アインシュタインを「裁く」ほど「大胆」なのは誰でしょうか?

少し前に、カナダの科学史家ジェフリー・クレリンステンの新著『アインシュタインの陪審：相対性理論を検証する競争』の中国語訳が出版されました。本書は、特殊相対性理論と一般相対性理論の誕生初期における、この画期的な科学理論をめぐる学術的論争、特に度重なる天体観測と物理実験を通じて巻き起こった熾烈な学術的論争を紹介しています。

これらの議論には、正当な学術的疑問や論争、多くの専門家による哲学的および物理的な誤解だけでなく、さまざまな反相対性理論の攻撃も伴います。学術上の誤りによる誤解だけでなく、学術倫理に欠ける者、学術詐欺師、反ユダヤ主義者、ファシストによる悪意のある中傷や攻撃もあり、そのひどさは衝撃的です。

反相対論者の激しい疑問により、ノーベル賞委員会は、人類史上最も重要かつ輝かしい科学的成果の一つである相対性理論を、アインシュタインにノーベル物理学賞を授与する理由の一つとして挙げることができなかった。

1920 年代に行われ、約 10 年間続いたこの相対性理論の「試み」は、一般的な科学論文、科学史資料、科学普及書の中で簡単に触れられたものの、詳細には説明されていませんでした。そのため、一般的に相対性理論を勉強したり、研究したり、教えたりする人々は、相対性理論に対して深い印象を持っていません。プランクやネルンストのような一流の学者の支援があれば、特殊相対性理論は学界にすぐに受け入れられるだろうと考えられていました。重力赤方偏移、光の偏向、水星軌道の近日点歳差運動という3つの主要な検証が完了すると、一般相対性理論が学界に認められるようになると考えられていました。相対性理論が誕生した後、これほど厳しい「学術的試練」を受けるとは想像もできなかった。

もちろん、事実は言葉よりも雄弁に語ります。実験的観察の結果と学術的理解の段階的な深まりにより、相対性理論の「裁判」に参加した人々は、最終的に相対性理論の「証人」および支持者へと変化しました。実際、中国で相対性理論が広まったときにも同様の状況が発生しました。

著者は長年にわたり一般相対性理論の研究、教育、普及に取り組んできました。彼は、アインシュタインの伝記やコメントなど、相対性理論に関する多くの書籍や歴史的資料を参照してきましたが、この歴史的段階へのこれほど詳細で素晴らしい紹介は見たことがありませんでした。本当に目を見張るものがあります。

この本の著者は、その堅固で包括的な学術的基礎と、積極的、勤勉かつ実践的な学術スタイルのおかげで、このような作品を完成させることができました。彼は物理学、天文学、科学史の学問的背景を持っています。また、世界各地の数多くの科学研究機関、学校、図書館・情報機関から広範囲に情報を収集し、関係者や内部関係者と綿密な交流を重ね、大量の貴重な歴史資料を完全かつ正確に把握しました。

この本の翻訳者であるパン・タオ氏は、長年アインシュタインや相対性理論に関する本の翻訳に携わってきました。 『アインシュタインの間違い』など優れた翻訳書を出版している。今回は代表作『アインシュタインの陪審』の中国語訳を寄稿していただきました。この本は読者に歓迎されるだろうと信じています。

この本を読むことで、読者は相対性理論の発展過程を十分に理解できるようになり、若い学生も科学研究の困難な道を理解することができるようになります。

——趙正（北京師範大学物理学科教授、中国重力および相対論的天体物理学会元会長）

著者：スー・ダオ

アインシュタインと相対性理論に関する科学史の物語において、1919年は特別な意味を持つ年です。この年、イギリスの天文学者アーサー・エディントン率いる探検隊が西アフリカのプリンシペ島で日食の観測に成功し、星からの光は太陽の重力場で屈折するという一般相対性理論の予測を検証しました。それ以来、アインシュタインと彼の一般相対性理論は一夜にして有名になりました。

一般相対性理論は、ニュートン以来 300 年間に人類の宇宙に対する理解を完全に変え、空間や時間といった馴染みのある概念にまったく異なる意味合いを与えました。しかし、このような思想の革命に直面したとき、私たちは、アインシュタインの創造性と洞察力に驚嘆するだけでなく、コペルニクスが提唱した地動説が、ケプラーやガリレオらのたゆまぬ推進と普及によってようやく認知されたのに、アインシュタインの理論は理解するのがさらに難しく、私たちの日常の経験を超えていたのに、なぜエディントンによるたった一つの観察によって完全に受け入れられたのかと疑問に思ったことがあるだろうか。

