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第27章 爱因斯坦(1)

阿尔伯特·爱因斯坦(1879~1955),生于德国,后迁居美国,是20世纪最著名的物理学家之一。他在物理学的很多方面都做出了重大贡献。他建立的相对论学说是人类认识自然界的一次巨大飞跃,带来了自然科学的深刻革命。1921年,爱因斯坦由于在理论物理学方面的贡献,尤其是对光电效应定律的发现,而获得诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦是20世纪最伟大的物理学家。作为牛顿之后最杰出的物理学大师,他多方面开拓(tuò)性的研究成果影响了整整一个世纪的物理学者。特别是他提出的狭义相对论和广义相对论,从根本上改变了人们的时空观念,从而埋葬(zànɡ)了传统的经典物理学,开创了现代物理学的新局面。

爱因斯坦还是一个知名的和平主义者。他反对一切形式的侵略战争,反对民族压迫和对人身自由的侵害。他曾冒着生命危险公开抨击希特勒的暴行,猛烈批评美国的核讹诈(讹诈(é):威胁恫吓。)政策,并把制止核战争作为晚年致力的工作之一。

爱因斯坦是一位超越了国籍和时代的历史人物。

早年的不凡与坎坷

德国南部城市乌尔姆。乌尔姆城的班霍夫大街135号住着一家犹(yóu)太人。男主人名字叫赫(hè)尔曼·爱因斯坦。赫尔曼·爱因斯坦的妻子,也就是这个家庭极有风度又极有教养的女主人,名字叫波林·科克。

两人结婚以后,夫妻恩爱。不久,波林怀孕了。10个月以后,孩子出生了,这一天是1879年的3月14日。夫妻两个给这个男孩起名叫:阿尔伯特·爱因斯坦。

夫妻二人十分疼爱小爱因斯坦。满月以后,波林忽然发现小爱因斯坦的头有些异样。她叫赫尔曼:

“你看阿尔伯特的头。”

赫尔曼凑近到儿子身旁,仔细端详了一会儿,说:

“是有些怪。头骨呈棱(lénɡ)角形,这不会影响孩子的发育吧?”

赫尔曼把阿尔伯特头骨异样的事告诉自己的母亲,也就是小爱因斯坦的祖母,祖母说:

“唉哟,唉哟,太重了,太重了!”

她说的是小孙孙的头太大太重了,一个弱小的身躯怎能支撑如此大而怪的脑袋?

不管大也好,怪也好,阿尔伯特·爱因斯坦在健康地成长。

小爱因斯坦3岁了,对大自然仿佛有特别的感情。他的目光,他脸上的表情,都显示出心里的喜悦。他望着森林,他瞧着流水,一个人在草丛中走着……

有一天,六岁的爱因斯坦生病躺在床上。

“爱因斯坦,你好吗?”父亲赫尔曼走进房里来了。

“医生说我还不能起床呢。”

“嗯,再忍耐一些时候吧!我给你带来了很好玩的礼物。”

父亲从口袋里拿出来的是一个罗盘。

“嘿,真奇怪的表呀。……两支针连成一直线!”爱因斯坦从床上坐了起来。

“这不是表,这叫罗盘。”

“罗盘?”

“是的。表是用来计时的,而有了这个东西,你就可以知道方位了。来,仔细看看。”

“就像这样,不管怎样摇动,磁针老是指着壁炉那个方向。这个磁针所指的方向就是北方。”

“磁针为什么会指向北方呢?”

“这是因为我们所住的地球,有一种磁力,这种磁力便将磁针引向北方了。”

“这种磁力到底是在地球的什么地方呢?”

