相對(duì)論的“失敗”

○馬建波

科學(xué)文化

相對(duì)論的“失敗”

○馬建波

多維視角下的諾獎(jiǎng)（1）

很多時(shí)候，科學(xué)被人們想象為人類社會(huì)中的一項(xiàng)特殊事業(yè)：它是客觀的、確定的，因此更少受人類天性中的那些弱點(diǎn)——尤其是偏見(jiàn)和狹隘——所影響。應(yīng)該說(shuō)這是一種美妙的想法。不過(guò)，只要對(duì)科學(xué)的歷史稍加留意，我們就能發(fā)現(xiàn)，在科學(xué)的實(shí)際運(yùn)行中存在的狹隘和偏見(jiàn)，與人類其他領(lǐng)域比起來(lái)其實(shí)毫不遜色。諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)在今天的聲譽(yù)無(wú)與倫比，但也無(wú)法擺脫這一人類行為規(guī)則的制約。在它100余年的歷史中，一些有趣的故事恰好可以作為上述觀點(diǎn)的精彩注腳。本刊約請(qǐng)中國(guó)人民大學(xué)哲學(xué)院教師馬建波先生撰文，為讀者提供其中的幾個(gè)經(jīng)典——不是曝光，也不是窺私，當(dāng)然更不是詆毀——而是希望我們對(duì)科學(xué)的理解和審視，能夠多一種維度。

愛(ài)因斯坦是20世紀(jì)最具人氣的科學(xué)家，他創(chuàng)立的相對(duì)論公認(rèn)是人類在那個(gè)100年里取得的最了不起的科學(xué)成就之一；由于對(duì)物理學(xué)的卓越貢獻(xiàn)，他榮膺1921年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這些都人所共知。不過(guò)，很多人不知道的是，相對(duì)論不僅不是愛(ài)因斯坦獲得諾貝爾獎(jiǎng)的理由，相反，因?yàn)橄鄬?duì)論，愛(ài)因斯坦幾乎與諾貝爾獎(jiǎng)失之交臂。

愛(ài)因斯坦的奇跡

1905年，史上有“愛(ài)因斯坦奇跡年”之稱。在這一年，愛(ài)因斯坦完成了從一個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的小職員，到頂級(jí)物理學(xué)家的華麗轉(zhuǎn)身。該年，愛(ài)氏完成了6篇論文（其中一篇隔年發(fā)表），它們對(duì)20世紀(jì)的物理學(xué)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在這些論文中，有兩篇——《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》及《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》最值得一提。前者為作者帶來(lái)了諾貝爾獎(jiǎng)，后者則是作者畢生心血所系的相對(duì)論的前奏曲。

早在1900年，為了應(yīng)對(duì)經(jīng)典物理學(xué)出現(xiàn)的危機(jī)，偉大的馬克斯·普朗克提出了“能量子”的概念。當(dāng)時(shí)，他并沒(méi)有意識(shí)到，自己開(kāi)啟了一條人類通達(dá)微觀世界深處的大門(mén)。由于“能量子”與傳統(tǒng)物理學(xué)的基本觀念格格不入，甚至連普朗克本人都對(duì)它感到厭惡。他多次聲稱，這個(gè)東西不過(guò)是數(shù)學(xué)處理時(shí)的權(quán)宜之計(jì)，不是物理實(shí)在，也沒(méi)有多少理論的價(jià)值。然而，愛(ài)因斯坦卻從中嗅出了革命的氣息。這個(gè)從小似乎就不善于循規(guī)蹈矩的年輕人，并不認(rèn)為違背傳統(tǒng)的觀念是多么嚴(yán)重的錯(cuò)誤。他創(chuàng)造性地將“能量子”的概念引入到了對(duì)光的研究之中，在《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》中完美地說(shuō)明了光電效應(yīng)現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)，這是一篇承前啟后的作品，上承普朗克，下啟玻爾等人，使得“量子”成為了當(dāng)代物理學(xué)的關(guān)鍵詞。在今天，量子力學(xué)已經(jīng)是人們處理微觀物理世界時(shí)不可或缺的工具。因此，這篇文獻(xiàn)在物理學(xué)史上的地位不言而喻。

