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第2章 格物致知――物理

《格物大致学知》里是面中的国一古句籍话礼格记物?致知的“格物”两个字,实际上是指一种方法,有了一种方法以后,才能获得知识,所以叫做格物致知。那么这种方法是什么东西呢?大家认为“格”实际上是去做那个事,放手试做。比如格物就像格斗猛兽之格,要知道猛兽是多么厉害,就要跟猛兽格斗,于是人类就知道了知识,就知道了猛兽的有关习性。

今天我们认为世界是物质的,物质是运动的,运动是有规律的,规律是可以认识的。要认识物质运动的规律,就要用科学观察、实验的方法,因此实验应该说是近代科学的一个基础。按照著名的物理学家、诺贝尔奖获得者杨振宁先生的看法,他说物理就是以实验为本的科学。中国古代在物理学方面拥有很多辉煌的成就。

在春秋战国时代,经过几千年生产实践的经验,总结出来的一些著作,充分体现了物理学知识,如《考工记》、《墨经》。

《墨经》里有很多力学、光学的知识《墨经》还特别在理论上对“力”本身下了一个定义,什么是力。《墨经》是最早对一些科学名词下定义的,而且对当时的简单机械,比如说杠杆、滑轮、斜面,都做了探讨和研究。在光学上它谈得更多,谈了8条,连续有8条的光学文字,来记载像平面镜、凹面镜、凸面镜,还有小孔成像。对小孔成像的讨论相当于现在谈照相机的暗箱。还讨论了影子是怎么形成的。连续8条光学文字记载下来,可以说是世界上最早的几何光学理论。

物理学要成为一个近代科学,还要有实验,古代中国人也有很多实验。如元代赵友钦做的光学实验,可以说是中世纪最大的一个光学实验。

小罅光景

2002年4月,一个叫史国瑞的摄影家和他的同仁,用遮光布将烽火台包裹得密不透光,做成一个巨大的暗箱,在烽火台的?望口安上所谓的镜头,即一个有着针眼大小孔的铜片,这样世界上最大的用古老建筑做成的针孔照相机便完成了。在照相机里,对着直径2毫米的针孔镜头放一张感光材料,经过长达6小时的曝光,便拍下了一张世界上最大的针孔摄影作品《中华长城》。

听起来有点神奇,其实原理十分简单,这个相机用的就是小孔成像原理。我们的古人在两千多年前就对小孔成像的现象有所探究。元代学者赵友钦还做了一个科学实验,称作“小罅光景”。

所谓小罅光景,按现在的话说就是小孔成像。“罅”是缝隙的意思,“景”则是影像。其实小孔成像的现象处处可见。炎炎烈日,树阴下纳凉的人们可能很少注意到夹杂在树影间洒落的串串圆形光斑,而那正是太阳透过枝叶缝隙在地上形成的太阳自己的影像。同一片天空下,古人早就注意到了这一现象。

公元前5世纪,中国的春秋战国时代,墨翟和他的弟子在《墨子》中便记录了世界上第一个小孔成像实验,认为光是沿着直线传播的,所以当光从身体的左侧射向暗匣时,通过头部的光只有一束能够经过小孔进入暗匣,所以成影就在下方,同样,通过脚部的光投向上方,就形成了倒像。

“月华临静夜,夜静灭氛埃;方晖竟户入,圆影隙中来。”《乐府诗集》中描绘月亮的光辉通过窗户洒落在屋里,而地上那个小小圆影,却是月亮通过墙上的小元代钦学做者了赵一友个科学实验缝形成的月亮的影像。

宋代科学家沈括则将静止物体和运动物的小孔成像联系起来,在他的科学巨著梦溪笔谈》中写到:鸟往东飞时,它的影也跟着往东。但是当鸟的影子通过窗户缝隙投射在地上时,鸟往东飞,影子却往去了,这也是小孔成倒像的结果。

在前人的基础上,赵友钦设计了一个完全人为控制的“小罅光景”实验,在他的著作《革象新书》中详细记载了实验的设置、步骤和结论。

《革象新书》的内容主要是分析讨论天文历象,赵友钦利用门板、窗户的一些缝隙来观察日月的形体。可是这样有一个问题,就是日月是运行的,这种观察不够稳定,于是呢,这就很有可能启发他来通过一个实验稳定地来观察小孔成像的效果。

实验选在一间两层楼房内,屋内挖两个直径4尺的地阱,阱深各为8尺和4尺,深阱内放一个高4尺的小桌;阱内各放一块圆板,上面密插千支蜡烛作为光源;阱口盖上一块板,板的中心挖一方孔,通过方孔射出的光就落在一层天花板上,天花板成为像屏。

实验中他发现,点燃一支或稀疏的二三十支蜡烛时,相对而言,孔成为大孔,投在像屏上的是一个或二三十个方形的光影,即孔的影子;而点燃一千支蜡烛,形成一个面光源时,像屏上则变成圆形光影,即光源的影子。这证明了“大孔不成像,小孔成像”。

赵友钦又模仿日食,只点燃东半部的蜡烛,发现天花板上的光影出现在西半部,证明小孔成反像。他还改变像屏与小孔的距离,即像距,得出像屏离小孔近时,像小而明亮;远时,像大而暗淡。而改变光源与小孔的距离,即物距,则得出光源离小孔近时,像大而明亮;远时,像小而暗淡。

光学史专家王锦光和洪震寰先生在《中国光学史》中用一张表将实验结果清晰地表示了出来。

赵友钦这个实验在当时世界范围来说,是一个很大规模的实验,从现在来看,他对光的照度有了应该说是科学的定性的结论。

后来德国人朗博虽然发现了照度定律,却比赵友钦晚了整整400年。

小孔成像的原理被用在许多方面,最早可能是元代天文学家郭守敬,他发明了多种天文仪器,其中“景符‘窥几’仰仪”都是应用了小孔成像原理。观测日食的时候,如果直接用肉眼去看太阳,会伤害眼睛。聪明的古人便去观测日食通过小孔所成的像的变化。有趣的是十二三世纪的欧洲风景画家,他们描绘景物通过小孔在墙上的成像来作画。今天,史国瑞用古老的小孔成像术,将通过小孔投射到烽火台里面的长城倒像摄取下来,得到了清晰又不变形的巨幅长城照片。

用古人的智慧去记录古人的杰作,前人足以让我们自豪。而赵友钦对小孔成像主动性的研究更让人们感受到其丰富的物理学思想。在《中国科学思想史》中袁运开、周瀚光先生认为:首先“小罅光景”是一个独立系统的实验室实验;其次量的增加达到一定程度引起了质变。可见,中世纪中国的几何光学理论便达到了一定的高度,赵友钦除了没有归纳出“物距”“像距”等物理名词外,他的关于小孔成像的实验结论是完全正确的。而这样大型的光学实验是世界物理学上的一个首创,在中国古代物理学发展史上占有重要地位。

