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第30期解放书单|爱因斯坦为何需要“陪审团”
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来源:上观新闻 作者:江晓原 2024-04-23 06:55
摘要:正是因为相对论缺乏实际应用,所以它需要陪审团。

按照美国的情景,出了诉讼,要审案了,会组织陪审团。陪审团静听控辩双方的律师陈述案情并相互诘难,还要不时传唤人证,察看物证。陪审团的任务是判断被告是否有罪,移用到本书书名的比喻中,就是要判断爱因斯坦的相对论理论是否为真。本书是作者克雷林斯滕在获得博士学位25年之后,对自己当年的博士论文进行补充修订而成的。

现在当然几乎所有的人都同意相对论理论为真,本书作者也没有打算写翻案文章。在这场“庭审”中,作者扮演的角色有时像辩方律师,有时又像旁听庭审的新闻记者,因此作者也陈述了许多“与本案并无直接关系”的故事。这些故事对于履行陪审团义务来说可能是冗余信息,但是对于了解爱因斯坦和相对论理论来说,对于了解那场持续多年的“庭审”过程来说,仍是有益的。

让我们先来思考一个有趣的问题:牛顿和他的万有引力理论需要陪审团吗?答案是不需要。这不仅是因为没有人对万有引力理论发起诉讼,更是因为自问世以来,万有引力理论在无数应用中,已经反复证明了它的正确性。我们在地球上建造的每一幢房屋、每一座桥梁、每一艘船舰,我们发射的每一颗炮弹、每一枚火箭、每一艘飞船……都在证明万有引力理论的正确,所以人们用不着“陪审团”来判断它正确与否。

爱因斯坦和他的相对论却需要陪审团,这是为什么?这听起来像是一个无事生非的问题,对理解本书却很有帮助。

要论实用价值,相对论无法望万有引力理论之项背。

有人将原子弹和核电站当成相对论的实用例证,因为它们符合爱因斯坦的质能公式(E=mc2),实际上这种想法是不成立的。质能公式确实出现在爱因斯坦1905年的论文中,但引发原子弹设想的是卢瑟福1913年发表的原子模型理论。这个设想最早出现在威尔斯1914年的科幻小说《获得解放的世界》中。虽然原子弹和核电站可以用质能公式解释,但一个事件A发生后可以用理论B来解释,并不意味着事件A就必然是理论B的实际应用,这在逻辑上是显而易见的。

正是因为相对论缺乏实际应用,所以它需要陪审团。一个没有实用价值的理论,却企图改变世人已经习惯了至少两三百年的外部世界图像,人们当然会对这个理论是否为真产生怀疑,“学术诉讼”就难以避免了。

“爱因斯坦陪审团”面临的“案情”,主线还是比较清晰的。爱因斯坦的广义相对论预言了两个新的天文现象和一个已知天文现象的新值,这些预言构成了广义相对论的“三大验证”:

1.水星近日点进动的新数值。这个天文现象在牛顿万有引力理论中也已得到描述,但牛顿理论的计算值比实际观测值小了许多,所以多年来天文学家们设想过几种路径来解释这个问题。而广义相对论给出的计算值与实际观测值高度吻合。通常人们认为这个验证没有什么问题。不过因为此事与岁差有关,而且影响水星近日点进动的因素很多,所以认为此事还需“继续研究”的人也不是没有。

2.引力红移。广义相对论预言:引力场中的辐射源射出的光,对远离引力场的观测者会呈现红移(波长变长)。对白矮星的观测证实了这一点,20世纪60年代在地球上的精确实验也证实了这一预言。

3.光线在引力场中的偏折。牛顿万有引力理论中的时空是所谓平直时空,这种时空完全符合我们日常生活中的感受。而爱因斯坦广义相对论的时空,和牛顿时空的根本差别,就是引力场对时空的扭曲——只是在引力场比较弱的情形下,这种扭曲并不会在我们的日常生活中呈现或被感知到。因此广义相对论预言:当远处的恒星光线经过太阳的引力场后,它的方向会发生微小的偏折。

要验证这第三个预言,事情就变得非常复杂和麻烦了——《爱因斯坦陪审团》超过一半的篇幅都耗费在此事上了,大批涉及此事的人证被次第传唤到场,还有许多物证也被作者从故纸堆中翻检出来,作为“呈堂证供”。

我们相信科学还将继续发展。这就直接引导到本书书名的深意了。在司法运作中,陪审团和法官最终判决中所认定的案情被称为“法律事实”。教科书告诉我们,“法律事实”不等于“客观事实”,因为在很多案情中,绝对的“客观事实”是得不到的。

与此相仿,科学共同体最新认定的那幅宇宙图像,被称为“科学事实”。霍金告诉我们,“科学事实”不等于“客观事实”,因为“不存在与图像或理论无关的实在性概念”。从哲学上来说,绝对的“客观事实”同样是得不到的,我们只能在“依赖模型的实在论”意义上来理解外部世界。(作者系上海交通大学讲席教授、科学史与科学文化研究院首任院长)

《爱因斯坦陪审团》

[加]杰弗里·克雷林斯滕 著

潘涛 译

湖南科学技术出版社

栏目主编:顾学文 文字编辑:王一 题图来源:新华社
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