“審判”愛因斯坦，一段被湮沒的嚴酷歷史 | 展卷_風聞

《愛因斯坦陪審團》（湖南科5學技術出版社，2023年11月）

前不久，一本出自加拿大科學史家Jeffrey Crelinsten的新書中譯本《愛因斯坦陪審團：檢驗相對論的競賽》（Einstein’s Jury：The Race to Test Relativity）上市了。這部著作介紹了在狹義與廣義相對論的誕生初期，學術界對這一劃時代的科學理論展開的學術爭論，特別是通過反覆的天文觀測和物理實驗而展開的激烈的學術辯論。這些討論不僅包括正當的學術質疑和爭論，以及許多專家在哲學和物理上的不理解，而且伴隨着各種反相對論的攻擊。內中不僅有學術失誤造成的誤解，更有學術道德不當者、學術騙子、反猶主義者和法西斯分子的惡意誣陷和攻擊，其猛烈程度令人震驚。

由於反相對論者的激烈質疑，致使諾貝爾獎評委會在授予愛因斯坦諾貝爾物理獎時，未能把相對論這一人類歷史上最重要、最輝煌的科學成就之一列在授獎原因之中。

這一發生在上世紀20年代、持續了十年左右的對相對論的“審判”，在通常的科學著作、科學史資料和科普讀物中都簡單帶過，沒有詳細描述。因而一般學習、研究和講授相對論的人都對此沒有深刻印象。以為有普朗克、能斯特等一流學者的支持，狹義相對論很快就被學術界接受，以為引力紅移、光線偏折、水星軌道近日點進動三大驗證一經完成，廣義相對論就得到了學術界的公認，根本想不到相對論誕生之後還經歷瞭如此嚴酷的“學術審判”。

當然，事實勝於雄辯。實驗觀測的結果和學術上的逐步深入理解，最終使那些參與“審判”相對論的人轉變成了相對論的“證人”和擁護者。其實，相對論在中國的傳播過程中也有過類似的情況發生。

筆者長期從事廣義相對論的研究、教學和科普宣傳，查閲過許多有關相對論的著作和史料，包括不少有關愛因斯坦的傳記和評論，但均未看到對這一歷史階段的如此詳細精彩的介紹，感覺真是大開眼界。

本書作者能完成這樣一本著作，得益於他紮實而全面的學術基礎，積極勤奮而實事求是的學術作風。他具有物理、天文、科學史三個專業的學術背景，又在世界各地眾多科研單位、學校和圖書情報機構廣泛收集資料，並與當事人和知情人進行深入交流，從而全面、正確地掌握了大量有價值的史料。

本書譯者潘濤先生長期從事有關愛因斯坦和相對論的書籍的翻譯工作，曾出版過《愛因斯坦的錯誤》等優秀譯作，這次他又奉獻了《愛因斯坦陪審團 》這本力作的中譯本 ，相信這本書一定能受到廣大讀者的歡迎。

閲讀本書有助於讀者全面瞭解相對論的成長曆程，也有助於青年學子理解科研之路的崎嶇不平。

——趙崢 (北京師範大學物理系教授、中國引力與相對論天體物理學會前理事長)

撰文 | 蘇道

在有關愛因斯坦和相對論的科學史敍事中，1919年是有特別意義的年份：這一年，英國天文學家阿瑟·愛丁頓（Arthur Eddington）率領的遠征隊在西非普林西比島成功進行了日食觀測，驗證了廣義相對論關於恆星的光線在太陽的引力場中會發生偏折的預言。從此，愛因斯坦和他的廣義相對論“一舉成名天下知”。

廣義相對論徹底改變了自牛頓以來人類在300多年間理解宇宙的方式，賦予空間、時間這些我們熟悉的概念以完全不同的內涵。但當我們面對這樣一場思想革命時，除了驚歎愛因斯坦的創造性和洞察力，是否曾感到疑惑，為何哥白尼提出的日心説經過開普勒、伽利略等人的不懈推動和傳播才最終得到認可，而愛因斯坦的理論更加艱深難懂，也超出了我們日常的經驗範圍，怎麼靠愛丁頓領導的一次觀測就被完全接受了呢？

