說不盡的愛因斯坦
(一)
從書籍報刊上,我們經常見到這樣的一個形象:瘦削的面容,兩道彎彎的眉毛下深藏著一雙睿智的眼睛,額頭爬滿深深的皺紋,滿頭纖細的蓬鬆的白髮,兩道明顯的鼻線,一撮濃密下垂的鬍鬚……他就是超越時空的科學家巨人──愛因斯坦。
愛因斯坦(1879~1955),德國出生的美籍科學家。2005年是他逝世五十周年紀念,又是他提出「狹義相對論」一百周年,據報紙及「東方網」等媒體報道,全世界開展了豐富多彩的紀念活動:
聯合國將2005年定義為「國際物理年」。
美國新澤西州發起「物理照耀世界」光束全球傳遞活動,並在全球尋找「愛因斯坦」第二。他的出生地德國也展開為期一年的慶祝活動。
正是在德國,26歲的愛因斯坦於1905年發表五篇論文,掀起了一場物理革命,徹底改變了人們對宇宙的看法。但因為他的猶太血統和反戰立場,在希特勒上台後,他無法在祖國生活,1933年到美國普林斯頓大學任教。德國人民一直對他懷有深厚的感情。
全球媒體也爭先恐後紀念這位偉人。美國《華盛頓郵報》刊載《愛因斯坦智慧無人匹敵》,《紐約時報》發表《百年不確知》一文,稱1905年為物理學「奇蹟之年」。《洛杉磯時報》評論說,美國人中即使對科學熱情不高的人,也把他看作科學的最高象徵。說他的智力至今依然無與倫比,認為出現「下一個愛因斯坦」可能是一種奢望。
我國報刊也發表大量紀念文章。新華社發表評論《為物理歡呼》一文,認為新的世紀,世界需要第二個愛因斯坦,而人類也有能力培養出愛因斯坦式的科學家。
我國領導人接見了中外科學家,殷切希望中國青少年能湧現出像愛因斯坦一樣的偉大科學家。我國科學家周光召等發表一系列紀念文章,諸如《超越時空的科學巨人》《愛因斯坦的當代意義》等,把紀念活動推向了高潮。
這一切都說明,全世界都尊崇、熱愛這位傑出的科學大師,感謝他對科學發展做出的巨大貢獻。造福人類的人,人們永遠把他銘刻在心中。
(二)
愛因斯坦對科學的突出貢獻,是狹義相對論和廣義相對論的創立。
1905年,名不見經傳、年僅26歲的阿爾伯特·愛因斯坦(當時是伯爾尼專利局的一名小職員)發表了五篇論文,其中《論動體的電動力學》是相對論的第一篇論文,開創了物理學的新紀元,也稱為物理學的第三次革命。
在此之前,牛頓力學認為:絕對空間同外界事物無關,永遠是同一的和不動的,絕對時間亦如此,這二者是牛頓力學的根基。但其實它經不起推敲。既然時空與任何事物無關,你又怎麼知道空間和時間的存在呢?牛頓只能說二者是上帝的創造。時值20歲的愛因斯坦說:「……要把絕對時間和絕對空間從先驗的神山上拉下來,用我們的經驗來檢驗它們。」
於是,據《愛因斯坦傳》記敘,對時間值的分析成為相對論研究的直接起點,他提出同時性的概念。愛因斯坦發現,整個問題的關鍵在於虛空的空間中光速是恆定的,承認這一恆定性,時間相對性就是不可避免的。
又經過十年的研究,愛因斯坦提出廣義相對論。
愛因斯坦的相對論揭示出時間和空間並非是脫離物質和能量的一種絕對的存在。也就是說,愛因斯坦通過他的相對論揭示出傳統的經典物理學的一條謬誤,而這種謬誤作為一種人們常識性的觀念,早已深入人心。那就是:「從前大家相信,要是宇宙中的一切物質都消失了,那就留下時間和空間。但是,根據相對論,物質消失了,時間和空間就跟著一起消失」(愛因斯坦語)。愛因斯坦相對論揭示,空間和時間同物質和能量密切相關。它們之間存在著相關效應。即時間、空間和物質的質量都不是絕對的,而是隨著物質的運動而發生變化。當物體運動時,空間和時間會隨著物體運動的速度的變化而變化。即發生所謂「尺縮效應」和「鐘慢效應」。這種效應當處在微觀尺度上時,是極其細微的,它不易為人們所覺察,但當處在宏觀尺度上時,就變得顯著起來。所謂在宏觀的尺度上,乃是指當物體的運動接近光速時,當物質的質量是處在大質量的星體狀態時,宇宙中的空間和時間隨著物質和能量變得顯著彎曲起來。