《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》從兩個(gè)簡(jiǎn)潔的假設(shè)入手，進(jìn)行了一系列的推演，在時(shí)空關(guān)系等物理學(xué)的基本問(wèn)題上同樣進(jìn)行了離經(jīng)叛道的思考。均勻流逝的絕對(duì)時(shí)間，以及無(wú)限廣延的絕對(duì)空間，時(shí)間和空間之間彼此獨(dú)立，萬(wàn)物均在時(shí)間和空間搭建的舞臺(tái)上繁衍生息，這樣的時(shí)空觀念，至遲自牛頓以來(lái)，就牢牢盤(pán)踞在人們的心靈深處，構(gòu)成了人們認(rèn)知和理解整個(gè)宇宙的基本信念。愛(ài)氏卻通過(guò)他的結(jié)論告訴人們，時(shí)間和空間既不均勻，彼此之間也不獨(dú)立，它們與物體的運(yùn)動(dòng)速度之間有緊密的聯(lián)系。這也就是后來(lái)被稱為“狹義相對(duì)論”的思想。

不過(guò)，當(dāng)人們還在喋喋不休地爭(zhēng)論狹義相對(duì)論所引發(fā)的問(wèn)題時(shí)，愛(ài)氏已經(jīng)將他的思想推向了宇宙中更為深遠(yuǎn)的地方。對(duì)他來(lái)說(shuō)，狹義相對(duì)論不是一個(gè)理想的理論。就像是一列馬拉的火車，盡管它預(yù)示著一個(gè)新時(shí)代的到來(lái)，但自己的身上仍然留下了舊時(shí)代的深深烙印。所以，愛(ài)氏決心尋找一個(gè)更自洽、解釋力更強(qiáng)、更具包容性的理論。經(jīng)過(guò)10年的艱苦求索，愛(ài)氏于1915年宣布自己找到這樣一個(gè)全新的理論——即廣義相對(duì)論。與狹義相對(duì)論比，廣義相對(duì)論適用范圍更寬，同時(shí)還明確指出，時(shí)間和空間的性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布。這對(duì)于經(jīng)典的絕對(duì)時(shí)空觀是一種完完全全的顛覆。依據(jù)這一理論，愛(ài)氏成功解釋了水星在近日點(diǎn)的異常運(yùn)動(dòng)，并作出了兩個(gè)匪夷所思的預(yù)言：1、在強(qiáng)引力場(chǎng)中，光譜會(huì)向紅端移動(dòng)；2、光線在質(zhì)量巨大的物體附近會(huì)發(fā)生彎曲。

1919年，利用一次難得的日全食，人們進(jìn)行了仔細(xì)的觀測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，遙遠(yuǎn)星星射出的光線，在經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)，的確發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，結(jié)果與愛(ài)因斯坦的預(yù)言相符。至此，類似于“牛頓以來(lái)最偉大的科學(xué)家”這樣的修飾語(yǔ)，便與愛(ài)因斯坦這個(gè)名字緊緊地聯(lián)系在一起了。

讓愛(ài)因斯坦飛一會(huì)兒

大約從1910年開(kāi)始，愛(ài)因斯坦的名字就出現(xiàn)在了諾貝爾獎(jiǎng)候選人的名單之上。隨著名聲日隆，關(guān)于他的提名也越來(lái)越多。不過(guò)，諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)有自己的考量，成員們決定要愛(ài)氏飛一會(huì)兒，再飛一會(huì)兒。這一飛就是十多年。

關(guān)于阻礙相對(duì)論獲獎(jiǎng)的種種因素，羅伯特·弗里德曼在《權(quán)謀：諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)的幕后》一書(shū)中有過(guò)全面而精彩的分析。其中有關(guān)文化和意識(shí)形態(tài)方面的部分，筆者不贅，感興趣者可索書(shū)觀賞。此處僅僅從科學(xué)的角度來(lái)看看，諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)為什么不愿意授予相對(duì)論一個(gè)獎(jiǎng)。