事實上，情況與我們經常在課本或者科普讀物中讀到的內容截然相反。在1919年的日食觀測前後的那段時間裏，科學界對愛因斯坦和廣義相對論給予了高度關注，其中質疑和反對的聲音不絕於耳，甚至在一段時期內成為主流。廣義相對論有3項重要的預言，實際上全都是天文學預言：水星近日點進動新值、引力紅移和光線在引力場中的偏折。因此，不管是想證實還是證偽廣義相對論，都離不開天文學家的工作。

這些天文學家正是加拿大科學史學家傑弗裏·克雷林斯騰（Jeffrey Crelinsten）的作品《愛因斯坦陪審團：檢驗相對論的競賽》（Einstein’s Jury：The Race to Test Relativity）中的主角，他們在1910年到1925年間圍繞驗證這些預言所開展的大量研究和觀測以及隨之而來的爭論構成了這本書的主要內容。克雷林斯騰在書名中搬出了只有在法庭上才會出現的“陪審團”，意在提醒我們他們之間的交鋒有多麼激烈；而這本書可謂是一份內容詳實的“科學法庭筆錄”，記錄了很多對評價這場競賽而言至關重要的細節。

從19世紀中葉開始，隨着一系列物理學方法被引入天文學研究，天文學逐漸改變了此前以天體測量和軌道計算為主的研究模式，與物理學進行了深度融合，天體物理學就此誕生。進入20世紀後，物理學更是成為天文學研究的支柱。如果説愛因斯坦在1905年這個“物理學奇蹟年”裏發表的幾篇重要論文還都是在討論物理問題的話，那廣義相對論這個描述宇宙和時空結構的嶄新理論，則不可避免地進入天文學領域並有可能對這個領域進行徹底重塑，自然會引起天文學家的關注。

“愛丁頓用日食觀測驗證了廣義相對論”只是這段歷史的一個極其簡化且有誤導性的版本，《愛因斯坦陪審團》則完整地還原了這段歷史，這是本書的重要價值所在。書中介紹的天文學家不僅人數眾多，而且觀點迥異，展示了一個關係錯綜複雜的科學共同體。

不過，克雷林斯騰在書中着墨甚多的德國天文學家埃爾温·弗羅因德利希（Erwin Freundlich）卻是一個“小人物”。在廣義相對論的追隨者中，他沒有類似開普勒、伽利略之於日心説那樣的地位，在功勞簿上也很難找到他的名字，但歷史的弔詭之處卻在他的身上體現得淋漓盡致。儘管在工作單位柏林皇家天文台得不到支持，還受到台長的打壓，他仍盡一切努力開展相關研究和觀測，希望為這個新理論提供強有力的支持。

愛因斯坦在1907年提出的等效原理是廣義相對論的雛形，他根據這個原理計算出的恆星光線掠過太陽產生的偏折角度為0.87角秒。而在1915年建立完整的廣義相對論後，他重新進行了計算，把這個角度修正為1.74角秒，是此前數值的2倍。

這個偏折角度的實際大小需要在發生日全食的時候才能進行測量，因此天文學家需要等待時機。1914年，弗羅因德利希終於等來了機會，率領一支觀測隊前往俄國克里米亞半島觀測日全食。但此時第一次世界大戰爆發，德國和俄國是交戰國，因此觀測隊被逮捕（後被釋放並返回德國），未能進行計劃中的觀測。試想如果弗羅因德利希帶領的觀測隊沒有遭遇變故，而是在晴朗的天氣裏按計劃順利完成了觀測，數據質量也令人滿意，那這次觀測獲得的結果就會推翻愛因斯坦在1907年預言的數值。也就是説，躊躇滿志的弗羅因德利希遭到的打擊實際上“挽救”了廣義相對論，給愛因斯坦留出了完善理論的時間。不幸的是，他也同時把名垂史冊的機會留給了愛丁頓。

在這段歷史中，愛丁頓是一個繞不開的中心人物。他的一個故事流傳甚廣：有一個記者告訴他，自己聽説世界上只有三個人真正理解廣義相對論，他停頓了一下，然後説在想第三個人是誰。且不論這只是他開的一個玩笑，還是他真的如此自信，他説的都不是事實。在克雷林斯騰還原的這段歷史中，愛丁頓的形象也立體起來。其實在領導了那次著名的觀測並向世界宣告廣義相對論的勝利時，愛丁頓實際上並沒有真正理解這個理論，在此後幾年間他才逐漸完善了自己的認識。而更重要的是，愛丁頓在處理觀測數據時，有意識地選擇了那些支持愛因斯坦預言的數據，而忽略了其他數據，這顯然不符合科學研究的規範，在當時就被很多天文學家所詬病。1919年的日全食觀測幫助廣義相對論進入了公眾的視野，但是結果並沒有令天文學界感到信服，也就有了此後天文學家繼續多次組織日全食觀測以檢驗廣義相對論的故事。

