天才的軌跡②──愛因斯坦的奇蹟之年
一座五百年的天文鐘樓,如何啟動了現代物理學的進程?
這是一個再尋常不過的場景:下午五點,一個專利局的公務員,提著公事包,緩緩步出了辦公室。回家路程只要十五分鐘,他走在中世紀氣息的街道上,處處可見砂岩砌成的灰色石牆,人們熙來攘往。他每天都會穿越一座歷史悠久的天文鐘樓,五百年來,這個大鐘從不誤點,分分秒秒都是絕對值,因為守時向來是這個國家的美德。鐘樓上除了一面大時鐘,還有十二星象,現在正值初夏,天文鐘似乎是走到了介於雙子座和巨蟹座的位置。有輛電車緩緩經過公務員身旁,在他家門前不遠的地方停了下來。
夜色中的愛因斯坦故居(作者拍攝)。
就快要到家了,今天晚餐吃甚麼呢?老婆叫我下班記得帶麵包回家,還好沒有忘記,呼。開門上樓前,他再看了一眼離家門不遠處的鐘樓,又是一輛電車開過來了,嗯,如果這輛車突然以最快速度向我衝來,會發生甚麼事?
伯爾尼時鐘塔(Zytglogge)建於13世紀,15世紀成為報鐘塔(Mike Lehmann/維基百科)。
這位公務員,叫做愛因斯坦。
所謂最快的極致速度,是光速。
這座鐘樓,位於瑞士首都伯恩,屬於聯合國教科文組文化遺產。
這輛12號電車,至今仍然每天運行,總會停在愛因斯坦故居門口。
這是1905年,史稱物理學上的奇蹟之年。
他所提出的簡單問題,將徹底革新世人對宇宙運行規則的認知。
在僅僅一年的時間裡,愛因斯坦提交了四篇開創性的理論,並且完成了博士論文。每一套理論都堪稱諾貝爾獎水準,以一人之力、在極短時間內,創造如此豐富的研究成果,這在科學史上,可謂空前絕後的奇蹟,因此後世稱為奇蹟之年。
奇蹟之年出版的四篇論文(作者拍攝)。
這項奇蹟的起點,在伯恩老城的地標──五百年歷史的天文鐘樓(Clock Tower)前方兩百公尺處,這裡是克拉姆街49號,愛因斯坦的家門口。他看了鐘樓一眼,電光火石的瞬間,將光速、運動、時間等物理變項共治一爐,以他所具備的「思維實驗」(thought experiment)能力,可以在腦中將他的假說,以視覺畫面構築出來,再以數學計算驗證。他告訴我們,光速是宇宙間最快、也最恆定的速度,當物體以光速運行,時間變慢了。以我們熟悉的科幻電影套路來理解,一個到外太空旅行的人,到了數個光年以外的地方,再回來地球時,人間已過了數十年,而他卻青春如昔。聽起來很玄幻、很超現實、腦洞大開。但愛因斯坦說,這都是可能的。
二十世紀初的天文鐘樓,愛因斯坦就住在左邊那排公寓裡(作者拍攝)。
讓我們試想一下,愛因斯坦是個理論家,但是當時的科技水平無法驗證他的理論,那是一個還沒有網路、電腦、iPhone、動畫軟體、衛星、火箭、太空船等等我們如今習以為常的尖端科技。1905年,才開始有了打字機、電話、齒軌火車……。當愛因斯坦提到日月星辰的運行規則、當他告訴我們:「空間和時間不是絕對的,而是相對的」,要如何相信他?畢竟大家都是按照朝九晚五的時序過日子,上班、上學、定時定點,何況在瑞士這樣一個講求絕對精準的國家,而這個告訴我們時間和空間具有相對性的人,還是在嚴謹的國家專利局工作的職員呢?
當時最尖端的科技產品(作者拍攝)。
回到鐘樓本身,興建於十五世紀,原本是中世紀老城區防禦工事的一部分,伯恩的地理位置十分獨特,有著一條碧綠清澈的阿勒河環繞著北、東、南三面,形成天然的護城河,至於在城區的西側,則建起了塔樓和城牆,如此形成了伯恩的完整保護牆。塔樓裡的那口大鐘,在1530年由工匠卡斯柏.布魯納(Kaspar Brunner)鑄造,五百年來,由人工調控對時,靜靜守護著老城,看盡日升月落。
愛因斯坦在狹義相對論裡的提問,以鐘樓為引,發動了超現實、顛覆認知的提問。對世界上大多數的讀者來說,鐘樓只是一個隨機的例子,但你如果來過伯恩,或住在這裡,你就會知道,這就是那座獨一無二的鐘樓,是狹義相對論的起點。
刊登在學術期刊的狹義相對論(作者拍攝)。
在天才理論橫空出世的這個時刻,體現了歷史的必然和偶然。
作者簡介
陳雅雯,英國倫敦大學伯貝克學院人文與文化研究博士,中央大學藝術學研究所碩士。研究視覺文化與早期電影。曾任翻譯、資深廣告文案、藝文雜誌、數位媒體特約撰述。目前任職瑞士愛因斯坦博物館。文字著作《繪聲繪影一時代》(合著)、《漫遊怪奇藝術史》(合著)、《不存在的維梅爾》(翻譯)。