堂吉訶德·德·拉·愛因斯坦
插圖：Jasu Hu
愛因斯坦與風車的戰鬥
--年輕的物理學家對恩斯特·馬赫的思想的探索
-壹-
當愛因斯坦和米歇爾·貝索見面時，前者還不是我們所認識的愛因斯坦，他只是阿爾伯特·愛因斯坦，一個充滿少年焦慮，喜歡拉小提琴的17歲孩子。而貝索年齡稍長，說是稍長，也不過只是個23歲極富同情心的年輕小夥。
貝索在數學方面有著驚人的天賦。他成長於意大利的裡雅斯特，由於不服從學校的管教被開除，從而不得不和他的叔叔一起生活在羅馬。愛因斯坦和貝索很相似，他當時在瑞士理工學院上學，學校的教授們對他的傲慢自大感到憤怒，開始出於惡意將他拒之門外。
兩人的第一次相遇在蘇黎世。那是1896年的一個星期六晚上，他們都參加了塞琳娜·卡普羅蒂湖邊家中的音樂晚會。那天的愛因斯坦很帥-濃密的黑髮、蓄著鬍鬚、深邃的棕色眼睛，而貝索個子不高，五官窄尖，濃密的絡腮鬍。愛因斯坦看上去很酷，而貝索則很緊張。通過聊天，愛因斯坦得知貝索在一家電機廠工作，貝索也獲知愛因斯坦正在研究物理學。也許那時，他們彼此就已經意識到對方和自己有共同之處—致力於尋求事物的真相。
之後，貝索成了愛因斯坦的助手。正如愛因斯坦所說，貝索是“歐洲最好”的參謀，他總能提出正確的問題激發自己去探索答案，有時他更像是一個搭檔，運用他的數學天賦進行計算並提出建議。
但很多時候，貝索像個十足的傻瓜--愛因斯坦也叫他笨蛋。例如，當他被派去檢查米蘭郊區新安裝的電線時錯過了火車，第二天又忘記了出發，終於在第三天他到達目的地時，卻完全忘記了他應該在那裡做什麼。於是他寄了一張明信片給他的老闆，附言:“請通過電報把任務發過來。”
貝索看起來有點稀裡糊塗，但這並不是因為缺乏聰明才智。愛因斯坦寫道：“貝索最大的優勢是他的才智，以及他對道德和職責的無私奉獻，這也是他最與眾不同之處。而他的弱點是缺乏決策精神--這也就解釋了為什麼他的成就與他的聰明才智及非凡的科學技術知識並不匹配”。
很多時候，貝索還是愛因斯坦的知己--例如敦促他與未婚妻米列娃一起解決問題，或者成為一個更好的父親。當米列娃生病時，貝索替愛因斯坦照顧他的兩個兒子。“沒有人比貝索和我更親近，也沒有人像貝索那樣瞭解我，”愛因斯坦在1918年寫道。
貝索身上有種不可言喻的東西。在接下來的幾年裡，他總是在正確的時間出現--完美的“神機妙算”、遞給愛因斯坦一本書、貌似無意地提出建議，旁敲側擊地激勵著愛因斯坦走上正確的道路。這好像是貝索的一個計劃，他曾經寫道“看著我的朋友愛因斯坦在與偉大的未知作鬥爭，一個巨人的艱鉅工作。我是他的見證者--一個微不足道的見證者--但我這個微不足道見證者被賦予了千里眼”。
但對於那個初次相遇的星期六晚上，這些事都發生在未來。在那以後，他們成了好朋友–最好的朋友。他們聊了好幾個小時。由於愛因斯坦是貝索見到的第一個志趣相投的人，所以他向愛因斯坦遞了兩本書，堅持要他讀。這兩本書的作者是恩斯特·馬赫，也就是這部三人戲劇的最終演員。
-貳-
也許你聽說過恩斯特·馬赫。馬赫1、馬赫2、馬赫3，對，就是那個馬赫。他的名字是一個速度單位，由於他有鬍子，也是一種剃刀的品牌。作為物理學家、生理學家、哲學家，他在每個領域都有一些涉及。
那時的人們可能會在奧地利的鄉村發現年輕的馬赫在仔細觀察著大自然,他全身心地盯著葉子、陰影或雲朵，仔細觀察，以便不出現任何瑕疵，從而建立了眼睛可以使用的技巧分類法。此外，他還收集昆蟲和蝴蝶、測試各種材料的反應--他曾經試圖觀察樟腦是否會燃燒時燒掉了自己的睫毛和眉毛。
