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爱因斯坦革命是否走得太远?

爱因斯坦结束了科学对经验的依赖;现在可能是时候回归了。

作者:Richard Panek
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1919年秋天,阿尔伯特·爱因斯坦收到一份紧急电报,告知他天文学家已经观测到太阳引力导致光线弯曲的证据,这验证了他广义相对论的一个关键预测。他把电报递给一个学生,学生开始祝贺他。“但我知道理论是正确的,”他打断道。她问,如果观测结果与他的计算不符怎么办?“那我会为亲爱的上帝感到抱歉,”爱因斯坦回答。“理论是正确的。”

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在那里,简而言之,是爱因斯坦对科学最革命但又被低估的贡献之一。几千年来,研究人员一直在研究天体的行为,并试图用数学来描述它。爱因斯坦颠倒了挑战:他从方程中寻求真理,然后相信对天体的研究会支持他。几乎所有现代宇宙学和理论物理学都源于这种信仰的飞跃——或者说,也许是理性的飞跃。

爱因斯坦早期的重大突破发生在二十多岁时,当时他正在思考光在真空中如何传播。当时,大多数科学家认为光源于一种嵌入在真空中的物质。但1905年5月的一个晚上,爱因斯坦做了那个时代没有其他物理学家做过的事情:他认真对待数学。光速的恒定性就在那里,在詹姆斯·克拉克·麦克斯韦1873年的方程中,这些方程定义了电和磁之间的关系。因此,爱因斯坦推断,这种恒定性也存在于宇宙中。他意识到,如果光速对所有观察者来说都是相同的,那么时间和空间就必须伸缩,这样无论你如何运动,光的行为都不会改变。从这一洞察中,涌现了整个狭义相对论。

当爱因斯坦将他的思维从空间和时间延伸到引力时,他发现自己越来越被方程的力量所吸引。“我一生中从未如此费心过,”他写信给一位朋友,“我获得了对数学的巨大尊重,直到现在,在我的无知中,我都认为它更微妙的部分是纯粹的奢侈品!” 1916年,这项努力的结果是广义相对论——爱因斯坦对此充满信心,并告诉上帝宇宙应该如何运作。到1933年,他对科学真理的道路毫不怀疑。在牛津大学发表赫伯特·斯宾塞讲座时,他宣称:“我们迄今为止的经验证明,我们可以相信自然是我们能够设想的最简单的数学观念的实现。我坚信,我们可以通过纯粹的数学构造来发现概念以及它们之间的联系定律。”

追随爱因斯坦的榜样,后来的物理学家发现了以前无法想象的现象:暗能量黑洞大爆炸。在试图调和广义相对论与量子力学时,理论家们现在援引了更奇特的物质——亚原子弦、平行宇宙和更高维度。这些最新的概念在数学上都存在得非常完美,但到目前为止,观察者还没有在现实世界中发现它们的任何迹象。

一些科学家开始担心爱因斯坦的革命已经走得太远了。如果没有观察来检验理论,数学何时会退化成游戏?爱因斯坦本人在1933年的牛津讲座中也对这种可能性感到担忧。“当然,经验仍然是检验数学构造的物理实用性的唯一标准,”他说。如何超越对经验的盲目崇拜可能是爱因斯坦对20世纪最伟大的贡献。如何将数学想象力重新带回现实,可能是他对21世纪最伟大的挑战。

面对这一挑战,需要重新审视爱因斯坦,要忽略漫画式的描绘,无畏地探索这个人和他的工作。这还需要对那些能够带领我们超越爱因斯坦科学的人和思想进行严格的调查。这个过程将在这些其他爱因斯坦的文章中展开。

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