯坦的问题被制作为一件雕塑的标题,这件雕塑由一个载着大钟的铁道车厢组成,并在纽约的现代艺术博物馆展出。

为了精确描述位置和运动,物理学家选择一个参考点,用以测量相对于这个参考点的距离。例如,参考点可能是机场的指挥塔,相对于这个参考点,(比如说)飞机的位置可以用东西距离、南北距离和垂直距离描述。这些距离被称为空间坐标,因为需要三个坐标来精确定位飞机的位置,我们说空间是三维的。然而,为了描述飞机上发生的事件,如海鸥与飞机的碰撞,我们还需要指定时间坐标,即事件发生的时间。若知道某事件的空间坐标和时间坐标,则知道该事件发生的地点和时间——这些都是调查人员在收集有关该事件的信息时必须问的第一个也是最基本的问题。

物理学家们喜欢想象,参考点周围的空间充满了量尺点阵和时钟阵列。量尺测量任何事件的空间坐标,时钟测量时间坐标。这样一个假想的量尺点阵连同时钟阵列,统称为参考系。

三个空间坐标和时间坐标,统称为时空坐标。由于时空包含四个坐标,所以我们说它是四维时空。这个四维时空的概念由数学家赫尔曼·闵可夫斯基(Hermann Minkowski)提出,他是爱因斯坦在苏黎世联邦工学院的教授。在小学和中学时,爱因斯坦是一名优秀的学生,数学一直是最高分。但在联邦工学院就读时,爱因斯坦自以为是的学习态度,让他很少认真地对待闵可夫斯基的课,也翘了很多课。闵可夫斯基说他是一只懒狗,几年后,当相对论发表时,他评论道:我本来真的不相信他能做到这些。

闵可夫斯基对这只懒狗的意外能力很惊讶,改变了他的偏见,用优雅的数学语言重新表述了爱因斯坦理论的核心;他引入了四维时空的概念,并用这个四维时空的几何表达了相对论的思想。爱因斯坦起初反对闵可夫斯基,把相对论的几何重新表述称为多余的博学,可是他和其他物理学家很快就认识到闵可夫斯基几何方法的优点,且这些方法后来在广义相对论的发展中发挥了关键作用。

不同的参考系,相对于彼此可以有不同的运动。例如,一架飞机的参考系相对于地面的参考系可能有900千米每小时的速度,如果飞机遇到某种湍流,它的参考系就会上下弹跳,并可能向侧面倾斜。这种不规则的运动使它很难用这个参考系描述物理现象,因此物理学家更喜欢使用匀速运动、没有任何加速度的参考系。

匀速不加速直线运动的参考系,称为惯性参考系。与地面相联系的参考系近似为惯性参考系,因此相对于地面具有均匀运动的任何参考系也是惯性参考系。(实际上,与地面相联系的参考系并不完全是惯性参考系,因为地球绕着地轴自转,也绕着太阳公转。这些圆周运动涉及运动方向的改变,这意味着此种运动不是匀速运动——它是加速运动。然而,与地球绕地轴的圆周运动和地球绕太阳的轨道运动相关联的那些加速度都很小,往往可以忽略不计,因此与地面相联系的参考系可以被看作近乎是惯性参考系。那些迷恋精确的天文学家,更喜欢与太阳相联系的参考系,这样可以更精确地实现惯性参考系。)

19世纪末,物理学家们遇到了一个关于光速的难题。这个谜题起源于大约一百年前,即1805年前后。当时人们认识到光是一种波,即其振荡的波长很短,频率很高。(直到很晚才发现光波中的振荡是电和磁扰动,即电场和磁场,物理学家喜欢这样称它们。)

19世纪的物理学家认为,光波的传播类似于声波的传播。声音的传播需要介质——它可以在空气、水、木材等介质中传播。同样,人们认为光的传播也需要介质,一种渗透我们周围环境的介质,以及所有的行星际和恒星际空间,以便允许光在任何地方传播。这种介质被称为以太,这个名字取自中世纪天文学家们想象的充填月球以外天体区域的物质的古代名称[有时被称为光以太,以区别于用于乙醚,与以太同名]。以太被认为非常稀薄,故它不会阻碍行星的运动,却具有很强的弹性,其振动将产生光波的速度,即30万千米每秒。

