質(zhì)量。為了驗證這兩種質(zhì)量的等價性，牛頓親自用空心擺作了實驗，在當(dāng)時的條件下，精度是千分之一。百年后，貝塞爾還是用單擺，精度

提高到十萬分之一。從1890年起尼厄用扭擺孜孜不倦地作了二十五年實驗，精度自是更上一層樓，達(dá)到了億分之一。直至本世紀(jì)七十年代狄

克等人采用最新技術(shù)，發(fā)現(xiàn)即使在千億分之一的精度內(nèi)，兩者仍是相等的。
    看來是沒有什么問題了。但是自牛頓以降，從來沒有人考慮到這兩種質(zhì)量在數(shù)值上的嚴(yán)格相等決非偶然。然而這決逃不過愛因斯坦那鷹

隼般銳利的眼睛。擅長在人們司空見慣的現(xiàn)象中找到突破口的，就這一點來說，愛因斯坦算得上古今獨步。
    我們都有這樣的生活經(jīng)驗，坐在汽車?yán)锿蝗黄饎訒r，會覺得自己的后背受力的推動。按照牛頓的解釋，這是因為在一個加速的參考系里

（比如汽車剛起動時），物體受慣性力的緣故。
    愛因斯坦的思想實驗又開始發(fā)揮威力了。當(dāng)你處在自由下落的電梯里，你會發(fā)現(xiàn)自己完全失重，如果電梯體積大得能容納一座高樓的話

，你可以先在你的心上人面前吹噓一番，然后爬到第二十層樓的窗臺放心地跳將下去，你不會跌成肉泥而會滑稽得象個氣球一樣懸在空中，

就象若干年后我們在電視里看到太空艙里臃腫的宇航員一樣。
    但是如果在沒受任何引力作用的太空中電梯以9.8米每秒平方的加速度（稍通物理的人都知道這是地球的重力加速度）向上運動時，他是

絕對不能斷定自己是在地球上受引力的作用還是在受慣性力的作用。還記得伽利略的大船嗎，它那里詳盡地說明了勻速運動和靜止無法分辨

。這個足夠大的"電梯"里也是如此，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)隨手丟下一個東西，它會象在地球上一樣愈來愈快地砸向地面的時候，你會從第二十層樓的窗

臺上忙不迭地蹦回屋內(nèi)，。你若有可能向空中開上一炮，那條美麗的彈道曲線與地球上的一樣吻合。你作任何實驗都不能證實你所在的外部

環(huán)境究竟如何。
    愛因斯坦的結(jié)論是在局部的區(qū)域內(nèi)，引力和慣性力是不可分辨的。這就是著名的等效原理。如此一來，牛頓時代所固有的慣性系（勻速

直線運動或靜止系）比非慣性系（加速運動系）優(yōu)越的觀念需要徹底修改了。在愛因斯坦的理論中，任何參考系都是平等的，不管靜止的也

好，還是運動的也好，你站在任何一個參考系都不會改變你對世界的看法和對自然規(guī)律的表述。
    總的來說廣義相對論仍是美學(xué)的直接產(chǎn)物。可以想象愛因斯坦對于所有參考系中慣性系趾高氣揚地凌駕于非慣性系之上時，心中是一種

怎樣的不適呀。萬物平權(quán)，這是至高無上的美學(xué)準(zhǔn)則。深刻與美，則一貫是愛因斯坦科研奉行的主旨。
    在物理學(xué)發(fā)展的長河中，有些理論的創(chuàng)始人只能冠以一個名字。廣義相對論便是一例。可以說，沒有愛因斯坦再過兩百年也未必會有人

發(fā)現(xiàn)它，這于狹義相對論是不同的。發(fā)展狹義相對論的時候，仿佛如鯁在喉，多少人在沒日沒夜地思考它，因為大家都明白沒它就意味著物

理學(xué)的徹底崩潰，愛因斯坦不過憑借他的天賦捷足先登罷了。
    廣義相對論則不同，它是在沒有任何先兆下橫空出世的。沒有任何實驗上的矛盾，沒有任何實際中的需求，沒有任何人意識到它的必要