但是當他15歲的時候，一個瞬間改變了一切！恩斯特·馬赫寫到：“在一個晴朗的夏日的戶外，我突然意識到世界和我的自我是一個感覺的集合體，只有在自我內感覺才會聯結的更牢靠”。那一刻，他覺得“外面”沒有獨立於自我的現實，同樣“內在”也沒有脫離現實的自我。他越來越確信，意識與物質之間，感知主體與客體之間，不存在什麼真正的區別。“這一刻對我的整個觀點來說是決定性的”他寫道。
從那天起, 馬赫堅決反對任何形式的二元論，即反對“認為外部世界是由大量的物質組成，而思維是由物質之外的東西組成，我們意識世界裡的體驗（主觀）只不過是隱藏在我們內在的現實世界（客觀）的反應”的觀點。同時他逐漸相信精神和物質是由相同的基本成分構成的。
馬赫認為，構成成分不可能是一種物理成分，因為物質不會產生主觀經驗，但也不可能是一種精神成分，因為馬赫確信自我同樣是一種幻覺。結合精神和物質的唯一途徑是假定他們是客觀的原子，而不是主觀的感受，但一些中性的東西，他稱之為“元素”,它在一種配置中將表現為物質實質，而在另一種配置中則表現為非物質狀態。
他提到：“精神和肉體之間是統一的，不存在內在與外在，也沒有與感覺不同的外部“事物”所對應的”；“只有一種元素，這些假定的內在的和外在的東西都是從這種元素裡形成的--這些元素本身就是內在或外在的，這是根據它們目前所被觀察到的方面來決定的”；這些元素“構成了真實的、直接的、最終的基礎”。
馬赫的觀點--後來被稱為“中性一元論”--要求現實的每個方面，從物理對象到主觀感覺，都必須是純粹相關的，這樣的東西是否是“意識”或“物質”完全取決於其與其他元素的關係，而不是由任何固有的東西所決定的。這是一個激進的想法，但似乎是可行的。畢竟科學是建立在測量的基礎上的，馬赫說：“測量的概念是一個關係的概念”、“例如，我們所說的長度或重量，實際上就是一個物體和尺子，或一個物體和刻度之間的關係”。
於是，馬赫開始意識到，如果我們可以僅根據可衡量的內容來重寫科學，那麼世界就可以完全是聯繫的，也是相對的 ，且思想和宇宙最終可以統一。這將需要一種新的物理學！
-叄-
1904年，《堂吉訶德》已成為愛因斯坦最喜歡的書之一。兩年前，失業的愛因斯坦在報紙上刊登了一則廣告--“提供每小時三法郎的物理輔導”。一位名叫莫里斯·索洛文的哲學系學生出現在他家門口，兩人立即一刻不停地談論起物理學和哲學，卻完全忘記了還有作業需要輔導。很快，數學系學生康拉德·哈比希特也加入了對話。這三個不受世俗陳規束縛的年輕人組成了一個專為自命不凡的墮落之人而設的讀書會，他們閱讀哲學和文學作品並展開討論，有時甚至邊抽菸、邊吃著垃圾食品地討論到凌晨一點。他們每週會有好幾個晚上聚在一起，為了嘲弄古板的學術界，他們稱自己為奧林匹亞學院。
那時的貝索正在裡雅斯特做工程顧問，他一有機會就會參加讀書會。作為愛因斯坦最親密的朋友，他被任命為學院榮譽院士。在貝索的影響下，讀書會成員開始閱讀討論馬赫的書籍和思想。
1904年，愛因斯坦在伯爾尼的專利局找到一份工作，他順便也給貝索謀來一份差事，這樣他們就可以並肩工作。晚上他們會繼續讀《堂吉訶德》，這本書引起了愛因斯坦的強大共鳴--後來，當他的妹妹瑪雅彌留之際時，愛因斯坦還讀這本書給她聽。至於那些讀書會的成員們，他們也沒有意識到貝索何時成為了愛因斯坦“桑丘·潘扎”的。每當索洛文和哈比希特離開後，剩下愛因斯坦和貝索一起從專利局回家，他們會一路討論空間和時間的本質及馬赫的思想。
