二十世纪的牛顿

如同科学史家们认为 17 世纪下半叶是牛顿的时代那样,人们常把 20 世纪的上半叶看成是爱因斯坦的时代。因为他的相对论开创了物理学的新纪元,几乎整个 20 世纪物理学的创造历程,都有他的巨手在指引方向。

1879 年 3 月 14 日,阿尔伯特·爱因斯坦出生在德国乌尔姆城一个犹太人家庭。父亲是个电器作坊的小业主,爱因斯坦的童年和少年时代是在慕尼黑度过的。当时他并没有表现出特殊的才能。11 岁那年,他读了一套通俗科学读物,开始对科学发生兴趣。第二年,他义怀着喜悦的心情自学了欧几里得几何,同时又攻读了哲学书籍。这几件事,对爱因斯坦以后的发展,产生了极大的影响。

1894 年,他父亲的工厂不幸倒闭,全家人迁往意大利米兰,爱因斯坦则留在慕尼黑继续完成中学课程。但他十分厌恶德国学校的军国主义教育,不久便离开德国并宣布放弃德国国籍,前往意大利和家人团聚。

1895 年,16 岁的爱因斯坦越过阿尔卑斯山,报考瑞士联邦高等工业学校。尽管数学、物物考试成绩非常好,但因语音学、植物学考得很糟,未被录取。经过在阿劳中学补习功课,第二年秋天,他终于考入该校,在师范系学习物理。由于他除了数学课外,对其它课程都不感兴趣,因而惹恼了老师。幸亏依靠同班同学格罗斯曼的课堂笔记,才通过了两次主要考试。但到 1900 年大学毕业时,他却未能在学校里得到一个教职,不得不四处寻找工作。

这时,格罗斯曼又向他伸出了友谊之手。经过格罗斯曼父亲的推荐和考核,1902 年 6 月,爱因斯坦在伯尔尼的瑞士联邦专利局得到一个审核员的职位。爱因斯坦说:“这个职位总算救了我的命。”不久,他又加入了瑞士国

籍。每天他用最短的时间完成本职工作,挤出时间来研究数学。一听到上司进来,就急忙把纸和笔藏在帽子里。

1904 年,爱因斯坦做了父亲。朋友们在他家里,经常看到他左手摇着小孩车,右手用短短的铅笔在做计算。在伯尔尼的林荫道上,人们也常看到爱因斯坦推着婴儿车散步,每走十几步就站下来,从上衣口袋里拿出纸片和笔, 写下几行数字和公式,然后再向前走。对他来说,任何时间都可以工作,绝不会虚度光阴。

1905 年是爱因斯坦一生最有收获的一年。26 岁的他在光电效应理论、布朗运动理论和狭义相对论三个领域中都取得了重大突破。其中狭义相对论震动了世界物理学界。他先后担任苏黎世大学、布拉格大学和母校苏黎世联邦高等工业学校的教授。德国最著名的理论物理学家普朗克,在为爱因斯坦所写的推荐书中写道:

“要对爱因斯坦的理论作出中肯评价的话,那么可以把他比作二十世纪的哥白尼。这也正是我所期望的评价。”

对于一般人来说,相对论太抽象了。就连大学生也不太理解。有一次, 一群大学生来到爱因斯坦身边,请他通俗地解释一下什么叫相对论,爱因斯坦看着这些青年男女,微笑地说:“你在一个漂亮姑娘旁边坐了两个小时, 觉得好像只过了一分钟;如果你紧挨着一个火炉,只坐了一分钟,却会觉得已过了两个小时。这就是相对论。

狭义相对论在本质上改变了牛顿力学的时空观,揭示了力学运动和电磁运动在运动学上的统一性。它进一步揭示了质量和能量的相当性,并为后来人类实现对原子能的利用,奠定了理论基础。

1913 年 7 月 10 日,爱出斯坦当选为普鲁士皇家科学院正式院士。选举前,推荐人普朗克宣读了他和几位著名科学家联名签署的推荐书:

“签名人十分明白,他们为这么年轻的学者呈请科学院正式院士的任职,是异乎寻常的。然而他们认为,由于他本人的非凡成就,足以证明他符合院士条件。从科学院本身的利益出发,也要求尽可能为这样的特殊人物提供应选机会。推荐人坚信,对于爱因斯坦进入科学院,整个物理学界将会认为,这是科学院的一项特别重大的收益。”

投票结果,爱因斯坦以 44 票对 2 票当选。

这项荣誉实在太高了,要知道,爱因斯坦当时才 34 岁。但是爱因斯坦内心却对接受这项荣誉展开了激烈的斗争。如果接受当选,势必要回到柏林工作,也就是要回到德意志军国主义的首府去工作,这意味着将背离自己原来的政治信念。

然而,皇家科学院的工作条件又强烈地吸引着他,作为科学院的正式院士,他可以享有柏林大学教授的一切权利,可以不必讲课,更不必再为寻找职业而奔波。这在当时的欧洲大陆是一个极为崇高和令人神往的学术职位, 他可以把全部精力投入理论物理的研究。

