1.瞧,这个人!
有一天,一位秘书接到一个电话,电话里的人说:“您能否告诉我,爱因斯坦博士住在哪里?”秘书客气地说:“实在对不起,不能奉告。因为爱因斯坦博士不愿他的住所受到打扰。”这时秘书听到对方无可奈何地小声说:“请您不要告诉别人,我就是爱因斯坦。我正要回家,可是忘记了住在哪里。”
一位美国妇女曾经对她的女儿们回忆过爱因斯坦:他满头白发,十分凌乱。他个子不高,肥大的衣服,随便地套在身上,就像人们为了保暖,将毯子裹在身上一样。他有一双深凹的眼睛,嘴上长着粗硬的胡子。他老是凝视着、思考着,当他走近时,突然发现了我,愉快地微笑一下,然后又继续走着和思考着,我发现他穿着拖鞋——居然忘记了换鞋子。我把他想象成童话中的人物,不知怎么竟从书里跑了出来。
就是这样一位奇怪的人物,创立了惊世骇俗的相对论,动摇了牛顿力学大厦的根基,给整个物理学带来了一场天翻地覆的革命,从此,科学发展便进入了一个新的时期。列宁曾把爱因斯坦赞誉为“自然科学的伟大改革家”。
2.“小老头”追光
爱因斯坦于1879年出生在德国乌尔姆城的一个犹太家庭。次年,他父亲带领全家移居慕尼黑。爱因斯坦三岁才学会说话,平时不喜欢活动和游戏;可是他特别爱幻想,常常一个人躲在角落里,呆呆地想着什么。保姆给他起了一个绰号,叫他“讨厌的小祖宗”。四五岁的时候,父亲给他买了一个罗盘。他发现不管怎样转动罗盘,里面的那根针都不听指挥,它总是指向一个方向,这与他日常所见到的东西迥然不同,他感到很惊讶,喃喃地说:“是什么东西不让指针挪动地方呢?”他翻来覆去地瞧着罗盘,想找出这个东西,结果什么也没找到。这件事给他留下了深刻而持久的印象,他开始感到在事物的后面隐藏着深奥的道理。
爱因斯坦在母亲的熏陶下,喜欢上了古典音乐。当他母亲在钢琴上弹奏莫扎特或贝多芬的奏鸣曲时,他就一动不动地听着母亲弹琴。他从6岁开始学小提琴,从此小提琴就成为他生活中必不可少的一个“伴侣”。
上小学的时候,老师问他问题,他常常回答不上来,坐在那里一动也不动,气得老师罚他站在走廊里。老师告诉他的父亲说,这孩子智力迟钝,老是糊哩糊涂地在自己的梦吃中游荡。他们也给爱因斯坦起了一个绰号,叫他“孤独的小老头”。
爱因斯坦有个当工程师的叔父,经常抽空辅导他学习代数和几何,有一次还着重讲了勾股定理。寻根问底的好奇心驱使爱因斯坦设法去证明这一定理。经过再三努力,他竟根据三角形的相似性,成功地“证明”了这条定理。当爱因斯坦12岁的时候,叔父送给他一本平面几何的教科书。他怀着极大的求知愿望,一鼓作气地读完了整本书。平面几何那严密的逻辑结构给了他一种难以形容的印象。
爱因斯坦还非常喜欢阅读科普读物,有些书籍他百读不厌。随着所掌握的科学知识的增多,他对圣经上的许多故事发生了怀疑。这无疑对爱因斯坦破除宗教迷信,树立科学志向起了很重要的作用。此外,他还非常崇拜海涅、席勒、歌德、贝多芬、莫扎特、巴赫等诗人和音乐家。
爱因斯坦15岁时,他父亲在慕尼黑的企业破产了,他们全家移居意大利米兰,爱因斯坦则留下继续求学。6个月之后,爱因斯坦再也无法忍受在慕尼黑举目无亲的生活和严厉苛刻的学校纪律,于是,他弃学去了米兰。1895年,在父亲的建议下,爱因斯坦去报考瑞士苏黎世工业大学,但因拉丁文、生物课成绩不佳,结果名落孙山。他并没有气馁,经过努力,第二年就被苏黎世大学免试录取。
正是在这一年,这个善于幻想的少年产生了一个非常奇怪的念头:假如我跟随在光的后面,用光速奔跑,那么会出现什么情况呢?他百思不得其解。这个已经孕育了未来相对论萌芽的“追光问题”,对当时的爱因斯坦来说,还无力回答。然而值得庆幸的是,爱因斯坦不久就走进了苏黎世工业大学的校门,在这里他试图开始去制造打开新世界大门的金钥匙。
3.晴空的一朵乌云
19世纪下半叶,牛顿力学已经发展到了登峰造极的地步,一切都近乎完美无缺了。在牛顿力学中,空间是一个巨大无比的空匣子,它是静止不动的,时间是一条均匀流动的大河,它们与一切物体没有什么关系,这就是绝对时空观的由来。牛顿当时认为彼此相隔很远的物体,其相互作用是以无限大的速度超越空间从一个物体一下子传到另一个物体。然而在牛顿之前,笛卡尔曾主张过“媒递作用”。他认为在宇宙空间充满着一种非常稀薄而感觉不到的物质,物体间的相互作用就是以它为媒质传递的。他借用古希腊哲学名词,把这种物质称为“以太”。
随着电磁场理论的建立,物理学家越来越相信以太的真实性。因为有了这种弥漫于整个空间的物质,万有引力才能从一个天体传递到相隔遥远的另一个天体;有了以太,电磁波就可以解释为以太的波动,就像声音是空气的波动一样。不少物理学家设想以太很轻,能穿透万物;肉眼看不见它,甚至连精密的仪器也测不到它,以太是静止不动的,万物在其中无摩擦地运行;既然如此,就可以把以太看作是绝对时空的理想考照系。
这样,以太就成为经典物理学的一块重要基石。那么,以太究竟是否存在呢?