性。即使沒它也不妨礙火箭發(fā)射，衛(wèi)星上天和通訊技術(shù)，計算機(jī)的迅猛發(fā)展。但顯然人類對宇宙本身的認(rèn)識會大大延遲一步。
    以當(dāng)代物理學(xué)家的眼光看，廣義相對論與其說是一門科學(xué)，不如說更象一門藝術(shù)，它把幾何學(xué)和物理學(xué)完美地結(jié)合在一起，給人最深的

印象不是邏輯體系的無可挑剔，而首先是一種優(yōu)雅的美。
    更主要的是廣義相對論繼狹義相對論之后，又一次掀起了時空觀的大革命。
    可能你又緊張地四處張望，我們的日常經(jīng)驗又有什么不合邏輯了呢？
    有的。翻開初中一年級的幾何課本，扉頁里就提出了一條人所共知的平行公理："在平面內(nèi)過已知直線外一點，只有一條直線和已知直線

平行。"這是早在公元前300年就由歐幾里德作為歐氏幾何的第五公設(shè)載入《幾何原本》。
    第五公設(shè)又稱平行公理。以它和其它的幾個公理建立起來的歐氏幾何獲得輝煌的成功。隨之導(dǎo)出的許多定理成了我們腦中根深蒂固的觀

念：三角形內(nèi)角和180度，勾股定理描述的是直角三角形的斜邊的長度的平方等于兩直角邊的平方和等等。后來笛卡兒在此的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了解

析幾何，順勢導(dǎo)致了微積分的誕生。
    歐氏幾何成了人類創(chuàng)立千年的完美的數(shù)學(xué)大廈的重要基石。而且在人類的文明中，從平常無奇的桌椅，到氣勢恢弘的宮殿，從呼嘯而至

的炮彈，到俯瞰人間的衛(wèi)星，無不閃爍著歐氏幾何的光彩。這有什么問題呢？一加一難道不等于二嗎？
    最早產(chǎn)生懷疑的是敏銳的數(shù)學(xué)家。他們懷疑的根據(jù)是僅是歐氏幾何的第五公設(shè)表述過繁。數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家都有同樣的毛病，凡是復(fù)雜

的就是不夠優(yōu)美的。從古希臘時代就有人懷疑這第五公設(shè)只不過是條定理，一定可以用其它的幾條公理證明出來?？磥聿辉趺促M勁，但是這

一努力就是一千多年。
    直到18末世紀(jì)出了個曠世的數(shù)學(xué)家，他的名字叫高斯。直至今天人們?nèi)越蚪驑返浪谛W(xué)一年級就別出心裁地創(chuàng)造出從一加二加到一百

時新算法的奇跡。被譽為"數(shù)學(xué)王子"的他的光輝掩蓋著整個十九世紀(jì)。高斯最早認(rèn)識到這種證明是徒勞的，平行公理是獨立成立的，而且把

用別的公理抽換掉平行公理，導(dǎo)出來一套奇怪的幾何。不過，高斯是個謹(jǐn)慎的人，他將手稿壓下沒有發(fā)表。他考慮到他在數(shù)學(xué)界至高無上的

地位，這樣冒然出擊導(dǎo)致的只會是所有人的攻擊。
    但是他是對我們這個空間產(chǎn)生懷疑的第一人。他曾提出作個實驗，在三個臨近的山峰上測量一下三角形內(nèi)角和到底是不是180度。
    還是有勇敢的斗士。他們是俄國的羅巴切夫斯基和匈牙利的波爾約，各自獨立地提出非歐幾何向全世界挑戰(zhàn)。經(jīng)過艱苦的努力，他們終

于使大部分?jǐn)?shù)學(xué)家承認(rèn)還存在一套與歐氏幾何并列的幾何，它的前提是過直線外一點至少可以有兩條直線與該直線共面而不相交。導(dǎo)出的結(jié)