關於這些便士的思考：在廣義相對論中，每個觀察者的時空看起來是平坦的，就像這些硬幣的表面。而且，在沒有重力的情況下，所有時空也確實是平坦的（左）。但當觀察者開始參照時空彎曲的世界觀時，便士並沒有排成一列-他們的座標系也沒有對齊。由此，該小組可以推導出獨立於任何時空的時空特徵。（圖文：漢娜K.李）
馬赫統一物質與精神的計劃是要求將世界的每個點都絕對性的被賦予相對性。那樣還存在一個頑固的難題：根據物理學，所有運動都是相對於絕對空間定義的，而絕對空間並不是相對於任何東西定義的，它只是存在的被自我定義的，就像現實的地基一樣不可動搖。馬赫瞭解並且很苦惱於這個障礙。他批評牛頓的“絕對空間的概念怪異性”，即空間本身就是一個物體的概念。但是如何繞過它呢？
長久以來，一直困擾著愛因斯坦的是，所有試圖確定觀察者相對於絕對空間是否處於靜止狀態的嘗試均以失敗告終。對於他能想到的每個實驗，都像故意似的隱藏著任何關於絕對運動的證據。如此徹頭徹尾的“陰謀”使人們懷疑絕對空間根本就不存在，其中就包括愛因斯坦。
在馬赫的影響下，愛因斯坦曾試圖假設：運動不是通過參考絕對空間來定義的，而只是相對於其他運動的定義。不幸的是，物理學定律似乎暗示了另外的情況，尤其是電磁定律。無論觀察者的參考系如何，光都必須以每秒300000公里的速度傳播。但是，如果所有運動都是相對的，則光的運動也必須是相對的，即在一個參考系中以每秒300000公里的速度行進，而在另一參考系中以其他速度行進。這是公然違反電磁定律的。
於是愛因斯坦去見貝索，一見面就表示：“今天我們一起解決這個問題！”他們從各個方面進行了討論，愛因斯坦中途曾想過放棄，但還是堅持了下來。
愛因斯坦去找貝索。“謝謝！”他說，“我已經完全解決了這個問題”。之後還不到5個星期，愛因斯坦的狹義相對論就完成了。
在那次決定命運的談話中，貝索說了什麼神奇的話？他似乎讓愛因斯坦想起了馬赫的中心思想：測量的概念是一個關係的概念。
愛因斯坦和貝索討論了一個問題--我們比較哪兩個量來測量時間。“我們對時間的判斷總是同時發生的”愛因斯坦意識到，“例如，如果我說那列火車7點到達這裡，我的意思就是我的手錶指針指向7點和火車到達是同時發生的”。
但是如何知道兩個事件是同時發生的呢？也許你站著不動，並且恰好同時看到兩個遠處的燈閃爍。看到他們是同時的。但是，如果你一直在移動，該怎麼辦？如果你碰巧朝閃光燈A的方向移動並遠離閃光燈B，則你會首先看到A發生，因為B的光會花更長的時間才能到達你。
同時性不是絕對的，觀察員在的地方沒有“現在”。時間是相對的，空間也一樣！
此時愛因斯坦才恍然大悟:所有的觀察者都能看到光以每秒300000公里的速度運動，而不管它們自身的運動狀態如何，光的速度是一種在給定時間內所經過距離的度量。但是時間的變化取決於你的運動狀態，所以即使你相對於光運動，時間本身也會精確地慢下來，足以讓你以麥克斯韋方程要求的速度來測量光速。
愛因斯坦1905年發表的論文《論運動物體的電動力學》，向全世界介紹了相對論。在相對論中，時間和空間可以減慢和拉伸，以解釋觀察者的相對運動。該書沒有任何引用，但在結尾表示:“總之我想說，在處理這些問題時，我得到了我的朋友和同事貝索無私的幫助，感謝他的幾個有價值的建議！”
愛因斯坦很自豪地把自己的研究成果交給了馬赫，當馬赫對他的成果表示贊同時，愛因斯坦幾乎有點頭暈目眩。“你友好的來信給了我巨大的快樂”愛因斯坦回答說，“我很高興你對相對論滿意……再次感謝你的友好來信，我仍然是你的學生，愛因斯坦。”
然而，要使馬赫的設想得以實現，愛因斯坦還有很長的路要走。問題是，狹義相對論只對以恆定速度運動的觀察者相對化運動。加速觀察者--那些改變速度或旋轉的觀察者--的問題要棘手得多。在狹義相對論中，沒有辦法將伴隨加速度而來的力歸咎於相對運動。絕對空間的概念被迫留了下來。