19世纪80年代,美国物理学家迈克尔逊和化学家莫雷想设计一个巧妙的实验来解决这个问题。他们认为,如果地球是在静止的以太中运动,那么地面上的光源沿地球的运动方向发出的光线和沿垂直于此方向发出的光线,其运动速度应该不同。尽管地球速度只是光速的万分之一,但如果实验做得非常严密,理应观察到这种微小的差异。可令人惊奇的是,他们在实验中并未能观测到不同方向上光速的差值。以后,又有人重复了这个实验,结果仍然如此!难道以太不存在吗?要物理学家放弃以太,这实在令人难以接受!
1900年新春伊始,当时久负盛名的英国物理学家威•汤姆逊,在他发表的《新年献词》中,踌躇满志地宣告科学大厦已经建成,留给后辈物理学家的仅是些零星的修补工作了。不过汤姆逊毕竟是老马识途,他看到了在物理学的晴朗天空的远处,还有两朵乌云。其中一朵就是迈克尔逊和莫雷否定以太存在的实验。
4.未来的“宙斯”
就在这一年,爱因斯坦从苏黎世工业大学毕业了。为了寻找工作,他到处奔波。失业一年半以后,才在大学同学格罗斯曼的帮助下,在伯尔尼专利局找到了一个职位。他的日常事务是负责审查发明专利申请书。他常常二三个小时就能把全天的工作做完,剩下的时间就进行科学研究。可是按规定是不准在办公室里搞业余研究的,爱因斯坦就想了一个巧妙的办法。他一有闲暇,就在小纸条上写他的复杂的数学公式,写完一张纸条就收藏起来,再换另一张继续演算。一有人来,他就将小纸条迅速滑进敞着一条缝的抽屉里,然后装作若无其事的样子开始工作。这片片纸条竟成了爱因斯坦攀登科学高峰的铺路石。
在爱因斯坦失业的时候,他曾在伯尔尼的大街上贴了一张招收业余听讲物理的学生的广告,每听一小时物理课交三个法郎。第一个找上门来的是伯尔尼大学的学生索洛文,他们一见如故,谈得很投机。几周后又来了一个叫哈比希特的人。爱因斯坦这个家庭教师当得也很特别,本来教的是物理,他却经常与学生一起讨论哲学、科学、文学等问题。后来爱因斯坦在专利局的同学和好友贝索也经常参加他们的活动。这几个年轻人差不多每天晚上都聚在一起,一边吃着饭,一边讨论大师们的著作。这简直成了一个业余学术讨论班,他们自诩为“快乐学院”。由于常到一家叫“奥林比亚”的小咖啡馆,便又把他们的学院戏称为“奥林比亚科学院”,爱因斯坦被推选为“院长”,成了奥林匹斯山上的“宙斯”。
在这所“科学院”里,他们就许多重要的科学问题展开了热烈的讨论,这种生动活泼的学术活动,使他们都受益匪浅。正是在这种气氛中,爱因斯坦播下的相对论的种子开始发芽、生长、吐蕾、开花,难怪爱因斯坦在过了半个世纪后,还如此深情地赞美“奥林比亚科学院”:“你所闪耀的明亮耀眼的光辉依然照耀着我们。”
5.魔幻般的世界
正当迈克尔逊-莫雷实验在科学领域引起轩然大波之际,X射线和放射性的发现在科学界又产生了爆炸性的影响,铀、镭等元素能释放出巨大的能量,这些能量是从哪里来的呢?这岂不与经典物理学的原理背道而驰吗!面对这一切与牛顿的科学图景相矛盾的事实,爱因斯坦对自牛顿以来的经典物理学进行了深刻的剖析和反思,并极力探讨了涉及光速时物体运动的问题。就在物理学家们犹豫不决的时候,爱因斯坦勇敢地接受了这些与常理相悖的事实,在前辈科学家研究成果的基础上,开拓出了一个崭新的科学世界。
这是一个与一般常识迥然不同的世界,在这个世界里,处处都感到陌生、奇怪、甚至荒谬绝伦。然而,这却又是一个实实在在的世界!
