愛因斯坦(14)_學達書庫

一四

　　英國天文學家愛丁頓在1916年通過中立國荷蘭天文學家的介紹。得到了《廣義相對論基礎》的單行本，立即表現了極大的興趣，並決定利用1919年5月29日將要發生的日全食來進行驗證。在愛丁頓的推動下，1919年大戰一結束，英國皇家天文學會就派了兩支觀測隊分別由愛丁頓和克羅姆林率領，前往西非幾內亞灣的普林西比島和南美洲的索布臘爾進行觀測。1919年11月6日，英國皇家天文學會宣佈了觀察結果，兩地所得的觀測值分別是1.61±0.30″和1.98±0.12″，在誤差範圍內都與愛因斯坦的預言符合。主持會議的皇家學會會長湯姆孫教授說：「這是自牛頓以來，萬有引力論的一項最重要的成就」，「這不是發現一個孤島，這是發現了新的科學思想的新大陸。」消息立刻傳遍全球，一夜之間愛因斯坦成了世界名人。

　　愛因斯坦一直把廣義相對論看作自己一生最重要的科學成就，他對自己的學生、波蘭物理學家英費爾德說過：「要是我沒有發現狹義相對論，也會有別人發現的，問題已經成熟了。但是我認為，廣義相對論的情況不是這樣。」廣義相對論是愛因斯坦獨特思想的偉大創造。

　　有限無界的靜態宇宙模型

　　愛因斯坦建立廣義相對論後不久，就試圖用廣義相對論來考查宇宙空間問題。宇宙的奧秘太神奇了，這深深吸引著他。

　　宇宙是人類一個古老的話題。自從牛頓建立了完整的經典力學體系之後，在整個18世紀和19世紀前半期，占統治地位的是牛頓式的無限宇宙模型。它認為宇宙是無限的、永恆的，包含有無窮多的天體，大體上均勻地散佈在無限的宇宙空間中。

　　對於這樣一種宇宙模型，1820年，德國天文學家奧伯斯提出一個發難，稱為奧伯斯佯謬。他認為，按照牛頓式的無限宇宙模型，很容易推出地球上的夜空將無限明亮，因為地球表面可以接收到宇宙中無窮多恒星的無限大的輻射能，然而夜空是黑暗的，這是最最古老的天文觀測事實，只要有視覺的人都能看到這個極其普通的天文現象。奧伯斯提出這一光度矛盾問題之後，不少人力圖消除它，但一直未獲得滿意的答案。

　　1894年，德國天文學家西利格爾又提出了一個引力佯謬的問題。這個佯謬同光度佯謬有共同的本質，是經典的無限宇宙模型的直接結果。西利格爾指出，如果牛頓引力定律在這樣一個無限的宇宙中起作用的話，那末在半徑為r的巨大球形空間中恒星的數目將正比於r3，因此，對於這樣一個球的表面上的任意一點，引力的強度將正比於r。結果是，球面上的引力場將隨著r的增大而無限地增強。由於我們可以選任一點作為這球形空間的中心，因此，其結果必然是，在宇宙空間的每一點上，引力勢都是無限大，任何物質都受到無限大的力的作用，每一個宇宙空間中的物體都要獲得無限大的加速度和速度。事實上，在天文觀測中，並沒有發現這種情況。儘管有些天文學家提出了一些假設來試圖消除西利格爾佯謬，但也未獲得令人滿意的答案。

　　愛因斯坦分析了無限宇宙模型的困難，根據廣義相對論時空彎曲的概念，提出了自己的宇宙模型。他的論文出現在1917年的《普魯士科學院會議報告》上，題目是《根據廣義相對論對宇宙學所做的考查》。他在這篇論文中，為避免在空間無限處給廣義相對論方程設立邊界條件的困難，假設宇宙在空間上是有限無界的，提出了一個有限無界的靜態宇宙模型。

　　關於「靜態」，愛因斯坦假設了一個「宇宙學原理」。這條原理是說：宇宙間的物質均勻分佈，無論從宇宙的那個位置和那個方向看，所看到的宇宙圖像都是相同的。對於「有限無界」，愛因斯坦認為，根據廣義相對論，物質在空間的分佈，會使空間發生彎曲，這種彎曲會使宇宙空間形成一個封閉的非歐幾裡得球形空間，所以它是有限而無界的。關於這一點，我們可以設想一個球面，球的大小是有限的，然而在球面上爬行的小蟲是永遠找不到一條邊界的。正如愛因斯坦以前取得的許多成就一樣，他成功地以新的方式把一些特殊的概念聯繫起來，因此避免了牛頓式無限宇宙模型所遇到的困難。

　　在愛因斯坦提出他的宇宙模型之後12年，美國天文學家哈勃在觀測中發現，所有的星系，彼此之間的距離都在不斷地增大，宇宙不是靜態的，它在膨脹著。這無疑是對愛因斯坦有限無界靜態宇宙模型的衝擊，在事實面前，愛因斯坦坦然地承認了自己的錯誤。在這之後，宇宙學理論有了飛速的發展。儘管愛因斯坦提出的宇宙模型有他的局限性，然而它卻開拓出了一門新的科學——現代宇宙學。

　　榮獲諾貝爾物理學獎金

　　1922年11月10日，一封電報送到了愛因斯坦在柏林的住宅，電文如下：「您被授予諾貝爾物理學獎金，詳請見信。奧裡維留斯（簽名）。」也在這一天，瑞典皇家科學院秘書奧裡維留斯教授寫信給愛因斯坦：「我已經在電報中通知您，在昨天舉行的會議上，皇家科學院決定授予您上年度的諾貝爾物理學獎，這是考慮到您在理論物理方面所做的工作，特別是您對光電效應定律的發現，但沒有計及您的相對論和引力理論所具有的價值，儘管它們曾得到證實。」就在愛因斯坦獲得1921年度獎金的同一天，1922年度的獎金授予丹麥物理學家玻爾，這是由於他「在原子結構和原子輻射方面的貢獻」。

　　早就準備給愛因斯坦頒諾貝爾獎金了，但是，諾貝爾獎金委員會猶豫不決。從1910年至1920年間，除了1911年和1915年之外，愛因斯坦都因創立相對論的貢獻而被提名為諾貝爾物理學獎的獲得者，但相對論遭到不少的反對意見，因而未通過。諾貝爾獎金委員會當時有一個傳統，就是獎金要授予具體的發明，而且是沒有爭議的有實用價值的發明，瑞典科學院和諾貝爾獎金委員會害怕因授獎相對論而引起糾紛。

　　後來，普朗克提議1921年度獎和1922年度獎分別授予愛因斯坦和玻爾，奧森又對愛因斯坦1905年論光量子的文章和1909年對黑體輻射的能量漲落所做的工作做了極好的分析，諾貝爾獎金委員會重新提議愛因斯坦為獲獎者，隨之瑞典科學院投票通過。獲獎的理由，措詞是：「由於愛因斯坦發現光電效應定律以及他在理論物理學領域的其他工作，特授予獎金。」

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