阿爾伯特·愛因斯坦1879—1955

相對論的創(chuàng)始人

“所有事物都是相對的”，大部分人一般只會記得愛因斯坦伸出舌頭的怪相和E=mmc2這個公式。愛因斯坦是為數(shù)不多能讓公眾記住自己的少數(shù)科學(xué)家之一，人們給了他“世紀(jì)天才”或“宇宙工程師”這樣的美譽(yù)。盡管外行們很難理解他在物理學(xué)上所做出的巨大貢獻(xiàn)，但卻幾乎人人都能說出他的名字?！盀槭裁礇]人理解我卻又人人喜歡我呢？”愛因斯坦自己就提出過這樣的問題。除了他在物理學(xué)方面的才華以外，他那倔強(qiáng)的脾氣、世界國籍（他一生中擁有德國、瑞士和美國三個國籍）以及不修邊幅的隨意打扮在某種程度上都提高了他在公眾中的知名度。在外觀儀表方面，他那凌亂的發(fā)型自然令人過目不忘，而且他那毫無特色的衣著也會給人留下深刻的印象。有人曾說愛因斯坦在用水和肥皂方面特別吝嗇，而受其影響的首當(dāng)其沖肯定是他的幾位夫人，不但如此，愛因斯坦似乎還是一位自私自利的帕夏（帕夏原指歷史上土耳其和埃及等國的高級軍官和官吏，這里比喻為歧視婦女又讓婦女伺候自己的自私男子）。公眾社會對愛因斯坦的稱頌主要在于他是一位物理界的奇才，他的這種奇才主要表現(xiàn)在他對物理學(xué)所做出的多方面的劃時代貢獻(xiàn)。而最為人們所熟悉的是他提出的相對論，相對論在科技界引起了兩次革命，第一次是在1905年。

■阿爾伯特·愛因斯坦，1931年。當(dāng)有人問他的聰明才智是從哪兒來時，他回答道：“我并沒有特殊的天賦，只是充滿好奇?！?/p>

不知名的前輩

與愛因斯坦留給公眾的印象相反，愛因斯坦并不是伯爾尼專利局的孤軍奮戰(zhàn)者，他并不是在與世隔絕中重新發(fā)展了物理，特別是在相對論方面。他不但有前輩可以借鑒，而且還有志同道合者，例如法國數(shù)學(xué)家朱爾·亨利·彭加勒（1854—1912） 、奧地利物理學(xué)家和哲學(xué)家歐內(nèi)斯特·馬赫（1838—1916）和荷蘭物理學(xué)家亨德里克·安東·洛倫茲（1853—1928） 。

“一個男人與一位美麗的姑娘在一起坐一個小時，他只覺得才過了一分鐘，但要是讓這個男人在灼熱的火爐上坐一分鐘，他就會覺得比一個小時還要長，這就是相對論?！?/p>

——阿爾伯特·愛因斯坦

20世紀(jì)初，物理學(xué)在巨大的矛盾中緩慢前行。矛盾在科學(xué)史上本來并不是什么新鮮事，今天矛盾已屬于科技進(jìn)步的一部分，物理解釋或理論在不同的物理分支里都可以自圓其說，但如果把相應(yīng)的分支學(xué)科放在一起來討論，就會發(fā)現(xiàn)它們往往相互排斥。比如今天人們所知道的量子理論和廣義相對論，這兩種理論都是十分成功的理論。量子理論的成功主要表現(xiàn)在分子質(zhì)點(diǎn)和原子的微觀世界，它可以用來解釋芯片及量子計算機(jī)等技術(shù)產(chǎn)品的特性；廣義相對論則在天體物理學(xué)領(lǐng)域大放異彩，可用來解釋天體現(xiàn)象，讓我們更好地了解神秘的宇宙。但這兩個相互矛盾的理論怎么可能都是正確的呢？最起碼在交叉重疊的應(yīng)用領(lǐng)域它們不可能同時正確有效，比如在宇宙大爆炸理論或黑洞理論方面，所有的物理學(xué)家都知道這種矛盾，少數(shù)物理學(xué)家在狂熱地研究尋找揭開這種矛盾和謎團(tuán)的答案，大部分物理學(xué)家則表現(xiàn)得無所謂。

