愛因斯坦為何如此重要？
這位傑出科學家的心血結晶，改變了人類文明，創造的價值難以估計！
撰文／格林恩（Brian Greene）
翻譯／甘錫安
愛因斯坦曾經說過，只有兩樣東西可能是沒有極限的，其一是宇宙，其二是人類的愚蠢。此外他也坦承，自己其實不是很懂宇宙。
我們聽到這句話時，會偷笑一下，至少嘴角會微微上揚，但完全不會反感。原因就是「愛因斯坦」這個名字代表慈祥和藹的智者。可見這位心地善良、髮型奔放的科學天才，他的各種經典形象已經深深嵌入我們的集體文化記憶，包括騎著自行車、伸出舌頭，以及用那雙銳利的雙眼瞪著我們。愛因斯坦已經成為探索智慧的正統與力量的象徵。
1905年，愛因斯坦在科學界聲名大噪，人們稱這一年是他「重要的一年」。當時他在瑞士專利局每天工作八小時，每週工作六天，利用閒暇時間撰寫了四篇論文，改變了物理學的發展。他在當年3月提出：光不是一種波動，而是由稱為「光子」的粒子構成，這項發現奠定了量子力學的基礎。兩個月後，愛因斯坦的計算為原子假說提供了可測試的預測，後來藉由實驗確定，證明物質由原子構成。到了6月，他完成狹義相對論，發現空間和時間具有其他人未曾預測的特質。簡而言之，距離、速度和時間長度，三者是相對的，取決於不同的觀察者。為了總結這個理論，1905年9月，愛因斯坦推導出狹義相對論的結果，這個結果後來成為全世界最著名的方程式：E = mc²。
科學通常以小碎步的方式前進，很少像發佈警報般預告驚天動地的發現。不過這位科學家在一年之內發出了四次警報，具創造性的見解可說無與倫比。極短的時間內，科學界就感受到愛因斯坦的研究成果正在改變科學家對相對性的基礎理解，然而對一般大眾而言，愛因斯坦還沒有成為愛因斯坦。
1919年11月6日，情況開始轉變
愛因斯坦在狹義相對論中提出任何物體的速度都不可能超越光速。這個理論明顯與牛頓的重力理論互相衝突。在牛頓的重力理論中，重力可穿越空間，即時產生影響。由於這個隱約浮現的矛盾，愛因斯坦勇敢試圖改寫已有數百年歷史的牛頓重力，這項工作極為艱鉅，連他的忠誠支持者也認為極難實現。德國科學界泰斗普朗克（Max Planck）曾說：「身為老朋友，我必須勸你放棄……你不可能成功，即使你成功，也不會有人相信你。」愛因斯坦從不屈服於權威，繼續堅持、再堅持，努力近10年之久。
1915年，愛因斯坦終於發表廣義相對論。這個理論以空間與時間中的扭曲以及彎曲為基礎，令人驚奇的嶄新概念澈底改寫重力。依據廣義相對論，地球並非抓住從你手中落下的茶杯，提早結束它的壽命，而是地球使周遭環境彎曲，使茶杯沿時空滑水道下滑，最後接觸地面。愛因斯坦指出，重力顯現在宇宙的幾何結構中。
愛因斯坦提出廣義相對論至今100年來，物理學家和歷史學家拼湊出一致但複雜的廣義相對論誕生過程（參見44頁〈苦思廣義相對論〉）。我很榮幸能以科普文章濃縮愛因斯坦的研究過程，寫下他優雅的舉止和蹣跚的步伐，直到最後登上高峰。然而，細讀他的研究過程不僅完全無法理解愛因斯坦創造性的跳躍，反而為這個理論令人驚奇的創意和讓人折服的美，更增添一層光彩。
1919年11月6日，愛因斯坦完成廣義相對論後近四年，全球各大報大肆報導一項剛剛發佈的天文觀測結果，證實天空中的恆星位置與牛頓定律的計算結果略有不同，但完全符合愛因斯坦的預測。這個結果也成功證實愛因斯坦的理論，使他一夕之間成為偶像人物。他推翻牛頓，並在過程中帶領人類往參透自然界的永恆真相邁進一大步。
更棒的是，愛因斯坦是很好的模仿對象。儘管他躲避聚光燈、嘴巴上說自己強烈渴望獨處，但他知道如何吸引全球目光、注意他神秘卻又重要的權威地位。他會拋出睿智的妙語（例如「我是好戰的和平主義者」）然後樂於扮演茫然的天才中的天才。在卓別林的電影「城市之光」首映會上，紅地毯前的鎂光燈閃個不停時，卓別林對愛因斯坦小聲說了幾句話，大意是「大眾讚賞我，是因為他們了解我，但大眾讚揚你則是因為沒有人了解你。」愛因斯坦很懂得如何扮演這個角色，第一次世界大戰讓人們疲憊不堪，他成了大家全心全意崇拜的對象。
愛因斯坦相對論中的概念（至少是廣為流傳的那個版本）對社會的影響，似乎與其他的文化創舉遙相呼應：詩人喬埃斯（James Joyce）和艾略特（T. S. Eliot）分裂句子、藝術家畢卡索和杜象（Marcel Duchamp）割裂畫布、音樂家荀白克（Arnold Schoenberg）和史特拉汶斯基（Igor Stravinsky）拆散音符，愛因斯坦則把空間和時間由過時的現實世界模型中解放出來。
