经典力学与电磁理论不协调？

19世纪末的物理学家可以骄傲地指出此前物理学界已取得的两大成就：牛顿的经典力学（17世纪创立）和由苏格兰理论物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于19世纪60年代创立的电磁理论。在物理学界，上述两大理论中的任何一个，都堪称其所处时代的不朽丰碑。麦克斯韦发现了光的本质，并将其与早已发现的电和磁现象联系起来。他预测了电磁波的存在，其“速度几乎接近光速”。他指出，“似乎我们有充分理由认为，光本身……就是一种波形式的电磁振荡。”而单从其方程组来看，麦克斯韦揭示了一个存在于自然界中的新常数——光速。

牛顿和麦克斯韦的理论精准地预测了随后大量实验的结果，以至于很多人认为，在相关领域几乎没有可供研究的题目了。1874年，在剑桥大学卡文迪许物理实验室建成仪式上，麦克斯韦发表了讲话，他说：“留给科学家们的唯一任务……或许是把这些计算精确到小数点后多少位。”

时间到了19世纪90年代。一位颇具好奇心的学习物理的德国学生认为，好像有些地方出错了。当他将这两种理论放在一起时，感受到了某种程度的不协调。他的怀疑还涉及许多复杂情形，如：是什么替代了曾经的“以太”，填满了宇宙空间？光又是如何穿透这种物质的？但是，令年轻的阿尔伯特·爱因斯坦困扰的核心问题是，在处理空间和时间上，两大物理学理论似乎并未遵循同一套规则。尽管他当时只是一名学生，却充满了挑战权威的勇气。爱因斯坦肯定地说，把牛顿力学与麦克斯韦电磁学联系起来的主流理论——电动力学，“是不正确的，应该有一种更简洁的表达方式”。他渴望使两大理论彼此协调。

这对爱因斯坦来说并非突发奇想。对这一问题的思考可追溯至他的青少年时期。在爱因斯坦的自传笔记中，他回忆自己曾陷入对类似问题的沉思中：如果一个人以光速移动，会看到什么？会观察到那些像波浪般停滞在面前的电磁波吗？“这样的事似乎不会发生。”他记得自己当时的想法，那时的他大约16岁。根据牛顿理论，你可以追得上光，就像一场接力赛中的两个运动员；但根据麦克斯韦的理论，那不一定。科学家试图通过实验测量光在类“以太”的物质中的传播速度，但实验 结果证明，光速始终是恒定的，人根本不可能追上光。

经过几年对这个问题时断时续的思考，爱因斯坦终于找到了解决问题的办法。不止于此——并没有涉及深奥的理论，仅仅通过一些最基本的假设，他就解决了问题。1905年，爱因斯坦发表了那篇后来被称为“狭义相对论”的划时代的论文。这篇论文优美而简练，所有的假设都基于19世纪或20世纪早期物理学家熟悉的物理学理论。事实上，有些物理学家也在思考着同样的问题，并已十分接近答案，但均无法获得最后的突破。爱因斯坦独具匠心之处在于，他提出了一套全新的时间和空间概念——一切由此豁然开朗，牛顿和麦克斯韦之间的不协调如冰雪般消融了。

狭义相对论认为，对于静止和匀速运动这两种参考系，物理学的所有定律，无论是力学定律还是电磁学定律，都应该是适用的。在学校里学过牛顿物理学的人都知道，我们站在一列以160千米／小时匀速前进的列车上向上抛球，和站在运动场上向上抛球，两球的运动行为是相同的。爱因斯坦希望这种一致性对于电磁学也同样适用。但是，根据电磁学理论，在任何地方，无论是在迅疾前进的列车上，还是静止的运动场上，光的传播行为并无二致——就像已测量到的那样，同样以299792千米／秒的速度传播。由此可见，在变速环境中，光的速度并没有如牛顿经典力学预期的那样产生叠加。怎么会这样呢？基于此，“（我们）引入另外一个假设……”在1905年的论文中，爱因斯坦这样写道，“在真空中，光总是以一定的速度传播。光速 c 与发光体的运动状态无关。”