“可以说,整个地球都有。”

爱因斯坦很诧异地又看看磁针,默不做声地想着,然后躺在床上,不再开口了。

“爱因斯坦真是一个古怪的孩子。”从病房走出来,赫尔曼对他的妻子宝利妮说:“我想,他在病后一定很无聊(liáo),便带了一个罗盘给他玩,哪知他看后却默不做声地想心思……”

“是啊。这个孩子过了周岁还不会说话,好不容易学会了说话,又是那样的沉默寡言。我生怕他会是个白痴呢。”

“真的……不过,这也许就是天才吧。说不定将来这个孩子会成为世界上最伟大的科学家呢!”

爱因斯坦的母亲万万没有想到,她这句脱口而出的玩笑话日后竟成为灵验的预言。

小孩是富有想像力的。不过,给爱因斯坦的想像力加上翅膀的,要算是他的叔叔雅哥布。

“叔叔,代数是什么?”有一天,爱因斯坦不知从哪儿听来“代数”这个名词,就去问叔叔。

叔叔微笑着答道:“代数这个东西,可以说是懒鬼的算术了。凡是不知道的东西,都把它叫做x,然后来找这个x。”

多么奇妙的游戏!这就是使爱因斯坦跳进知识大海的跳板。爱因斯坦从叔叔那儿学到了初步代数后,就一天到晚热衷于寻找x和y了。

爱因斯坦从三个大人那里,接受了三方面的影响:父亲赫尔曼教他如何欣赏文学;母亲宝利妮带他进入美丽的音乐世界;而替他打开科学的殿(diàn)堂之门的,就是叔叔雅哥布。文学、音乐和科学——这三样东西,后来成为塑造阿尔伯特·爱因斯坦伟大人格的三个支柱。

阿尔伯特10岁时进入了鲁特伯高等学校。在那所学校里,老师对学生的提问很不耐烦,而阿尔伯特就是不愿以简单的方式复述老师所教的东西,还是忍不住要向老师提问。所以,阿尔伯特在这样的学校里,成了老师最不喜欢的那种学生。他感到很不快乐。幸好,阿尔伯特结识了一位慕(mù)尼黑大学的医科学生,是一位俄国籍的犹(yóu)太人,名叫马克·塔尔梅。马克给阿尔伯特还带来了一些关于自然科学的小书,那些书里讲述了植物和动物,星星和陨(yǔn)石、地震、气候等等科学知识。阿尔伯特捧着这些书,兴奋得如同几年前迷着父亲表链(liàn)上的那只小罗盘一样。杰克叔叔夸奖阿尔伯特爱钻研问题的劲头,像是打猎,把疑问当作一头动物,努力寻找,直到把它抓住为止。杰克叔叔还赞不绝口地告诉马克·塔尔梅:

“当阿尔伯特开始学几何时,还未上第一节课,就把几何课本从头到尾念完了。”

可是,那所高等学校的生活,使阿尔伯特愈来愈感到厌烦、寂寞。他与教师、同学以及学校里所有的事情都格格不入。他渴望回到温暖的家里。他自信,在数学方面,他的程度已超出高等学校的毕业生。他的数学老师不仅同意他离开学校,甚至还认为阿尔伯特可以再也不要回来了。

“我触犯了你和校规?”阿尔伯特自然要问清楚。

“没有。”那位数学教师觉得阿尔伯特·爱因斯坦习惯在课堂上问些连教师都回答不出的问题,会影响其他学生对老师应有的尊敬。

阿尔伯特毅然离开了那所高等学校。那时候,赫尔曼·爱因斯坦因生意上遇到困难,关闭了工厂,举家迁往意大利的米兰。阿尔伯特摆脱了黯淡黯淡(àn):心里不舒服,情绪低落的样子。的慕尼黑生活,在米兰与家人团聚。这是他一生中最快乐的一个时期。他和好朋友奥托一道,穿过亚平宁山脉,无拘无束地远足到日内瓦。那里有博物馆、艺术珍品、教堂、音乐会、书籍、朋友,意大利温暖的阳光、自由热心的人民——这一切使阿尔伯特兴奋无比。可是,田园诗情不会长久。很快,父亲的电器厂又宣告失败,不得不要求阿尔伯特找个工作,或者回学校取得文凭,然后进入大学就读。

