本文与 The Conversation合作发表。
一百年前的这个月，一位名不见经传的德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦向普鲁士科学院提交了他的 广义相对论。此前，没有任何事情使科学家为现实基础如此激进的重新构想做好准备。
一组简洁紧凑的方程中蕴含着这样一种观念：我们的宇宙由一种神奇的网格构成，如今称之为“时空”。根据该理论，这一网格的结构将在遥远恒星的光线弯曲中显现出来。
在当时的人们看来，这一点令人难以置信，因为物理学家早已知道光沿直线传播。然而，1919年的一次日食观测表明，在宇宙尺度上光线 确实 会发生弯曲，爱因斯坦一夜之间成为超级明星。
据说，爱因斯坦得知其理论已被证实的消息时反应十分淡定。当被问及如果该理论 未能 被证实，他会作何反应时，他回答道：“我会为亲爱的上帝感到遗憾。这个理论是正确的。”
正是这些方程的极度优雅，使他对这一判断如此笃定：如此美丽的东西，怎么可能是错的呢？
量子理论家保罗·狄拉克后来借用诗人约翰·济慈的诗句，总结了这种对物理学的态度，他在谈及我们对自然的数学描述时宣称：“美即是真，真即是美”。
科学的艺术
对美的追求贯穿了物理学的整个发展历程。从这个意义上说，广义相对论是一组特定审美关切的集大成者。对称、和谐、统一与完整感，这些都是广义相对论所形式化的部分理想。量子理论是跳跃而爵士风的大杂烩，而广义相对论则是一支庄重的华尔兹。
在庆祝其百年诞辰之际，我们不仅可以将这一理论视为富有远见的科学成就，也可视为一项艺术上的胜利。
我们所说的“艺术”一词是什么意思？
对这一问题已有诸多答案，且还将有更多答案。一个颇具挑衅意味的回应来自诗人兼画家 Merrily Harpur，她指出：“世界各地艺术家的职责是为概念景观施魔。”哈珀并未将艺术等同于任何物质手段或实践，而是将其与一种社会学层面的结果相联系。她说，艺术家为我们的心理体验带来某种令人神魂颠倒的东西。
为我们的概念景观施魅未必是科学家的 职责 ，然而这确实是科学能够实现的目标之一；没有哪一个科学思想比爱因斯坦的更令人神往。尽管他曾表示，理解其理论的人永远不会超过12人，但正如许多概念性艺术作品一样，你无需理解相对论的全部，也能为之动容。
从本质上讲，该理论为我们提供了对引力的新理解，这种理解具有非同寻常的奇异性。根据广义相对论，行星和恒星位于一种宇宙织物之中（或之上），即时空，人们常用蹦床来类比加以说明。
想象一个保龄球放在蹦床上，它会在表面压出一个凹陷。相对论认为，这正是行星或恒星对时空这张网所做的事。只不过，你必须把这个表面想象为具有四个维度，而非两个。
现在，将时空概念应用于整个宇宙，并考虑其中所有恒星和星系的引力效应，物理学家便能利用爱因斯坦方程确定宇宙本身的结构。它为我们提供了宇宙建筑的蓝图。
综合
爱因斯坦的思考始于他所称的 gedunken （或称思想）实验；这些“如果……会怎样？”的情境将他的思维引向了全新的方向。他在著名的评论中赞扬了这种智识游戏的价值：“想象力比知识更重要。”
这段引文接着写道，一句许多艺术家可能都会认同的格言：“知识是有限的，想象力却环绕着整个世界。”
但仅凭想象力，并不能得出一组方程，其准确性如今已被验证到多个数量级，并且它至今仍保障着GPS卫星的精确运行。因此，爱因斯坦还借鉴了另一个创造力源泉：数学。
事实上，数学家们早已发展出描述非欧几里得曲面的强大技术，爱因斯坦意识到可以将这些工具应用于物理空间。利用 黎曼几何，他提出了一种对世界的描述，其中时空成为一种动态的膜，弯曲、扭转、伸缩，宛如一个巨大的有机体。
牛顿式宇宙是一片静态、缺乏特征的虚空，而爱因斯坦式宇宙则是一片不断变化的景观，被巨大的力量撕裂，并充斥着各种怪物：其中包括射出巨大X射线喷流与光线的脉冲星，以及吞噬光线的黑洞；在黑洞的“事件视界”之内，时空的结构被撕裂。
一位重要艺术家的标志之一，在于其能够激发其他创造性思想者的程度。广义相对论已被编织进科幻小说的DNA之中，为我们带来了 《星际迷航》中的曲速引擎、 虫洞 ，出现在卡尔·萨根的 《接触》中，以及其他无数叙事奇观。小说、戏剧，以及一部 菲利普·格拉斯的 交响曲，都围绕其主题进行过发挥。
在人们日益渴望沟通艺术与科学两个世界的当下，广义相对论提醒我们，艺术性 存在于 科学之中。
在这里，创造性的飞跃既源于富有趣味的推测，也源于逻辑所具有的游戏般的力量。正如十九世纪数学家 约翰·普莱费尔 在回应非欧几何的种种怪异之处时曾评论道：“我们会意识到，理性有时能够走得比想象力敢于追随的更远。”
在广义相对论中，理性与想象力相结合，共同综合出一个整体，而二者单独都无法达成这一点。
刊登文章并不意味着世界经济论坛认同其中的观点。
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作者：Margaret Wertheim，墨尔本大学科学传播方向的副校长研究员。
图片：这张五分钟曝光的照片中可见一颗彗星。REUTERS/Aaron Kingery/NASA/MSFC/Handout.
