1919年的11月7日，也就是第一次世界大戰整整停戰一周年，當天的英國倫敦泰晤士報以通欄標題的形式刊登了一個非常醒目的大標題：“科學革命：宇宙新理論”。牛頓思想被推翻。要知道牛頓也是英國人，是當時世人眼中的近代科學之父。其地位在當時的科學界幾乎無可撼動。而在嚴格的科學面前，英國泰晤士報竟然用“牛頓被推翻”這種標題黨的形式來宣布愛因斯坦相對論的正確。而正是因爲這個標題直接把愛因斯坦送上了神壇，一夜之間便成爲了家喻戶曉的“科學明星”。

這篇文章究竟說了什麽？爲什麽牛頓會被推翻？這一切還是要從那個神秘的“光“ 說起。到目前爲止，依然有很多人以爲，經典物理學中所定義的光在真空中總是沿直線傳播，但實際上並不是這樣。早在1704年，牛頓在他的著作《光學》這本書中就已經詳細介紹了光的“微粒假說”。他認爲光的本質是一種有質量的微粒，並提出大質量物體可能會使光線發生彎曲。就像彎曲其他那些有質量物體的軌迹一樣。100年後，也就是1804年，德國慕尼黑天文台的索德納根據牛頓力學計算出，光線經過太陽邊緣時會發生0.875弧秒的偏折。

這個“弧秒”是個什麽概念呢？我們知道，一個圓有360度，其中一度又可以分爲60弧分，然後一分又能再分成60弧秒。所以這其實是一個非常細微的偏折。當時的實驗精度還無法支撐這個精度的觀測。

等到1915年，愛因斯坦的廣義相對論橫空出世。廣義相對論認爲任何有質量的物體都會使它周圍的時空發生彎曲，這會導致光線在經過太陽附近時，在時空中走的最短路徑不再是直線，而是會發生一定的偏折。于是愛因斯坦根據廣義相對論也計算出了一個偏折角。這個角度恰好是前面根據牛頓力學算出角度的兩倍，也就是1.75弧秒。

當時第一次世界大戰各方交戰正酣，處于敵對國的英國天文學家艾丁頓通過一些渠道了解到了愛因斯坦的廣義相對論。由于愛丁頓同時也是一名數學家以及物理學家，所以他幾乎完全看明白了愛因斯坦的“引力場方程”。他有一種強烈的預感，一個如此優美的理論應該是正確的，並且對光線彎曲的預言産生了濃厚的興趣。

但由于這個偏折角太小，而且太陽亮度太高，不太好觀測。所以當時科學家們能想到的唯一方法就是在日全食的時候觀測，通過對比日食發生時太陽附近的星星與沒有太陽的時候星星的位置來判斷星光是否發生了偏折。運氣比較好的是，在大約三年後，也就是1919年5月29日就將會迎來一場日全食，機不可失。等到一戰結束後，艾丁頓立刻說動了英國政府資助此次的日全食觀測計劃，以驗證廣義相對論的預言。此次觀測共組織了兩個觀測團隊，一隊到巴西北部的索布拉爾，另一隊到非洲濟內亞海灣的普林西比島。在日食當天，艾丁頓竟然真的看到了原本不該出現在太陽周圍的幾顆星星。觀測結束後，艾丁頓經過對數據的層層篩選、審查以及精密的計算。最終，在1919年11月7日，在英國皇家科學院鄭重宣布了此次觀測結果。

當然，毫無疑問，廣義相對論最終勝出，愛因斯坦一夜成名。在之後的幾十年裏，科學家們又做了許多次的日全食觀測，即使是使用目前最高精度的儀器，廣義相對論也依然能完美地通過驗證。

那除了這個星光偏轉，廣義相對論是否還有其他方法推翻牛頓呢？再來舉個例子，在19世紀40年代，科學家們就注意到在太陽系中距離太陽最近的一個行星水星，一直存在著一個微小的進動。什麽是進動？簡單來說，就是行星繞轉一圈之後，並不是恰好回到原來的出發點，而是會有一個小小的偏移，表現出來就是橢圓軌道的長軸會有一個慢慢的轉動。

當時的天文學家們絞盡腦汁，他們將所有可能的幹擾項都考慮進去，比如附近的金星和地球。經過一番精確計算後，發現依然存在著一點點進動誤差。這一點點誤差是多大呢？也就是每100年進動43弧秒。這可以說是一個幾乎無法察覺到的誤差。