■愛因斯坦第一次解釋相對論的手稿片段

100年前，物理學(xué)界境況與今天頗為相似。麥克斯韋的電磁理論能完美地解釋所有電動現(xiàn)象，而本質(zhì)上可追溯到伽利略的牛頓運(yùn)動法則又可以解釋所有機(jī)械運(yùn)動現(xiàn)象，可惜的是這兩種理論相互矛盾，根本無法捏合在一起。經(jīng)典力學(xué)告訴人們，兩個運(yùn)動著的物體在相互接近時，其速度必須相加，根據(jù)牛頓和伽利略的理論，如果誰想知道騎士射出的箭有多快，就必須把騎士胯下駿馬的速度和箭本身的發(fā)射速度加起來。今天，每個車禍鑒定專家在計算兩輛汽車相撞的速度時都利用這個法則，而麥克斯韋的理論則完全不同，麥克斯韋方程與速度相加的法則簡直是水火不相容。所以說，物理學(xué)家們30多年來一直受到這一問題的困擾，到底誰有理呢？是麥克斯韋還是伽利略？當(dāng)時，大部分人對這個問題都抱無所謂的態(tài)度，但也有人為此而絞盡腦汁。阿爾伯特·愛因斯坦自1902年開始在瑞士伯爾尼的專利局工作，他利用工作之余對這個問題進(jìn)行了深入的研究，1905年他在《論動體的電動力學(xué)》一文中對此給出了明確的答案：伽利略是錯誤的。他認(rèn)為伽利略的加法法則太簡單了，這種直覺性法則有很大誤差，只是人們在日常生活中不易覺察而已，因?yàn)橹挥性诮咏馑伲棵爰s30萬公里）的運(yùn)動時人們才能覺察出這種誤差。愛因斯坦的這一論斷以“狹義相對論”聞名于世，雖然它并沒有改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ?，但卻給物理學(xué)概念帶來了極其深遠(yuǎn)的影響。比如，按照這一理論，相互靠近的兩個不同物質(zhì)的同時性就失去了意義。在同一系統(tǒng)（例如一輛行駛著的列車）中同時發(fā)生的事對于站臺上的人來講是有時間差異的。假設(shè)列車前部的一位乘客和列車后部的一位乘客同時打開打火機(jī)，打火機(jī)的光不會同時進(jìn)入站臺上的人的視野，而是先后進(jìn)入他的眼簾，也就是說，同時性不是絕對的，而取決于觀察者和被

觀察目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)。1905年以后，時間就成了一個相對的概念。

■退休后的愛因斯坦仍是一位出色的小提琴演奏者。1931年他在駛離紐約的貝爾根蘭號郵輪上進(jìn)行了一次彩排，在參加美國科學(xué)院的會議時，他總帶著他那心愛的樂器，巴赫和莫扎特是他最喜愛的音樂家

■阿爾伯特·愛因斯坦參加在柏林舉行的反戰(zhàn)示威游行1923年

愛因斯坦與原子彈

盡管愛因斯坦寫信表示支持研制原子彈，但他一生都是個和平主義者。他與匈牙利物理學(xué)家列奧·西拉德和尤金·威格納聯(lián)名簽署的支持原子彈研制的信所產(chǎn)生的影響被夸大了，實(shí)際上，在這封信轉(zhuǎn)到美國總統(tǒng)手里的1939年，美國政府用于鈾研究的撥款只有6000美元。愛因斯坦本人從未參與原子彈的研制工作，但他還是被美國聯(lián)邦調(diào)查局列為安全隱患，并由于他的和平主義態(tài)度指控他有“反美行為”。在臨終前，愛因斯坦還簽署了一份由科學(xué)家發(fā)起的反對一切核武器的倡議書。

