你可能感觉不到自己特别强壮,但如果你是一个中等身材的成年人,你那不起眼的体格内就蕴含着不少于 7 x 10^18 焦耳的潜能——足以用三十颗非常大的氢弹的力量爆炸,前提是你懂得如何释放它并且真的想表达某种观点。每样东西都蕴藏着这种能量。我们只是不太擅长把它释放出来。即使是铀弹——我们迄今为止制造出的能量最强的东西——释放出的能量也不到它如果能更巧妙地释放所能释放能量的 1%。

除其他许多贡献外,爱因斯坦的理论解释了辐射是如何运作的:一块铀如何能够持续不断地释放出高能能量流而不会像冰块一样融化。(它可以通过按照 E=mc² 的方式极其高效地将质量转化为能量来实现。)它解释了恒星如何能够燃烧数十亿年而不耗尽燃料。(同上。)爱因斯坦以一个简单的公式,一下子赋予了地质学家和天文学家数十亿年的奢侈时间。最重要的是,狭义相对论表明光速是恒定且至高无上的。没有任何东西能够超越它。它为我们理解宇宙本质的核心带来了光明(并非完全是双关语)。并非偶然的是,它也通过明确表明光以太不存在而解决了光以太的问题。爱因斯坦给了我们一个不需要它的宇宙。

物理学家通常不太关注瑞士专利局职员的言论,因此,尽管爱因斯坦的论文带来了大量有用的消息,但它们几乎没有引起注意。刚刚解决了宇宙几个最深奥的谜团之后,爱因斯坦申请了一份大学讲师的工作,但被拒绝了;然后他又申请了一份高中教师的工作,再次被拒。于是他回到了他三级审查员的工作岗位,但当然,他一直在思考。他甚至还远未完成。

诗人保罗·瓦莱里曾问爱因斯坦是否随身携带笔记本记录他的想法,爱因斯坦带着轻微但真诚的惊讶看着他。“哦,那没必要,”他回答道。“我很少有想法。”我几乎不必指出,当他确实有想法时,那想法往往是好的。爱因斯坦接下来的想法是任何人有过的最伟大的想法之一——事实上,根据布尔斯、莫茨和韦弗在他们深思熟虑的原子科学史著作中的说法,是最伟大的。“作为单一头脑的创造,”他们写道,“它无疑是人类最高的智力成就,”这当然是赞美所能达到的最高境界。

1907年,或者至少有时是这样写的,阿尔伯特·爱因斯坦看到一个工人从屋顶上掉下来,于是开始思考引力。唉,像许多好故事一样,这个故事似乎是杜撰的。根据爱因斯坦自己的说法,他只是坐在椅子上,引力问题就出现在他的脑海里了。

实际上,爱因斯坦想到的是更像是引力问题解决方案的开端,因为从一开始他就很清楚,狭义相对论中缺少的一样东西就是引力。狭义相对论之所以“特殊”,是因为它处理的是基本不受阻碍运动的物体。但是当一个运动中的物体——尤其是光——遇到像引力这样的障碍时会发生什么?这个问题占据了他接下来十年大部分时间的思考,并导致了 1917 年初一篇题为《广义相对论的宇宙学思考》的论文的发表。1905 年的狭义相对论当然是一项深刻而重要的工作,但正如 C. P. 斯诺曾经观察到的那样,如果爱因斯坦当时没有想到它,其他人也会想到,可能在五年内;这是一个呼之欲出的想法。但广义相对论则完全是另一回事。“没有它,”斯诺在 1979 年写道,“很可能我们今天仍在等待这个理论。”

凭借他的烟斗、和蔼可亲的谦逊态度以及像触电般的头发,爱因斯坦形象太过辉煌,不可能永远默默无闻。1919 年,战争结束,世界突然发现了他。几乎立刻,他的相对论就以普通人无法理解而闻名。正如大卫·博达尼斯在他那本极好的书《E=mc²》中指出的那样,当《纽约时报》决定做一篇报道时——出于某种永远无法不引起惊奇的原因——派遣了该报的高尔夫记者亨利·克劳奇进行采访,这并没有起到帮助作用。