这是一个似乎合理的假设。该假设对于低速情形并无明显影响，只有当相对速度极高时，影响方才显现。让我们做如此设想：一艘宇宙飞船以接近光速的速度飞离地球，那么此时，根据常识你可能会认为，宇航员就像掠过地球的光束那样快速地飞行——如果他们飞得再快一点，甚至能超过一束光；由于他们在快速飞行，光速相对于他们的速度可能会小一些。爱因斯坦也曾如此思考过，然而事实并非如此。就像我们在地球上测量到的一样，飞船上的宇航员测得的光速仍然是299792千米／秒。

这种情形初看匪夷所思，但是，这不过是惯有的空间和时间观念阻碍了我们的思维。在日常生活中，我们和牛顿以及所有牛顿之前的古代哲学家一样，都认为空间是一个永恒不动的空盒子；在这个包围着我们的固定的空间里，是我们在动，或者不动。

我们也同样认为，有一台宇宙时钟，以相同的方式为宇宙中的所有居民计时。整个世界，从宇宙的一端到另一端，无论身处何地，无论发生何事，所有事件都遵从这个宏大的宇宙计时器。

宇宙飞船上的时间要比地球上的慢？

但是，天才的爱因斯坦意识到事情并非如此。那些快速移动中的宇航员怎么可能像我们在地球上一样，测量到相同的光速呢？但如果我们承认时间不是绝对的话，这个看似矛盾的问题就有望得到合理的解释。时间，好吧，是相对的。“速度”（单位：千米／秒，米／秒）一词涉及对时间的追踪，宇航员和地球上的人并不享有共同的时间标准。这是爱因斯坦的天才闪光点。因而，牛顿的宇宙时钟归根结底是一个精心雕琢的面具，它掩盖了时间的本质。

既然在真空中没有什么比光的速度更快，那么，在时间问题上，处于不同参考系的两位观察者也就无法达成一致意见。光的既定速度造成两位观察者的手表在时间上不可能完全同步。爱因斯坦发现，被距离和移动分隔开的观察者们对宇宙事件发生的时间意见不一致。

这种不一致还会导致其他后果。随便想想，就知道地球上的人和宇航员不会同意彼此的测量结果。质量、长度和时间都会因测量者的参考系不同而发生变化。从地球上看那艘迅速远去的飞船上的时钟，你会看到它的时间走得比在地球上慢一些。你还会看到宇宙飞船在它的运动方向上缩小了。但是，飞船上的人感觉不到自身和时钟的变化，当他们回过头来看迅速后退中的家园时，会看到地球上的物体同样缩小了；他们还会发现，地球上的时钟变慢了。我们与飞船上的人彼此测量的相对结果是相符的。无论两个观察者是相向运动还是反向运动，都会彼此观察到空间的收缩和时间的放缓。时间和空间在两个参考系里存在差异，而这种差异在彼此各自的环境中，却足以保持光速的相同。一旦宇航员从地球出发，从某种意义上说，就会进入到与地球人不同的、只有自己才能体验到的“小环境”里。我们不再享有相同的世界观，唯一可以达成一致的是光在真空中的速度，这是一个宇宙常数。

摒弃了绝对的时间观，绝对空间的概念也就不需要了。直觉告诉我们，太阳系是静止不动的，是宇宙飞船在某种不动的空间容器中疾驰而去。但这种直觉是错误的，不存在这样的空间实体。事实上，我们也可以认为宇航员没有动，是地球在飞离远去。既然如此，以太概念就纯属“多余”，爱因斯坦写道。他说，有了这个新观点，物理学家不再需要“由某种特殊物质填充的‘绝对静止的空间’了”。以太曾经为物理学家提供了独特的参考系，它标志着绝对的、普遍的静止状态。然而，这种飘缈的物质一直都是虚无的。“对我，还有其他很多人而言，这篇论文的激动人心之处不在于它的简练与完整，”物理学家马克斯·玻恩在狭义相对论发表50周年的庆典上说道，“而是对艾萨克·牛顿业已建立的哲学系统、传统的时间与空间观念进行的无畏挑战。”