当时在这个实验基础上,中国人对小孔成像的光学理论,可以说已经完全掌握了。在实验上,明代初期中国还有一个纯粹是理论上的实验,水箱放水实验。这个水箱不是像我们现在的盥洗室里面的水箱,一个窟窿放下来,它有两个水箱,这两个水箱一样容量,一样大小。当时一个水箱底部开一个大口,另外一个水箱底下开五、六个小孔,七、八个小孔,小孔面积等于大孔的面积,同时放水,这样看哪个水箱的水先放完。现在我们一般的大学生,很多不是搞这个,你问他,他都答不上来。那么当时徐有贞做水箱放水实验的时候,他得出来正确结论:小孔的水箱先放完。这个实验当时是想作为疏理黄河来说服皇帝要多开支流所设计的一个纯科学实验,在中国也是很先进的,这样的实验和积累比欧洲人早500年。

中国古代的物理学,主要还是经验的科学,或称作技术的物理学。有些人以为,中国古代就没有物理学,爱因斯坦曾经对这点发表了他的看法,他说在中国古代没有逻辑学,没有推理的方法,这是不令人吃惊的事情,而令人惊讶的事情是,中国古代把这些所有发现都做出来了。这说明作为一门经验科学,技术科学,在古代时期的重要性,爱因斯坦可以说做了充分的肯定。

中国古代的物理学用于实践,所以使中华文明得以延续下来,但是古希腊的物理学,古希腊的科学,它思辨的成分、理论的成分、数学的成分比较多,与实践相距比较远,比如说阿基米德定律。古希腊的物理学,古希腊的科学,中世纪以后就被欧洲人遗忘了,一直到了14世纪至16世纪,欧洲的文艺复兴才重新复兴了古希腊的科学、古希腊的物理学。

文艺复兴时期有一个特征,就是一个理性的时代,自然科学本身也是一个理性的科学,正好自然科学适逢这样一个时代,因此它发展起来了。这时出现了一批伟人,比如像达?芬奇、哥白尼、开普勒,还有伽利略。伽利略做了一系列伟大的、很巧妙的实验,这些实验主要是针对亚里士多德的运动观。当时亚里士多德从他的逻辑推理出发,认为箭会往前飞行,是因为箭前头有阻力,箭后头的空气就被推开了,成真空了,空间不允许真空的存在,后面的风就往箭后涌过来,把空间填住,一填就把箭往前推了。再比如说他认为两个物体,一大一小,一重一轻,两个同时落下来是不会同时落地的,重的总是先落地。像这种讲解在当时成为所有大学讲堂的经典课程。伽利略怀疑中世纪流传下来的亚里士多德的运动观,于是他做了许多设计上精巧的物理实验,并且运用数学来描述总结他的实验成果。

伽利略

这种奇妙的装置曾经改变了整个世界。就这么一个简单的木头斜面和一桶水,彻底动摇了天主教的信仰基础,带来了一个理性的时代。16世纪90年代的时候,当时只有9岁的伽利略就曾协助他的父亲文森西奥在意大利的比萨市做过一个实验。

文森西奥是一位天才的音乐家,他想向人们证明那些已广为接受的、有关调音的理论是错误的。他用鲁特琴琴弦和砝码设计了一些简单的实验,想证明这一点。尽管他们是达官贵族,是当时社会上有影响的人物,并且付给他工资,但是对于文森西奥来说,重要的是他们错了,需要有人告诉他们,他们错了。所以,如果说这件事对伽利略有什么启发的话,那就是:有权威的人不一定始终是正确的。

伽利略19岁的时候,虽然家里很贫困,他的父亲仍然送他到比萨大学学习医学。他希望儿子毕业后能够找到一份收入可观的工作。但是伽利略对医学不感兴趣,在接触到希腊数学家欧几里德的几何学之后,他很快便放弃了医学。他坚信,几何学中的三角形、圆形和其他几何图形正是写成宇宙这本巨著所使用的字母。

通过观察比萨大教堂里的灯状摆锤来回摆动的现象,在20岁的时候,伽利略取得了他的第一个发现,那就是自然界遵循着一定的数学原理。他用自己的脉搏记录摆锤摆动的时间。他数着摆锤每次摆动期间自己的心跳次数,结果发现了非常奇特的现象。今天,人们把这种现象称作等时性。等时性意思是指基本相同的时间。对于摆锤来说,等时性是指,如果让摆锤这样来回摆动,那么,在摆动幅度大的情况下,摆锤从这点摆到这点所用的时间,与在摆动幅度较小的情况下,摆锤从这点摆到这点所用的时间是一样的。无论从哪儿开始摆动,摆动一个来回所用的时间是一样的。令人奇怪的是,在伽利略之前,从来没有人注意到这个现象。如果没有这个发现,人们永远也不会发明出摆钟。

伽利略有着超凡的魅力,很快便吸引了大批追随者。他靠给贵族的孩子当家庭数学教师维持生计。那时候,他热衷于葡萄酒,将葡萄酒称作“被光结合到一起的液体”。不过,他的学业完成得并不好。在比萨大学的那间教室里,他经常对教授的观点提出质疑。教授们需要他全盘接受他们所讲授的希腊哲学家亚里士多德的理论,而不要对他们讲授的内容提供任何质疑。但是,伽利略对亚里士多德的观点思考得越多,就越发认为他们废话连篇。

伽利略大学毕业时没有获得学位。这一切并不能阻止伽利略。他要向亚里士多德物理学理论的一个核心观点提出挑战。

亚里士多德认为,重物体下落的速度比轻物体快。从表面上看,亚里士多德似乎是正确的。例如,一把铁锤毫无疑问会比一片羽毛下落得快得多。但是,亚里士多德并没有提到空气的作用。这令伽利略迷惑不解。他开始做实验。他抛下重量不同的物体,但是这些物体的外形比较相似,不像铁锤和羽毛那样相去甚远。至少在高度不太大的情况下,这些重量不同的球看上去是同时落地的。但是,伽利略意识到,仅靠人体高度做的实验,还不足以得出结论。伽利略继续一步一步地从不同的高度测验物体的下落情况――从阳台上,甚至从很高的塔上。据说他曾在比萨斜塔上做过这种实验。

