第八章 愛因斯坦的宇宙(1)
隨著19世紀漸漸遠去，科學家們可以滿意地回想，他們已經解開物理學的大部分謎團。
我們略舉數例：電學、磁學、氣體學、光學、聲學、動力學及統計力學，都已經在他們的面前俯首稱臣。他們已經發現了X射線、陰極射線、電子和放射現象，發明了計量單位歐姆、瓦特、開爾文、焦耳、安培和小小的爾格。
凡是能被振蕩的，能被加速的，能被干擾的，能被蒸餾的，能被化合的，能被稱質量的，或能被變成氣體的，他們都做到了；在此過程中，他們提出了一大堆普遍定律。這些定律非常重要，非常神氣，直到今天我們 還 往往以大寫來書寫："光的電磁場理論"、"裡氏互比定律"、"查理氣體定律"、"體積結合定律"、"第零定律"、"原子價概念"、"質量作用定律"等等，多得數也數不清。整個世界丁丁當當、喀嚓喀嚓地迴響著他們發明創造出來的機器和儀器的聲音。許多聰明人認為，科學家們已經沒有多少事可幹了。
1875年，德國基爾有一位名叫馬克斯·普朗克的年輕人猶豫不決，不知道這輩子究竟是該從事數學 還 是該從事物理學。人們由衷地勸他不要選擇物理學，因為物理學的重大問題都已得到解決。他們斬釘截鐵地告訴他，下個世紀將是個鞏固和提高的世紀，不是個革命的世紀。普朗克不聽，他鑽研理論物理學，潛心投入了熱力學的核心問題--熵的研究工作。
在一個雄心勃勃的年輕人看來，研究這個問題似乎很有前途。1891年，他做出了成果，卻吃驚地發現，關於熵的這項重要工作實際上已經有人做過。他是耶魯大學一位離群索居的學者，名叫J.威拉德·吉布斯。
吉布斯是個很傑出的人物，但大多數人也許沒有聽說過。他行為檢束，很少拋頭露面。
除了去歐洲搞了三年研究以外，他的一輩子差不多都是在一個三個街區的範圍之內度過的：一邊是他的家，一邊是耶魯大學在康涅狄格州紐黑文的校園。在耶魯大學的最初十年裡，他連工資都懶得去領。（他有另外的收入。）從1871年起，他成為該大學的一名教授，直到1903年去世。在此期間，每學期選他的課的學生平均只有一名。他寫的東西晦澀難懂，經常使用自己發明的符號，許多人覺得簡直是天書。但是，在那些神秘的公式深處，隱藏著最英明、最深刻的見解。
1875-1878年期間，吉布斯寫出了一系列論文，編成了《論多相物質的平衡》的集子。
該書出色地闡述了近乎一切熱力學原理--用威廉·H.庫珀的話來說，包括"氣體、混合物、平面、固體、相移......化學反應、電化電池、沉澱以及滲透"。歸根結底，吉布斯想要表明，熱力學不僅適用於蒸汽機這樣的龐大而又嘈雜的範圍裡的熱量和能量，而且在化學反應的原子層面上也同樣存在，而且影響很大。吉布斯的《平衡》一直被稱為"熱力學原理"，但出於無法猜測的原因，吉布斯情願將這些具有劃時代意義的見解發表在《康涅狄格州藝術與科學院學報》上，那是一份即使在康涅狄格州也毫無名氣的雜誌。這就是為什麼普朗克直到很晚的時候才聽說他的名字的原因。
普朗克沒有洩氣--哎呀，也許稍稍有點膽怯，開始把注意力轉向別的問題。1這方面的事，我們等一會兒再說，先稍稍地（而又恰當地）換個方向，前往俄亥俄州的克利夫蘭，去一家當時被稱為凱斯實用科學學校的機構。19世紀80年代，那裡有一位剛到中年的物理學家，名叫阿爾伯特·邁克爾遜。他在他的朋友化學家愛德華·莫雷的協助之下，進行了一系列試驗。那些試驗得出了很有意思而又令人吃驚的結果，將對以後的許多事情產生重大的影響。
邁克爾遜和莫雷所做的--實際上是在無意之中所做的--破壞了長期以來人們對一種所謂光以太的東西的信念。那是一種穩定、看不見、沒有重量、沒有摩擦力、不幸又完全是想像出來的媒質。據認為，這種媒質充滿宇宙。以太是笛卡兒假設的，牛頓加以接受，之後差不多人人都對它懷有崇敬之情，在19世紀物理學中佔有絕對的中心地位，用來解釋為什麼光能夠在空蕩蕩的太空裡傳播。它在19世紀初尤其必不可少，因為光和電磁在這時候被看成是波，也就是說某種振動。振動必須在什麼東西裡面才能發生，因此，就需要一種以太，並長期認為存在一種以太。直到1909年，偉大的英國物理學家J.J.湯姆森仍堅持說："以太不是哪位愛好思索的哲學家的憑空想像，它對我們來說就像我們呼吸的空氣那樣不可缺少。"--他說這番話4年多以後，就無可爭議地確定以太並不存在。總而言之，人們確實離不開以太。
如果你需要說明19世紀的美國是個機會之鄉的理念，那麼你很難再找到像阿爾伯特·邁克爾遜這樣的例子。他1852年生於德國和波蘭邊境地區的一個貧苦的猶太商人家庭，小時候隨家人來到美國，在加利福尼亞州一個淘金熱地區的礦工村裡長大。他的父親在那裡做乾貨生意。家裡太窮，他上不起大學，便來到首都華盛頓，在白宮的正門口游來晃去，希望能在尤利塞斯·S.格蘭特每天出來散步時碰上這位總統。（那顯然是個比較樸實的年代。）在這樣散步的過程中，邁克爾遜深深博得了總統的歡心，格蘭特竟然答應免費送他去美國海軍學院學習。就是在那裡，邁克爾遜攻讀了物理學。