愛因斯坦根據他的相對論,預言質量會引起時空彎曲,星光在太陽這樣質量很大的物體附近,彎曲會比較明顯。1919年5月29日,英國皇家天文學會天文學家愛丁頓通過在非洲西部普林西比島發生日全食時的觀測,發現太陽周圍的星星都向外偏轉了一個角度。愛丁頓經過反覆計算、核對,精確地證實了愛因斯坦的廣義相對論。這是廣義相對論的三大經典驗證之一。
「彎曲時空的新理論被稱為廣義相對論,以和原先沒有引力的理論相區別,後者現在被稱為狹義相對論」。
愛因斯坦的狹義相對論給出了物體在高速運動下的運動規律,並提示了質量與能量相當,給出了著名的質能關係式(E=mc2)。它在研究微觀粒子時顯示出極端重要性,為原子核物理學的發展和應用開闢了廣闊的前景。愛因斯坦的廣義相對論揭示出引力乃是時空的彎曲,從而把時空和物質聯繫起來了。它對宇宙天體物理學的發展產生了極其深遠的影響。
對此,我國科學家周光召有精闢論述:「在20世紀初古典物理學出現危機的關鍵時刻,愛因斯坦是推動物理學革命思想的一面旗幟,他獨自發現了狹義相對論和廣義相對論,從根本上改變了傳統的絕對時空觀念,將時空、物質和作用力通過對稱性統一起來。從狹義相對論出發,他提出質量和能量等價的公式,開闢了原子能時代。從廣義相對論和核能出發,他和一批科學家發展了宇宙構造和起源的模式,他提出的宇宙常數預示了產生排斥力的暗能量的存在。」
愛因斯坦始終處在科學的前沿,探索物理學及宇宙等科學的奧秘,他的科學思想遠遠超越了他的時代,對後世科學發展做了出色的開創和奠基工作,他的科學發現的當代意義,他對人類進步的卓越貢獻,不是幾句話,幾本書所能完全闡明的。
(三)
或許因為愛因斯坦太偉大了,他的崇拜者難以計數,因而也留下眾多奇聞軼事,從中也可看出作為一個科學家,一個大寫的人的某些側面。這些對研究這位巨人或許有些幫助。
《愛因斯坦傳》對愛因斯坦有形象記述:
長相奇異。愛因斯坦出生時,後腦很大,頭骨呈稜角形(這成為他永久性的特徵)。這讓他母親很驚訝,老祖母也為孫子的頭形不安。就是這大而怪的頭腦,後來誕生出異常先進的科學意識,為人類做出了卓越貢獻。在他去世後,他的頭骨一直保存在美國,供科學家研究。
愛好音樂。愛因斯坦的母親有很高的文化素養,愛文學,尤愛音樂。這對愛因斯坦影響很大。他三歲聽母親彈鋼琴入迷,六歲學拉小提琴,音樂成了他的唯一消遣。後來他與提琴結成「伴侶」,形影不離,一遇挫折,便拿起琴弓,音樂也促生了他的科學理論。他說:「這個世界可以由音樂的音符組成,也可以由數據的公式組成……音樂和物理被共同的目標聯繫著,這就是表達對未知的東西的企求。」(《愛因斯坦傳》)。他痴迷音樂,特別是西方古典音樂,他的琴友既有科學家,亦有皇室王后。在他身上,藝術美科學美組成了和諧的樂章。