看上去似乎亚里士多德的观点是正确的。重量大的球确实比重量轻的球下落得更快一些。但是,伽利略认为,就像羽毛一样,这一切都是因为空气的阻力所造成的。接下去,伽利略设计了一个具有历史性意义的实验,这个实验使他们最终发现了物体在下落时实际所发生的情况。这一发现,使他成了现代科学之父。

这种简单的装置创造出一种被广泛用于科学实验的新方法。首先,伽利略决定让球沿着一个斜面滚下,而不是从高处将球扔下,这样就把空气阻力降到了最低限度。后来,他又设计出一种既巧妙又简单的计时方法――一只有一个塞孔的水桶,水桶下再放置一个计量用的圆桶。实验时,让球从斜面顶端滚下。当球到达斜面底部时,球就会堵住塞孔,水桶里的水便停止流向计量用的圆桶,从而中止了计时器。这样,计量桶里收集到的水便可以代表球下落的时间。

通过这种简单的装置,伽利略向亚里士多德发起了挑战。根据亚里士多德的观点,重球比轻球滚动的速度快,因此,计量桶里收集的水将会少一些。而根据伽利略的观点,所有的球将以同样的速度滚动,因此,计量桶里收集的水将会一样多。板球比金属球轻得多。现在让我们来看看到底会出现什么结果。伽利略将这个实验重复做了很多遍,但是,无论球的重量是多少,球在斜面上滚动的时间总是一样的。

从许多方面来讲,伽利略都是现代运动学、力学和物理学的创始人。通过一套看似简单、实际意义深远的实验,我们便可以解开动量、加速度和力的奥秘。这就是伽利略留给后人的一切。

伽利略事例表明,如果只是简单地观察自然界的现象,我们往往会被表面现象所误导。只有实验才能揭示真理。

1971年,当阿波罗15号飞往月球的时候,宇航员们带去了一把铁锤和一片羽毛,并向人们证实了伽利略的科学思想,即早在3个半世纪之前就提出的论断。

伽利略敢于向古希腊的权威亚里士多德挑战,也敢于向中世纪的神学挑战,所以他是近代科学的伟大奠基人之一,甚至可以说他是近代科学之父。

之所以说他是近代科学之父,主要是因为他提倡实验,一方面是用实验,一方面是用逻辑推理,他这两方面结合得很好,所以爱因斯坦称他不仅是整个物理学的创始人,而且是整个科学的创始人。尤其是在当时的物理实验手段还不完全齐备的情况下,他大胆的推理,把那些经验材料当中还空缺的地方弥补起来了。他的著作,如《关于力学和局部运动的两门新科学的谈话》,可以说展现了他这方面的科学才能,使他成为整个近代科学之父。

伽利略实际上已经发现了惯性定律,发现了自由落体定律。另外他还用巧妙的办法,解释了一个抛物运动是两种运动的叠加,一种是垂直的,有地球重力作用垂直向下运动,一种是平行水抛运动,这两种叠加以后,成了一个抛物线,抛物运动。特别是他提出了加速度的概念,来解决运动问题,对整个学科起了很重要的作用,实际上他已经发现了后来牛顿发现的第一定律和第二定律。在伽利略之后,又出现了一位伟人,他就是牛顿,可以说他是集经典物理学之大成的一位学者。

牛顿

有一些实验曾经改变了整个世界,解开了自然界的基本奥秘,它们给我们带来了科学,而不是迷信,向我们展示了一种新的思维方式。伊萨克?牛顿是个性格怪异的人。他不擅社交,脾气暴躁,有点妄想症,是什么原因导致牛顿成为这样一种人?1642年,牛顿出生在英格兰北部的一个小村庄,当时正值内战,他是一个目不识丁的农夫家庭中惟一的孩子。

小时候,牛顿身体非常虚弱。出生的时候,用一个农家小罐子就几乎能装得下他。他的父亲在他出生之前就离开了人世……牛顿出生后不久,他的母亲就改嫁他人。她丢下小牛顿,搬到自己的新丈夫那里去了。小牛顿则由他的亲戚们抚养。可以说,牛顿的童年是在动荡中度过的。

他的母亲在牛顿只有三岁的时候就遗弃了他,这对他造成了极其沉重的打击,令他终生都未能摆脱这种打击产生的影响。剑桥的费兹威廉博物馆珍藏着牛顿少年时代的一份令人震惊的遗物。就是这本小小的笔记本,写满了牛顿在最初探索物理学和哲学时涂涂改改的笔迹。但是在笔记本背面,我们第一次看到了他那饱受折磨的思想。在这里,他列出了一份清单,把他认为自己在过去犯下的罪行一一列了出来。

幼儿在三岁的时候,好奇心很强,对成人世界非常好奇。也许正是这种好奇心驱使他想了解到底是什么原因促使母亲会遗弃他。他当时所做的就是理清思路,整理他的好奇心。也许正是这种思维活动使他成为人类历史上第一位真实意义上的科学家。

牛顿小的时候就擅长制作一些非常复杂的模型。他曾经制作过一只小风车。他做过一只小帆船,里面放上一只小老鼠四处航行。他做过一只小轮船,用几只老鼠转动轮子。他还做过一辆小推车。他自己可以坐在车上,手握着摇柄,自己摇动车子前进。他还做过许多奇特的风筝。有一次,他在风筝上悬挂了一只灯笼,这样,他就能够在早晨天色还没亮的时候看到学校了。幸运的是,看到空中的灯笼之后,邻居们非常兴奋,以为是天上的精灵来看望他们。

牛顿曾经在格拉汉姆的金斯学校就读,一间教室的窗台上至今仍保留着他刻的名字。在学校里,自然界现象比课本里的知识更令他着迷。在班级里,他的学习成绩几乎是倒数第一。要不是与学校里的一个霸道的同学打过一架,他的学习成绩仍不会有什么长进。面对这位同学的欺凌,行为怪异的牛顿进行了坚决的反击,并战胜了对手。牛顿发誓,在学习上也要战胜那个霸道的同学。通过自己的努力,牛顿成功了。他很快一跃成为全校最优秀的学生!这种反抗精神在牛顿身上表现得最为突出。只要受到挑战,他就一定要赢。

在牛顿看来,面对有人想要战胜你,你惟一应当做的就是战胜他们,而且应当彻底战胜他们。其他任何方式都没什么用。要么是最好的,要么是最差的,根本不存在什么中间的位置。强烈的好奇心使牛顿成为一个非常奇特的19岁时,牛顿来到了剑桥的圣三一学院。他的智力水平明显高于所有其他同学,他自己也深知这一点。他那傲慢的态度导致他在大学里没有交到什么朋友,他被同学们视作一个行为古怪的人。