論令人困惑：三角形的內(nèi)角和小于180度，同一直線的斜線和垂線不一定相交等等。
    沒有多久，高斯最得意的嫡傳弟子黎曼又把第五公理換成了同一平面的兩條直線一定相交，演繹出與歐氏幾何，羅巴切夫斯基幾何鼎足

并稱的黎曼幾何，這已經(jīng)快接近答案?？上Ю杪皇且粋€數(shù)學(xué)家，他模糊意識到什么，但是最終不可能揭開事實的真相。他到死也未料到他

所創(chuàng)建的新幾何才是我們這個世界真正成立的。
    盡管一系列優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家前仆后繼地發(fā)展了非歐幾何。但是即使在數(shù)學(xué)家內(nèi)部也只不過認(rèn)為這是一套漂亮的游戲而已。幸好數(shù)學(xué)家的癖

好和物理學(xué)家亦有不盡相同之處，在他們的世界里漂亮但無用的玩意兒觸目皆是，但在物理學(xué)家那里會被無情地拋棄掉。仿佛上帝為了捉弄

人類，先扔下一把鑰匙，物理學(xué)家不屑一顧而數(shù)學(xué)家們喜滋滋地?fù)熳吡耍瑤资旰笤僦刂氐厝酉乱话汛箧i砸在愛因斯坦頭上，愛因斯坦幾經(jīng)

努力才在數(shù)學(xué)家的舊倉庫中找到了那把銹跡斑斑的鑰匙。
    一開始愛因斯坦沒有充足的信心完成廣義相對論，他發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致的幾何結(jié)果當(dāng)真匪夷所思。但是老朋友格羅斯曼介紹的黎曼幾何使他茅塞

頓開，這不就是他這些年來苦苦覓尋的嗎？愛因斯坦無疑是極端幸運的。如果讓愛因斯坦自己來憑空創(chuàng)造一套幾何，縱使有格羅斯曼的幫助

，也勢必成挾泰山以超北海，是所不能了?；厥桩?dāng)年，黎曼，這位繼高斯后首屈一指的大數(shù)學(xué)家，為這套幾何亦是耗盡了一生的心血。
    愛因斯坦認(rèn)識到，我們所在的這個空間，不是簡單的長，寬，高三維空間，而是包含時間在內(nèi)的四維時空；不是我們想象中的平直，而

是一個彎曲的空間。
    彎曲就意味著如果現(xiàn)在你朝某個方向射出一束光線，若干年后，如果地球，甚至銀河系還存在的話，你會發(fā)現(xiàn)光從你背后繞了回來。當(dāng)

然，再不可能找到象當(dāng)年那樣為了驗證地球是球體而勇于拔錨揚帆環(huán)航世界一周的麥哲倫船長了。
    我們這個空間應(yīng)遵循的規(guī)律是符合黎曼幾何的，而不是歐氏幾何。比如說，當(dāng)你精確測量空間三點的所連成三角形的內(nèi)角和，會發(fā)現(xiàn)它

大于180度。憑你直覺的經(jīng)驗，一定會覺得兩點間直線最短，實際上真正短的是一條曲線，"世界線"。
    至于真正意義上的四維時空，決不僅是幾何上的花樣。它第一次深刻地揭示了空間和時間如何不可分割?，F(xiàn)在我們定義空間中任意一個

物體，僅有長，寬，高的坐標(biāo)是不夠的，還必須加上時間?？墒牵跐M眼三維物體的這個世界上，我們怎么能夠擁有四維的想象呢？
    如果把作為三維物體的書本放到光源的對面，它的影子會投射在二維的墻面上，隨著書本的轉(zhuǎn)動，影子的形狀也會改變。有機(jī)械制圖經(jīng)

驗的人僅憑三張不同側(cè)面的投影就能大致想象實物的樣子。
    四維時空的觀點則認(rèn)為，我們?nèi)粘Ｋ姷降乃惺挛铮贿^是四維時空中的"原物"在空間上的一種"投影"。這樣就可以清楚地解釋一輛

