两次世界大战之间，天文学家对爱因斯坦广义相对论的审判

《爱因斯坦陪审团》

两次世界大战之间

天文学物理学“四大”对爱因斯坦广义相对论的审判

《爱因斯坦陪审团》

《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

2023 年 10 月

98元

《爱因斯坦陪审团》讲述了一个引人入胜却鲜为人知的故事，爱因斯坦关于空间和时间本性的革命性思想如何被当时的天文学家接受、理解、误解、验证并最终被证实，由此诞生了相对论宇宙学。

那些对科学史和社会学、科学组织、领军人物及其批评者的角色以及科学家如何建立“事实”的艰难过程感兴趣的人，会喜欢阅读这本书，并应该从中受益。

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著译者简介

Author Introduction

作者：

杰弗里·克雷林斯滕(Jeffrey Crelinsten，1947— )，加拿大科学作家和历史学家。1971—1977年任康考迪亚大学教授，1981年获蒙特利尔大学科学与科学政策史博士学位，1987年创建The Impact Group(一家专门从事科技政策、传播和教育的咨询公司)、Research Money并任总裁、出版人。曾任加拿大科学作家协会主席。为加拿大广播公司(CBC)、国家公共广播电台和加拿大国家 电影局撰写爱因斯坦及其相对论的广播和电影纪录片。1979年为爱因斯坦诞辰100周年制作的爱因斯坦广播传记《爱因斯坦: 天才的人性方面》，于2005年由CBC重播。著有《逼近极限》(1992)、《爱因斯坦陪审团》(2006)，合著《在技术社会框架下 测量学生对科学的理解》(1993)。

译者：

潘涛，科学文化学者。1964年生于北京。1986年毕业于华中工学院，1998年毕业于北京大学科学与社会研究中心，获哲学博士学位。曾获首届科学文化出版人奖。有读书随笔集《魔仆与泥人——什么不是科学》。译著(含合译)有《相跃》《从摆钟到混沌》《上帝掷骰子吗》《湍鉴》《自然之数》《时空投影》《新纪元科学》《爱因斯坦的错误》等。

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内容介绍

Content Introduction

《爱因斯坦陪审团》讲述了两次世界大战之间，德国、英国和美国的天文学家如何竞相验证爱因斯坦相对论的戏剧性故事。杰弗里· 克雷林斯滕基于广泛的档案研究，展示了这些早期的科学争论如何形成了我们今天所持有的文化态度。

本书从天文学家视角考察爱因斯坦广义相对论，其中许多人并不信服爱因斯坦惊人突破的合法性。在理论发展初期，有人试图验证他的理论，却徒劳无功。而另一些人千辛万苦、不惜工本得出的结论是，这个理论是错的。

这是一个关于国际竞争和密谋策划的故事，充满了从作者对相对论历史和发展的穷究细查中搜罗到的细节。研究表明直到20世纪20年代，天文学和物理学的重心从欧洲转移到美国，利克天文台和威尔逊山天文台的观测研究才使爱因斯坦的工作合法化。

作者有力地说明，如今笼罩在这位著名科学家周围的光环，始于那些在公众聚光灯下工作的职业科学家之间的早期争论。

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目录

Directory

第一部分 1905—1911年

与相对论的早期相遇

第一章 爱因斯坦与物理学家和天文学家世界共同体

爱因斯坦登上世界舞台

天文学共同体

天体物理学革命

欧洲人的头脑与美国人的金钱

加州天文学：全国领先

第二章 天文学家与狭义相对论：第一批出版物

亨利·克罗泽·普卢默和光行差问题

埃德蒙·泰勒·惠特克：相对论和以太

相对论与主观主义

用相对论计算行星轨道

美国天文学家引入相对论

第二部分 1911—1919年

天文学家遇到爱因斯坦

第三章 早期介入，1911—1914年

爱因斯坦两个预言

日全食、“祝融星”与相对性原理

爱因斯坦找到一个天文学家

太阳光谱之谜

1914年的俄罗斯日食

第四章 战争时期，1914—1918年

弗罗因德利希的麻烦

爱因斯坦的突破

“弗罗因德利希事件”

爱因斯坦取得突破消息的扩散

对一个复杂难缠理论的多种反应

构建宇宙

太阳观测的挑战

利克天文学家去猎捕日食

爱因斯坦解放弗罗因德利希

第五章 1919年：戏剧性公告的一年

埃弗谢德的地球效应对阵相对论

利克的延迟与技术挑战

英国人加入

利克天文台的裁定：“爱因斯坦是错的”