牛顿个子特别高,身材细长,前额高耸,面容憔悴,双眼目光深邃。当然,关于他做事心不在焉的故事有很多。摆在面前的饭,他经常忘了吃;他经常一个人在大学附近的公园里散步。他的学习简直达到了忘我的境地,读起书来简直如饥似渴。可以说,他完全陷入自己的思考之中。

这个非凡的人开始潜心研究人们能够想得到的每一种自然现象。首先吸引他的事物是――光。

他开始做实验。他先是凝视太阳光,然后闭上双眼,于是看到了由许多彩色的点和圆圈组成的视觉残留图像。整个下午,他一直在反反复复地做这个实验。幸运的是,他的视力居然没有因此被彻底破坏。后来,为了恢复视力,他在一间黑暗的屋里整整躺了三天。他接下去做的实验就更危险了。他拿来了一枚大眼粗针,显然是一枚扁针;然后把这枚扁针插到眼球与眼骨之间,以此来改变眼球的弯曲度,从而扭曲视觉影像。那么,如果我们这么做的话,我们会看到什么影像呢?首先看到的可能是重影现象,因为他那么做之后,可能会改变两只眼球的相对位置,因而会产生重影。如果他真的希望改变两只眼球的相对位置,获得扭曲的影像,他就必须将扁针插到眼球的后面;如果他真的这么做的话,他可能就会在插针的过程中彻底毁掉他的视力。

牛顿确信,白光中一定存在着某种人类还不了解的东西,这种东西通过人的大脑被释译为颜色。当他拿着一片羽毛对着太阳看,看到了各种不同的颜色时,他兴奋不已。但是,这种现象是怎么发生的呢?一个小小的玩具给他带来了答案。

有一次,他在剑桥郊外的星桥市场上买书的时候,在一个小饰品杂货摊前停了下来。他发现了――多棱镜。那天,他什么书也没有买,而是带了一个多棱镜回家了。当时,多棱镜只是作为一种玩具在出售,因为白光照在多棱镜上能够产生非常漂亮的色彩。但是,牛顿立刻意识到这些多棱镜的价值所在。他认为,过去的哲学家们在研究多棱镜对光的作用后得出的结论是错误的。

那么,到底是多棱镜告诉了我们白光里存在的事物,还是多棱镜实际上改变了白光?达卡尔和伦敦皇家学会的大多数人都认为多棱镜把白光转变成了能够产生颜色的光。这就是所谓的“变色理论”,当时没有任何人曾对此提出过质疑。伊萨克?牛顿,当时是一个24岁的大学毕业生,对这种变色理论产生了质疑。就是通过一个小小的多棱镜,牛顿将提出一种非常激进的观点,可能会彻底动摇当时科学界的一些根本观点。在圣三一学院,吃完饭,牛顿就迫不及待地玩弄起他的多棱镜。

但是,在1665年那个炎热的夏天,由于剑桥受瘟疫蔓延的威胁,圣三一学院被迫关门,牛顿只好返回老家沃尔索普。

接下去的两年是牛顿一生中取得的成果最丰富的两年。据说是受到树上掉下的苹果砸到自己的头上而受到启发,牛顿开始对引力和运动进行理论性研究。不过,他真正专注于这方面的研究还是几年后的事情。此时,他所专注的是有关光的一些具有革命性的实验。

牛顿当时在一间屋子里完成了他的一系列多棱镜实验,人们可以想像,光线就是从小洞里进来,照射在窗边的多棱镜灯上,最后在对面的墙壁上投下影像。

太阳光从小洞照射进来,照在多棱镜上,然后在远处的墙壁上形成一个椭圆形的影像。首先要在遮光板上钻一个口径约0.64cm的小洞……接下去要做的就是等待太阳升到合适的角度,以便有一束理想的光线能够穿过这个小洞照射进来。这是这个实验的第一步,在墙壁上得到了一个非常漂亮的光谱图像。

正如牛顿所意识到的那样,只是得到了一个彩色的光谱并不能证明任何东西。变色理论认为,多棱镜将白光转变成各种颜色。因此,我们所见到的光谱,也能够用这种理论来解释。下一步实验才能够揭示光的实质。

下一步实验需要一块木板,光线投射到一块木板上,然后在某一种颜色的光照射的地方钻个小孔,这样就可以将那种颜色的光分离开。例如,在红光所在的位置把木板钻个小孔,让红光从那儿穿过去。下一步要做的就是再拿一个多棱镜来。把第二个多棱镜放在木板的后面,设法让红光投射到墙壁上。

这就是实验的关键所在。变色理论预言,第二个多棱镜将会把这束红光再次转变回彩虹般的色彩。牛顿则预言,这束红光经过第二个多棱镜后,将仍然是一束红光。

实验结果证明,第二个多棱镜只是改变了通过第一个多棱镜的红光的方向,而没有改变红光的颜色。变色理论这下子解释不通了。通过第二个多棱镜的光仍然是红色的,这表明多棱镜并没有把白光转变成各种颜色,颜色是光所固有的。每种颜色的光弯曲或折射的角度是相同的。牛顿用数字来描述光。牛顿率先倡导使用实验、测量和数学来论证观点的做法,至今仍被定义为科学的方法。

任何一种理论都必须得到实验主管人的批准。此人不是别人,正是变色理论的拥护者,驼背的罗伯特?胡克。胡克仅仅用了三个小时对牛顿的理论进行了分析。他这样写道:我不得不承认,我没有看到任何不可否认的论点,因此,我不得不怀疑这种新理论的可信度。

脾气暴躁且傲慢自负的牛顿这样反击道:“就像我曾经断言的那样,我的理论毫无疑问是真理所在。”

最后,在与胡克斗争了15年之后,牛顿出版了他的科学巨著《自然哲学的数学原理》。这部巨著论述了他的万有引力和力学理论,以及一些普遍规律,这些理论和规律至今仍是现代工程学和科学的根基。牛顿在这部巨著里还对时间、空间和运动作了全面的描述。他的批评者们无不对他非凡的才智惊叹不已。牛顿登上了科学界的顶峰。

牛顿在1704年出版了《光学》这本书,但是在此之前,牛顿在1687年出版了一本《自然哲学的数学原理》,提出了运动学的三大定律和万有引力定律,从而奠定了经典力学、也是经典物理学的基础。牛顿的三大运动定律加上万有引力定律,可以说在伽利略的基础上,用数学方法总结出了几个关于物体运动的精确的数学描述。在当时人们的思想当中,天上物体的运动被看作是属于上帝的,地面上物体运动看成是世俗的,那么牛顿三大定律和万有引力定律,就把天上的物体运动和地面的物体运动统一起来了,也就是说把上帝和世俗统一在一块了,这可以说是人类历史上第一次对自然界描述的智慧的大综合,是人类历史上第一次的自然规律的大综合,这个综合就是由牛顿做出来的。

