晚年的贡献

对一个人来说,所期望的不是别的,而仅仅是他能全力以赴和献身于一种美好的事业。——爱因斯坦

发明新的原理

爱因斯坦在他人生的最后20年,在物理学中取得了哪些巨大成就呢?在20年中的研究工作集中在两个主要的方面:一个是统一场论的建立,实际上是相对论的继续,另一个是对量子力学的正确解释。

1935年9月,爱因斯坦同波多尔斯基和罗森合作,发表向哥本哈根学派挑战的量子力学论文,宣称哥本哈根学派的量子力学对实在的描述是不完备的。

1936年,爱因斯坦开始同英费尔德和霍夫曼合作,研究广义相对论的运动问题。

1937年3月至9月,爱因斯坦与英费尔德合作编写《物理学的进化》。

1937年6月,爱因斯坦同英费尔德和霍夫曼合作完成论文《引力方程和运动问题》,从广义相对论的场方程推导出运动方程。

1938年,爱因斯坦同英格曼合写论文《卡鲁查电学理论的推广》。

1940年5月15日爱因斯坦发表论文《关于理论物理学基础的考察》。

1948年8月,爱因斯坦发表《量子力学和实在》。

1952年4月,爱因斯坦发表《关于一些基本概论的绪论》和《相对论和空间问题》。

1953年5月20日,爱因斯坦发表关于量子力学解释的论文。1953年5月,爱因斯坦发表《“空间概念”序》。

1954年11月,爱因斯坦完成《非对称的相对论性理论》。

1950年4月,爱因斯坦发表《关于广义引力论》。这篇论文,总结了爱因斯坦自1922年发表第一篇统一场论的论文以来长达28年的统一场论的研究。

这是他继1905年的《论动体的电动力学》、1916年的《广义相对论基础》这两部划时代的文献之后,第三部最主要的科学文献。

这是他长期为宇宙中存在的两个独立的场——电磁场和引力场去寻找一个最终的统一形式而做的艰难探索的成果,是他后半生中最重要的理论巨著。

爱因斯坦在他当年的信中说:

创新就意味着要打破陈规,有所发明,因此,遇到困难和挫折是正常的,但成功是巨大的。统一场论现在已经完成。虽然我付出了全部心血,还是不能用任何办法去验证它。这种状况将长年累月地持续下去。因为数学上的困难不容许赋予它以单值的评价的形式。何况物理学家们不理会逻辑的和哲学的论据。

不过,对于爱因斯坦毕生追求的终极目标:建立起一个能够统一宇宙中所有已知的力的综合数学框架,而且可以解释一切基本粒子的存在和性质,推导出一切重要的自然常数,并将相对论和量子力学最终结合在一起的这样一个“解释世界的理论”或“整个物理学的基本理论”来说,这篇论文还远不是最后的完满的结果。

直到爱因斯坦去世之前,他的这个理想也没有最后完成。在他去世的前一天,他还叫他的助手把大统一理论的最后计算结果拿到他的病床边来。

他最终未能完成大统一理论,实现他的理想,并不是因为他的智慧和能力不够,而是由于时代的限制。

他生活和工作的年代还是在20世纪的前半个世纪,那时人类拥有的科学技术手段还根本不可能对自然最深的奥秘,特别是对宇宙深处星球的奥秘和原子内部粒子的奥秘这两项最重要的自然奥秘进行更深层次的开掘,人类对宇宙和原子核内部奥秘的了解还非常肤浅。

因此尽管爱因斯坦具有超人的对于事物的洞察能力和预见能力,但他毕竟还是一个人,他无法超越他的时代,无法用他的理论去预知一个完全未知的世界。

在他后半生中一直为之奋斗的伟大的统一场论,包括对他在普林斯顿最后22年的全部物理学研究工作的评价,都曾经在很长一段时间里遭受人们的误解和不公正的冷遇,有时甚至还有嘲笑。

1931年,爱因斯坦和妻子艾尔莎在美国亚利桑那州同霍皮族印第安人合影在很长一段时间里,他自己曾经参加创建的量子力学成为了物理学发展的主流,而他追求的统一场论则被看成是虚幻的梦想。最后他虽然完成了他的统一场论理论,但也只是纯数学计算,难以取得实验验证。

当时以波尔、海森堡以及狄拉克等伟大的物理学家为代表的近代量子力学,在物理学所有领域中几乎是无往而不胜。

狄拉克甚至大胆地预言:量子力学可以使全部化学简化为一组数学方程!它几乎在四十多年里主宰了物理学的进程。

爱因斯坦几乎是孤独一人站在反对的一面。他并不是全盘否定他自己曾经亲自参加创建的量子理论,他否定的只是量子力学在后期发展中所具有的几个他不能接受的问题。

爱因斯坦对自己在物理学界的孤立状态并不在乎,他在给朋友的一封信中嘲弄地写道:“我在我的同事们的眼中成了一个顽固的异教徒。”然而这并不能使他有所动摇,随着历史的进程,随着物理学在近二三十年中在天体宇宙学和原子内部粒子理论上的飞速发展,人们终于发现:

量子力学本身并不是一个完备的理论,只是当物理学家用它来分析速度远比光速小的现象时才是有效的。

时间终于宣布了爱因斯坦的相对论和统一场论的胜利,在几十年的冷遇之后,科学重新回到了爱因斯坦的身边。

但是整个世界的物理学家对这个新理论感到如此兴奋的根本原因还在于:它看来能最终解决也许是本世纪最为重要的科学问题,即爱因斯坦梦想和追求的是如何将自然界已知的各种力统一到一个综合的理论中。

现在正在发展的大统一理论,已经实现电磁力、弱核作用力和强核作用力这三种自然力的统一。

现在的物理学已经比历史上的任何时期更加接近爱因斯坦的梦想。

爱因斯坦在晚年一个人孤立地面对整个物理学界时,没有丝毫的动摇和退缩,始终坚信他的统一场论是正确的,是达到整个宇宙的和谐的必经之途。

正因为如此,虽然他已经逝世了半个多世纪,可是他的名声至今不衰。如果要进行一次有史以来对人类贡献最大的100人评选,包括古往今来一切著名的文学家、艺术家、科学家、政治学、军事家,排在第一名的必然是爱因斯坦。