高速行駛的列車為什么對于靜止在月臺的人來說長度會縮短。因為我們所看到的不過是一個"投影"而已。"原物"在四維時空中旋轉(zhuǎn)，從而分

到屬于空間的三維部分（我們見到的）少了些，分到屬于時間的一維部分多了些。實際上，"原物"（注意是在四維時空）是不變的。
    正如愛因斯坦的老師閔可夫斯基在1908年德國自然科學(xué)家學(xué)會的第八十次年會上的報告中宣稱的那樣："我們現(xiàn)在講述的空間和時間的觀

點，是在實驗物理學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這就是理論之所以有力的原因。它的意義是革命性的。從此以后，時間和空間退化為虛幻的影子，

只有兩者結(jié)合才能保持獨立的存在。"
    在牛頓力學(xué)中，一個物體如果不受外力的作用，它將作勻速直線運動。在相對論中亦是如此，但是這個"直"線是是四維時空中的直線，

在三維空間中則表現(xiàn)為彎曲的"世界線"。上帝在造物時就神秘地暗示我們，物體運動是盡可能走近路的。譬如，夜空中的星星看似遙不可及

，動輒以億光年計算，實際上它們到我們的最短距離決不是簡單的兩點一直線，而是一條弧線，猶如一條隧道，可以抄直到達(dá)終點。
    縱使在受引力的作用下，物體的運動也是如此。因為愛因斯坦一針見血地指出，萬有引力根本不是一種力！這不是象牛頓那樣認(rèn)為的，

太陽如何牽引地球，而地球如何吸引砸到牛頓頭上的蘋果。無論地球還是蘋果，它們都是在別無選擇地走最近的路。它們的路徑之所以彎曲

，以至那么多年來我們一直錯誤地認(rèn)為是受了力的結(jié)果，僅僅是因為任何物體都會使自己周圍的空間彎曲，而質(zhì)量大的物體（譬如太陽）猶

使空間變形得厲害。換句話說，如果我們這個空間什么物質(zhì)都沒有，它是平坦的歐氏空間；之所以彎曲的原因就是有物質(zhì)存在。
    你將一塊薄橡皮膜崩在一個長方形的框架上，在放上一個橙子，它會自然地凹陷下去。再在橙子邊上放一個石子，不用推動石子它就會

自動滾向橙子。這并不是因為橙子吸引了石子，而是它造成的"場"使石子義無返顧地選擇最短路徑滾了下去。當(dāng)然這是比喻，但是地球繞太

陽旋轉(zhuǎn)，蘋果落向地面的根源也類似于此。
    這是對牛頓定義的引力新的詮釋，引力不過是加速運動（以三維空間的觀點看）帶來的幻覺。牛頓的因果關(guān)系看來顛倒了，因為物體本

身在沒有外力時的運動就不是完美的勻速直線運動，而是沿著彎曲路線的加速運動，導(dǎo)致的幻像就是有"力"，即萬有引力產(chǎn)生了。
    至此你就可以大概理解為什么連頭腦向來敏銳的物理學(xué)界的領(lǐng)袖人物都認(rèn)為愛因斯坦發(fā)了瘋。愛因斯坦深感苦惱的是自己的相對論發(fā)表

之初在物理學(xué)圈內(nèi)睬之者甚少，被新聞界披露之后，反是好奇心很強(qiáng)的圈外人，比如哲學(xué)家，作家，藝術(shù)家紛紛拜訪，獲得只言片語后回去

演繹自己的"相對論"。至于后來相對論成為偷懶的中學(xué)生不作幾何題的理由，更是愛因斯坦始料未及的。
    最感興奮的則是羅馬教廷里的主教們。盡管他們曾經(jīng)把布魯諾燒死在火刑臺上，把哥白尼的書封禁，把伽利略投入監(jiān)獄，但是科學(xué)的觀

念畢竟逐步深入人心，牛頓學(xué)說的發(fā)表更是一記重拳，打得他們自此抬不起頭。天主教只成了部分人的信仰，如果神學(xué)家再敢于和科學(xué)家論

戰(zhàn)，一定會被駁斥得體無完膚。
    但是現(xiàn)在好了，牛頓的理論也被人踩翻在地。而愛因斯坦根據(jù)廣義相對論提出宇宙有限的假說，更是令他們浮想聯(lián)翩。宇宙有限，那么