牛顿继承和发扬了伽利略的实验传统和数学的逻辑推理的传统,所以他的运动学的三大定律和万有引力定律,都可以用数学公式来精确表达,他的实验也能够重复进行,所以这就成了真正意义上的近代科学。牛顿所提出的实验方法,用数学来总结物理规律的方法,后来不仅成为物理学的基础,而且也是整个自然科学的基础,因此爱因斯坦给牛顿很高的评价,说在他(牛顿)之前和他之后,都还没有一个人能像牛顿那样影响着整个西方的思想、实践和科学研究的方向。

牛顿奠定了这个方法,总结了几个基础的公式,后来整个物理学在他的方法的基础上,在他所启示的用数学总结规律的基础之上,比如在用他的方法来研究分子的运动,研究刚体的运动,还研究一些气体的运动,所以在这些方面做出了很多成就。在热学、声学、热力学等方面也都做出了很多成就。正在这个时候,电磁学也跟着发展起来了。人们走过了一段很困难的静电阶段,终于走进了电学的领域。这个领域可以说最主要是由法拉第所建立的。

法拉第

1825年,法拉第连续设计出三个实验,试图证明磁能生电。然而实验全部以失败告终。1831年8月29号,一个普通的电磁线圈改写了人类的历史。利用自己设计的实验装置,法拉第敏锐地观察到,在电路接通和断开的瞬间,连接相邻线圈的电容计指针产生了明显的偏转。接下去法拉第连续设计了两个实验,这两个实验都更加直观地表明磁能生电。但这个过程却非常短暂。根据自己提出的电磁感应原理,1831年11月28号,法拉第设计完成了第一台最原始的发电机,这是他非凡想像力和预见性的又一次充分体现。法拉第的发电机迅速成长起来,人类将机械能转换为电能的梦想终于成了现实。今天法拉第的发明和发现,正驱动着从地铁到吸尘器的各种机械装置,并照亮着我们这个星球。

法拉第是工人出身,手非常巧,很会设计实验、做实验,所以他实验做得很成功。当时他虽然实验做得好,但数学理论比较差。后来麦克斯韦,看见法拉第实验做得这么漂亮以后,麦克斯韦下决心了:我要把他的实验变成为数学理论,用公式总结出来。于是过了十几年以后,他的确做到了,总结出了很漂亮的一个方程式,即麦克斯韦方程式。

以麦克斯韦的名字命名的方程式,实际上就是描述电磁波运动的方程。这一描述出来以后的结果在公式里把光也包括进去了,证明了电磁波与光是相互关联的,人们肉眼所看到的光,正是电磁波给出来的,这样就做到把电、磁、光这三种现象统一在一起,统一在他的一个公式中,又做出一次对自然世界的大综合。这可以说在科学史上是一个非常了不起的事件。麦克斯韦总结出电与磁作用是电磁波,那么电磁波存不存在呢?在1888年左右,德国的物理学家赫兹,用实验证实了无线电电磁波的确存在。电磁波存在的结果被证实以后,对整个社会的发展带来了很大的影响。

从伽利略到牛顿,近代科学革命完成,经典力学、经典物理学建立起来以后,有了第一次技术革命,或者说是工业革命、产业革命,有了瓦特发明的蒸汽机。但是法拉第的电磁感应原理,又引起了第二次工业革命,就是所谓的电力革命,这是由于法拉第以及他之前发现的电和磁相互感应的定律,为后来的电动机和发电机,打下了理论基础。所以从19世纪80年代以来,成百条的物理定律,已经变成了成千上万吨的黄金。

从一百多年前来看经典力学和经典物理学的发展,好像世界一片光明,天上都是蓝天白云,没有想到也会出现几片乌云。比如说,当时所发现的以太漂移实验,还有黑体辐射实验方面出现的一些问题,用经典物理学的理论不能解释,这样物理学又酝酿着一场新的革命了。

伦琴与X射线

经过200多年的发展,到了19世纪末,经典物理学已经形成了一个严密的理论体系。那个时候物理学家认为,物理学的发展已经到顶了,重要的物理学的发现不会有了。那么是什么力量对于经典物理学的突破产生作用呢?这个突破的关键点在什么地方呢?

是在实验方面。原因在什么地方呢?就是因为那个时候生产力有了一些发展,电器工业初具规模,高压输电就出现了一系列的问题,首先就是绝缘问题,还有就是很多放电的问题需要解决,包括照明系统,都需要做很多实验来探讨。在实验当中人们就发现了阴极射线。阴极射线是经典物理学无法解释的。因为研究阴极射线就导致了许多新的发现,这是人们意料不到的。其中最著名的就是伦琴发现的X射线。

这一切都是从威尔兹堡1895年11月8日的那个夜晚开始的。在威尔兹堡大学的物理系,系主任伦琴教授在他的实验室里又一次工作到很晚。利用感应线圈,伦琴使一个近似完全真空的管子中的两个金属电极加上了高压,真空管开始发光。

伦琴观察这种荧光效果已经好几年了,但一直找不到答案。当他沉迷于实验之中时,简直就忘记了时间,他的研究工作经常持续到深夜。在昏暗的实验室里,伦琴注意到旁边的铂氰化钡碎片也开始发光,于是他拿了一个同样质地的荧光屏靠近放电管,接着又用黑纸包住放电管。射线穿透了黑纸,这意味着什么呢?

作为一名物理学家,伦琴意识到这一定是一种新的以前不为所知的射线,它能穿过2米以外的房门,门把手的轮廓在荧光屏上清晰可见。显然射线能穿透木头和不同厚度的金属。伦琴是个业余的摄影爱好者,他立刻想到用底片来记录这些现象。在随后的几周里,伦琴几乎用射线照射了他所能找到的所有东西,比如说他的砝码盒,或者是实验室里的线圈。伦琴完全查清了这种新射线的特性,但用当时的知识无法解释。现在我们知道,这种射线是由构成电流的微小粒子电子引起的。高电压把它们从阴极中吸引过来,当它们撞击阳极时,就产生了X射线。X射线与光波相似,但波长较短,而且能量较大。这些不同的波长,就是可见光和X射线能穿透不同物质的原因。可见光能穿过铅玻璃,而X射线则不能。另一方面,木头能阻挡可见光,却丝毫不能阻挡X射线。骨骼要比它周围的组织吸收更多的X射线。

伦琴在发现X射线最初的几个星期里,全身心地投入到新射线的研究中,他经常吃住在实验室里,写他在本学科的第一篇论文《论一种新射线》,这篇论文在射线被发现7周后发表了。

接着,在很短的时间里面,欧美各个国家都形成了研究X射线的热潮。很多物理学家,还有化学家,甚至很多医生,还有冶金学家,甚至生理学家也卷进来,人们认为X射线是一个非常强大的、从来没有见过的一种工具。甚至会有这样的场面,在街上开一个展览会,人们纷纷排队来拍摄,有的头疼也要拍脑袋,当时不知道X射线还会伤人的。

为何X射线的发现非常重要,甚至于可以说是20世纪初物理学革命的一个前幕,一个标志呢?

