瑞士首都伯爾尼市中心有一座古老的鐘樓,不僅有精巧繁複的齒輪,還有按時出來玩耍的小熊。有人說:「它就像一個超大號的布穀鳥鐘。」也許吧!但可別小看它。一個叫愛因斯坦的年輕人就因受到它的啟發,改變了我們對宇宙的認知方式。

瑞士伯爾尼古鐘樓精巧繁複的齒輪。(shutterstock)
瑞士伯爾尼古鐘樓精巧繁複的齒輪。(shutterstock)

瑞士伯爾尼(Bern,又譯伯恩)的市中心,退休工程師馬庫斯‧馬蒂(Markus Marti)每週3、4次會帶領一小群觀眾沿著彎曲狹窄的樓梯登上鐘樓。

然後馬庫斯會用一個木棒,指著鐘樓內部結構,向人們解釋一個不斷擺動的鐘擺是如何神奇地驅動鐵質部件一秒鐘又一秒鐘地走過了500多年。他講話是安靜的德國口音,在有節奏的滴答、滴答的齒輪轉動聲中,很難聽到站在鐘錶另一側的他的聲音。

馬庫斯負責維護這台機器已近40年。他的頭銜很是酷炫——「時間總督」。他的工作職責是非常嚴謹的。

每一天,他(或者兩個助手中的一個)都必須為鐘錶上弦。把一套石砝碼拉到179英尺(54.5米)高的鐘樓頂端,這絕對是一個體力活兒。隨著負載慢慢地下降,驅動著鐘錶,下面的小時鐘每15分鐘響一次。伯爾尼的居民們已習慣按照這個聲音掌握生活的節奏。

伯爾尼鐘樓(Zytglogge)建於13世紀,從15世紀開始,每天清晨,鐘聲悠揚地響起,昭示著權威,它是伯爾尼的精神象徵,那些旋轉不止的齒輪似乎也像是整個城市的心跳。

這座鐘不僅精確到計秒,每當快到整點的時候(前4分鐘), 鐘樓上精心雕製的希臘時間之神柯羅諾斯(英語Chronos)就會翻轉沙漏,並隨著鐘聲的節奏嘴巴一開一合。同時舞蹈玩偶歡跳,小熊出巡,還有公雞喔喔叫……全體聯手,上演一場報時盛事。

最頂端的鍍金敲鐘人則敲響銅鐘。大銅鐘直徑127釐米(50英寸)、重1,400千克(3,100磅)。

鐘樓就是一個超大號的布穀鳥鐘?也許吧!但可別小看它。一個叫愛因斯坦的年輕人就因受到它的啟發,改變了我們對宇宙的認知方式。

少年「愚鈍」 學業不佳

愛因斯坦。(Wikimedia Commons)
愛因斯坦。(Wikimedia Commons)

愛因斯坦1879年出生在德國西南部的一個猶太人家庭。父親 Hermann Einstein 是工程師和商人,與愛因斯坦的叔叔合資經營電器公司。母親則是位有成就的鋼琴家。愛因斯坦發育比較慢,3歲才開始講話,被人認為是反應遲鈍的孩子。直到中學時,有些教師還認為他長大了不會有出息。

10歲時,愛因斯坦進入慕尼黑教會中學讀書,他在中學的成績除數學優秀外,其它學科均屬低下,因而在1894年遭到退學。同年他離開德國,於1895年去蘇黎世投考瑞士聯邦工業大學,但未被取錄,只好轉學到另一間中學。第二年,他考進聯邦工業大學師範系學習物理學。大學4年中,他致力於自學一些名家著作,以至很少上課,但是他靠著同學的課堂筆記仍能取得及格的成績。

愛因斯坦於1900年畢業,由於學業成績並不突出,他無法找到一個教職。1902年,他終於在伯爾尼找到了聯邦專利局審查員的職務。

鐘聲響起 靈光閃現

愛因斯坦在專利局負責電磁發明專利的技術鑑定工作。他經常在早上就完成了當天所有工作,然後趴在自己的辦公桌上做物理研究。他的上司也知道這事,不過沒有拆穿他。他在瑞士專利局裏思考電磁現象的相對性和光的性質。

1905年的一個傍晚,愛因斯坦經過廣場搭電車回家,他的腦中正在盤旋著一個10年未解的難題,這時鐘聲有規律地傳來。望著鐘樓,他突然間想像出一個難以想像的場景。他想知道,如果他的電車以光速駛離鐘樓會發生甚麼。他很快意識到,時鐘會呈現停止狀態,而他自己在電車中的手錶則會正常運行。

突然的靈光閃現,令整個問題轟然而解。

愛因斯坦回憶:「風暴在腦海瞬間舒緩下來。」他說:「答案是簡單而優雅的;時間可以以不同的速度在整個宇宙運行,完全取決於移動的速度。」

愛因斯坦後來開玩笑說,他的相對論可以在宇宙不同空間設置不同的時鐘,但在現實生活中,他甚至沒有足夠的錢買一隻錶。

天才發現 驚呆世界

隨後愛因斯坦完成了論文《論運動物體的電動力學》,發表於德國物理學雜誌《物理年鑑》第17期, 也就是著名的狹義相對論的概述與前身,從此改變了人類自牛頓以來400年的時空觀,成為現代物理學的基礎。

愛因斯坦原本預期他的論文會立即引起物理學界的關注,可是結果卻恰恰相反。在論文發表後,物理學界一片寂靜。

愛因斯坦以為會有很多教授來信與他討論,結果只有一位教授明白並支持他的相對論。這一位,就是物理學大名鼎鼎的馬克斯.普朗克 (Max Planck),量子假說的始創人、1918 年諾貝爾物理學獎得主。

其實物理學界私下討論相對論非常熱烈,但太多人怕愛因斯坦的理論是錯誤的,所以很少人公開表態。只有普朗克認為愛因斯坦的理論是完全合理和正確的,只有他敢公開支持愛因斯坦。這也不難理解,畢竟愛因斯坦推翻的是牛頓運動定律!試想四百年來的物理學支柱突然破碎消失,就算是科學家一時之間也難以完全接受。

這一年,26歲的愛因斯坦共發表了4篇歷史性的研究論文,提出了光量子理論和狹義相對論,後世稱1905年為愛因斯坦的奇蹟年。4篇論文中,光電效應的論文使他獲頒1921年諾貝爾物理學獎,但後人認為狹義相對論是他對物理學最重要的貢獻。

如今,那個啟迪他相對論靈感的古鐘樓已被聯合國教科文組織列入世界遺產名錄。

在陽光明媚的下午,人群常常擠滿廣場,在鐘樓下耐心等待整點的演出。在陰雨的冬夜,可能只有流浪貓姍姍而過。但是,不管有沒有人看著,鐘樓內的齒輪依舊持續地運轉。曾經載著愛因斯坦改變了人類時空概念的電車依然在鐘樓下穿越而過。◇