宇宙之外不就是天堂么？于是在愛因斯坦訪問英國的宴會上，他的鄰座，坎特伯雷大主教恭恭敬敬地向愛因斯坦請教："教授，聽說您的理論

似乎提供了宗教界的某種證據(jù)。"
    愛因斯坦微笑地?fù)u頭："對不起，相對論純粹是科學(xué)上的問題，與宗教沒有關(guān)系。"
    為了說服更多的人，愛因斯坦幾經(jīng)尋覓，終于在天文學(xué)上找到第一個證據(jù)。九大行星中離太陽最近的是水星，廣義相對論只能在巨大質(zhì)

量（比如太陽）的附近才能顯現(xiàn)它的威力。正好水星的運動幾百年來有個懸而未決的問題，即水星在繞太陽轉(zhuǎn)動的同時，自己的軌道也在緩

慢地轉(zhuǎn)動，這在天文學(xué)上稱為水星的進(jìn)動。天文學(xué)家采用牛頓的引力理論，結(jié)果總是相差一些。而愛因斯坦根據(jù)自己的計算，彌合了這些誤

差。
    第二個預(yù)言是太陽光的引力紅移。愛因斯坦的理論指出在引力場強(qiáng)弱不同的地方，時鐘走時是不一樣的。從而當(dāng)光從太陽附近的強(qiáng)場傳

播到地球附近的弱場時，光譜線會向紅色的一端發(fā)生微乎其微的移動。
    這種觀測在當(dāng)時根本無法實現(xiàn)，直到1958年德國年輕的物理學(xué)家穆斯堡爾發(fā)明了穆斯堡爾效應(yīng)，找到一種精度大為提高的測量時間的方

法。即使你的手表走了三千年后只比標(biāo)準(zhǔn)時間慢百分之一秒，也能覺察出來。通過這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)在建筑物底部（這里的引力場稍

強(qiáng)）比頂層的時鐘走得慢。
    順便提一下前面提到的"雙生子佯謬"，由于在宇宙飛船里的哥哥想要回到地球上來，必須先大幅減速，然后再轉(zhuǎn)身向著地球的方向加速

，這期間受到慣性力，即引力的作用，其間飛船上的鐘會走慢。70年代有人在衛(wèi)星上放置了精確的記時器，當(dāng)它隨著衛(wèi)星圍繞地球轉(zhuǎn)過幾圈

后回來和地面上的同樣的記時器比較，果然驗證了變慢的結(jié)論。
    最直接的證據(jù)是光線通過太陽時受到引力場的作用而彎曲。早年愛因斯坦在提出等效原理時，他根據(jù)牛頓力學(xué)計算的彎曲角度是0.87秒

。當(dāng)他十年以后意識到空間是彎曲的時候，這個角度才修正到原來的兩倍，1.74秒。幸虧早期的一次日全食時的測量因為天氣原因而失敗，

否則這會迫使愛因斯坦全盤放棄他那未成熟的理論的。
    決定性的時刻終于到了。英國劍橋大學(xué)的天文學(xué)教授愛丁頓帶隊分兵兩路，一路奔向南美洲的巴西，一路遠(yuǎn)赴非洲西部的普林西比島。

在出發(fā)前大家討論了這次觀測可能的三種情況：要么根本就不偏轉(zhuǎn)，要么就接近牛頓力學(xué)所計算的0.87秒，要么就接近愛因斯坦的廣義相對

論所預(yù)言的1.74秒。
    "如果測量值比愛因斯坦的還大一倍，那會怎么辦呢？"組里的一位成員憂心地問道。
    "那么愛丁頓和愛因斯坦都要瘋了。"
    愛丁頓當(dāng)時在普林西比的那一路，他們一大早就興致勃勃地架好望遠(yuǎn)鏡，可是熱帶的氣候委實難測，一場瓢潑大雨將他們的希望澆滅，