曾是爱因斯坦老师的数学家赫尔曼·闵可夫斯基，睿智地觉察到爱因斯坦的新理论中更深层的美。基于良好的数学素养，闵可夫斯基意识到，可以用几何模型解释狭义相对论。他指出，爱因斯坦的理论在本质上把时间变成了第四维度，将时间和空间合并为一个单一的实体——时空。我们可以认为时空是一系列堆叠在一起的快照，描摹着空间在秒、分钟、小时等时间单位上的变化。只是现在快照融合在了一起，成为一个连续的整体。从维度上看，时间就像空间的又一个组件。速度被定义为距离除以时间，如果光行走的距离缩短了，时间也必须慢下来，以保持比率不变，这是光速不变的结果。时间和空间，两者不可避免地要联系在一起。闵可夫斯基在1908年发表了著名的演讲：“从此，孤立的空间和单纯的时间注定消隐为过去，只有两者的统一体才会走进鲜明的现实。”

闵可夫斯基还机敏地意识到，尽管在不同的情形下，不同的观察者可能对事件发生于何时何地意见不同，但他们会在时空的组合上达成一致。在一个参考系中，一个观察者可以观测到两个事件之间确定的距离和时间间隔；在另一个参考系中，另一个观察者也许会观测到更多的空间或更少的时间；但在这两种情形下，他们会发现，总的时空间隔是相同的。最基本的量不再是单独的空间或单独的时间，而是在长度、宽度、高度和时间所有四个维度上的同时组合。

爱因斯坦不是数学专家，并未立即意识到闵可夫斯基几何模型的价值。当他初次知道闵可夫斯基的想法后，宣称抽象的数学模型是“平庸且多余的学问”。这是因为，对他来说，闵可夫斯基的新颖构想似乎并未在他精心创立的物理学说上增加任何附加价值。但他不久之后就改变了主意。

狭义相对论之所以被称为“狭义”，是有据可查的。它只适用于一种受限制的运动：匀速运动。这个范围相当狭窄。因而创立这个新理论后不久，爱因斯坦决定将其范围扩展到适用于所有类型的运动，包括那些离我们远去的事物的变速运动——无论这种运动是什么类型，是放慢了速度的、扭曲的抑或转向的。爱因斯坦说，与一个更为广义的相对论相比，狭义相对论是“孩子的把戏”。前者将会覆盖其余所有类型的运动，特别是引力引起的加速运动。

狭义相对论发表后，爱因斯坦声名鹊起，令他以前的一些老师们惊叹不已。学生时代的爱因斯坦经常抱怨教授们的课程乏味无聊，这令教授们不悦，也使他很难毕业后在学术界谋得职位。因此，作为一名初级审查员，爱因斯坦在瑞士专利局开始了自己的职业生涯。事实上，他觉得专利局的工作很充实。甚至在回忆中，他认为这7年是他一生中最快乐的时光。在专利局工作期间，爱因斯坦写出了首批重要的论文（包括狭义相对论和一篇关于光电效应的论文，他因后者获得了1921年诺贝尔物理学奖）。有了这些论文的发表，爱因斯坦作为物理学家的地位大幅提升。1909年离开瑞士专利局后，他接受了苏黎世工业大学和布拉格大学的系列聘任。1914年，当爱因斯坦搬迁到柏林，被聘任为颇具声望的柏林大学的教授，并当选为普鲁士科学院院士时，可谓到达职业生涯的顶峰。虽然，那时的生活并不平静——有教学的重任，经历了一段失败的婚姻，还受到第一次世界大战的侵扰，但爱因斯坦仍然开启了一场智慧之战——构建广义相对论。爱因斯坦试图以相对论之光重塑牛顿的引力定律，并致力于解决此过程中遇到的所有问题。这一战就是近十年。

如果一个想法在一开始不是荒谬的，那它就是没有希望的。

——阿尔伯特·爱因斯坦

爱因斯坦并没有直奔牛顿的那些方程式，把它们批得体无完肤，这根本不是他的风格。他所做的首先是思考——冥思苦想。爱因斯坦知道，他需要先建立一个能够与我们对周遭世界的感知相匹配的理论框架。他在头脑里上演各式各样的风暴，看看这些想法会导向怎样的结果。“就像一个孩子用各种色彩的积木搭建房子一样，”科学历史学家吉恩·艾森斯塔解释道，“爱因斯坦仅从几套原则入手，将这些概念模块或理论要素以不同的方式互相替换、移动、压缩、整理，就这样，他用这些作为砖块，宏伟的理论大厦便平地而起。”