首先，近代以來(lái)，物理學(xué)家的一個(gè)教條是，物理學(xué)的理論必須建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上。物理學(xué)和數(shù)學(xué)的不同，就在于此。牛頓有名言曰：“我不作假設(shè)?！笨芍^一語(yǔ)中的。而不管是狹義還是廣義相對(duì)論，愛(ài)因斯坦的表述都相當(dāng)數(shù)學(xué)化，特別是廣義相對(duì)論，更是需要借助極復(fù)雜的數(shù)學(xué)技巧來(lái)表達(dá)。這令很多正統(tǒng)物理學(xué)家感到憂慮。在他們看來(lái)，愛(ài)氏不過(guò)是在玩弄數(shù)學(xué)的技巧，在偏離講求實(shí)證的物理學(xué)正道的歪路”上走得太遠(yuǎn)。因此，要授予愛(ài)氏一個(gè)物理學(xué)獎(jiǎng)，會(huì)對(duì)物理學(xué)的發(fā)展帶來(lái)負(fù)面影響。

其次，更為重要地是，相對(duì)論完全脫離了人類的日常經(jīng)驗(yàn)，甚至是直覺(jué)。時(shí)間會(huì)變慢、長(zhǎng)度會(huì)縮短、質(zhì)量會(huì)增大、光線會(huì)彎曲……這些結(jié)論完全突破了人類想象的極限。在很多人看來(lái)，它們恐怕連科幻都說(shuō)不上，充其量也就是一種形而上的玄想，如何能夠授予一個(gè)全世界都矚目的科學(xué)獎(jiǎng)？如果說(shuō)，相對(duì)論中高深的數(shù)學(xué)只是讓很多人感到不安，那么這些脫離人類日常經(jīng)驗(yàn)的臆測(cè)”，只會(huì)讓他們感到厭惡。在這里，人們對(duì)這一理論可能是錯(cuò)誤的恐懼，要大過(guò)對(duì)創(chuàng)新觀念的欣賞。換句話說(shuō)，人們寧愿接受被稱為“保守”的嘲諷，也不愿承擔(dān)不謹(jǐn)慎的“冒進(jìn)”而招致的后果。即便是1919年之后，從內(nèi)心深處由衷討厭相對(duì)論的物理學(xué)家仍然不是少數(shù)。1920和1921連續(xù)兩年，諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)在為相對(duì)論出具報(bào)告時(shí)，主筆者持有的都是這樣的論調(diào)，結(jié)論也當(dāng)然是認(rèn)為相對(duì)論不配被授予這樣一個(gè)崇高的榮譽(yù)。

當(dāng)然，從愛(ài)氏在這些年獲得的壓倒性的提名數(shù)量來(lái)看，支持和同情相對(duì)論的科學(xué)家也不在少數(shù)。只是很不幸的是，諾貝爾獎(jiǎng)的話語(yǔ)權(quán)掌握在另外一些人手中。關(guān)于科學(xué)的進(jìn)步，普朗克曾經(jīng)有過(guò)一段意味深長(zhǎng)的評(píng)論，大意是說(shuō)，新理論之所以能夠獲得勝利，不過(guò)是因?yàn)橹С峙f理論的人死光了，支持新理論的人成長(zhǎng)起來(lái)了而已。某種程度上，誠(chéng)哉斯言。

柳暗花明

1919之后，不管諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)的成員們對(duì)相對(duì)論持有何種的態(tài)度，愛(ài)氏的名頭總之是越來(lái)越響。有關(guān)愛(ài)氏的獲獎(jiǎng)問(wèn)題也越發(fā)變得棘手。試問(wèn)，一個(gè)國(guó)際上最具聲望的科學(xué)獎(jiǎng)，竟然對(duì)一個(gè)被譽(yù)為牛頓接班人的物理學(xué)大師不聞不問(wèn)，情何以堪？問(wèn)題越來(lái)越演化成了這樣：不是說(shuō)應(yīng)該授予愛(ài)因斯坦一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，成全他的名聲；而是說(shuō)愛(ài)因斯坦應(yīng)該有一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，以保全諾貝爾獎(jiǎng)的聲望。所以，必須頒給愛(ài)因斯坦一個(gè)獎(jiǎng)。否則，難免有人會(huì)嘀咕：愛(ài)氏都沒(méi)有獲獎(jiǎng)，誰(shuí)有資格獲獎(jiǎng)呢？正是迫于這樣的壓力，1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)當(dāng)年沒(méi)有頒發(fā)，出現(xiàn)了難得一見(jiàn)的空缺。