要不是巴西那邊測量成功的消息及時傳來，愛丁頓這次可真的要瘋掉了。
    結(jié)果正如本章開頭的那一幕，上帝的面紗揭開了一角，廣義相對論證實了。
     此時的愛因斯坦年僅四十歲，但儼然成了物理學(xué)界新的教皇。而且世界各地的人們都在傳誦著他的名字和他的思想。他的聲望達(dá)到頂點

。這時的生活亦溫馨如意，他的遠(yuǎn)房表妹，從小在一起的玩伴埃爾莎和他結(jié)了婚。她是一位柔婉體貼，態(tài)度隨和的女性，絲毫不具備前夫人

咄咄逼人的風(fēng)范。她不懂物理學(xué)，但這并不妨礙她把愛因斯坦的生活收拾得井井有條。愛因斯坦，這個長期漂流的游子，終于開始享受家庭

的溫暖了。
    正在此時，另一場席卷物理學(xué)的大風(fēng)暴正在醞釀中，一群更年輕的物理學(xué)家開始聚集在丹麥的哥本哈根。為首的一位是堪與愛因斯坦比

肩的大物理學(xué)家。他的名字叫玻爾，比愛因斯坦小七歲，至于其他的人年紀(jì)更小，有的還在攻讀碩士學(xué)位。
    正是這群看似毛手毛腳的小伙子，他們戲劇性地改變了二十世紀(jì)人類的命運，從某種意義上說，比愛因斯坦的的相對論更能激起人們對

自然規(guī)律的深思，而且他們工作的觸角隨著時間的推移深入了人們生活的方方面面。他們理論的一個不起眼的副產(chǎn)品就是半導(dǎo)體，但是沒有

它今天發(fā)展一日千里的計算機(jī)技術(shù)便成了空中樓閣。
    他們創(chuàng)立的學(xué)派叫哥本哈根學(xué)派，這是直到今天所有的物理學(xué)家聽到都會肅然起敬的名字。他們創(chuàng)立的學(xué)科則叫量子力學(xué)。與相對論相

比，他們從微觀方向向經(jīng)典物理發(fā)動了攻擊。這是一場難度更大的戰(zhàn)斗，注定不能僅由一個孤身作戰(zhàn)科學(xué)家象愛因斯坦一樣傳奇般地完成。

這也是他們盡管在物理學(xué)史史上留下一連串閃光的名字，但在輿論界反響平平的原因。
    這更是一場革命，他們遇到的阻力一點不比愛因斯坦小，在前輩成名的大師級人物眼里，他們不過還都是一群娃娃。他們在遭受了無數(shù)

的譏諷和白眼后，自然把求助的目光投向已成為物理學(xué)界旗手的愛因斯坦。他的眼力非凡獨到，而且向來熱心扶植擁有新想法的年輕人。更

何況是他最早提出光量子假說，這不僅使他本人登上諾貝爾獎的領(lǐng)獎臺，而且也為量子力學(xué)的發(fā)展指明了道路，說起來他也算是量子力學(xué)的

前輩之一。
    然而他們?nèi)f萬沒有想到，量子力學(xué)從此招來最大的反對者--愛因斯坦本人。這絕對不是因為愛因斯坦漠視后學(xué)上進(jìn)，而是兩派人的世界

觀根本不同。玻爾那幫人解釋世界是采用幾率觀點，也即在微觀的環(huán)境里，所有粒子的運動是沒有確定軌道可言的，你只能預(yù)測在某一點的

粒子出現(xiàn)的可能性是多大；而愛因斯坦是絕對不相信上帝會允許不確定的因素存在的。
    天空頓時又是烏云密布，大論戰(zhàn)一觸即發(fā)。玻爾也是個意志堅定的人，認(rèn)準(zhǔn)了的事絕對不回頭；雖然反對派有愛因斯坦助陣，勢力雄厚

，他們也沒有屈服。好在接二連三的實驗提供了堅實的證據(jù)，而且量子力學(xué)的體系本身也在愛因斯坦無數(shù)次嚴(yán)酷的考驗面前愈發(fā)顯得完美無

缺。