爱因斯坦(14)

一四

　　英国天文学家爱丁顿在1916年通过中立国荷兰天文学家的介绍。得到了《广义相对论基础》的单行本，立即表现了极大的兴趣，并决定利用1919年5月29日将要发生的日全食来进行验证。在爱丁顿的推动下，1919年大战一结束，英国皇家天文学会就派了两支观测队分别由爱丁顿和克罗姆林率领，前往西非几内亚湾的普林西比岛和南美洲的索布腊尔进行观测。1919年11月6日，英国皇家天文学会宣布了观察结果，两地所得的观测值分别是1.61±0.30″和1.98±0.12″，在误差范围内都与爱因斯坦的预言符合。主持会议的皇家学会会长汤姆孙教授说：“这是自牛顿以来，万有引力论的一项最重要的成就”，“这不是发现一个孤岛，这是发现了新的科学思想的新大陆。”消息立刻传遍全球，一夜之间爱因斯坦成了世界名人。

　　爱因斯坦一直把广义相对论看作自己一生最重要的科学成就，他对自己的学生、波兰物理学家英费尔德说过：“要是我没有发现狭义相对论，也会有别人发现的，问题已经成熟了。但是我认为，广义相对论的情况不是这样。”广义相对论是爱因斯坦独特思想的伟大创造。

　　有限无界的静态宇宙模型

　　爱因斯坦建立广义相对论后不久，就试图用广义相对论来考查宇宙空间问题。宇宙的奥秘太神奇了，这深深吸引着他。

　　宇宙是人类一个古老的话题。自从牛顿建立了完整的经典力学体系之后，在整个18世纪和19世纪前半期，占统治地位的是牛顿式的无限宇宙模型。它认为宇宙是无限的、永恒的，包含有无穷多的天体，大体上均匀地散布在无限的宇宙空间中。

　　对于这样一种宇宙模型，1820年，德国天文学家奥伯斯提出一个发难，称为奥伯斯佯谬。他认为，按照牛顿式的无限宇宙模型，很容易推出地球上的夜空将无限明亮，因为地球表面可以接收到宇宙中无穷多恒星的无限大的辐射能，然而夜空是黑暗的，这是最最古老的天文观测事实，只要有视觉的人都能看到这个极其普通的天文现象。奥伯斯提出这一光度矛盾问题之后，不少人力图消除它，但一直未获得满意的答案。

　　1894年，德国天文学家西利格尔又提出了一个引力佯谬的问题。这个佯谬同光度佯谬有共同的本质，是经典的无限宇宙模型的直接结果。西利格尔指出，如果牛顿引力定律在这样一个无限的宇宙中起作用的话，那末在半径为r的巨大球形空间中恒星的数目将正比于r3，因此，对于这样一个球的表面上的任意一点，引力的强度将正比于r。结果是，球面上的引力场将随着r的增大而无限地增强。由于我们可以选任一点作为这球形空间的中心，因此，其结果必然是，在宇宙空间的每一点上，引力势都是无限大，任何物质都受到无限大的力的作用，每一个宇宙空间中的物体都要获得无限大的加速度和速度。事实上，在天文观测中，并没有发现这种情况。尽管有些天文学家提出了一些假设来试图消除西利格尔佯谬，但也未获得令人满意的答案。

　　爱因斯坦分析了无限宇宙模型的困难，根据广义相对论时空弯曲的概念，提出了自己的宇宙模型。他的论文出现在1917年的《普鲁士科学院会议报告》上，题目是《根据广义相对论对宇宙学所做的考查》。他在这篇论文中，为避免在空间无限处给广义相对论方程设立边界条件的困难，假设宇宙在空间上是有限无界的，提出了一个有限无界的静态宇宙模型。

　　关于“静态”，爱因斯坦假设了一个“宇宙学原理”。这条原理是说：宇宙间的物质均匀分布，无论从宇宙的那个位置和那个方向看，所看到的宇宙图像都是相同的。对于“有限无界”，爱因斯坦认为，根据广义相对论，物质在空间的分布，会使空间发生弯曲，这种弯曲会使宇宙空间形成一个封闭的非欧几里得球形空间，所以它是有限而无界的。关于这一点，我们可以设想一个球面，球的大小是有限的，然而在球面上爬行的小虫是永远找不到一条边界的。正如爱因斯坦以前取得的许多成就一样，他成功地以新的方式把一些特殊的概念联系起来，因此避免了牛顿式无限宇宙模型所遇到的困难。

　　在爱因斯坦提出他的宇宙模型之后12年，美国天文学家哈勃在观测中发现，所有的星系，彼此之间的距离都在不断地增大，宇宙不是静态的，它在膨胀着。这无疑是对爱因斯坦有限无界静态宇宙模型的冲击，在事实面前，爱因斯坦坦然地承认了自己的错误。在这之后，宇宙学理论有了飞速的发展。尽管爱因斯坦提出的宇宙模型有他的局限性，然而它却开拓出了一门新的科学——现代宇宙学。

　　荣获诺贝尔物理学奖金

　　1922年11月10日，一封电报送到了爱因斯坦在柏林的住宅，电文如下：“您被授予诺贝尔物理学奖金，详请见信。奥里维留斯（签名）。”也在这一天，瑞典皇家科学院秘书奥里维留斯教授写信给爱因斯坦：“我已经在电报中通知您，在昨天举行的会议上，皇家科学院决定授予您上年度的诺贝尔物理学奖，这是考虑到您在理论物理方面所做的工作，特别是您对光电效应定律的发现，但没有计及您的相对论和引力理论所具有的价值，尽管它们曾得到证实。”就在爱因斯坦获得1921年度奖金的同一天，1922年度的奖金授予丹麦物理学家玻尔，这是由于他“在原子结构和原子辐射方面的贡献”。

　　早就准备给爱因斯坦颁诺贝尔奖金了，但是，诺贝尔奖金委员会犹豫不决。从1910年至1920年间，除了1911年和1915年之外，爱因斯坦都因创立相对论的贡献而被提名为诺贝尔物理学奖的获得者，但相对论遭到不少的反对意见，因而未通过。诺贝尔奖金委员会当时有一个传统，就是奖金要授予具体的发明，而且是没有争议的有实用价值的发明，瑞典科学院和诺贝尔奖金委员会害怕因授奖相对论而引起纠纷。

　　后来，普朗克提议1921年度奖和1922年度奖分别授予爱因斯坦和玻尔，奥森又对爱因斯坦1905年论光量子的文章和1909年对黑体辐射的能量涨落所做的工作做了极好的分析，诺贝尔奖金委员会重新提议爱因斯坦为获奖者，随之瑞典科学院投票通过。获奖的理由，措词是：“由于爱因斯坦发现光电效应定律以及他在理论物理学领域的其他工作，特授予奖金。”

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