因为它是一个导火线。世纪之交物理学产生一次革命,有它很深刻的历史背景,因为经典物理学已经孕育着一场很深刻的危机。已经发现许多实验,实际上是经典物理学不能解释的。一直到1895年伦琴发现X射线,同样也是经典物理学没有办法解释的。可是由于X射线非常神奇,所以在伦琴发表论文之后不出一年,就是在1896年统计,正式的科技刊物当中,发表关于X射线的论文不下一千篇,说明当时的热潮是前所未有的。原来很沉闷的物理学,由于这样一个事件,引起了社会的关注。伦琴对于开辟一个新的物理学领域,起到了带头羊的作用。

居里夫人与镭

镭这种放射性物质成为20世纪最重要的科学发现。正是这种镭元素的发现,使人类制造出了原子弹,认识了物质结构。它是从一大堆渣质中提炼出来的。

当时人们一直认为:只是通过化学反应,将一种元素与另一种元素进行合成才能产生能量。例如镁元素,人们将它放在火焰中燃烧,于是镁就与空气中的氧气结合,产生能量,产生了热和光。但是,这种观点很快就发生了变化。

整个世界认识了一种新的能量,这种能量是由科学家亨利?贝克勒耳在1896年发现的。贝克勒耳的发现说明铀元素能够释放出一种新的能量。但是当时人们不知道这是什么能量。在贝克勒耳取得这项发现期间,玛丽?居里正在寻找合适的博士论文的命题。贝克勒耳这项惊人的发现激起了玛丽很大的兴趣,她想知道其他物质是否也会像铀元素一样发出奇怪的辐射。于是,她决定将这个问题选作她的论文命题。这一决定成了她一生中最重大的决定。她知道,贝克勒耳发现的射线使空气变得能够导电。于是,她使用一种仪器,一种非常原始的盖格计数管。她测试了数百种不同的物质。经过几个月的实验,她终于取得了一项重大发现。一种被称作“沥青混合物”、类似煤矿石一样的物质能够释放比铀更多的能量。玛丽感到迷惑不解。因为她知道,这种沥青混合物主要是由一些已知的物质组成的,而这些物质是根本不会释放出能量的。

由此,她得出结论,在这种沥青混合物中一定存在着另一种元素,这种未知的元素能够释放出大量的能量。

于是玛丽便开始寻找这种能够像贝克勒耳使用的铀元素那样发出辐射的未知的元素。

从玛丽当时的实验笔记本上,可以看到封面上有些地方已被酸性物质腐蚀,这可能是当时玛丽用拇指拿着笔记本的地方。她意识到,她就要发现一种新的元素,她认为将会从100克的沥青混合物中发现这种新的元素。她详细记下了自己的每一步实验。

玛丽步入一个未知的世界,皮埃尔也加入到妻子的行列中,同她一起寻找新的元素。这是一种科学合作关系的开始。

他们一开始只用了100克的沥青混合物,显得过于乐观,甚至有些可笑。这只是万里长征的第一步。过不了多久,他们会成吨成吨地使用这些材料。玛丽发现的元素就藏在这种沥青混合物里,与其他许多成分混合在一起。要找出这种元素,就像大海里捞针一样。玛丽要将混合物里的各种元素分离开,然后将这种放射性元素聚集到一起,然后析出这种放射性元素。

她测试了多种酸,想看看哪些酸能够溶解那些不需要的化合物,而只留下她所需要的物质。

问题是这种神奇的元素藏在数吨重的废物里,所以,玛丽不得不一遍又一遍地重复上面的分离操作。

每用一种酸,玛丽就分离掉一部分沥青混合物中不需要的化合物,因而离发现这种新的元素也就更近了一步。这一艰苦的历程只是刚刚开始。她并不知道前方的路还有多远,还有多少艰辛在等待着她。

这是居里夫人一生中最快乐的时光。用一根45g重的搅拌杆分别搅拌数吨重的、气味刺鼻的沥青混合物,然后再倒进有强烈毒性的酸,这一工作一直延续了好几年。

玛丽用了4年时间寻找这种新的元素,但她并不知道这是世界上最危险的物质之一。

1898年6月6日发现放射性比铀强150倍。1898年6月27日发现放射性比铀强300倍。1898年11月11日发现放射性比铀强900倍。1902年3月28日玛丽兴奋地说:皮埃尔,我们找到它了!

玛丽终于正式宣布发现了这种神奇的元素。化学分析家们确认,她发现了一种新的元素。那天晚上,她和皮埃尔一起回到工作室,他们看到这种液体一样的物质在黑暗中闪闪发光,令他们兴奋不已。他们手挽着手,站在发光的瓶子边,惊呆了。那些瓶子像一只只彩色小灯,在他们周围闪闪发光。他们给这种神奇的物质命名为“镭”。

原子

约翰?道尔顿是现代科学的先驱之一,他的工作为原子的概念奠定了科学的基础。与最先提出原子存在的希腊人不同,他并不是仅仅停留在猜想阶段止步不前。利用天平,他开始研究化学反应的规律。道尔顿认为,元素是由独特的单一的原子组成的,这些原子重量相同,大小相等,他将原子描述成一个圆。他指出,在化学反应中,原子本身并不改变,只不过是进行了重组。至于原子是怎样连接在一起的,道尔顿只能推测,他没有办法看见原子。但是在20世纪即将到来之际,还没有确凿的证据证明原子的存在,许多受人尊重的科学家怀疑,是否真的有原子。那些相信原子存在的人,不得不将就着使用硬球做的原子模型。

1897年,约瑟夫?汤姆生发现了电子,一种比最轻的原子更小更轻的粒子。1904年,汤姆生建立了一种原子模型,在这种原子模型中,电子成了最基本的构成单元。根据他的理论,原子是由许多带正电的物质组成的,其中镶嵌了带负电荷的电子,就像蛋糕上沾了葡萄一样。这种被称为“李子布丁”的模型没有科学价值,但它确实促使物理学家更仔细地研究了原子的结构。