1907年，愛因斯坦取得了突破。之後他也表示這是他一生中最快樂的想法:在空間的小區域，觀察者無法分辨他是在加速還是在引力場中處於靜止狀態，這就表明有可能一勞永逸地消除加速度的絕對性質和絕對空間。引力似乎是使所有運動相對的潛在因素，正如馬赫所希望的那樣，該結論給了引力的本質一個全新的意義--一個加速的觀察者穿過時空的路徑會沿著一條曲線，所以如果加速度等同於引力，那麼引力就是時空的曲率。愛因斯坦深知將自己的廣義相對論付諸實踐還需要一段時間，但他知道方向是正確的。
愛因斯坦很興奮地給馬赫寫了一封信，告訴他自己的進展和最新論文的發表。他說，一種新的引力理論正在研究中，一旦他能證明它是正確的：“你對力學基礎的富有靈感的研究……將得到極好的證實”。換句話說:我已經做了你想做的。他在1915年發表了廣義相對論，次年馬赫便去世了。
愛因斯坦寫了一篇長長的感人的訃告，熱情洋溢地讚揚了馬赫的科學遠見。正如愛因斯坦所寫的，它的中心思想是:“物理學和心理學的區別不在於它們研究的對象，而在於它們之間的秩序和聯繫”。他認為馬赫本人即將提出相對論，並帶著明顯的欽佩和純真語氣寫道，馬赫“直接和間接地幫助了我很多”。
然而，這是愛因斯坦的思想和馬赫的哲學思想之間關係的頂峰。最終，愛因斯坦否定了他這位導師的純粹相對論，甚至與他的“桑丘”決裂。這一切都始於一件最不可能發生的事:馬赫的遺言。
-肆-
在1921年，馬赫的書《物理光學原理》在他死後出版，該書的序言是大約1913年由馬赫親自寫的，就在愛因斯坦給他寄去關於廣義相對論的早期論文之後不久。
馬赫寫道:“我被迫收回我對相對論的看法，這可能是我最後一次機會了”；“從我收到的出版物中，特別是從我的信件中，我得知我正逐漸被視為相對論的先驅……我必須堅決否認自己是相對論的先驅……”。
馬赫很可能看到了愛因斯坦後來才承認的東西--所謂的廣義相對論並沒有那麼的名副其實。廣義相對論是一項史無前例的智力壯舉，但它並沒有像馬赫所夢想的那樣，讓一切都變得相對。在這個理論的最後版本中，加速度和萬有引力之間的等價性，似乎使所有的運動都是相對的，結果卻只適用於無窮小的空間區域。將局部區域拼湊成一個大的宇宙，會在邊緣產生失調，就像圓地球上的平瓦片。這種錯位揭示了時空的彎曲--一種不能僅僅通過改變視角就能改變的全局幾何結構。每個地方--一個自我協調的、相對的世界--最後都變成了一個巨大的四維冰山的一角，永遠隱藏在人們的視線之外，並且不是相對的。
對愛因斯坦來說，這一定是一種不安的感覺--看著他的理論越滾越大，卻與他背道而馳，且證明了他當初想要反駁的東西。問題是，根據該理論，時空幾何並不是完全由宇宙中物質的分佈所決定的，因此，即使你移除了所有可見的東西，仍有一些額外的成分--時空本身--是動態且絕對的。它在物質世界和精神之間製造了一道不可逾越的鴻溝，在它的現實主義立場中，吸引了一絲純粹的信仰，甚至是神秘主義的氣息--一種四維基礎的信仰，一種描繪現實的圖紙，儘管圖紙本身是不能被看見的。
愛因斯坦在發表《廣義相對論》之後的幾年裡，繼續推動馬赫的觀點，完全否認自己的理論與之相悖的事實。他想盡一切辦法把他的理論塑造成馬赫哲學的形式--加上一個宇宙常數，使宇宙有限但無界--但它就是不合適。他說:“堅持馬赫原則的必要性並不是所有同事都認同的，但我覺得完全有必要去實現它。”