就在同一年，之前幾乎不為人知的愛因斯坦接連發(fā)表了六篇文章，其中一篇是《論動體的電動力學(xué)》一文的補(bǔ)遺文章，在這篇文章中，愛因斯坦提出了今天被有些人印在T恤衫上的質(zhì)能關(guān)系式E=mc2。在愛因斯坦的這個質(zhì)能關(guān)系式中指出，釋放能量（E）的物體將失去質(zhì)量（m），反之也一樣，c2表示光速的平方，是個巨大的數(shù)字，只要質(zhì)量有些微變化，就會導(dǎo)致能量的大量釋放。觀察原子彈爆炸時的威力，你就會體會到質(zhì)能關(guān)系的含義了。當(dāng)然，愛因斯坦在發(fā)表他的質(zhì)能公式時根本就不可能想到原子彈，因?yàn)?0年后人們才第一次知道核裂變。

1921年，愛因斯坦獲得了諾貝爾物理學(xué)獎，這主要?dú)w功于他在1905年的另一項(xiàng)杰出貢獻(xiàn)。那一年，他重新研究起被人們爭論了近百年的問題，即光是由波還是由粒子組成的。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，只要把光看作是能量子流，馬克斯·普朗克五年前提出的量子理論就可以完美地解釋以前一直糾纏不清的物理現(xiàn)象。愛因斯坦以此推動了量子理論的發(fā)展，實(shí)際上起到了幫助顛覆了經(jīng)典物理學(xué)傳統(tǒng)觀念的作用，盡管他本意并不想?yún)⑴c這場物理學(xué)領(lǐng)域的革命，也絕不會贊成量子理論關(guān)于世界上偶然性和不確定性起主導(dǎo)作用的觀點(diǎn)，事實(shí)上他一直堅持“上帝不會擲骰子”的觀點(diǎn)。

■在行駛的列車上用擺錘演示廣義相對論。廣義相對論顛覆了“絕對的時空觀”，如果時間和空間是絕對的，就相當(dāng)于可以去除所有的星辰、原子和質(zhì)子，也就是說去除宇宙中的所有物質(zhì)。愛因斯坦認(rèn)為正好相反，空間和時間是由宇宙中的物質(zhì)來決定和定形的，時間和空間可以被彎曲和變形，就像放在床墊上的物體的重力使床墊彎曲變形一樣。光線在大物質(zhì)（如太陽）的附近時可看到明顯的彎曲，鐘表在較強(qiáng)的引力場走得比平時要慢，在宇宙的尺度里，所有這一切都可得到驗(yàn)證，但對人們的日常生活卻無關(guān)緊要。對于人們的日常生活來講，牛頓和伽利略對自然的“錯誤的”經(jīng)典描述就足夠了

任何一位普通的物理學(xué)家如果能取得愛因斯坦在1905年所獲得的成就，都可能會受用一輩子，但愛因斯坦卻并不如此，在接下來的10年中，他進(jìn)一步研究并提出了廣義相對論，把相對運(yùn)動的理論帶進(jìn)了充滿引力的現(xiàn)實(shí)世界，廣義相對論為人們帶來了對時間和空間的嶄新認(rèn)識。

1921年愛因斯坦獲得的諾貝爾物理獎，諾貝爾獎評獎委員會評判的依據(jù)并不是他在相對論上的杰出貢獻(xiàn)，而是他1905年在量子物理學(xué)領(lǐng)域所作出的重大貢獻(xiàn)。原因是諾貝爾獎創(chuàng)始人阿爾弗雷德·諾貝爾設(shè)立此獎的目的是要表彰“給人類帶來最大好處”的杰出成就，毫無疑問，諾貝爾獎評獎委員會當(dāng)時更看重的是愛因斯坦給人類帶來的實(shí)用價值，而不是他的相對論理論。

