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五、在瑞士的精彩生活(2)

一路投奔奇跡:-愛因斯坦的生命和他的宇宙 作者:克拉普萊斯


可能是由于愛因斯坦在1901年給米列娃的信中提到“我們的工作”,一些歷史學(xué)家認為米列娃是愛因斯坦一系列科學(xué)研究的合作者。雖然很難斷然說完全不是這么回事,但也難以證實。從他們的離別時的通信來看,愛因斯坦會向米列娃和盤托出對某個理論的想法,米列娃也很感興趣而且會給出一些建議。從這點看,米列娃就像是愛因斯坦論文的校對者,負責(zé)校讀他的論文并指出文中的矛盾之處。但是一些物理學(xué)家經(jīng)過評估米列娃的知識背景后認為,她在愛因斯坦物理學(xué)研究中所扮演的不會是一個很具創(chuàng)造性的角色。更進一步地說,米列娃初為人妻母,不會有太多時間用于科學(xué)研究,而且即使是給密友的信中她也沒提到正在做什么學(xué)術(shù)活動之類的事。然而,米列娃自己也是一個物理學(xué)家,對丈夫所從事的物理學(xué)研究感興趣是很自然的,所有人都同意她肯定對愛因斯坦的工作有所幫助,比如協(xié)助進行文字處理,或就某些問題進行討論,讓愛因斯坦的思路更清晰,思考更徹底。

愛因斯坦在論文中并沒有指明相對論的起源和對該理論有貢獻的先驅(qū),所以不清楚哪種想法影響啟發(fā)了他。但是法國數(shù)學(xué)家亨利·彭加勒1897年所寫的《空間的相對性》一書和荷蘭科學(xué)家洛倫茲1895年發(fā)表的《運動物體的電場光場理論概論》很可能對愛因斯坦的運動思想基礎(chǔ)起到一定作用。許多物理學(xué)家相信這兩位前輩科學(xué)家對相對論貢獻巨大,而且他們倆的著作對引導(dǎo)愛因斯坦構(gòu)建自己革命性的相對論也功不可沒。1921年,愛因斯坦訪問美國過程中說道:“是伽利略、牛頓、麥克斯韋和洛倫茲四個人奠定了我所構(gòu)建的相對論的物理學(xué)基礎(chǔ)?!闭材匪埂た死恕溈怂鬼f在19世紀末的努力奠定了電動力學(xué)、電磁學(xué)和輻射理論的基礎(chǔ),所以愛因斯坦把他列入這四個人之一。但不知為什么他沒提到亨利·彭加勒的早期著作,他關(guān)于相對性原則的成就在1905年和1906年發(fā)表的論文中達到了頂峰。另一方面,彭加勒也沒有注意到愛因斯坦的理論,埋頭構(gòu)建自己的相對性理論。不管怎么說,1905年時,發(fā)展相對論的各項條件都成熟了,愛因斯坦后來表示,假如他1905年沒能完成相對論的發(fā)現(xiàn),其他人也會很快發(fā)現(xiàn)它,他很幸運自己能在伯爾尼專利局工作,因此有了更多時間進行創(chuàng)造性地思考并把物理學(xué)前沿的最新進展聯(lián)系起來,創(chuàng)造出自己的新理論,可以這么說:他是在適當(dāng)?shù)臅r候出現(xiàn)的適當(dāng)?shù)娜藖硗瓿蛇@項工作——但他的創(chuàng)造性和智慧至少與合適的時機同樣重要。

愛因斯坦的工作,特別是對相對論的研究,已開始成為當(dāng)時歐洲最杰出的物理學(xué)家們進行正式討論的熱點話題。他們還不知道,這個帶來物理學(xué)旋風(fēng)的年輕天才不過是伯爾尼專利局的一個小職員,而不是某個高端研究所的教授。愛因斯坦名望與日俱增,而且在三年內(nèi)已發(fā)表了25篇質(zhì)量很高的論文,但要想在學(xué)術(shù)界謀一個自己長期以來夢寐以求的職位還是不那么容易,主要問題在于他異乎尋常的固執(zhí)不合乎學(xué)術(shù)界現(xiàn)有的規(guī)則。例如,1907年他曾申請伯爾尼大學(xué)的一個博士后的工作,但伯爾尼大學(xué)的官員拒絕了他的申請,理由是他有一項條件不符合學(xué)校的要求:一篇新寫的從未發(fā)表過的論文,以此證明他有能力承擔(dān)創(chuàng)新性研究。他給學(xué)校當(dāng)局寄去一大迭以前發(fā)表的文章,并附上一信力陳這些論文足可證明他擁有足夠能力符合該項工作的前提要求。他還附上自己的博士學(xué)位證書,學(xué)位論文和一份只有九行的簡歷。他的要求被拒絕后,他甚至想獲得一所蘇黎世的高級文科中學(xué)的職位,但最終還是歸于失敗。后來又嘗試進入瑞士北部城市溫特圖爾的一家他1901年初曾短暫工作過的技術(shù)學(xué)院。