考虑再三,爱因斯坦决定接受这一荣誉,他并于次年 4 月侨居柏林,担任威廉大帝物理研究所所长兼柏林大学教授。4 个月后,第一次世界大战爆发了。在盲目的民族仇恨煽动下,德国 93 位著名科学家出于“爱国主义”, 发表宣言,为德军侵略行为辩解。爱因斯坦没有在这份宣言上签字。他从幼年起就厌恶战争,中学时代又为反对军国主义教育而离开德国。现在出于对和平的祈望,他和一位哲学家共同起草了《告欧洲人民书》,呼吁欧洲科学

家应该竭力尽快结束这场人类大屠杀,但却没有什么著名人士在这份宣言上签名。

在战争的岁月里,爱因斯坦满腹愁肠,他把主要精力投入了科学研究, 并取得了异常的丰收。1915 年末,他又创立了广义相对论,包括等效原理和广义相对性原理。爱因斯坦宣称在引力场中,光线是弯曲的。他建议,在下一次日全蚀时,通过天文观测来验证这个理论。

1919 年 5 月 29 日发生日全蚀,两支英国天文考察团分别进行了独立的观测,拍摄了日食方向星光的照片,他们发现,观测结果符合爱因斯坦的预言,光线确实呈现出弯曲,弯曲的程度和数值同爱因斯坦计算出来的完全一样。这就使牛顿的引力学说失去了普遍的意义。同年 11 月 6 日,英国皇家学会和皇家天文学会在伦敦正式宣布:对日全蚀的观测,精确地证实了爱因斯坦的广义相对论。

爱因斯坦成了一位世界名人。他被科学家们公认为是伽里略、哥白尼以来世界最伟大的物理学家之一,人们盛赞他是“二十世纪的牛顿”。“相对论热”、“爱因斯坦热”遍及欧美。每天早班邮件一到,爱因斯坦就要受到“围攻”:来自世界各地的请帖、成百上千封要照片、讨亲笔签名的信件, 以及一个接一个上门采访的记者、摄影师和雕塑家,使他应接不暇。

1921 年,爱因斯坦荣获诺贝尔物理奖。

1929 年爱因斯坦 50 岁生日时,他收到了从世界各地寄送来的贺电、贺信和礼品。包括国王、总统赠送他的游艇、地毯、银质餐具等。他没有细看这些贵重礼品,却发现了角落里的一袋烟草——一位失业老工人寄来的。爱因斯坦非常感动,把第一封感谢信写给了这位失业老工人。

在潮水般涌来的荣誉面前,爱因斯坦的头脑仍保持着清醒。他对那些赞美他的人说:“如果我相信你们的好话都是真的,那我就是一个疯子。正因为我个是疯子,所以才不相信”。爱因斯坦不爱钱财,他认为,财产是绊脚石,会破坏恬淡的心境。

可是他爱人民、爱民主和正义。电台出一千美元的高价,请他讲一分钟的话,被他拒绝,但他却重抄了整整 30 页的论文,将拍卖这篇论文所得的

200 万美元,全部捐献给反法西斯战争。他还向慈善机关保证:谁向慈善机关捐钱,谁就能得到一张爱因斯坦本人签名的照片。

1933 年,作为犹太人的爱因斯坦,因受到希特勒法西斯的迫害,被迫迁居美国,成为普林斯顿高等研究院的终身教授。从此以后,普林斯顿这座僻静的小城和一个伟大的名字连在了一起,成为科学的圣地。爱因斯坦给普林斯顿带来光荣,普林斯顿人也以爱因斯坦为骄傲,因为这位伟大的人物,就像普通人那样,生活在他们中间。当一个 12 岁女孩的母亲,为孩子经常到爱因斯坦家去玩而请他原谅时,爱因斯坦却笑着说:“噢,不用道歉。她带甜饼给我吃,我帮她做算术题。不过,我从她那里学到的东西,恐怕比她从我这里学到的东西还要多。”

作为世界公认的最伟大的科学家,爱因斯坦取得了常人所不可比拟的伟大成就。但他没有满足,从不停顿,爱因斯垣最反对这样的一些研究者:他们拿起一块木板,总是“寻找最薄的部位,在容易钻孔的地方,钻上许许多多孔”。他却把自己的“钻头”总是对准“木板”最厚的地方。他在给比利时王太后的信中写道:“留给我的事情是:毫不怜惜自己,研究困难的科学问题。那个工作迷人的魔力,将持续到我停止呼吸。”

爱因斯坦虽然被人们誉为“二十世纪的牛顿”,但他始终钦佩牛顿,他认为,如果没有牛顿的古典力学,就不会有他的相对论。一种正确的理论, 是永远不会死亡的。

1955 年 4 月,爱因斯坦病逝于普林斯顿。根据他生前立下的遗嘱,去世后不发讣告,不建坟墓,不立纪念碑,将他的骨灰撒在了不为人知的地方。