有些人更進一步把愛因斯坦描繪成20世紀前衛運動的靈魂人物、亟需文化省思的科學泉源。相信大自然的真理形成潮汐，掃去滿是灰塵的陳舊文化，感覺相當浪漫。但我從未看過任何有力的證據，可以證明愛因斯坦的科學與這些巨變有關。對於相對論的錯誤解釋以訛傳訛，甚至掩蓋客觀事實，使大眾對愛因斯坦理論在文化領域抱持許多不合理的期望。奇怪的是，愛因斯坦本身的喜好其實相當傳統：他對巴哈和莫札特的喜好程度高於當代作曲家，而且曾經拒絕接受一件新穎的包浩斯家具禮物，寧可繼續使用飽經歲月洗禮的傳統家具。
我們可以說，20世紀初，許多革命性的概念同時出現，這些概念一定會互相融合。同樣地，愛因斯坦適切證明了：跳脫長久以來的假設，或許可能發現另一片令人驚奇的新天地。
一個世紀之後，愛因斯坦發現的新天地仍然生氣蓬勃、富饒多產。廣義相對論於1920年代催生現代宇宙學，研究宇宙的起源和演化。俄羅斯數學家佛里特曼（Aleksandr Friedmann）和比利時神父兼物理學家勒梅特（Georges Lemaitre）分別運用愛因斯坦的方程式證明宇宙應該正在不斷膨脹。愛因斯坦堅持他靜態宇宙的結論，甚至改寫方程式，加入著名的「宇宙常數」，以確保宇宙是靜止不變的。然而哈伯（Edwin Hubble）後來的觀測卻發現遠方的星系全都逐漸遠離，因此愛因斯坦又改回原本的方程式，接受宇宙正在擴大的說法。宇宙現在正在膨脹，表示宇宙以往較小，也意味宇宙由原始的一個小點膨脹而來，勒梅特稱這個小點為「太初原子」。大霹靂理論就此誕生。
其後數十年，大霹靂理論有長足的進展（目前最廣為接受的版本是暴脹理論），歷經數次修改之後，已經通過多項觀測檢驗。其中有一項觀測發現，近70億年以來，空間不僅正在膨脹，而且膨脹速率越來越快，這項發現獲得了2011年諾貝爾物理獎。這個現象該如何解釋？最佳答案就是在大霹靂理論加上愛因斯坦很早之前就捨棄的宇宙常數。我們從這裡學到了什麼？只要你一直堅持下去，即使是愛因斯坦的錯誤概念，最後也會變成對的（參見56頁〈天才也會犯錯！〉）。
更早從廣義相對論中發展出的見解，源自德國天文學家史瓦西（Karl Schwarzschild）於第一次世界大戰駐紮在俄國前線時進行的分析。當時史瓦西在計算火砲彈道之餘，推導出愛因斯坦方程式的第一個確定解，精確描述太陽等天體造成的時空扭曲。此外，史瓦西的推導結果還呈現出奇怪的現象。任何物體壓縮到極小時（例如太陽壓縮到直徑五公里），造成的時空扭曲可能會極為劇烈，吸入鄰近的所有物體，包括光本身。以現代語言來說，史瓦西發現了黑洞存在的可能性。
當時看來，黑洞似乎有點不著邊際，只是數學上的怪異現象，不可能出現在現實世界。但真正能證明何者正確的是觀測結果，而不是想法，天文觀測資料現在已經確定黑洞確實存在，而且數量相當多。黑洞距離我們太遠，目前無法直接探索，但黑洞對我們而言是不可或缺的理論實驗室。從1970年代霍金（Stephen Hawking）極具影響力的計算開始，物理學家越來越相信，由於黑洞具有極端性質，因此非常適合用於驗證那些進一步拓展廣義相對論的理論，最重要的是把廣義相對論和量子力學融合在一起（參見80頁〈黑洞大考驗〉）。的確，目前爭議最大的議題就是量子過程將如何改變我們對黑洞邊緣（事件視界）以及黑洞內部性質的了解。
以上這些只是為了說明，紀念廣義相對論問世百年的意義，遠不只是回顧這個歷史事件。愛因斯坦的廣義相對論已與目前的尖端研究緊密結合。
當時愛因斯坦是怎麼做的？他如何做出如此龐大且影響如此深遠的貢獻？儘管我們可以否定愛因斯坦是立體主義或無調性音樂的始祖，但由於他的緣故，我們相信一個人在心中努力思考也能揭開宇宙的奧秘。愛因斯坦在社會上是科學家，但他的重大突破都是獨自獲得。這些見解是否源自他的大腦結構與眾不同？源自跳脫傳統的觀點？或是源自頑強且絕不妥協的注意力？或許是。當然，實際狀況沒有人知道。我們可以描述一個人為何擁有某些概念，但重點是形塑想法和見解的影響太多，無法一一分析。
如果拋開誇張的修辭，我們最多只能說愛因斯坦在適當的時間擁有適當的頭腦，解決了一連串的物理學難題。這個時刻十分重要。他發現廣義相對論後的數十年間，貢獻相當豐富但不算極大，說明他為物理學貢獻的重大心智連結已經過去。
由於他的不凡成就以及連綿不絕的智慧遺產，我們迫不及待想問另一個假設性的問題：世界上會不會有第二個愛因斯坦？如果「愛因斯坦」指的是為科學進步提供強大動力的超級天才，那麼答案當然是肯定的。愛因斯坦辭世至今這半世紀以來，確實有這樣的科學家。但如果「愛因斯坦」指的不是運動或娛樂成就的天才，而是因為展現人類心智成就而受全世界景仰的超級天才，那麼這個問題與我們有關，並且與人類文明即將重視的事物有關。
