以宇宙为纪念碑——记爱因斯坦

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1、以宇宙为纪念碑——记爱因斯坦吴忠超爱因斯坦是牛顿之后最伟大的科学天才。如果人类没有诞生他，世界或许还会存在，但一定会是另外一种完全不同的模样。一八七九年三月十四日，爱因斯坦出生于德国乌尔姆的一个犹太家庭。一年后全家迁往慕尼黑，他在那儿接受初等教育时并没有显示出任何天才的征兆。由于父亲生意失败，十五岁时又迁离慕尼黑。之后他在苏黎士高等工业学院接受高等教育，日夜耽读理论物理经典。在此期间他邂逅了三位日后对其一生影响重大的人。一位是俄裔数学家赫曼·闵可夫斯基，闵氏似乎十分枯燥的讲演后来成为相对论的重要数学工具。第二位是同学马

2、索·格罗斯曼，此人以黎曼几何的知识协助爱因斯坦表述其广义相对论的场方程。第三位是匈裔女生米勒娃·马利兹，她后来成为他的第一任夫人。苏黎士高工毕业后爱因斯坦即面临择业困难，甚至连中学教师也当不上。还好格罗斯曼把他推荐给伯尔尼专利局局长海勒。本文愿在此处提及这个名字，是因为这位思想开阔的智者，深知在任何行业独立思想比特殊经验远为珍贵。正是在专利局任上，爱因斯坦在狭义相对论、光子理论和布朗运动三方面的研究都取得了惊人的成就。尤其是一九零五年发表在《物理学报》上的《运动物体的电动力学》，更是相对论时代的鸿蒙开篇。一九零九年他被

3、苏黎士大学任命为教授。一九一一年转到布拉格的日耳曼大学。一九一二年又回到苏黎士高工任教授，这正是他曾经通不过入学考试的那个高等工业学院。在苏黎士和布拉格期间，他致力于引力论即广义相对论的开创。一九一三年后的二十年间，他担任柏林大学和普鲁士皇家科学院院士。期间由于声誉日隆，曾应邀到欧美亚三洲讲学漫游。一九二二年十一月十日在他的东方旅次中，瑞典科学院颁予他诺贝尔物理学奖，颁奖词称赞其对光电定律及理论物理学的贡献。在历史上相对论理论研究从未能得到诺贝尔委员会的青睐。一九二二年十一月十三日他到达上海，据考证在一品香餐馆就餐，游

4、览城隍庙和豫园并在小世界观看了昆剧。从一九二九年起，他开始寻找建立一种包括引力和电磁力在内的统一理论。由于纳粹的种族和政治迫害，使他不得不于一九三三年移居美国并任职于普林斯顿高级学术研究所。这位科学教皇的迁移，使得普林斯顿继剑桥和哥丁根之后成为新的世界科学中心。他在这儿主要从事三个方面的研究。第一是从引力场方程推导出牛顿运动定律，第二是和玻尔进行关于量子论的论争，第三是寻求统一理论。爱因斯坦的第二任妻子爱尔莎死于一九三六年，他晚年在普林斯顿最亲近的三个人是他的继女、妹妹和秘书。一九四五年退休。一九五五年四月十八日逝世。

5、他的骨灰按照遗嘱被秘密洒掉。爱因斯坦对科学的主要贡献是狭义相对论、光子理论、广义相对论、宇宙论和统一场论。狭义相对论的诞生是为了解除牛顿力学和麦克斯韦电动力学之间的冲突。麦克斯韦预言了电磁波的存在，并计算出它在真空的传播速度为光速，因而断言光是电磁波的一种。而牛顿力学服从伽利略的相对性原理，其最主要的内容便是速度相加原理。根据这个原理，光速在不同的坐标系中应有不同的值。看来麦克斯韦理论只能在相对于所谓的称作以太的媒质静止的坐标系中成立。可是实验发现，麦克斯韦理论在所有惯性系都成立，尤其是真空光速在所有惯性系中都一样，这

6、样以太的存在便是多余的了。爱因斯坦把原先在牛顿框架中分离的时间和空间结合成称为闵可夫斯基空间的四维时空，不同的惯性系的转换相当于四维空间中的洛仑兹线性变换，用这种新的相对性原理来取代伽利略旧的相对性原理，就使得所有物理学定律在任何惯性系中都采取相同的形式。狭义相对论有许多推论与常识相悖。例如，同时性变成相对的，运动的时钟变慢，运动的物体在运动方向上缩短，物体运动速度不可能超过光速，远处物体平动的视觉效应为转动，孪生子佯谬以及能量和质量等效。所有这些都是运动学而非动力学效应。运动的时钟变慢已由宇宙线中缪子半衰期的延长而证

7、实。孪生子效应是说，作空间飞行的一位孪生子回到地球上时（我们假定地球是在作惯性运动），会显得比他留在地球上的同胞年轻。其实如果这儿指的是两台相同的原子钟，则更合适些，这正如实际上那么做过的。因为原子钟经历的是物理学时间，而孪生子经历的却是生物学时间，两者未必相同。至于能质量等效原理正是用铀元素制造原子弹的理论根据。一九三九年八月二日，他给罗斯福总统写了一封信，建议在德国之先制造原子弹，这就是曼哈顿计划的契机。在狭义相对论中，匀速直线运动是相对的，而曲线或加速运动，例如圆周运动，则是绝对的。一个旋转水桶的水面会呈现出抛物

8、面形状，物理学称之为牛顿桶。爱因斯坦意识到，在一个自由下落的容器中，人们不会感觉到重力的存在。其实三百多年前伽利略就在比萨斜塔上显示了不同物体的自由下落时间完全相同，而其物理含义到此才得到完全的阐明。在局部范围内，人们无法区分加速坐标系的惯性力和万有引力。而时空在大范围内则可能是弯曲的，其曲率由物质分布所决定，并服从爱因斯坦的场方