约瑟夫?汤姆生的剑桥实验室聚集了一大批杰出的年轻科学家。在他们中间,有一位名叫奥内斯特?卢瑟福的新西兰人。1911年,卢瑟福基于射线的实验结果,得出了一个重要的结论。当一种厚度达几百层原子的金箔,被带正电的氦原子核撞击时,仅仅一小部分氦原子偏离了方向,大部分都直接穿透了金箔。根据这一实验,卢瑟福指出,原子并不是实心的球体,它体积的大部分空无一物,与原子内物质发生碰撞,并被反射出来的粒子非常非常少,在自己实验观察的基础上,卢瑟福提出了一个新的原子模型。他假设几乎所有的物质都集中在体积微小的带正电的原子核上,周围围绕着电子。为了防止被吸向原子核,带负电的电子一直在绕着原子核转动,就像太阳系里的行星一样。但是卢瑟福的模型有一个根本的缺陷,根据电子动力学的规则,环绕的电子会失去能量,并旋转进入原子核,根据这个假设,原子不可能存在。因此卢瑟福的模型一定有错。

丹麦物理学家尼尔斯?玻尔,在1913年指出了错误所在,他当时在曼彻斯特卢瑟福实验室工作,一个更精确的模型不仅要能解释原子为何保持稳定,还要能解释原子是怎样发出光线的,例如他必须能解释氢原子发出的光谱数。

这是玻尔的起点,他将这归因于不同轨道上运行的电子具有不同的能量级,轨道的半径越大,能量级就越高。如果一个电子从外层轨道掉到内层轨道,它就会散发出能量,从而发出一束特定频率的光,或者说光量子。在光谱中,有一条清晰的谱线,玻尔认为,只要电子待在它们所属的轨道里,它们就不会放射出能量。他为自己不能解释多少有一点武断的假设感到极为不快。他只能说,他的模型可以解释物理学家的观察结果,可以用氢这种最简单的原子,来证明他的模型有道理。

在1915年和1916年,慕尼黑物理学家阿诺德?萨莫菲尔德进一步发展了玻尔的模型。他认为电子轨道是椭圆形的,对原子结构的这种认识,可以说明化学元素周期律的物理基础。从氢原子开始,所有的其他元素,都可以通过连续地填充外围电子而推导出来。人们从而可以解释元素周期系统,元素周期律取决于它们的电子排列。

纳粹引起的政治和社会的动荡,使得许多原子物理学家离开了欧洲,他们当中的绝大多数,其中有许多犹太人都逃到了美国。第二次世界大战中,原子物理学不再那么单纯,尼尔斯?玻尔增强了英美与德国在制造核裂变武器方面竞赛的决心,原子物理学家现在成了核物理学家。这是一项巨大的工程,18万人参加了制造美国头号炸弹的工作,他们造出了所处时代最可怕的武器。

在19世纪到20世纪之交,这个年代的的确确是一个非常动荡的变幻莫测、使人困惑的年代,但是同时也是一个非常活跃的、积极的、革命的、激动人心的年代。正如物理学家洛克所说的,物理学在这些年,每一个月,每一个礼拜,甚至于每一天,都在发生着变化。随着1895年X射线的发现,1900年普朗克提出能量子的概念,1905年爱因斯坦发表他的论文《论动体的电动力学》,物理学的革命,在这三个领域里面都蓬勃地开展起来了。在20世纪的头30年诞生了两个理论成果,一个就是爱因斯坦的相对论,狭义相对论和广义相对论;另外一个就是从普朗克的量子论,发展到迪拉克的量子力学。

爱因斯坦与相对论

1919年,一位英国宇航员做了一次实验,验证了人类历史上最伟大的理论之一,这就是广义相对论。这个理论的发现者就是科学界的一颗巨星,阿尔伯特?爱因斯坦。

爱因斯坦于1879年出生于德国的乌尔姆。他是寡言少语、性格内向的孩子。但是,他表现出了超人的毅力和耐心。他曾经搭过一个14层高的纸板房子“我并不比别人聪明,”他说“我只是在碰到问题时比别人钻研的时间更长。”爱因斯坦在一生中都始终保持着对世界的好奇心。

爱因斯坦对最新的物理学理论非常着迷。在瑞士的大学里,他对过时的课程感到厌倦。所以爱因斯坦经常逃课,去参加那些有关哲学与物理学的讨论,对那些课本中很少讲到的话题,他能够一谈就谈到深夜。

但是他的学业完成得并不理想。大学毕业时,他的成绩很一般,看不出将来有多大的前途。找了几个月的工作之后,终于被瑞士专利局聘用,当上了一名普通的职员。爱因斯坦的工作是对新的发明进行评估。这份级别不高的工作非常适合他,因为这份悠闲的工作使他有大量的空闲时间思考宇宙的奥妙。

他全神贯注于19世纪物理学中最大的难题,这就是光的运动方式,一种非常独特的运动方式。我们首先必须了解相对运动。相对于地面上的一位观察者来说,一位司机的行驶速度是每小时80公里。而相对于另一辆以每小时48公里的速度行驶的汽车上行驶的司机来说,第一位司机的行驶速度只有每小时32公里。令每个人震惊不已的是,光的运动与汽车的运动完全不同。有两位科学家,阿尔伯特?尼科尔森和爱德华?莫雷利在1887年做了一次实验,表明光的速度是永恒不变的,即使你与光存在着相对运动。

采用著名的光速测量仪,它能够测出光的速度和汽车的速度。

正如我们预料的那样,仪器可以测出光的速度为每秒299329公里。如果有人驾着车朝着远离闪光源的方向开去,会发生什么情况呢?预计光速测量仪显示的光速应当是每秒299329公里再减去车速。

假设车速最高可达到每秒16093公里,那么,光速测量仪上会显示光速为每秒283236.8公里。

但是光速测量仪上显示的光速仍然是每秒299329公里。光的速度始终保持不变,无论你在哪里,无论你以多快的速度运动。这个事实似乎有些自相矛盾,令所有的物理学家们迷惑不解,包括爱因斯坦在内。

爱因斯坦回到了最基本的问题,他问自己:到底什么是速度?速度是用时间分割的距离。行走的速度指的是这两棵树之间的距离除以走完这段距离所用的时间。爱因斯坦在想,这个定义如何能够解释光的速度始终保持不变这一事实。有一天,就在爱因斯坦与他的朋友贝索在公园散步时,突然之间他找到了答案了。

