第一章 相对论简史（2）

理学中的唯一的妇孺皆知的公式。它的一项后果是意识到，如果铀原子核裂变总质量稍小的两个核，就会释放巨大的能量。

1939年世界大战迫在眉睫，众多意识到这些含义的物理学家都说服爱因斯坦克服其和平主义原则，以他的权威给罗斯福总统写一封信，要求美国开始核研究计划。

这就导致了曼哈顿规划并最终产生了于1945年在日本的广岛和长崎爆炸的原子弹。有人将原子弹归咎于爱因斯坦发现了智能关系；但是这和把飞机失实归咎于牛顿发现了引力很类似。爱因斯坦本人没有参与曼哈顿规划，并且为投原子弹而感到震惊。

爱因斯坦1905年的开创性论文为他建立了科学声望，但是直到1909年他回到苏黎世，这一次是返回苏黎世高工。尽管在欧洲的许多地方，甚至在大学中盛行反犹主义，他现在是学术界的巨星。维也纳和乌特勒希特都邀他任教，但是他选择了柏林的普鲁士科学院的研究员职务，因为这样他可以摆脱教学。1914年4月他迁往柏林，不久他的妻子和两个儿子也来团聚。然而婚姻不谐已有时日，他的家庭不久返回苏黎世。尽管他偶尔去看望他们，他和妻子最终还是离婚了。爱因斯坦后来娶了他住在柏林的表姐爱尔莎。在战争年代里他过着独身生活，避免了家事纠缠，也许是他在这一段期间科学上多产的一个原因。

虽然相对论和制约电磁学的定律配合的天衣无缝，它却不能和牛顿的引力定律想协调。牛顿引力定律说，如果果人们在时间的区域改变物质分布，引力场的改变在宇宙其他任何地方就会瞬间被察觉到。这不仅意味着人们可以发送比光还快的信号；为了知道这里瞬刻的含义，它还需要存在绝对或普适的时间。这正式那种被相对论抛弃了的，并被个人时间所取代的时间。

1907年当爱因斯坦还在伯尔尼的专利局工作时，他就知道了这个困难，但是直到1911年他在布拉格时才开始认真地思考这个问题。他意识到在加速度和引力场之间存在一个紧密的关系。待在一个封闭的盒子里，譬如升降机中的某人不能将盒子静止地处于地球引力场中和盒子在自由空间中被火箭加速这两种情形区别开来。

如果地球是平坦的，人们既可以说服苹果因为引力而落到牛顿头上，也可以等效地说因为牛顿和地球被往上加速。然而，对于球形地球加速度和引力之间的不等效似乎不成立，世界相反两边的人要停留在固定的相互距离上就必须在反方向上被加速。

在爱因斯坦1921年回苏黎世时，他灵感奔涌，意识到如果时空几何是弯曲的，而不是想迄今所假定的那样平坦，则等效成立。他的思想是质量和能量以一种还未被确定的方式将时空弯曲。诸如苹果或者行星的物体在通过时空的企图沿着直线运动，但是因为时空是弯曲的，所以他们的轨道显得被引力场所弯折。

爱因斯坦借助于他的朋友玛索尔?格罗斯曼通晓了弯曲时空和面的理论。在此之前乔治?弗里德里希?黎曼把这种理论发展成一种抽象的数学；黎曼从未想到它和实在世界有何相干。1913年爱因斯坦和格罗斯曼合写了一篇论文，他们在论文中提出了这样的思想，我们认为是引力的只不过是时空为弯曲的这一事实的表现。然而，由于爱因斯坦的一个错误，他们未能找到将时空曲率和处于其中的质量和能量相联系的方程。爱因斯坦在柏林继续研究这个问题。他不受家事的烦扰，而且不受战争影响，终于在1915年11月找到了正确的方程。1915年夏天，当他访问哥廷大学时曾经和数学家大卫?希尔伯特讨论过他的思想，希尔伯特甚至比爱因斯坦还早几天独立找到了同一方程。尽管如此，新理论的成功应归功于爱因斯坦：把引力和时空弯曲联系起来正是爱因斯坦的思想。这个时期的德国作为文明国家是值得赞扬的，甚至在战时科学讨论和交流仍然可以不收干扰的进行。这和20年后的纳粹时期相比真是天壤之别。

弯曲时空的理论被称为广义相对论，以和原先没有引力的理论相区别，后者现在被认为狭义相对论。1919年当英国赴西非的探险队在日食观察到光线通过太陽临近被稍微偏折，广义相对论因而得到辉煌的确认。这正是空间和时间被弯曲的直接证据。它激励了从欧几里得在公元前300年左右写下《几何原本》以来，我们对自身生活其间的宇宙之认识的最大变革。

爱因斯坦的广义相对论把空间和时间从一个事件在其中发生的被动的背景转变成宇宙动力学的主动参与者。这就引发了一个伟大的问题，这个问题在21世纪仍然处于物理学的最前沿。宇宙充满物质，而物质弯曲时空使得物体落到一块。爱因斯坦发现他的方程没有描述一个静态的，也就是在时间中不变的宇宙解。他宁愿不放弃这样一种永恒的宇宙，这正是他和和其他大多数人所深信的，而不惜对该方程进行补缀，添加上称为宇宙常数的一项，使得物体相互离开。宇宙常数在相反的意义上将时空弯曲，使得物体相互离开。宇宙常数的排斥效应可以平衡物质的吸引效应，这样就容许宇宙具有静态解。这是理论物理