爱因斯坦首先意识到，匀加速运动时我们感受到的（惯性）力与控制着我们的重力是同一种力，并且性质相同。用物理学术语讲，重力和匀加速运动时的（惯性）力是“等效的”。在地球上被重力向下拉和在一辆加速前进的小汽车上被向后拉没有区别。为了得出这一结论，爱因斯坦想象，在遥远的外太空中有一个没有窗户的房间，如魔法般一直持续向上加速。由于不能通过窗户向外观察，所以房间内的人无法确定自己是否置身于太空之中。由于持续的加速，房间内所有人都会感觉到脚踩在地板上的力。你感觉到自己的体重，可以像在地球上那样轻松而安静地站在房间里。神奇加速的太空电梯和把你固定在原地的地球引力场，两者是等效系统。爱因斯坦认为，物理定律对于两种环境下（太空加速运动中的房间里和地球引力作用下）的人的状态的预测，事实上恰恰一致，这意味着，重力和加速度（引起的惯性力）在某种方式上是等效的。

为了解决问题，爱因斯坦在头脑中进行无拘无束的想象中的实验，这些实验带来了一些有趣的结果。如果观察在加速运行的太空电梯中的一个人向外扔出的球，球的运动路径就会出现在你面前。当电梯向上移动时，球会在外面划出一条向下的曲线。光束也会如此。但由于加速度（引起的惯性力）和重力有相同的作用，爱因斯坦认为，光也应该受到重力的影响。光在经过一个像太阳这样巨大的引力体时，会被吸引而变弯曲。正是附近的大质量物体，导致光束的路径变得弯曲。

受强大的直觉所驱使，1911年前后，爱因斯坦沿着这些想法更为急切地前进。那时候，他开始确认钟表会在引力场中慢下来。狭义相对论已经论述过，一个运动中的钟表会走得更慢。现在，爱因斯坦指出，处于引力场中的静止状态的钟表也会变慢。这是物理学家从未想到过的。他说，一个在空荡荡的太空中的钟表会比在地球重力拖拽下的钟表走得快一些。

爱因斯坦也逐渐认识到，他最终的方程式很可能要采用“非欧几里得几何”的方式来表述。这里说的非欧几里得几何不同于小学或初中课本中有基本公理的欧几里得几何。欧几里得几何是由著名的古希腊数学家欧几里得于公元前3世纪创立的。在欧几里得几何中，空间是各向同性的，完全平坦的，永恒不变的。但爱因斯坦慢慢意识到，引力会导致空间的弯曲——更准确地说，是时空的弯曲。首次将时空概念引入相对论的人是闵可夫斯基，但爱因斯坦当时轻率地否定了这个说法。再次面对闵可夫斯基对狭义相对论的数学看法以及其创造的“平庸”的四维模型，爱因斯坦最终心生感激和歉疚。如果没有闵可夫斯基的贡献，“广义相对论可能会僵在极其幼稚的状态”。爱因斯坦对自己之前的出言不逊不无懊悔。不幸的是，闵可夫斯基没有听到这句道歉。1909年，他死于阑尾炎，终年44岁。

广义相对论首胜：水星轨道额外进动43角秒

到了1912年夏天，爱因斯坦终于决定采用适当的数学形式来表述自己的新猜想。由于不懂非欧几里得几何，他请求数学家、大学时代的朋友马塞尔·格罗斯曼帮助自己，以应对这种错综复杂的新型数学。“格罗斯曼，”爱因斯坦刚到老朋友在苏黎世的家时就喊道，“你一定要帮我，否则我会疯的。”爱因斯坦选对了人。正是格罗斯曼向爱因斯坦提议，他的理论最适宜于用一种特殊的几何语言——黎曼几何来表达。这种几何语言最初由德国数学家波恩哈德·黎曼于19世纪50年代创建，后来由德国和意大利的几何学家进一步发展并完善。爱因斯坦于1914年搬迁到柏林后继续自己的研究，并对狭义相对论进行了大刀阔斧的修改和调整。在此期间，他已在研究中采用了格罗斯曼向他推荐的黎曼几何。

爱因斯坦的进展很缓慢。次年，他变得越来越沮丧。他当时的理论还不能准确地解释水星轨道的特殊进动。通过早期对广义相对论的思考，爱因斯坦知道，新的引力理论必须能解释这种进动。