克劳奇完全不知所措,几乎把所有事情都弄错了。在他的报道中,较为持久的错误之一是断言爱因斯坦找到了一家足够大胆的出版商,出版了一本“全世界只有十二个人能理解”的书。没有这样的书,没有这样的出版商,也没有这样一群博学的人,但这个说法还是流传了下来。很快,能够理解相对论的人数在公众的想象中进一步减少——而且必须承认,科学界几乎没有做什么来打破这个神话。

当一位记者问英国天文学家阿瑟·爱丁顿爵士,他是否真的是世界上仅有的三个能理解爱因斯坦相对论的人之一时,爱丁顿沉思片刻后回答说:“我正在想第三个人是谁。”事实上,相对论的问题并不在于它涉及大量的微分方程、洛伦兹变换和其他复杂的数学(尽管它确实如此——甚至爱因斯坦在某些方面也需要帮助),而在于它完全不符合直觉。

本质上,相对论说的是空间和时间并非绝对,而是相对于观察者和被观察物体而言的,并且运动速度越快,这些效应就越显著。我们永远无法将自己加速到光速,我们越努力(速度越快),相对于外部观察者,我们就会变得越扭曲。

几乎立刻,科普作家们试图想出办法让这些概念为普通受众所理解。其中较为成功(至少在商业上)的是数学家兼哲学家伯特兰·罗素的《相对论 ABC》。在书中,罗素运用了一个此后被多次使用的意象。他让读者想象一列一百码长的火车以光速的 60% 行驶。对于站在站台上看着它经过的人来说,这列火车看起来只有八十码长,上面的所有东西也会相应地被压缩。如果我们能听到火车上乘客的说话声,他们的声音听起来会含糊不清、迟缓,就像以过慢的速度播放的唱片,他们的动作看起来也会同样笨拙。甚至火车上的时钟似乎也只以正常速度的五分之四运行。

然而——这就是关键——火车上的人们不会感觉到这些扭曲。对他们来说,火车上的一切都显得很正常。反倒是我们这些在站台上的人看起来奇怪地被压缩和减速了。你看,这一切都与你相对于运动物体的位置有关。

这种效应实际上每次你移动时都会发生。飞越美国,你下飞机时会比留下的人年轻百万分之一秒左右,或者类似的时间。即使在房间里走动,你也会非常轻微地改变自己对时间和空间的体验。据计算,一个以每小时一百英里速度投出的棒球,在飞往本垒板的途中会增加 0.000000000002 克的质量。所以相对论的效应是真实的,并且已经被测量过。问题在于,这种变化太小了,对我们来说,连最微小的可察觉差异都无法产生。但对于宇宙中的其他事物——光、引力、宇宙本身——这些都是有影响的事情。

所以如果相对论的想法看起来很奇怪,那仅仅是因为我们在正常生活中没有体验过这类相互作用。然而,再次引用博达尼斯的话,我们都经常遇到其他种类的相对性——例如关于声音。如果你在公园里,有人在播放恼人的音乐,你知道如果你移动到更远的地方,音乐听起来会更安静。当然,这并非因为音乐本身更安静了,而仅仅是因为你相对于它的位置改变了。对于太小或太迟钝而无法复制这种体验的东西——比如说蜗牛——认为一个收音机能同时让两个观察者听到两种不同音量的音乐的想法,可能看起来不可思议。

广义相对论中所有概念中最具挑战性、最不符合直觉的是时间是空间一部分的观点。我们的本能是将时间视为永恒、绝对、不可改变的——没有任何东西能够干扰它稳定的滴答声。事实上,根据爱因斯坦的理论,时间是可变的、不断变化的。它甚至有形状。它与空间的三个维度以一种奇特的维度——称为时空——紧密结合在一起,“密不可分地相互关联”,用斯蒂芬·霍金的表达来说。

时空通常是通过让你想象一个平坦但柔韧的东西——比如说,一个床垫,或者一张拉伸的橡胶布——上面放着一个沉重的圆形物体,比如一个铁球,来解释的。铁球的重量导致它所在的材料伸展并略微下陷。这大致类似于像太阳这样的巨大物体(铁球)对时空(材料)产生的影响:它拉伸、弯曲和扭曲了时空。现在,如果你在布上滚动一个较小的球,它会试图按照牛顿运动定律的要求沿直线运动,但当它靠近大物体和下陷织物的斜坡时,它会向下滚动,不可避免地被吸引到更大的物体上。这就是引力——时空弯曲的产物。