1907年秋天,愛因斯坦正在深思為何相對論可以應(yīng)用于解釋其他每一個物理現(xiàn)象而就是無法解釋引力現(xiàn)象,突然之間靈光乍現(xiàn),這個靈感后來被他稱為“一生當(dāng)中最快樂的思想”。他發(fā)現(xiàn)勻加速力學(xué)系統(tǒng)的等效原理,提出了把相對論擴展到均勻加速的參照系中,完美地解決了引力問題的相對論解釋。他用一個新的物理概念表述這個理論,并將它推而廣之到萬有引力領(lǐng)域:引力的本性就在于,引力能夠在某個參照系中局部抵消,引力與加速度直接相等,即相對論物理學(xué)中的“等效原理”。在愛因斯坦1905年的論文中并沒有討論如何解決加速的參照系中的相對論表述。就在愛因斯坦坐在專利局的辦公室里冥想時,這個全新的想法突然在腦中閃現(xiàn):如果一個人正處在自由下落的狀態(tài),他絕不會有引力在身的感覺。因為所有的事物都跟著人在做引力條件下同樣的自由下落運動,引力場此刻相對于下落的人并不存在——因為引力在此刻失去了參照點。愛因斯坦據(jù)此得出結(jié)論,可以假定這個自由下落的人和當(dāng)時身邊的所有東西都處于靜止狀態(tài),而他能看到的遠處的東西相對于他的狀態(tài)正處于上升狀態(tài)。換句話說,在愛因斯坦看來,引力也是相對的。這一發(fā)現(xiàn)與艾薩克·牛頓的引力理論相差不大,他認為讓蘋果落地的力量也使得月亮繞著地球轉(zhuǎn)。在牛頓的例子里,關(guān)于蘋果落地的思考引導(dǎo)著他最終寫出著名的《數(shù)學(xué)原理》一書;而愛因斯坦則從他瞬間靈感爆發(fā)中得到啟發(fā),最終在幾年以后得出劃時代的廣義相對論,大大擴展了狹義相對論。而且從這時開始,愛因斯坦也開始對當(dāng)時頗令人費解的水星近日點軌道異常變動的光線現(xiàn)象產(chǎn)生了濃厚的興趣。

到1908年1月,愛因斯坦終于明白想要進入學(xué)術(shù)界必須對現(xiàn)存的現(xiàn)實有所妥協(xié):你須得遵守規(guī)則,至少剛開始時要遵守。他最終向伯爾尼大學(xué)提交了所要求的一篇尚未發(fā)表過的論文,題為《根據(jù)黑體能量分布定律導(dǎo)出的輻射構(gòu)成的一些結(jié)果》,從而獲得伯爾尼大學(xué)兼職低薪講師職位資格。這次,校方動作相當(dāng)迅速,在他申請?zhí)峤坏牡诙€月便決定聘請他。愛因斯坦在1908年2月底履新時也遵照慣例循規(guī)蹈矩地作了就職演講。他的教職生涯開始于當(dāng)年4月底,第一節(jié)課是關(guān)于熱分子理論。因為學(xué)校給出的薪水相當(dāng)?shù)?,他因此保留在專利局的工作。米列娃在給朋友的信中描述這份教學(xué)工作時寫道:“很不幸,這個職位的薪水是如此糟糕,我們甚至不能對這份工作帶來的榮耀感到高興?!碑?dāng)?shù)谝粚W(xué)期結(jié)束后,愛因斯坦帶著米列娃和兒子漢斯到阿爾卑斯山度假。當(dāng)年的秋冬學(xué)年,他開始在大學(xué)課堂教授輻射學(xué)理論。

1908年一整年愛因斯坦與朋友保羅·哈比希特和康拉德·哈比希特兄弟共同致力于試驗他們的“小機器”,該機器可用于測量極其微量的能量。保羅·哈比希特在伯爾尼設(shè)立了一家制造科學(xué)儀器的小公司,就是他提議著手制造這個臺機器。當(dāng)這臺機器制造出來之后,他們試圖申請專利,但很快又放棄了這個想法,因為當(dāng)時所有的制造商對此機器根本不屑一顧。愛因斯坦退而求其次,發(fā)表了一篇文章介紹這臺小機器的工作原理。過了不久,這臺機器被證明確實很有用,因為它能測定輻射強度,并能通過測定質(zhì)量與能量的等量關(guān)系來證明相對論的正確性。這臺機器后來還是申請到了專利,不過它從沒暢銷普及,只有少數(shù)幾臺被生產(chǎn)出來。

大部分人可能都會認為愛因斯坦是一個理論物理學(xué)家,但他亦是實驗物理的高手。除了這臺小機器,他多年來一直喜歡親自動手鼓搗些小玩意兒,解決復(fù)雜的拼版游戲并喜歡泡在實驗室里做實驗。據(jù)愛因斯坦的兒子漢斯和孫女伊芙琳后來回憶,愛因斯坦是狂熱喜歡敲敲打打鼓搗東西的人。漢斯·艾爾伯特小時候最喜歡的玩具拉線小車就是父親愛因斯坦用火柴盒做成的;伊芙琳則記起小時候常跟祖父一起玩復(fù)雜的可以拆卸拼板游戲,這些拼板大都是愛因斯坦的朋友送給他的。(見第十二章詳述愛因斯坦的實驗和申請專利的信息)

    

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