为什么呢？我来解释一下吧。水星是一颗距离太阳大约5800万千米的行星，它围绕着太阳旋转，这和其他所有行星一模一样。然而，行星们的运行轨道并不是完美的圆形（根据开普勒的发现），而是呈椭圆形。考虑到这一点，你可以把行星轨道想象成一个被拉扁的圆环。这个圆环离太阳最近的点被称为“行星的近日点”，它会随着时间的推移而发生变化。水星的近日点每百年向前移动574角秒（约为轨道周长的0.04%）。这种微小的进动主要是水星与其他行星互相作用的结果，也就是说，其他行星的引力合力改变了水星原有的轨道，但这个因素只占其中的531角秒。其余的43角秒（据今天所测量到的）原因不明，天文学家时过多年仍未能揭开其神秘面纱。牛顿定律虽不能解释这个难题，但至少给出了太阳系的结构。水星轨道的特殊进动使得一些人推测，金星可能比先前认为的更重，或者水星有颗微小的卫星。最流行的解决方案是，还有一颗行星比水星更接近太阳，它被称为“火神星” ，是这颗行星的引力对水星的轨道发生了作用。甚至有人报告说，他们观测到了火神星，但没有一例报告是真实可信的。

爱因斯坦试图用广义相对论解释水星轨道那个额外的小引力推动问题，一次性终结一切。他的方程早在1915年初就已建立，当时这个方程预测的水星轨道额外进动值是每百年18角秒，但后来人们测量到的需要确认的额外进动值是这个值的两倍多。爱因斯坦在沮丧之余，着手复查以前的演算过程。就在那时，他注意到，他与格罗斯曼早先一起推导的一个计算步骤有误。这个有误的算法曾被他们两人放弃，但爱因斯坦考虑重新启用这种算法。他开始修改方程。在修改的过程中，他还发现了早期的另一些错误。多年来的辛苦和烦恼即将结束。

他的主要成就是在1915年11月取得的。在11月的每个星期四，他都会向普鲁士科学院汇报他的研究进展。11月11日，在第二次向科学院提交报告后不久，他就取得了突破。在那个星期，他终于成功计算出水星轨道的额外进动值。后来他写信给一个朋友说，看到这个结果，他的心都要跳出来了：“我那几天简直欣喜若狂。”这是广义相对论的第一次成功应用，与现实世界实现了完美对接。除此之外，爱因斯坦的新方程还预言，星光经过太阳时会发生偏折，偏折角度是他早些时候计算数值的两倍（相当于牛顿理论所预言的数值的两倍）。由于牛顿理论只考虑了空间，爱因斯坦则明白引力同时影响着空间和时间，因此有加倍的作用。

11月25日，爱因斯坦终于迎来了他的胜利日。就在这一天，他向普鲁士科学院提交并介绍了他题为《引力场方程》（ The Field Equations of Gravitation ）的总结性论文。在这次发言中，他说明了他是如何通过添加一个术语，来完成对狭义相对论的最终完善的。终于，在他的新理论中 ，任何参考系都不再特殊 。爱因斯坦真真正正、无可置疑地得出了广义相对论。为期一个月的疯狂计算让他疲惫不堪。不久后，爱因斯坦在给老朋友米歇尔·贝索的信中这样写道：“（我）最大胆的梦想现在已经实现。”署名为“你心满意足却精疲力竭的阿尔伯特”。

行星围绕太阳转，其实是陷入太阳制造的时空凹陷？

我们通常把引力想象为推或拉着我们的某种力，但爱因斯坦开辟了一个新思路。他认为，引力不是力，而是顺应时空弯曲的外在表现。从这种观点来看，表面看起来是在引力控制下运动着的物体，实际上只是自然而然地沿着它面前弯曲的时空移动。光之所以会走弯路，是因为它沿着弯曲的时空之路行进。水星离太阳最近，感受到的时空弯曲就更大，这在一定程度上解释了其轨道额外进动的原因。

