科学探索|爱因斯坦是人类历史上最伟大的科学家吗？科学探索|爱因斯坦|广义相对论

导读：牛顿构建的物理王国统治世界200余年后，被爱因斯坦搞得天翻地覆……
作者：数据叔
来源：华章科技

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阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein），1921年诺贝尔奖官方照片
01 颠覆牛顿系统
早在爱因斯坦横空出世之前，人们就发现牛顿的系统好像有些问题。当然天文学家们观察发现，水星的轨道运动的实际情况与理论预测总是有一点点差距。到底是牛顿的问题，还是其他什么问题？
《世界观》这本书给出了“不证实推理”的过程：
如果T，且A1，A2，A3，…，An，那么O
（but…）
O是不正确的
所以T是不正确的，或者A1是不正确的，或者A2是不正确的，或者A3是不正确的……或者An是不正确的。[1]
这个案例中，T就是“牛顿力学（及牛顿力学给出水星位置理论值）”，A1是“水星运动观测”，A2，A3…是我们尚不确定的其他因素，O是“水星运动的实际情况”。
现在O出了问题，那么到底是T的问题，还是A1，A2，A3…的问题？

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《世界观》
爱因斯坦倾尽心血的广义相对论给出的结论是，牛顿错了。广义相对论不是对牛顿力学的补充，而是颠覆性的新系统。《世界观》中提到过，对于我们熟知的重力，牛顿系统的解释是万有引力，即所有物质都会相互吸引；而广义相对论认为，重力是大质量物体引起时空弯曲造成的，相互吸引只是一种错觉，甚至说重力是一种力都是错觉。（详情见：《爱因斯坦耗费近十年的最伟大研究，推导出什么神预言？》）
“时空弯曲”其实不太好理解，因为它难以想象，不符合我们的日常认知和经验。在牛顿系统里，时空是均匀的，不会弯曲，直线就是直线，光沿着直线传播。而广义相对论认为，时空可以弯曲，弯曲的空间里的“直线”不再是直线，光沿着这种“直线”传播，看上去像是发生了偏折。
牛顿系统中，如果某一颗遥远的恒星被太阳挡住，那么我们就不可能看到这颗恒星。因为光沿着直线传播，它发出的光不会绕过太阳到达地球。但广义相对论认为光线可以发生偏折，那么在某些特殊情况下，被挡住的恒星的光可以“拐个弯”到达地球。
1919年5月29日，广义相对论的信徒、英国天文学家亚瑟·爱丁顿带着他的团队远赴非洲观测日食。当时明亮的七姐妹星团正位于太阳后面，非常适合检测爱因斯坦的预言。
爱丁顿拍摄的日食观测照片
经过分析与计算，爱丁顿证实观察结果与广义相对论非常吻合。11月6日爱丁顿在皇家天文学会上宣布了这个结果，第二天，《泰晤士报》用夸张的标题宣布“牛顿理论被推翻”。[2]

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光线偏折示意图及英国媒体对爱丁顿观测日食的报道，图源：the Illustrated London News
2008年，为纪念爱丁顿的日食观测90周年，BBC制作了影片《爱因斯坦与爱丁顿》，还原了爱丁顿日食观测的前前后后，也很立体地刻画了两位科学家的形象。
不过还是有很多科学家质疑爱丁顿的结论，同时也拒绝接受颠覆认知、看起来非常离奇的广义相对论。
1921年，爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖，获奖原因中只提到了光电效应的发现，而没有提到更复杂、更重要的广义相对论，说明当时的主流科学界仍然认为无法确定广义相对论的正确。
此后很多年，广义相对论又得到了一系列验证，最近也是比较著名的事件就是引力波的成功观测。正如《世界观》一书所说，如今的主流科学界把广义相对论当作“现实主义”理论，即现实世界就是广义相对论描述的那个样子。
很多人倾向于相信自己看得见摸得着的理论，“离奇”的广义相对论其实离我们的日常生活并不遥远。移动互联网时代，我们几乎都会用到GPS，如果不按照广义相对论和狭义相对论较正，GPS的误差会大到根本无法使用。

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02 奇迹年
广义相对论是爱因斯坦最重要的研究成果，但并不是爱因斯坦唯一伟大、唯一值得一提的研究成果。
有科学评论者认为，即便是去掉广义相对论和狭义相对论，爱因斯坦仍然毫无疑问是牛顿之后最伟大的科学家。
上文提到，发现光电效应让爱因斯坦获得了诺贝尔奖，爱因斯坦在1905年的论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》讲述了光电效应的来龙去脉。