英国人宣布：“爱因斯坦是对的”

第六章 科学家们兴奋不已

对英国人日食结果的反应

来自媒体的压力

阿瑟·爱丁顿的角色

国宝爱因斯坦

海尔实现了愿景

第三部分 1920—1925年

天文学家对爱因斯坦进行验证

第七章 解决太阳红移难题

埃弗谢德和圣约翰宣称此案未获解决

“爱因斯坦第三个胜利”

解开复杂性——埃弗谢德对阵圣约翰

埃弗谢德投爱因斯坦赞成票

第八章 更多的日食验证

利克天文台人事变动

与戈尔登代尔结果的公告相矛盾

为澳大利亚日食做准备

1922年日食：万众瞩目利克天文台

第九章 批评者们现身

对利克结果的反应

T. J. J.西伊对阵利克天文台

美国东部的反相对论联盟

以太试图卷土重来

第十章 争论加剧

验证爱因斯坦的又一次机会

威尔逊山天文台与利克天文台把票投给爱因斯坦

反相对论运动获得了动力

针锋相对

验证爱因斯坦证据的新思路

第四部分 1925—1930年

最终接受

第十一章 相对论获胜

1925年日食：反相对论联军中的争吵

1925年左右的那场相对论争论

支持以太、反对以太的公告

天狼乙星结果的公告

约翰·A.米勒与日食验证

代顿·C.米勒与以太漂移

1928年高潮：三个公告接踵

不情愿接受

第十二章 让批评者哑口无言

查尔斯·莱恩·普尔对阵利克天文台

反相对论者在东部集会

最终一决胜负

后记 相对论宇宙学的兴起

最后的反思

科学家如何接受理论

天文学家对相对论的接受

相对论与我们

注释

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试读样章

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科学家如何接受理论

本书讲述的这个故事，给21世纪的读者留下什么印象？首先，它将我们从对科学界如何接受科学理论的严格理解中解放出来。这是一个纷繁混乱的过程。人们倾向于用相对论简化历史的图景，很大程度上是因为1919年英国人对爱因斯坦光线弯曲预言的验证，开启了爱因斯坦及其理论获得国际声誉。这个心潮澎湃的故事，引起了对爱因斯坦和相对论感兴趣的作家和历史学家的注意。所有主要的爱因斯坦传记，都集中在英国日食观测远征队上，大多数忽略或一笔带过1919年之前其他验证光线弯曲的尝试。竟然无人讨论英国人成功后的尝试。1英国公告的影响，也吸引了对爱因斯坦及其相对论更大影响的历史学家和科学家感兴趣。2英国人日食结果和随之而来的宣传爆炸，掩盖了其他历史现实。自从这一戏剧性事件发生以来，关于天文学家参与相对论接受的普遍观点几乎完全是为了证明爱因斯坦是正确的。历史记录，则更为复杂。

考虑一下利克和威尔逊山天文学家对爱因斯坦天文预言的验证。它开始于战前，作为应用现有研究结果寻找一个特定效应。随着个体研究人员越来越多参与工作，他们更直接对相对论验证定制了程序。最终，他们用自己的技术和仪器建立了一个真正的“爱因斯坦难题”（Einstein Problem）。他们面临的挑战是，获得对广义相对论所预言效应的明确测量结果。在利克天文台，它是在日食期间确定准确的恒星方位。在威尔逊山天文台，挑战是精确测量太阳谱线，并证认移动谱线的各种实验室和太阳现象。参与研究的天文学家一开始并没有质疑相对论的有效性，因为对这个理论并没有足够理解：他们的技能是精确测量。一旦从这项专业化研究中开始产生具体结果，参与者们就开始从不同角度看待整个事业。那些争论其基础理论有效性的人，开始把天文工作视为决定一个有争议理论的真相。对于进行这项研究的天文学家来说，这实际上就是关于天文现象的精确测量。

在这里，批评者们发挥了核心作用。面对任何否定结果，他们作出该理论死亡的重头公告。有利于相对论预言的公告，促使了传统理论的他择性解释。人们寻求支持或反对该理论的明确陈述时，其立场出现了两极分化。因此，演变出了“关键验证”概念。这个图景没有那些天文学家（诸如爱丁顿和德西特）的地盘，他们认为爱因斯坦理论有用、优美、深刻，不太关心其“实在性”。尽管有一些相反声音，公众从相对论的真假看待这个问题。关键验证的通过或失败，则是他们所能理解的。