謔解相對論。愛因斯坦是隨意溫和的,因而結交了眾多朋友,有老者,亦有孩童。他還不斷給人寫推薦信,以至於一個職位好多人去爭,都拿著他的舉薦信。一次,一群大學生問他什麼是相對論,他詼諧地說:「你坐在一個漂亮姑娘身邊,坐了2小時,覺得只過了一分鐘,如果你挨著一個火爐,只坐了一分鐘,卻覺得過了2小時,這就是相對論。」可以看出他的幽默和熱情。
不修邊幅。一群紐約的小學生給愛因斯坦寫信,祝賀他生日快樂,並附送一份禮品,一枚領帶別針和一套袖扣。他回信說:「你們贈送的禮物非常恰當地提醒我今後應穿得稍微講究一點……」至於在贈詩背面做計算,在別人桌布上寫公式,把支票當書籤用……不一而足,都看出科學家幽默可愛與執著的一面。
也有緋聞。愛因斯坦的才華征服了許多人,當然對女性也有吸引力,首個女友是他老師的女兒,被拋棄。愛因斯坦結婚後,又愛上遠房表姐,他還喜歡獲奧斯卡獎的女演員……他在科學上的貢獻太大,這些緋聞也就被淹沒了。
(四)
誠如評論所說,愛因斯坦是一個大寫的人。他的人生目標明確堅定,且給人以啟迪:「我從來不把安逸和音樂看作是生活目的本身……照亮我的道路,並且不斷給我新的勇氣去愉快地正視生活的理想,是善、美和真……」他認為追求財產和奢侈生活是可鄙的,他孜孜以求的是科學領域的前沿目標。為此,他嘔心瀝血,傾盡畢生精力,最後不惜獻出自己的生命。
他的生死觀更令人驚詫。「生活,這是一出激動人心的輝煌壯觀的戲劇。我喜歡生命……假如我知道過3個小時我就該死了。我只會想,怎樣更好地利用剩下的3個小時,然後,我就會收拾好自己的紙張,靜靜地躺下,死去。」(《愛因斯坦傳》)
他把死去稱為自己最幸福的一天。他在遺囑中要求不舉行任何儀式,骨灰撒在空中,和宇宙人類融為一體。這是何等的胸襟,又是何等境界,確非常人所能及。
「死去的我們將在我們共同創造的保留於我們身後的事物中得到不朽。」這一生死觀擲地有聲,對後人是深深的啟迪。一個對愛因斯坦的科學毫無所知的老人說:「當我想到愛因斯坦教授的時候,我有這樣一種感覺,彷彿我已經不是孤孤單單的一個人了。」這話讓人異常感動,也使我們知道:被大多數普通人永遠記住的永遠感恩的人才是偉人,才能不朽。
愛因斯坦的一生,是奉獻科學的一生,又是追求真理的一生。他熱愛人類,渴望人們友愛和解,他尋求用機械力量把人類從各種辛苦繁重的勞動中最後解放出來;他反對侵略戰爭,反對把人類置於戰爭的災難,二戰時,他曾把狹義相對論的手稿,拍賣600萬美元,作為支持反法西斯戰爭的捐款;他主張和平共處,禁止核武器,逝世前幾天,他還發表「羅素—愛因斯坦宣言」,表現了對人類的無限熱愛。
下面一段話是對愛因斯坦最好的評價:「作為科學家,他以劃時代的科學貢獻直接發動了百年的科學革命,奠定了現代物理學的兩大基礎──相對論和量子論。作為思想家,他以新穎的科學思想,豐厚的哲學思想,獨到的科學觀、宗教觀、教育觀豐富了人類的思想寶庫,至今還在賜惠於世人。作為一個大寫的人,他的人道與仁愛、正義與責任、獨立與自由、實證與理性、懷疑與批判、兼蓄與寬容、就重與進取的精神,無疑是時代精神的文化基因和超體酵母;他的高山景行的人格和人品,為世人樹立了良好的道德規範。」(《愛因斯坦的當代意義》,李醒民)。
過了百年甚至千年,人們還在紀念他,闡述他的科學理論的巨大意義,這正說明了愛因斯坦的偉大。「他現在是,將來也還是人類宇宙中有頭等光輝的一顆巨星。」
愛因斯坦是不朽的。
2005.5.30
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