阿尔伯特看中了苏黎世的瑞士联邦工业大学。

1895年爱因斯坦来到瑞士,报考苏黎世工业大学。尽管他数学成绩很好,但其他课程有好几门不及格。他只好又到瑞士的一所州立中学去补习。一年以后,他获得了那所学校的文凭才得以进入苏黎世工业大学读书。

在大学的第一年,爱因斯坦就为自己开列了一张书目,其中主要是世界著名的物理学家和哲学家们的著作。他还为自己制订了每个年度、每个学期、每个月的阅读进度表。

不过,爱因斯坦对学校开设的正常课程不够重视。凡是他认为已经掌握了知识的课,他常常不去听。而且,对老师的指导,他也并不是每次都照着一丝不苟一丝不苟:形容办事认真,连最细微的地方也不马虎。的去做,而常常独出心裁,这使得有些老师对他不满。

不久之后的一次物理实验课,韦伯教授照例发给每个学生一张纸条,上面书写着详细的操作步骤。

这个实验,爱因斯坦自己在实验室里早就做过多次了。他照例又把教授发的纸条捏成一团,丢到一边的纸篓(lǒu)里。

没想到,这一次竟捅(tǒnɡ)了大漏子。

随着“轰”的一声巨响,爱因斯坦的右手,被炸破的玻璃割了一个大口子,鲜血直流。

同学们惊叫着,围了上来,七手八脚地把实验台上的碎玻璃清理掉,找来药品为爱因斯坦包扎。

韦伯教授弄清原因之后,从废纸篓里,捡起了他亲手发给爱因斯坦的那张纸条,愤愤地离开了实验室。

系里给了爱因斯坦严重警告的处分。

爱因斯坦为他的“独立性”付出了代价。1900年秋,他以优异的成绩毕业,和同班的另外三名同学,取得了当教师的资格。那三位同学都留校担任了助教,而爱因斯坦的申请则被否决了。

在失业将近两年的岁月里,爱因斯坦时而在这儿教书,时而在那儿代课,没有一个固定职业,因此,经济收入很少,生活十分拮据(拮据(jié):缺少钱,境况窘迫。),这些格罗斯曼都看在眼里,记在心上。

格罗斯曼留心各地的招聘(pìn),但终于没有一处适合于爱因斯坦的。

有一天,格罗斯曼从父亲口中得知,伯尔尼联邦专利局(或是叫瑞士专利局,也有叫它为精神财产局)正打算招聘一名工作人员。他马上想到了好朋友爱因斯坦。

格罗斯曼对父亲说:“爸爸,我的好朋友爱因斯坦到现在还没有找到工作,请您帮忙向专利局的弗里德里希。哈勒先生说一说,让他到那里去工作。”

老格罗斯曼专程去拜访了哈勒先生,极力地推荐爱因斯坦到专利局工作。哈勒先生点头答应了。

他说到做到,1901年12月11日,当地报纸刊登了一则伯尔尼专利局的招聘(pìn)启事。

爱因斯坦和米列娃看到了这则启事。格罗斯曼也通知了爱因斯坦。爱因斯坦表示了感谢,然后写了申请书,按照格罗斯曼交代的地点,找到了专利局。

专利局局长哈勒很快就识别出了爱因斯坦这个名字。他请爱因斯坦到办公室来。爱因斯坦面对面地坐在哈勒办公桌前,心中着实有些不安。他心中十分清楚,这确实是一次难得的机会,他无论如何不能有什么差错,要通过这次面试。只有这次被录取了,他才能不为生计发愁,他才能告知父母,请他们放心。

哈勒博士打量了一下爱因斯坦,说:

“我现在手上有三份专利申请,请你看一看,然后发表你的意见。”