这个图景并不总是公正解释为什么天文学家首先要进行这项研究，但它确实有一个有用目的。这些争论，激起了看待天文学家感兴趣的特定现象新旧方法之间的差异。围绕光线弯曲预言那个“难以捉摸的2倍因子”问题，就是一个很好例子。它最终以特朗普勒巧妙阐述了以广义相对论性方式看待引力场中的光线弯曲。然而，有影响力的美国天文学家和其他参与辩论的人的研究的纯粹实证性质，则产生了更持久影响。它有助于培养这样一种信念，即科学家接受那些基于呈现此理论图景真实性或实在性的关键验证的理论。这种关于科学方法的简化实证观点，一直存续至今。

面对验证一个理论的具体预言的结果，是什么让一个科学家将这个理论纳入某人的研究曲目，也许是某人的信仰体系，而另一个科学家则继续寻求他择性解释？对于爱丁顿和德西特来说，这些观测结果证明了其信念，即这个理论重要和有用。威尔逊山和利克天文学家继续观测研究，因为他们的专业知识和声望在这些领域。他们支持相对论的态度逐渐演变，首先为自己的观测和对数据的解释辩护，然后积极反对批评者的持续攻击。对于没有参与任何研究的艾特肯来说，其态度改变在一定程度上是由于对激励批评者的外部科学因素的认识。他看到了来自德国的反爱因斯坦宣传。他也意识到自己国家中的偏见：对过度依赖欧洲人的民族主义恐惧；对固执的“常识”对立的新奇概念的保守抵抗；基于实证的抵制接受广义相对论的“形而上学概念”；关注他们自己对天体力学和方位天文学的专长。例如，查尔斯·莱恩·普尔的命运，提供了一个专业人士将广义相对论视为对自己专家地位威胁的案例研究。他最终在同行中的衰落，是由于他违反了某些行为准则——欺骗性展示他人的成果，宣传策略——以及他在无处不在的攻击过程中犯的技术错误，也就是那个“难以捉摸的2倍因子”。这些不同且经常相互矛盾的行为，都是同时运作的。随着时间推移，一个理论要么被接受要么不被接受。爱因斯坦相对论，最终成为天文学家、物理学家和其他科学家“工作工具”的一部分。3

天文学家对相对论的接受

天文学家判断爱因斯坦理论的优点，我们可以确定三个层面的接受。第一层面是“叙述”——描述一个重要发展，并与同事分享。第二层面是“实证研究”——验证一个理论的具体预言。第三层面是“阐释”——积极研究该理论，并对其蕴涵进行阐释。

大多数天文学家可以做与相对论相关的工作，而不对该理论的有用性或未来前景作出判断。在第一层面，几乎所有在战争前呈现相对论的天文学家（柯蒂斯例外），都错过或回避了爱因斯坦工作中更基本的蕴涵。早期关于相对论的天文学出版物，显示并没有诸作者的研究热情。他们只是想了解发生了什么，以及它可能如何影响他们的学科。1916年以后，除了爱丁顿和德西特，许多评论家试图忽略广义相对论的几何特征，而解释其主要天文元素。

在第二层面，天文学家投入时间和资源验证爱因斯坦理论的具体预言，并不需要接受其依据的理论。他们甚至不需要理解这个理论，而大多数人也没有理解。有些人甚至开始了这个希望否证它的事业。大多数天文学家接受这项工作，是因为诸多著名物理学家宣布了一场科学革命。这是一个热门话题，并承诺为那些能够验证或否证其预言的人提供回报。例如，柯蒂斯可以用爱因斯坦光线弯曲方程确定他必须寻找的值，同时相信这个理论是无稽之谈。

只有在第三层面，那些着手阐释新理论的人最有可能面对其更广泛蕴涵。通过与广义相对论打交道，施瓦西、爱丁顿和德西特发现了其新思想的繁殖力。该理论也被证明在进行中的天文学研究路线（如恒星内部和宇宙学）是有用的。这增加了爱因斯坦理论将得到更广泛研究此种更广泛蕴涵的可能性。这一层面，在美国天文学家共同体中几乎完全缺失。到20世纪30年代，第三层面的接受在相对论宇宙学的兴起中才得到了完整表达。威尔逊山天文台的美国人扮演了重要角色，但哈勃显著地将这个新领域称为“观测”宇宙学。