这些现象的背后机制到底是怎样的呢？在爱因斯坦眼中，空间不再是一个巨大的空旷区域，空间本身就是一个物理实体。空间像是一块看不到尽头的橡胶板，这块板可以以多种方式改变其形态：可以被拉伸或挤压，可以被拉直或变弯，甚至可以收缩成点。所以，一颗和我们的太阳一样巨大的恒星踞坐在这个有弹性的垫子上，会像一颗宇宙保龄球一样，造成一处时空凹陷。物体的质量越大，所创建的时空凹陷就越深。因此，行星围绕着太阳运转，并不像牛顿所说的那样，是被看不见的力所控制，实际上，它们只不过是陷入了由太阳制造出来的时空凹陷里。

对质量小一些的天体来说，情形也是一样的。例如，地球并不是用魔幻般的引力来拉拽卫星，以使其在特定轨道上运行的，相反，是卫星自行沿着一条“笔直的”路线前行。之所以说路线是“笔直的”，是从卫星自己的四维局部参考系来观察的。我们用三维的思维模式不可能构想出四维的时空，但是我们可以用两维的思维模式来试试。

设想一下，两位古代探险家同时从赤道的不同位置出发，向正北方向走去。在他们的意识中，地球是平的。他们既不向东也不向西偏离一步，只是互相平行着向正北方走去。但是当他们听说彼此越走越近时，他们可能会得出这样的结论：是某种神秘的力量把他们推到了一起。然而，只有在上空的太空旅行者才清楚究竟发生了什么。当然，地球表面是弯曲的，所以，这两位探险家仅仅是沿着球面轮廓在前行。在球面空间中，两条原本平行的直线也会交汇，这与在平面空间里不一样。类似的，一颗卫星是在由地球创建的四维时空凹陷里，沿着最直的路线移动。只要一个天体持续存在，其创建的时空凹陷就始终是宇宙景观的一部分。虽然两个物体因相互吸引而有相互靠近的趋势，但我们所认为的引力，可以被描绘成这些凹陷产生的结果。换句话说，在宇宙中，时空和质能是连体婴，一个动了，另外一个也会做出反应。用物理学家约翰·惠勒喜欢说的一句话就是：“时空告诉物质如何移动，而物质告诉时空如何弯曲。”

至此，牛顿的空间盒子突然消失了。空间不再像有史以来一直想象的那样，是一个了无生气、空空荡荡的大舞台。爱因斯坦用刚刚引入物理学的一个全新的物理量（时空）告诉我们：一般说来，时空，才是宇宙的实时播放器。回想起这段历程，爱因斯坦在他的自传笔记中写道：“牛顿，请原谅我。”

爱因斯坦并不需要道歉，因为他并没有全面颠覆牛顿的万有引力定律。牛顿定律是相对论在低速情形下的近似。利用牛顿定律，完全可以处理地球层面上的普通物理学问题，因为在我们的日常生活中，引力是最微弱的力。你知道吧，一小块磁铁就能轻而易举地战胜地球引力，将一枚回形针吸起来——牛顿理论可以很方便地处理这个环境下的重力问题，感谢牛顿。

爱因斯坦所做的是把万有引力定律扩展到以前无法进入的领域，扩展到引力极为强劲的情况。当引力强劲到会导致物质以接近光速的速度坠落时，牛顿定律就完全无能为力了。当附近有强大的引力场时，广义相对论必须出场。一般来说，这样的环境存在于以引力为主宰的恒星、星系和宇宙世界。

但是，爱因斯坦回答了一个牛顿认为无法回答的问题：引力作用的确切机制。每个物体只是沿着其他物体在时空中造成的凹陷里移动。

爱因斯坦成功地计算出了水星轨道那个微小的不明原因的额外进动，这对他新发明的广义相对论来说不啻为重大胜利，但却不是既成事实。当光线经过像太阳这样质量较大的天体附近时，会不会确实按照他所预测的量变弯呢？这仍需等待实验的确认。当他还处于广义相对论的构建阶段时，也并未忘记光线在引力场中弯曲的问题。1911年，他建议天文学家采用一个较为具体的方法来确认时空曲率是否存在：在夜晚拍摄某一区域内的数颗恒星，然后将这些照片与日全食期间拍摄到的同一批恒星经过太阳附近时的照片相比对。经过太阳附近时，星光会被引力吸向太阳，所以会变弯一点。如此我们会发现，太阳不在附近时，恒星在天空中的位置与原来太阳在附近时的位置相比，会有一定的偏移。