你现在正坐着以接近光速行进的飞船,从地球旁边掠过,你就会发现地球将不是一个圆球,而是一个扁扁的球;地球上的高楼大厦将变得像一根极细的长竿;正在飞奔的火车就好像在旷野上行驶的汽车一样;大街上的行人也变得面目全非,他们又细又长,眼睛、鼻子和嘴巴竟成了一条线。在观察者看来,物体在它的运动方向上的长度会缩短,这就叫“尺缩效应”。
一个人坐上光子火箭遨游太空,一年后他回到家里,看到自己的儿子已是白发苍苍的老人,而自己却还是那样年轻。在高速运动的物体上,时间的脚步会变慢,这就叫“钟慢效应”。
一个物体随着它运动速度的增大,他的质量会增加。这已被实验所证实。人们在实验中发现高速运动的电子,其质量要比静止时的质量大。
设想我们能以比光还快的速度飞驰,那么我们就会追上我们的过去,看到自己小时候的嘻笑打闹。这正像那首著名的五行滑稽诗所描写的那样:
有位年轻的女郎叫光阴,她的速度快于光。她有一天出发,在相对论的方法下,回到家时却是前天晚上。
一点点物质中就蕴藏着极大的能量,就足够一个大城市用上几年。物质和能量是不可分割的,它们之间可以相互转化,这个质能转化和守恒定律已成为利用原子能的理论基础。威力无比的原子弹,就是依据这一原理制造出来的。
这就是爱因斯坦的狭义相对论所描述的那个奇妙的世界。爱因斯坦降落下了牛顿绝对科学舞台的帷幕,同时又拉开了一个新的科学舞台的序幕,在新的背景中,空间、时间、质量、能量和物体运动呈现出了惊人的统一性。但是,狭义相对论并没有完全和牛顿力学断交。当运动速度比光速低的时候,狭义相对论和牛顿力学就没有什么区别了。
在狭义相对论发表以后,爱因斯坦又经过10年的努力,在数学家格罗斯曼的帮助下,建立了广义相对论。在广义相对论中,空间是弯曲的,光线也不像平常人们所说的那样沿直线传播,当它从一个质量很大的物体旁边经过时,就会发生弯曲。
在1919年发生日全食时,剑桥大学和格林威治天文台分别进行了独立的观察。他们分别拍摄了日食时的星光照片。双方人员都发现他们的测量结果都符合爱因斯坦的预言。
爱因斯坦塑造的这个新的科学世界,终于被人们看到了。
有一次,有人想请爱因斯坦简单明了地讲一讲他的相对论。他想了想,然后风趣地说:“如果你在一个漂亮的姑娘身旁坐一个小时,你只觉得坐了片刻;反之,你如果坐在一个热火炉上,片刻就像一个小时。这就是相对论。”
6.和平使者
爱因斯坦是一个十分谦虚的人。1929年,柏林市为他50岁生日举行了盛大的庆祝活动,他却没有出席。人们给他送来了好几只装满了祝贺卡、祝贺信和祝贺电报的篮子。
至于收到的礼物,简直可以装满一节车厢。希特勒上台后,开始排犹。爱因斯坦的家被洗劫,借口是爱因斯坦支持共产党暴动。他的相对论手稿也在柏林国家歌剧院广场当众被烧。爱因斯坦被迫于1933年移居美国。
爱因斯坦热爱和平反对战争,是一个正直而顽强的社会活动家。他曾和罗曼•罗兰一起祝贺列宁领导的十月革命的成功。1923年,当他访问中国走在上海南京路上时,一群中国青年学生用双手把他举了起来;爱因斯坦对中国的青年寄予了厚望,相信他们将来对科学将做出伟大贡献。1936年,我国沈均儒、邹韬奋等爱国民主人士遭蒋介石的逮捕(即“七君子事件”),爱因斯坦曾打电报声援。1939年,爱因斯坦致信罗斯福总统,指出了“制造原子弹是可能的,但决不能让法西斯国家抢先制造出来”。后来,他一直反对使用核武器和核军备竞赛。
爱因斯坦非常喜欢孩子,常常有孩子去他家玩,听他讲故事,听他拉小提琴。有一次,一个女孩的妈妈来找爱因斯坦。她不明白这位知识渊博的科学巨匠,为什么竟和她刚上小学的孩子那么谈得来。她问他们在一起谈些什么,爱因斯坦笑着说:“小姑娘给我带来小甜饼,我教她做算术作业。”
瞧,这就是爱因斯坦!一位时代巨人,同时又是一位平民百姓。
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