越是在關(guān)鍵的時(shí)刻，越是能顯現(xiàn)出人類聰明才智的創(chuàng)造性。幸運(yùn)地是，人類歷史上也從來(lái)不缺乏聰明人。一個(gè)叫奧森的人及時(shí)出現(xiàn)，最終幫助諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)度過(guò)了危機(jī)，走出了進(jìn)退維谷的窘境。奧森是一個(gè)更年輕的物理學(xué)家，其時(shí)正好被增補(bǔ)為評(píng)委。奧森意識(shí)到，既然問(wèn)題已經(jīng)簡(jiǎn)化為必須給愛(ài)因斯坦一個(gè)獎(jiǎng)，那么僅僅把眼光局限在相對(duì)論上就是一個(gè)錯(cuò)誤。愛(ài)氏有那么多出色的工作，為什么非得在一棵樹(shù)上吊死呢？于是，在1921年，奧森“劍走偏鋒”，提出愛(ài)氏完全有資格憑借在光電效應(yīng)方面的杰出貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)（公允地說(shuō)，愛(ài)氏光電效應(yīng)的論文，在創(chuàng)造性和革命性方面，并不亞于相對(duì)論，以此為名給愛(ài)氏一個(gè)獎(jiǎng)，也完全名至實(shí)歸）。無(wú)奈，當(dāng)年反對(duì)愛(ài)氏的氣場(chǎng)太強(qiáng)，奧森的良好意愿落空。

1922年，奧森卷土重來(lái)。在經(jīng)過(guò)充分準(zhǔn)備之后，他詳細(xì)論述了愛(ài)氏1905年關(guān)于光電效應(yīng)的文章的“革命性”意義，以及該項(xiàng)工作對(duì)于后續(xù)工作的重大影響。奧森特別強(qiáng)調(diào)了愛(ài)氏這項(xiàng)工作是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的精辟概括，并且得到了實(shí)驗(yàn)的充分證明；而且小心翼翼地避免提及相對(duì)論。奧森的精心付出得到了回報(bào)，他的報(bào)告打動(dòng)了評(píng)委會(huì)。最終，評(píng)委會(huì)決定將1921年的諾貝爾獎(jiǎng)補(bǔ)授予愛(ài)因斯坦。

事情總算是有了一個(gè)皆大歡喜的圓滿結(jié)局。對(duì)于諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)來(lái)說(shuō)，不管出于什么理由，給愛(ài)氏一個(gè)獎(jiǎng)，好歹堵上了人們的嘴（1922年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者是玻爾。20世紀(jì)兩個(gè)最了不起的物理學(xué)家同時(shí)獲此嘉獎(jiǎng)，可謂珠聯(lián)璧合，相得益彰。因此，在我看來(lái)，諾貝爾評(píng)委會(huì)無(wú)意中還算成就了一段佳話）。而對(duì)于愛(ài)氏來(lái)說(shuō)，雖然諾貝爾獎(jiǎng)給他增添的榮譽(yù)幾乎可以忽略不計(jì)，但是，它附帶的一大筆真金白銀，不啻一場(chǎng)及時(shí)雨（當(dāng)時(shí)他正俗務(wù)纏身，總是缺錢(qián)花）。唯一令他感到啼笑皆非的也許是，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)在給他的獲獎(jiǎng)電文中，鄭重其事地提醒：在頒獎(jiǎng)典禮上，不得談?wù)撚嘘P(guān)相對(duì)論的任何問(wèn)題。

諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的擔(dān)心不是多余的。1922年底，愛(ài)氏正在進(jìn)行他的遠(yuǎn)東之旅，目的地是日本，無(wú)法參加當(dāng)年的頒獎(jiǎng)典禮。補(bǔ)頒儀式是在次年中舉行的。現(xiàn)場(chǎng)氣氛十分熱烈，愛(ài)氏的幽默和睿智再一次征服了聽(tīng)眾。主題當(dāng)然是相對(duì)論——他一如既往地那樣無(wú)拘無(wú)束。

（本文編輯 宋文佳）