阿爾伯特·愛因斯坦

生平與學(xué)術(shù)生涯

阿爾伯特·愛因斯坦于1879年3月14日出生在德國的烏爾姆市，父母為猶太人，經(jīng)營著一家電器商店。阿爾伯特出生后不久，父母就搬到了慕尼黑，父親赫爾曼和叔叔雅各布在慕尼黑開辦了一家電器廠。除了數(shù)學(xué)和物理以外，阿爾伯特·愛因斯坦在學(xué)校時并不引人注目，十五歲中學(xué)畢業(yè)時，他請求自己的數(shù)學(xué)老師為他寫了評語，在瑞士阿勞州立學(xué)校他獲得了大學(xué)入學(xué)資格，后來進(jìn)入了蘇黎世工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)，1900年獲得“數(shù)學(xué)和物理專業(yè)教師”文憑，同年申請加入瑞士國籍。他很想在大學(xué)教書，但沒有爭取到大學(xué)助教的職位，1901年，他的女友米列娃·瑪麗奇（當(dāng)時大學(xué)里唯一的一位女物理學(xué)生）懷上了他的孩子，他們的第一個愛情結(jié)晶估計送給了他人。1903年愛因斯坦與瑪麗奇結(jié)婚，并生下兩個兒子。1902年愛因斯坦在瑞士伯爾尼專利局獲得了一個職位，他在伯爾尼一直待到1909年。這一時期，愛因斯坦完成了著名的光量子和狹義相對論等論文。1908年他在伯爾尼獲得了大學(xué)授課資格，1909年在蘇黎世成為副教授，1911年在布拉格擔(dān)任理論物理學(xué)正教授，1914年被任命為柏林威廉皇家學(xué)會物理所所長，此后他一直生活在德國，直到1933年被迫流亡美國。在美國，愛因斯坦作為普林斯頓大學(xué)理論物理教授一直工作到1945年。1919年愛因斯坦與瑪麗奇離婚，并與瑪麗奇的表妹艾爾沙·羅溫塔爾結(jié)婚，1921年他獲得諾貝爾物理獎，諾貝爾物理獎并不是為了表彰他在這期間完成的狹義相對論和廣義相對論，而是為了表彰他在1905年提出的光量子假說。1945年開始，愛因斯坦開始研究自然現(xiàn)象的統(tǒng)一場理論，但未取得任何成果。1955年4月18日，阿爾伯特·愛因斯坦在普林斯頓與世長辭。

相關(guān)知識

奇跡年

1905年被人們稱為奇跡年，在這一年里，愛因斯坦在物理學(xué)的不同領(lǐng)域取得了一系列劃時代的成就。根據(jù)不同的專業(yè)劃分，愛因斯坦在1905年取得了三個或六個革命性成果，首先他用馬克斯，普朗克的量子理論解釋了光電效應(yīng)，認(rèn)為光不是波，而是離散的連續(xù)不斷的能量流，即光量子；愛因斯坦的第二個重大貢獻(xiàn)是研究熱力學(xué)的布朗運(yùn)動，為確定原子和分子的存在和大小提供了操作依據(jù)；愛因斯坦在這一年的第三個貢獻(xiàn)是用狹義相對論推翻了經(jīng)典物理學(xué)的時空觀念，提出了質(zhì)量和能量的關(guān)系公式（E=mc2 ）

推薦

閱讀：

《愛因斯坦文集》（三卷），愛因斯坦著，許良英等編譯，商務(wù)印書館1976—1979

《愛因斯坦全集》（已出五卷），愛因斯坦著，湖南科學(xué)技術(shù)出版社1999—2002

《愛因斯坦傳》， Abraham Pais著，方在慶、李勇等譯，商務(wù)印書館2004

《一個真實(shí)的愛因斯坦》（畫傳），方在慶編，北京大學(xué)出版社2006

視聽：

《尊敬的在座和缺席的各位》，愛因斯坦，1921—1951年的原聲錄音CD盤，K?ln 2003

參觀：

柏林附近的阿爾伯特·愛因斯坦夏季住宅

點(diǎn)評

榮譽(yù)也是相對的。但愛因斯坦的榮譽(yù)一直持續(xù)了一百多年，盡管使他聞名于世的最重要成果（相對論）與人們的日常生活并無直接關(guān)系，但也許正因?yàn)槿绱恕?/p>