你可能會說，就這麽點誤差有啥好糾結的？但天文學家們可不會這麽想。他們對于自己的計算非常有把握，他們認定這43弧秒的誤差需要一個解釋。起初有科學家認爲這個誤差是因爲太陽系中存在著某顆尚未發現的行星，類似于之前海王星的發現過程。發現水星反常的那位法國人甚至計算了這顆未知行星的可能位置，並且名字都給他想好了，就命名爲“火神星”。但事實上，天文學家觀測發現，那裏空無一物。直到1915年，愛因斯坦根據最終的引力場方程計算出來的水星進動誤差恰好就是精准的每100年43胡秒。他完美解決了困擾天文學家多年的水星進動問題，這也是曆史上廣義相對論與牛頓力學的第一次較量。

其實，類似的例子還有很多。除了引力紅移，廣義相對論還給出了諸多預言，從黑洞、參考系拖拽、雙星軌道衰變到引力波的實錘等等。100多年來，他經受住了所有實驗和天文觀測的考驗。而這些現象都是牛頓老爺子想都不敢想的。所以現在我們可以說，牛頓被推翻了嗎？對于推翻的這個說法，我認爲是沒有太大問題的。

之前有看到過一種觀點，他認爲牛頓力學能應用于宏觀低速狀態，所以他並沒有被推翻。這麽說其實是不對的，這只是後人爲其找到的適用範圍，而科學本身是嚴謹的。至少，並不能因爲當時的觀測技術的局限性來證明他沒有被推翻。而至于推翻這個詞，到底有沒有必要用？我認爲是沒有必要的。我們沒有必要因爲崇拜愛因斯坦而看低了牛頓。

毫無疑問，牛頓的理論爲之後的所有理論都奠定了不可撼動的基礎。巨人都是站在巨人的肩膀上，科學本身就是一個不斷進步、尋找真理的過程。而對于我們而言，先學習簡單的、更容易理解的理論並無任何問題。所以這就是爲什麽雖然廣義相對論已經推翻了牛頓萬有引力，但我們的物理教材上依然是從萬有引力開始學起，由淺入深，循序漸進。總不能一上來就學習愛因斯坦的引力場方程。或者如果連基本的概念都不懂，就想看破宇宙的起源，思考時間的本質。那或許將會是一場災難。

很多人都很疑惑，爲什麽廣義相對論能做出這麽多准確的預言？是因爲愛因斯坦是預言家，是穿越者嗎？並不是，歸根到底，這裏面的大部分原因還是因爲數學。針對廣義相對論的預言與觀測驗證，愛因斯坦曾經在1930年寫道：“我認爲廣義相對論的主要意義不在于預言了一些微弱的觀測效應，而是在于它的理論基礎和數學構造的簡單性。”在愛因斯坦看來，是廣義相對論內在的簡單性保證了它的正確性。

從人類的科學發展史來看，數理科學的進步模式確實都有著這樣的規律和特點。他們往往是運用了當時最高深的數學知識而構建起來的一些精致的理論模型，而他們的正確性很大程度上由他們內在的簡單性和統一性所保證。雖然他們通常也會給出一些可供檢驗的預言，譬如哥白尼的日心說預言了恒星周年世差，牛頓的萬有引力預言了海王星的存在，愛因斯坦的廣義相對論預言了光線彎曲，霍金的黑洞理論則預言了霍金輻射，等等。但實際上，並不需要等到這些預言被證實，那些理論往往就已經被信奉爲正確的科學理論。

1914年，當時的愛因斯坦還沒有算出正確的星光偏折值，但他在給好友貝索的一封信中曾以十分自信的語氣寫道：“無論日食的觀測成功與否，我也毫不懷疑整個理論體系的正確性。”還有一個故事也曾廣泛流傳，說的是，當光線彎曲的預言被英國人證實的消息傳來時，當時遠在柏林的愛因斯坦正在上課。有一位學生問他：“假如他的預言被證明是錯的，他會怎麽辦？”愛因斯坦回答說：“如果是這樣，那麽我會爲親愛的上帝感到難過。畢竟我的理論是正確的。”從這些故事來看，愛因斯坦其實更像是一名純粹的數學家。他先是不加證明地規定幾條簡潔且極難從哲學上撼動的基本原理，也就是所謂的“公理公設”，然後進行一系列數學推導，得出一系列結論。

這種工作完全不需要任何對現實物理現象的觀察，甚至可以稱作一種純粹的思維體操。這樣的工作模式與數學家完全相同。更加驚人的是，這些得出的結論最終與現實世界完全契合，因爲它設下的“公理”本身就是對現實世界的一種哲學拷問。

從100年後的今天來看，相對論的思想已遠遠超越了他的時代。在思考學習相對論時，我從未感覺到過他試圖以科學權威等方式來證明他的正確，他只是天啓般呈現自己，沒有絲毫邏輯上的欠缺或冗余，那種必然和美，讓人臣服。