20世紀初期，物理學家“四大國”同樣擁有最多的天文學家，其中最多的是美國和德國，其次是法國和英國。因此，參與這場驗證廣義相對論的競賽的天文學家也主要來自這四個國家，他們還以大西洋為界形成了歐洲和美國兩個陣營。如果我們從克雷林斯騰在書裏細緻羅列出的觀測數據和數學分析中抽離出來，從弗羅因德利希和愛丁頓這兩個德、英天文學界的代表人物出發，去探究天文學甚至整個科學在宏大時代背景下的狀態和變遷，也許能獲得更多洞見。

這本書聚焦的時間段既是物理學（以及天文學）發生革命性變革的時代（除了廣義相對論，量子力學在這一時期同樣迎來了蓬勃發展），也是國際局勢風雲變幻的時代。第一次世界大戰對歐洲產生了深遠的影響，歐洲此時是科學的中心，科學自然也會置身於這種動盪之中。一場驗證廣義相對論的競賽，不僅發生在天文學界內部，也牽扯到國家之間的和解與對立，這個基調伴隨着整本書的敍事。一個英國觀測隊在“一戰”結束後不久驗證了一個德國人提出的理論，這被認為是和平重回歐洲、甚至理性戰勝野蠻的一個標誌。但與此同時，《泰晤士報》在報道時，稱愛因斯坦為“瑞士猶太人”而回避他是在德國進行研究的事實；而德國科學界在爭取資金開展相關研究時，一個重要理由就是“要由德國人來驗證德國人的理論”，弗羅因德利希籌集資金建設用於進行天體物理學研究的“愛因斯坦塔”就是例子。我們常説“科學無國界，但科學家有祖國”，這段歷史為我們討論科學與科學家是否能夠超越政治、超越國界提供了很好的素材。

20世紀上半葉，世界科學中心發生了轉移，從德國轉移到美國，其中一個標誌性事件就是愛因斯坦從德國前往美國並加入普林斯頓高等研究院，同時期還有一批傑出物理學家跨越大西洋從歐洲前往美國。而在本書中我們可以看到，從20世紀初開始，隨着美國經濟的起飛，政府和民間對科學研究的資助力度加大，天文學領域內就已經出現了這種“轉移”的跡象。

一方面，天文學研究對天文台和望遠鏡有很高的的要求，而美國此時大力興建天文台，很快就趕上並超越了歐洲，具備了發展天文學的物質基礎；另一方面，以喬治·埃勒裏·海爾（George Ellery Hale）為代表的美國天文學家認識到美國天文學界在理論方面的欠缺，用優越的觀測條件積極延攬歐洲的知名學者加入。在這個“轉移”的大趨勢下，美國天文學界逐漸擺脱了暴發户的形象，開始在世界天文學界發揮舉足輕重的作用。

因此在這場競賽中，美國天文學家沒有置身事外，他們先是瞭解了大西洋對岸的研究動態，隨後也投身其中。除了發生在歐洲內部的較量，在大西洋兩岸的天文學界，同樣發生着一場競賽。美國天文學家此次加入“陪審團”，多個天文台成為研究重地，算是為在此後一個世紀裏引領世界天文學研究開了一個好頭。

天文學家組成的“陪審團”在科學的法庭上裁決廣義相對論的命運，但人類理性最光輝的成就在一開始並未獲得一邊倒的支持，只是在不斷的交鋒中，真理越辯越明，“審判”結果也最終得到科學界的認可。其實，所有《愛因斯坦陪審團》的讀者也構成了一個特別的“陪審團”——我們的身份更加多樣，更符合對陪審團組成人員的要求。我們雖然可能沒有能力去檢驗廣義相對論的真偽，卻能借助一份精彩的“科學法庭筆錄”，對科學的本質、科學的發展、科學與社會的關係等議題作出自己的判斷。

本文受科普中國·星空計劃項目扶持

出品：中國科協科普部

監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

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