超越爱因斯坦？

作者：李新洲

有人认为每一个进展都是一种吉尼斯纪录式的超越；有人认为爱因斯坦是无法超越的，他是最伟大的经典物理学家，同时又是量子论的发端者。我们说爱因斯坦之所以超越了牛顿，是因为广义相对论扬弃了牛顿理论，并为观测所证实。要超越爱因斯坦，新理论的创建者，必须扬弃广义相对论，使理论的逻辑更简单，并为观测所证实。
一百年前的11月25日是科学史上伟大的一天。在这一天，爱因斯坦公布了他的广义相对论，这是他先前发表的狭义相对论的发展。狭义相对论描述了时间与空间的内在联系，经过十年的努力，爱因斯坦找到了这种时空新关系如何彻底变革牛顿引力理论的正确答案。爱因斯坦得到了一个极其优雅且逻辑简明的方程：
时空的曲率 时空的拉伸=
8πG×能量动量和内应力的分布，其中G是牛顿引力常数。这个方程告诉我们，如果想知道时空的曲率是多少.就应当知道时空中能量动量和内应力是怎样分布的，这个以爱因斯坦姓氏命名的方程，可以用来描述整个宇宙。从那时起，某一物体产生的引力不再被理解成物体对周围事物所施加的吸引力，而是时空的变化。物体对周围时空的挤压或拉伸，迫使周围其他物体偏移，发生变速运动。广义相对论最优美之处是理论自动导致能量守恒定律，而在牛顿理论中必须外加这条守恒定律。
百年证实不寻常
百年来.人类对宇宙的理解取得了长足的进步。宇宙比我们祖先所想象的古老得多，也大得多，并且充满了诸如白矮星、中子星和黑洞这些广义相对论所预言的物体。这使得早期以地球为中心的世界观显得过于自大与狭隘，人类对自然的敬畏部分地转化为对爱因斯坦的崇拜。与以往喜爱古代神话的那部分人群一样，不少青年人喜爱上了科幻小说，而事实上科幻同样与现代科学有明显矛盾。对爱因斯坦的崇拜，使得诸如时间机器、平行宇宙、回到未来这样的探索性理论成了好莱坞谋取票房的手段。
由于G是一个十分小的常数，所以需要很大的质量才能使时空明显地弯曲。倒数1/G可以看作是时空“刚性”的度量。根据日常经验，时空是非常坚硬的。地球全部质量引起的时空弯曲仅仅是地球表面曲度的十亿分之一，对于日常观测来说，这实在是太小的一个量级。然而广义相对论预言，经过太阳边缘的星光将会弯向太阳。其弯曲程度两倍于牛顿力学所预言的。对这一预言必须等到日全食时才能进行检验，因为只有在日全食的情况下靠近太阳的恒星才能被观测到。在第一次世界大战停战一周年之际，一次日全食所投下的阴影从非洲西部开始，横扫大西洋直达巴西北部。英国天文学家爱丁顿（A.Eddington）率领的一个观测队宣布了观测结果：光线弯曲程度与爱因斯坦的预言一致，是牛顿力学计算值的两倍。这是科学史上一个令人崇敬的戏剧性时刻。爱因斯坦理论上的深刻阐述，已在伟大的自然实验室得到了证实。