人们假设以太相对于太阳处于静止状态,从而假设相对于太阳或太阳系,光速为30万千米每秒。由于地球以30千米每秒的速度绕太阳运转,19世纪,物理学家们预计,在地球参考系中,与地球相同方向运行的光信号应该有一个减少的速度(地球正在远离这个信号,故这个信号需要更长的时间经过地球),而向相反方向运行的光信号应该有增加的速度(地球正与这个信号相向而行,故信号会被地球对冲)。人们认为光速遵循直觉上明显的速度加减规则,故相对于地球的参考系,光信号在与地球相同的方向上运行的速度应该是(300,000-30)千米每秒,而向相反方向运行的光信号的速度应该是(300,000+30)千米每秒。

这就是19世纪末物理学家们所面临的难题:好几个实验试图检测光速与地球速度的这种依赖性,但都没能检测出任何影响——光速似乎完全不受地球运动的影响。

其中最有创意的实验,乃是1881年由美国物理学家亚伯拉罕·迈克耳孙在柏林学术休假期间设计出来的。迈克耳孙出生在波兰,父母是犹太裔,后来移民到美国,定居在内华达。他在安纳波利斯的美国海军学院当学生时就开始了物理研究,这一职位是他凭借超人胆识获得的。当被告知任命海军学生的配额已满时,他前往华盛顿特区,走进白宫,找尤利西斯·格兰特总统帮忙。日色将尽时,格兰特同意和他谈谈,这个军校学员候选人的坚持和主动给格兰特留下了深刻的印象,于是破格给了他一个学生名额。

在安纳波利斯,迈克耳孙很快发现他对物理学比对海军更感兴趣,他设计了一种改进仪器测量光速的方法,是在一条长长的跑道上对光信号的往返行程进行计时,并在远端用旋转反射镜测量光速。他一生都在改进这一实验,并获得了光速为299,796千米每秒的最终结果,其不确定度为±4千米每秒(恰好命中:现代值为299,792千米每秒,这实际上就在迈克耳孙测量值4千米每秒的误差范围内)。

因在物理学学习中以高精度测量而闻名,迈克耳孙从海军请假,去柏林攻读光学研究生。那时候,德国人是光学和几乎所有的其他物理学分支的领军人物,任何有能力的美国物理学家都去德国学习。迈克耳孙在赫尔曼·冯·亥姆霍兹的指导下研究光的干涉效应时,突然意识到,这些效应可以用于比较两个不同方向光速的极其敏感的实验。他为此设计了一种仪器,由柏林最好的一家仪器制造商制造,并在波茨坦附近的天体物理观象台地下室的一个实验室里组装起来。迈克耳孙指出,这台仪器如此超常敏感,在离观象台100米远的路面上冲压所产生的振动都会破坏它的运作。

这台仪器有两条相互垂直的臂,长度完全相等。在这两个垂直方向上,双臂作为光束的跑道。迈克耳孙将光束对准仪器的中心,在中心处,一面半镀银(即半透明)镜将这束光分成两等分,一束光沿着一条臂跑,另一束光沿着另一条臂跑。这些光束在双臂末端的镜子上反射回来,然后向中心跑,在那里,它们再次遇到那面半镀银镜,重新组合成一束从仪器前面射出来的光束。如果两条臂的往返速度完全相等,那么两束返回光束中的光波应该同步到达中心,它们会发生相长干涉。因此,每个光波的波峰与另一个光波的波峰重合,这就产生了一束很强的新光束。但是,如果往返速度不同,光波到达时会稍微异步,且不发生相长干涉,从而产生较弱的新光束。如果一个光波的波峰与另一个光波的波谷重合,光束会完全抵消,也许它们甚至会造成相消干涉。因此,只要速度上的微小差异,新的重组光束的强度就会发生剧烈变化。

迈克耳孙发明的这一仪器,如今被称为迈克耳孙干涉仪,它非常出色。迈克耳孙立即意识到,它不仅可以用来敏感地比较双臂上的光速,还可以用来敏感地比较双臂的长度——如果其中一臂被稍微缩短(或者远端的镜面轻微移动),那么重组的光束就会变化,从相长干涉变为相消干涉。因此,仅仅一个光波长几分之一的长度变化都很容易被检测到。除了被用来检测光速的差异外,迈克耳孙干涉仪还被广泛用于测量微小的长度差异。由于该仪器具有非常实际的应用,迈克耳孙在1907年获得诺贝尔奖,这是诺贝尔奖第一次授予美国物理学家。