所以，當愛因斯坦第一次讀到馬赫的序言時一定很痛苦。1922年，馬赫的序言出版後不久，愛因斯坦在巴黎的一次演講中發表了評論，從中我們可以感受到他的沮喪。愛因斯坦痛苦地說馬赫是“一個卓越的哲學家”，但卻是一個“可悲的哲學家”。他將不再宣稱自己的理論是馬赫的相對主義。到1931年，他徹底拋棄了馬赫的觀點，他寫道“相信外部世界獨立於感知主體是所有自然科學的基礎”。當被問及如何相信感官體驗之外的事物時，他回答說:“我無法證明我的觀念是正確的，但那是我的信仰”。1954年，也就是他去世前一年，愛因斯坦表示:“我們不應該再談論馬赫的原則了。”
馬赫從來不知道，也不可能知道他真正的追隨者從來不是愛因斯坦，而是貝索。
-五-
貝索，那個被賦予了千里眼的“侏儒”目擊者，準確地看到了愛因斯坦離開馬赫後不久將把他引入歧途的地方:量子力學領域。
當愛因斯坦因馬赫拒絕相對論而陷入困境時，物理學世界被量子理論所震撼，愛因斯坦發起了一場革命，卻拒絕加入。當他與絕對時空--一個絕對的現實--和平相處時，量子力學使世界變得更加相對，該理論認為，只能根據給定的實驗來定義測量的結果：電子可能是相對於一種測量設備的波，而粒子是相對於另一種測量設備的波。用尼爾斯·玻爾的話說，該理論的目的是“儘可能地追蹤我們經驗的多種方面之間的關係” 。關係！僅此而已，換句話說，量子理論從愛因斯坦中斷的地方繼承了馬赫理論，這一點波爾和貝索都很快強調了。
當愛因斯坦抱怨同事的工作時，他對貝索開玩笑說:“我騎著馬赫可憐的馬累壞了”。貝索回答說，“即使馬赫的馬小，我們也不應該侮辱它;難道不是他載著我們通過相對論的地獄之旅嗎？在討厭的量子下，它可能會帶著堂吉訶德·德·拉·愛因斯坦度過這一切！”
“我不反對馬赫的小馬，”愛因斯坦回答說，“但你知道我是怎麼想的嗎？它不能再產生任何有價值的東西了。”
事實是他對隱藏於現實的信念已沉睡多年。在他4、5歲，還是個小男孩的時候，他的父親來到他的床邊遞給他一個指南針，愛因斯坦拿著指南針，發現自己嚇得發抖。針被某種看不見的力量往北拖著抖動，這讓他感到“一定有什麼東西深藏在事物背後”。現在他又在廣義相對論的數學中瞥見了它。有了馬赫的肯定，他兒時的那種敬畏之情又回來了。當貝索試圖把他引向馬赫，轉向量子時，愛因斯坦責備他的忠實隨從:“看來你沒有認真對待現實的四維性”。
愛因斯坦被重新塑造成一個年輕的反偶像主義者，他接受了馬赫的觀點，並堅持自己的觀點，儘管他有自然的現實主義傾向，但他還是決心創立一個純粹相對論，這是貝索在推動的嗎？隨從操縱了他的主人嗎？在短篇小說《桑丘·潘扎的真相》中，弗朗茨·卡夫卡認為這種逆轉，實際上是塞萬提斯故事的關鍵。卡夫卡寫道，堂吉訶德是桑丘·潘扎自己創造的，是為了實現潘扎自己無法面對的內心願景而創造的另一個自我。貝索在給愛因斯坦的信中寫道：“我欠你一個科學的總結，如果沒有我們的友誼，我將永遠不會獲得。至少，在不耗盡我個人力量的情況下是不會得到的”，貝索表達了自己的感激之情。可惜這個科學的總結是不完整的--貝索引導愛因斯坦去倒水，但去沒能成功讓他喝下去。
貝索從未放棄引誘愛因斯坦回到馬赫相對論。但是堂吉訶德已經永遠地放棄了騎士身份，讓桑丘獨自去抵禦風車。在新澤西州的普林斯頓，愛因斯坦坐在一張凌亂的書桌前，與現實作鬥爭，而物理學則在沒有他的情況下繼續前進。在瑞士日內瓦的大學數學圖書館中，貝索的鬍子現在隨著時間而變白，他彎腰坐在自己的書堆上，一個人安靜地，低調地工作著……
作者: NautilusMag
FY: 不想讀文獻的漢子
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處