曾有3支日全食观测队发起过这种对恒星的测量，但因恶劣的天气，或者欧洲正在进行的战争的影响，均未能获得成功。第4次测量是由美国加州利克天文台的天文学家发起的，因为数据比较出了问题而影响了测量结果，研究结果从未对外公布。这对爱因斯坦来说是一个幸运的间歇期。当时，他用仍在修订中的理论预测了一个较小的不正确的偏角，而利克天文台可疑的测量结果对他来说很不利。

在这种情形下不难理解，几个英国天文学家的身上为何承载了所有人关注的目光。他们宣称，他们将在1919年日全食期间观测恒星的偏移情况。此次日全食的可观测区域在南美洲和非洲中部。在政府的资助下，著名天体物理学家亚瑟·爱丁顿肩负这项重任，带领一支观测队到达了非洲西海岸边的小岛普林西比岛。为了将恶劣天气的影响降至最低，另外两名天文学家到达了巴西北部亚马孙丛林中的小村子索布拉尔。观测队成员们手持望远镜和照相机，都希望能够成功测量到恒星的微小偏移。根据爱因斯坦的计算，一缕星光掠过太阳表面的弯曲角度应该为大约1.7角秒（相当于月球宽度的千分之一），这差不多相当于越过一个美式橄榄球场去看球场另一边的一支铅笔芯。

在日全食发生的当天（5月29日），爱丁顿和他的助手们拍摄了16张照片，但因受到云层的干扰，大部分照片毫无用处。“我们连瞥一眼（壮丽的日全食）的时间都没有。”爱丁顿这样描述他的探险，“我们的意识中只有奇特的昏暗和大自然的静谧，而那种静谧中穿插着人们的惊呼声和定时节拍器在302秒内发出的滴答声。”

庆幸的是，在他们拍摄的两张照片中，目标恒星还算清晰。随后的几天里，爱丁顿将白天所有时间用于确定人类首次测量的恒星的偏移。他和同伴们把这些照片与几个月前在伦敦夜晚拍摄的同一星空中的恒星照片进行了仔细的比较。在伦敦拍摄那些照片时，太阳已沉下地平线许久了。爱丁顿是相对论的早期支持者，他坦承以前曾盲目地支持爱因斯坦，而现在，他终于很高兴地看到，那些太阳附近的恒星确实移动了位置，弯曲角度与爱因斯坦的预测极为接近，误差只有几个百分点。当然，牛顿定律计算出的结果与这个值完全对不上号。这个证据表明，星光确实是沿着太阳在时空中创建的凹陷运动的，经过日全食时的太阳附近变弯了。在巴西索布拉尔的观测队碰上了好天气，拍摄到了更多照片。他们返回英国后，立即对照片上的恒星位置进行了仔细的核查，并证实了爱丁顿的发现。

在11月于伦敦召开的英国皇家学会和皇家天文学会的特殊联席会议上，观测结果正式公布。演讲台后面的墙上，悬挂着艾萨克·牛顿的照片。这是首次针对牛顿具有历史影响的万有引力定律的大修改。会议公布的消息迅速传遍了全球。“天上的星光全部跑偏”——《纽约时报》以头条写下如此标题，并报道说：“科学家们或多或少都急切地想知道日全食的观测结果……恒星似乎不在它们原来的位置上，或者不在以前计算的那个位置上了，但谁也不需要担心。”

当时的爱因斯坦40岁，全球瞩目的他再也无法回到从前的平静。浓密的胡子、杂乱的头发和倦怠的眼睛使他无论走到哪里都会被立即认出来。名人们，无论是总统还是电影明星，都争先恐后地设宴款待这位名字就意味着“天才”的人。

1920年，在一封给马克斯·玻恩的信中，爱因斯坦把自己比作传说中的古希腊迈达斯王：“我变成了那个可以把任何碰到的东西都变成黄金的人。任何事只要与我有关，就会变成大新闻。”对于爱因斯坦这种喜欢思考、渴望在安静的地方潜心研究问题的科学家而言，所有的公众活动都令人头晕目眩。“我确实考虑过逃避，”他继续写道，“现在，我只想买一座小木屋、一艘帆船，在柏林附近的湖边安静地生活。” tETuO6VtuZb0nJCe1Y/BCCvWxObtgTou+VHaIUv7RQFSLhUVx9rGlr7GMqkDLnXS