爱因斯坦看到面前的这位局长不但认真,而且正直热情,是个真诚的人,紧张的心情顿时消散了。他仔细阅读了那三份专利申请书,依据他的学识,判断着那些申请的价值。然后一件一件地讲述了自己的看法。哈勒微微笑着,十分认真地听着。他确实听出了对面这年轻人对工程知识以及某些技术细节的欠缺,但他也从爱因斯坦的意见中,看到了这年轻人的思想敏锐(敏锐:(感觉)灵敏:(眼光)尖锐。)以及判断能力,特别是他的认真的态度,他非常满意。

爱因斯坦告辞后,返回住处,将被录用的喜讯告诉了米列娃。

于是,爱因斯坦搬到伯尔尼,就任专利局的新职位。

正如局长所说,他很快就学会了工作。对于爱因斯坦来说,那些工作简直太容易了。别人要花一天时间才能完成的工作,他不到三个钟头便做好了。他把剩下的时间,用来研究物理学。

在伯尔尼,爱因斯坦结识了几位新朋友,他们对学术都有着强烈的兴趣,经常聚在—起举行“科学会谈”。

通常他们都是在下班后见面,散步或在谁的住处聚会,一块座谈或读书。

每次聚会,同时又是聚餐。几根香肠和面包,再有几块干酪(lào)和水果,就是他们最丰盛的晚餐。

在伯尔尼的9年,是爱因斯坦记忆中最快乐的时光,同时也是他创造性最强、科学成果最多的阶段。他和米列娃还结了婚,有了可爱的孩子。

在爱因斯坦不足16岁的时候,有一次乘坐马车,忽然产生了一个奇怪的念头:如果有人以光速和光线一齐前进,那么,是不是将看到光线乃是静止在空间中的电磁(cí)波呢?

根据传统的经典物理学理论,答案是肯定的。就好比我们坐在一辆匀速行驶的汽车上,观察与我们以同样的速度、同样的方向,一块儿前进的另一辆汽车一样,感觉那辆汽车似乎是不动的。

可是,爱因斯坦凭着推理和想像,认为那是不可能的。

火车上的乘客,相对于火车没有运动,相对于地面却以每秒几十米的速度飞驰而过。火车相对于地面运动,地球相对于太阳运动,这些都是相对运动。但是,如果按此继续推导下去,太阳相对于银河系中心运动,银河系相对于什么运动呢?

按照经典物理学的解释,除去相对运动外,还有绝对运动,即相对于绝对空间的运动。而绝对空间,牛顿把它解释为:“绝对的空间,就其本性而言,是和外界任何事物无关,而永远是相同的和不动的。”

可是,绝对空间既然和外界毫无关系,那么又是如何存在?又是如何被人所了解的呢?对这一问题,牛顿无法回答,只好把绝对空间,以及绝对时间说成是上帝的创造。对这个解释,爱因斯坦当然不满意。爱因斯坦的研究,从古老的“以太之谜”问题入手。

“以太”这个词,是古希腊人的创造。他们认为空气中充满着以太这种物质,它是肉眼看不见的,但无处不在。

牛顿借用以太一词,把它作为万有引力的传播媒介。

而光的“波动说”,则认为以太是光波的传播媒介,就像空气是声波的媒介一样。

“波动说”还认为,以太无所不在,不但充满宇宙空间,而且要渗(shèn)透气体、水和一切物体之中。它没有一点摩擦阻力,不影响一切物体的运动。

19世纪,以太又被人们说成是电磁场的承担者和电磁波的传播者。还有的人,干脆把这样看不见摸不着,说不清道不明的以太,说成是牛顿的绝对空间!

以太成为无人能解的谜中之谜!

爱因斯坦早就怀疑以太的存在问题,“难道光只有借助传播媒介才能传播吗?而这种传播媒介又只能是以太吗?”

“既然没有任何东西,能够证明绝对空间和绝对时间的存在,那么,它们就是不存在的。”

爱因斯坦敢于向任何权威挑战!

在狭义相对论中,爱因斯坦提出了两个基本原理:

一、光的速度是不变的。

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