実際のところ、状況は教科書や科学の一般書でよく読むものとはまったく逆です。 1919年の日食の前後の期間、科学界はアインシュタインと一般相対性理論に大きな注目を寄せ、疑問や反対の声が至る所で聞かれ、一時は主流にさえなった。一般相対性理論には、水星の近日点歳差運動の新しい値、重力赤方偏移、重力場における光の偏向という、実際にはすべて天文学的な予測である 3 つの重要な予測があります。したがって、一般相対性理論を確認するにしても、反証するにしても、天文学者の仕事なしにはできない。

これらの天文学者は、カナダの科学史家ジェフリー・クレリンステン著の書籍『アインシュタインの陪審：相対性理論を検証する競争』の主人公です。彼らがこれらの予測を検証するために 1910 年から 1925 年にかけて行った広範な研究と観察、およびそれに続く議論が、この本の主な内容となっています。クレリンステンは、法廷でのみ使用される「陪審」という言葉をタイトルに使用して、彼らの間の対立がいかに激しかったかを私たちに思い出させようとした。この本は、この競争を評価する上で極めて重要な多くの詳細を記録した、詳細な「科学的な裁判記録」と言えるでしょう。

19 世紀半ば以降、一連の物理的方法が天文学の研究に導入されるにつれて、天文学は、主に天文測定と軌道計算に基づいた従来の研究モデルを徐々に変化させ、物理学と深く融合するようになりました。天体物理学が誕生しました。 20 世紀に入ってからは、物理学が天文学研究の主流となりました。 「物理学の奇跡の年」である1905年にアインシュタインが発表したいくつかの重要な論文がまだ物理的な問題を議論していたとすれば、宇宙と時空の構造を記述する新しい理論である一般相対性理論は必然的に天文学の分野に入り込み、この分野を完全に作り変える可能性を秘めており、当然ながら天文学者の注目を集めました。

「エディントンは日食の観測を利用して一般相対性理論を検証した」というのは、この歴史を極端に単純化し、誤解を招く表現に過ぎません。 『アインシュタインの陪審』はこの歴史を完全に復元しており、それがこの本の重要な価値である。この本で紹介されている天文学者は数が多いだけでなく、非常に異なる見解を持っており、科学界が複雑な関係にあることを示しています。

しかし、クレリングステン氏が本の中で詳しく書いているドイツの天文学者エルヴィン・フロイントリッヒは「小さな男」だった。一般相対性理論の信奉者の中では、彼は地動説のケプラーやガリレオほどの地位にはなく、功績一覧に彼の名前を見つけることは難しいが、歴史の皮肉が彼には鮮やかに反映されている。彼は勤務先であるベルリン王立天文台で何の支援も受けられず、所長からも抑圧されていたにもかかわらず、この新しい理論を強力に裏付けるために、関連する研究と観測を全力で実行しました。

1907 年にアインシュタインが提唱した等価原理は、一般相対性理論の原型です。この原理に基づいて、彼は太陽を通過する星の光の偏向角が 0.87 秒角であると計算しました。 1915年に一般相対性理論が完全に確立された後、彼は角度を再計算し、以前の値の2倍である1.74秒角に修正しました。

この偏向角の実際の大きさは皆既日食が発生したときにのみ測定できるため、天文学者はその機会を待つ必要があります。 1914年、フロイントリッヒはついに機会を得て、観測チームを率いてロシアのクリミア半島に行き、皆既日食を観測しました。しかし、このとき第一次世界大戦が勃発し、ドイツとロシアが交戦国であったため、観測隊は逮捕され（後に釈放されドイツに送還）、予定していた観測は実施できなかった。もしフロイントリッヒ率いる観測チームが事故に遭うことなく、晴天のもと計画通り観測を無事に完了し、データの品質も満足のいくものであったとしたらどうなるだろうか。この観測から得られた結果は、1907年にアインシュタインが予測した値を覆すものだった。言い換えれば、野心的なフロイントリッヒが受けた打撃は、実際には一般相対性理論を「救い」、アインシュタインに理論を完成させる時間を与えたのだ。残念なことに、彼は歴史に名を残す機会もエディントンに譲ってしまった。

エディントンはこの歴史において欠かせない中心人物です。彼の話の一つは広く流布している。ある記者が彼に、一般相対性理論を本当に理解している人は世界にたった 3 人しかいないと聞いたと伝えたのだ。彼は少し間を置いて、3人目が誰なのか気になっていると言いました。これが単なる冗談だったのか、それとも本当に自信があったのかはともかく、彼の言ったことは真実ではなかった。クレリンステンによって復元された歴史では、エディントンのイメージも立体的になる。実際のところ、エディントンがその有名な観測を主導し、一般相対性理論の勝利を世界に発表したとき、彼はその理論を実際には本当に理解していませんでした。その後の数年間で、彼は徐々に理解を深めていった。さらに重要なのは、観測データを処理する際に、エディントンは意識的にアインシュタインの予測を裏付けるデータを選択し、他のデータを無視したことです。これは明らかに科学研究の規範に反しており、当時の多くの天文学者から批判されました。 1919 年の皆既日食の観測は一般相対性理論が世間の注目を集めるのに役立ちましたが、その結果は天文学界を納得させるものではなく、天文学者たちが一般相対性理論をテストするために何度も皆既日食の観測を組織し続けたという話につながりました。