在美国，三个层面的接受依次遵循。早期的叙述，代表了对这个新理论的“第一次考察”。接下来进行验证，花了十多年时间。一旦该理论从叙述中被判断为重要，而验证是准确的，天文学家就可以开始为宇宙学（和后来的天体物理学）目的阐释它。然而，这种接受的“演变”图景，是美国独有的。它并没有到处发生。例如，欧洲的施瓦西、德西特和爱丁顿早在验证开始之前，就阐释了这个理论。美国天文学家在时间序列上经历了这三个层面的接受，这一点在严格程度上乃由于他们完全的实证取向。这一历史情况部分解释了今天的常见信念，即相对论的接受，仅仅因为它通过了天文学三个“经典验证”。事实上，多年来，正是广义相对论的理论基础把物理学家、数学家和天文学家吸引到爱因斯坦理论，直到其他（地球和宇宙学的）可观测蕴涵（observable implications）于20世纪50年代和60年代被发现。4

相对论与我们

这个天文学家如何接受爱因斯坦理论的故事，帮助我们理解，为什么相对论尽管今天很受欢迎，但仍然不属于大众文化的一部分。在本书覆盖的这段时期，天文学家首次像关于相对论的受过教育的公众陪审团。他们接触到它，开始参与到与其关切直接相关的方面。他们中的许多人，从未论述过爱因斯坦思想更深层次的蕴涵。这没有必要。今天的大多数人，也是如此。工业界科学家每天都应用狭义相对论方程，爱因斯坦广义理论指导宇宙学家对宇宙有更深的认识。然而，除了少数研究这些方程的特殊专家之外，我们不需要理解这些深奥概念，许多专家也不需要理解。这将需要一些深刻的思想家，他们也可以一种强大和有意义的方式进行交流，以使爱因斯坦思想进入大众意识。他们需要使相对论与我们相关。

专家们常说，这是不可能的。狭义相对论处理原子和核尺度上的高速世界。广义相对论处理宇宙学尺度。我们人类，恰恰在中间。然而，太空计划为探索引力对人类尺度的影响开辟了新的研究途径。轨道航天器提供了一个自由落体环境，允许科学家切身体验爱因斯坦等效原理，并在宏观、人类层面探索其后果。也许，像海尔一样，我们需要扩大人们合作的多学科组合。给天文学家、物理学家和化学家增加一些生物学家、神经科学家和其他生命科学专家，看看会发生什么。我个人认为，爱因斯坦关于我们如何衡量世界、我们如何在世界内行事的想法，进一步包含着与我们每个人都息息相关的诸多奥秘。

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名家推荐

Recommended reason

这本美妙迷人的《爱因斯坦的陪审团》追踪了一个特定共同体，即天文学家，在1910年至1925年间对待爱因斯坦相对论的方式......

——彼得·加里森(Peter Galison)，《科学》杂志

文笔清晰，研究深刻:首先，它关注的是天文学家，而不是物理学家或数学家，它对相对论的接受问题提供了一个真正新颖的视角；其次，它属于那种罕见的作品，普通读者读来兴味盎然，专业人士可获得鲜见的历史资料。

——苏曼·赛斯(Suman Seth)，《美国科学家》杂志

《爱因斯坦陪审团》讲述了一个引人入胜却鲜为人知的故事，爱因斯坦关于空间和时间本质的革命性思想如何被当时的天文学家接受、理解、误解、验证并最终被证实，由此诞生了相对论宇宙学。

——艾伦·S. 麦克雷(Alan S. McRae)，《数学评论》杂志

《爱因斯坦陪审团》是一个关于科学事业和人类弱点的故事。美国天文学家配备了世界上最好的仪器，他们如何为支持或反对爱因斯坦广义相对论三个实验结果的观测证据而斗争，这是一个读之欲罢不能的故事。

——约瑟夫·伊莉(József Illy)，《伊希斯》杂志

《爱因斯坦陪审团》对爱因斯坦的创新理论在20世纪初如何被接受进行了详尽研究，可读性很强。本书讲述了现代天体物理学的诞生，从1905年爱因斯坦奇迹年到20世纪30年代中期相对论宇宙学的出现。我毫不怀疑，职业历史学家和科普读者都会非常喜欢《爱因斯坦陪审团》。

——杰拉德·麦克马洪(Gerard McMahon)，《天文与太空》杂志

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书影

Photos of books

文章来源：湖南科学技术出版社