至今,迈克耳孙干涉仪仍被用于精确的长度比较。例如,路易斯安那州巴吞鲁日附近的引力波LIGO探测器就是一台迈克耳孙干涉仪,其臂由4千米长的疏散管道组成。激光束在重组之前可以来回传播好几百次。这台迈克耳孙干涉仪可以探测到的长度变化达十亿分之一米的十亿分之一,这是由来自遥远的超新星爆炸的引力波的影响而产生的长度变化。

迈克耳孙于1881年在波茨坦的实验结果,是否定的。迈克耳孙将其干涉仪的一臂平行于地球运转方向,另一臂指向垂直方向。沿平行臂的光束的往返时间应该比沿垂直臂往返的时间长,可是迈克耳孙发现,它们根本没有差别。他的仪器的灵敏度足以探测到地球相对于5千米每秒以太的速度,而实验的否定结果表明,速度(如果有的话)要小得多。当太阳系中的以太静止时,地球相对于以太的速度应该是30千米每秒,即地球的轨道速度。因此,迈克耳孙实验的否定结果与朴素的以太理论完全矛盾。

迈克耳孙是光以太理论的坚定拥护者。为了解释他的否定结果,他对以太理论进行了修改。他认为,也许地球会把它附近的以太带动并曳引它,在这种情况下,地球也会沿着光波曳引,这样我们就不会看到地球运动对光速的任何影响。但是,这一解释与天文望远镜中的星光行为相冲突。天文学家曾观察到,地球围绕太阳的运动使星光以倾斜的方式进入望远镜,就像你开着敞篷车冒雨行驶时,雨点会以倾斜的方式进入你车子的驾驶舱一样;如果望远镜附近的以太被地球曳引,这种星光倾斜(即光行差)就不会发生。

迈克耳孙回到美国,退出海军,在克利夫兰的凯斯学院与爱德华·莫雷合作重复了干涉测量实验的更精确的版本;此后,这个实验被称为迈克耳孙-莫雷实验。这个更精确的版本仍然没有探测到地球运动对光速的任何影响。但是迈克耳孙认为这是以太曳引的进一步证据,他坚信以太理论,直到他生命的尽头,甚至在相对论已被广泛接受,以太的思想被大多数物理学家所拒之后。他悲叹道:但没有介质,怎么能解释光波的传播?⋯⋯如果不存在介质,又如何解释传播的恒定性这样一个⋯⋯基本假定?

迈克耳孙-莫雷实验成了最受欢迎的相对论检验之一,其他实验者也重复了很多次。最精确的重复,是由德国物理学家乔治·约斯于1930年在耶拿的蔡司工厂的地窖里建立的一台迈克耳孙干涉仪。那时,纳粹极权的阴影正笼罩在德国和德国科学之上,而约斯在对实验的描述中只字不提那个犹太人爱因斯坦。他为此受到指责,不过可以认为,他只是在对爱因斯坦以牙还牙:在自己的所有著作中,爱因斯坦都没有提到过迈克耳孙-莫雷实验,所以也许他是自作自受,实验者们也没有提到他。

奇怪的是,爱因斯坦在1905年把关于相对论的工作完成了,根本没有意识到迈克耳孙-莫雷实验。历史学家们仍然在争论爱因斯坦了解多少、何时知道这个实验。爱因斯坦自己关于这个问题的陈述,则自相矛盾。在爱因斯坦去世前的几年,他在一次采访中声称,直到1905年之后,他才知道迈克耳孙-莫雷实验,他说:否则,我会在我的论文中提到它。在第二次采访中,他说:这不太好说。我记不清第一次听说迈克耳孙实验是什么时候。我不觉得在我投身于相对论的7年中,它对我有过什么直接的影响。他补充说,他一定在1905年以前就知道这个结果,因为他已经简单地假定迈克耳孙的结果是正确的。

对爱因斯坦来说,迈克耳孙-莫雷实验意义不大,因为他得出相对论不是通过沉思那些实验和观测事实,而是通过思考电场和磁场的理论方面,特别是苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪60年代表述的描述电磁场的方程式。在20世纪20年代爱因斯坦访问剑桥时,一位主人对他说:您成就卓著,但您站在牛顿的肩膀上。爱因斯坦回答说:不,我站在麦克斯韦的肩膀上。

本文摘选自《爱因斯坦的错误:天才的人性弱点》([美]汉斯·C.欧翰年 著,潘涛 译,范岱年 校,新星出版社2022年5月版),澎湃新闻经授权发布。

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