20 世紀初頭には、「ビッグ 4」諸国には最も多くの天文学者がおり、米国とドイツが最も多く、次いでフランスと英国でした。そのため、一般相対性理論の検証競争に参加する天文学者も主にこの4カ国から集まり、大西洋を境にヨーロッパとアメリカの2つの陣営を形成しました。クレリンステンが著書の中で詳細に列挙している観測データや数学的分析から離れて、ドイツとイギリスの天文学界を代表するフロイントリッヒとエディントンから出発して、天文学、さらには科学全体の現状と変化を、この偉大な時代の文脈の中で探ってみれば、より多くの洞察が得られるかもしれない。

本書で取り上げた時代は、物理学（天文学）における革命的な変化の時代（一般相対性理論に加え、量子力学もこの時代に開花した）であり、国際情勢が激動した時代であった。第一次世界大戦は、当時科学の中心であったヨーロッパに多大な影響を与え、当然のことながら科学もこの混乱に巻き込まれました。一般相対性理論を検証するための競争は天文学界内で行われるだけでなく、国家間の和解と対立も伴います。この調子は、本全体の物語に付随しています。イギリスの観測チームは、第一次世界大戦の終結直後にドイツ人が提唱した理論を検証した。この理論は、ヨーロッパに平和が戻り、理性が野蛮に打ち勝ったことの兆候と考えられていた。しかし同時に、アインシュタインについて報道する際、タイムズ紙は彼を「スイス系ユダヤ人」と呼び、彼がドイツで研究を行っているという事実を避けた。ドイツの科学界が関連研究を行うための資金を求めていたとき、重要な理由は「ドイツ人はドイツの理論を検証すべきである」ということだった。フロイントリッヒが天体物理学研究のための「アインシュタイン塔」を建設するために資金を集めたのもその一例です。 「科学には国境はないが、科学者には祖国がある」とよく言われます。この歴史は、科学と科学者が政治や国境を超越できるかどうかを議論するための良い材料を提供します。

20 世紀前半、世界の科学の中心はドイツからアメリカに移りました。画期的な出来事の一つは、アインシュタインがドイツからアメリカに移住し、プリンストン高等研究所に加わったことです。同じ頃、一群の優秀な物理学者が大西洋を渡ってヨーロッパからアメリカへ渡りました。この本では、20 世紀初頭からアメリカ経済の発展に伴い、科学研究に対する政府および民間の資金提供が増加し、この「変化」の兆候が天文学の分野ですでに現れていることがわかります。

一方、天文学の研究では、天文台や望遠鏡に対する要求が非常に高くなります。アメリカはこの頃精力的に天文台を建設し、急速にヨーロッパに追いつき追い越し、天文学の発展のための物質的な基盤を築きました。一方、ジョージ・エラリー・ヘイルに代表されるアメリカの天文学者たちは、アメリカの天文学界の理論的欠陥を認識し、優れた観測条件のもとで著名なヨーロッパの学者を積極的に採用しました。この「移転」という全体的な流れの中で、アメリカの天文学界は次第に成金のイメージを払拭し、世界の天文学界で重要な役割を果たし始めました。

したがって、アメリカの天文学者達もこの競争で傍観者になることはなかった。彼らはまず大西洋の反対側の研究動向を知り、それから参加しました。ヨーロッパ内での競争に加えて、大西洋の両側の天文学コミュニティでも競争が行われていました。今回、アメリカの天文学者が「陪審員」に加わったことで、いくつかの天文台が研究センターとなり、次の世紀の世界の天文学研究をリードする良いスタートとなった。

天文学者の「陪審員」が科学の法廷で一般相対性理論の運命を決定したが、この人類理性の最も輝かしい成果は当初満場一致の支持を得たわけではなかった。絶え間ない対立の中でのみ真実は明らかになり、最終的に「裁判」の結果は科学界によって認められた。実際、「アインシュタイン陪審」のすべての読者もまた特別な「陪審員」を構成します。私たちのアイデンティティはより多様であり、陪審員の要件により合致しています。一般相対性理論の信憑性を検証する能力は私たちにはないかもしれませんが、素晴らしい「科学裁判記録」を使って、科学の性質、科学の発展、科学と社会の関係などの問題について私たち自身の判断を下すことができます。

この記事は科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けています

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司

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