答案非常新奇,推翻了过去所认识的宇宙的基本规律。爱因斯坦意识到,如果光的速度必须保持不变,那么,时间就必须放慢或加快,距离就必须缩短或延长。这就是爱因斯坦相对论的根基所在。

尽管这个独特的理论具有革命性的意义,但是它仍无法解释一种最根本的自然力量――万有引力。爱因斯坦又重新思考光的独特的运动。

假设一个人住的小屋正在以一个不变的速度在真空的空间中运动。换句话说,屋中人加速度是零。那么,屋中人肯定是没有重量的。

现在点燃小屋火箭。随着火箭的加速,小屋向上飞行得越来越快,屋中人可以感到似乎有一种力量把他向地板上拉。

小屋火箭的加速度达到9.8米/秒2时,屋中人实际上感觉很舒服。

当火箭向上的加速度达到了50米/秒2时,屋中人感到自己被一种力量往下拖。

当向上的加速度达到500米/秒2时,屋中人开始难以忍受了。

当加速度超过了1000米/秒2时,屋中人感到自己像是被挤得喘不过气似的。

爱因斯坦于是提出了这样一个问题:如果有一束光穿过正在加速的小屋,会发生什么情况?这束光从小屋的一边到达另一边肯定需要一定的时间。但是,因为屋中人是在加速状态,所以当他看到这束光穿过小屋的时候,小屋已经往上飞走了。所以,从屋中人的角度看来,这束光好像是在向下弯曲。但是,爱因斯坦认为这是不可能的,因为光的速度是恒定不变的,而且是以直线运动的。光是不会弯曲的。于是,对于这种自相矛盾的问题,他得出了令人难以置信的答案:真正弯曲的不是光,而是光所穿过的空间!真正弯曲的是光所穿过的空间!请注意,这是一种非常奇特的想法,如果你是在加速运动,那么,空间就被弯曲。

那么,这一切与万有引力又有什么关系呢?假设小屋在降落之前先是放慢了速度。爱因斯坦意识到,并不是惟有在空间进行加速运动的情况下才会产生被拉向地板的感觉。万有引力也是以同样的方式将人类的双脚黏在地面上。事实上,当加速度降到令人更舒服的9.8米/秒2时,屋中人感到小屋仿佛就在地面上一样。所以,在一个加速度的空间小屋里,屋中人所感受到的拉力同万有引力产生的拉力是一样的。爱因斯坦把这种现象称为“等效原理”。

爱因斯坦将这两种观点合到一起,便得出了一种不同寻常的结论:加速运动弯曲了空间,万有引力和加速运动是等效的,所以万有引力弯曲了空间。

这就是爱因斯坦的广义相对论。1916年,爱因斯坦发表了他的广义相对论,当时,一小部分能够理解它的人感到非常震惊。但是,到目前为止,这只是一种推测。爱因斯坦需要证据,为此,他需要一次完整的日食。

爱因斯坦的广义相对论认为:万有引力弯曲了空间。为了展示弯曲的空间是如何影响光的,天体物理学家彼得?科尔斯拿来了一张蹦床来参考一下。这种两维的坐标网代表了艾萨克?牛顿定义的宇宙。在这样的宇宙里,时间和空间始终都是规则的。爱因斯坦的理论一出现,一切都被搅乱了。

大家都知道,太阳是个非常非常大的星球,所以,它对空间和时间能够产生非常强的重力效果。

蹦床的网格被扭曲的情形,同空间被扭曲的情形是一样的,特别是在太阳附近。这种扭曲产生的结果之一就是:那些在没有太阳引力影响的情况下以直线运动的光线已不再是直线的。如果你发出一个光信号从太阳附近通过的话,你就会看到这种扭曲的情形,就像把一只高尔夫球扔到蹦床上产生的效果一样。太奇妙了!

如果爱因斯坦的推测是正确的,那么某个星球发出的光,在到达地球之前,从太阳附近通过的时候,实际上是沿着时空中的一条曲线在运动。但是,由于人们认为光是沿直线运动的,那么,从地球上看到的情况是,这个星球处在离太阳很远很远的B点。如果爱因斯坦的推测不正确,万有引力不会使光线弯曲,那么,这个星球将始终处于A点,即使太阳也在A点。

当然,通常你不会看到太阳附近有另一个星球存在,因为太阳太亮了。但是,在一种时候,你能够看到这个星球的存在――那就是在发生完全的日食的时候。爱因斯坦预测,在发生日全食的时候,我们会看到星球按照广义相对论所述的方式运动。那么,他接下去所需要的是有人能够拍摄下日全食的照片。

这个人就是阿瑟?埃丁顿,一位著名的英国天文学家。他相信爱因斯坦的理论,并迫切地希望能够证明爱因斯坦是正确的。

1919年5月,他带领一个小组前往非洲的普林西比岛。科学界正急切地等待着埃丁顿的结果。

在1919年11月6日。伦敦的皇家协会――皇家天文学协会举行了一次联合会议。当时的气氛像是在上演一场希腊歌剧。今天晚上真的能够彻底改变人们对世界最根本的认识吗?埃丁顿的实验到底会得出什么样的结果?正如爱因斯坦的广义相对论所说的那样,光线确实发生了偏差。人们兴奋不已。会场一片喧嚣。鲁德维克?西尔弗斯坦因站起身,指着艾萨克?牛顿爵士的画像说:“先生们,这一切都应当归功于这位伟大的人。在我们企图重新审视或是更改他的万有引力定律之前,我们应当慎之又慎。”奥立弗?洛奇爵士走了出来,后来大会主席J.J.汤姆生说,我们现在应当完全接受爱因斯坦的理论,我们应当从根本上改变我们过去对宇宙构造的认识。人们欢呼,爱因斯坦万岁!

爱因斯坦一夜之间名扬天下,成为一名超级明星。当时,战争刚刚结束,公众已经开始厌倦那些无休止的悲剧和灾难的报道,这位温和而面带茫然的教授成了人们关注的焦点。各大媒体纷纷撰文,试图解释他的理论,家庭主妇们也在茶余饭后讨论时间膨胀和空间旅行的话题。相对论成了一个新的术语。爱因斯坦也像好莱坞的明星一样,吸引了大批的追星族。

爱因斯坦在全世界引起了轰动。查理?卓别林的说法最为准确:人们为卓别林欢呼,是因为人们都能够理解他的艺术;人们为爱因斯坦欢呼,那是因为没有人能够理解他的理论。

广义相对论彻底改变了我们过去对空间和时间的认识,帮助人们理解了诸如黑洞和大爆炸等宇宙现象。在艾萨克?牛顿爵士的理论统治了250多年之后,爱因斯坦独自一人为人类创造了一个崭新的宇宙模型。

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