数理化通俗演义-第47章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！


大山的两头挖着隧洞，两条洞就要衔接了，可是彼此谁也不知道。这时爱因斯坦是来举起镐头轻轻这么一敲，两洞之间的隔壁就轰然倒塌，质能之间有了一条可以随意畅行的坦途。这就是科学研究的突破，这就是飞跃。凡科学伟人都是善于找见这个问题与那个问题，这个领域与那个领域之间的结合部、联系点，从而打出一个新的天地，或者将过去人们在向科学进军中建立的分散根据地沟通联成一片。科学成果的取得像我们政权的取得一样，也是这样由小到大，由分散到统一。我们回想一下前面讲过的几个科学伟人，牛顿对比了月亮、苹果之间的重力联系，创立了万有引力；法拉第找见了电磁间的联系，使磁变成了电；麦克斯韦弄清了电场磁场间的联系，创立了电磁场理论。现在爱因斯坦又找见了质能之间的联系，创立了相对论。人类在征服自然中就是这样步步登高，视野愈来愈宽阔。治学之大敌是甘做井底之蛙，只见头上的一眼蓝天而不知世界之大。

　　这个道理说来容易，但为什么总是只有少数伟人才能做到这点呢？自然那牛顿、法拉第、麦克斯韦各有其长，而爱因斯坦更有他的特殊之处。

　　爱因斯坦1879年3月14日生于德国南部的乌尔姆小镇。这个小镇就是当年笛卡儿在梦中发现坐标系的地方，而1879年又正是麦克斯韦完成了他在人世间的伟业后开始长眠之时。真是天将降大任于斯人而精心选择了此时此地。他并不像其他科学家那样小时候就聪慧早熟，四、五岁时还不大会说话，以至于父母真怕这孩子会痴傻，中学毕业时又没拿到毕业证。但是他却很喜欢抽象的思维，刚上中学时领到一本新几何课本，他立即被那里面严密地逻辑证明迷住了，以至于老师还没有正式开课，他早把这本书自学完了。他喜欢自己学习、思考，他讨厌学校那种强制性的教学法，他说：“依我看，学校若主要靠恫吓、威胁和人为的权威教学，那是最坏的。这种教学方法摧残了学生们的健康感情、诚恳正直和信心，培养出来的是唯唯诺诺的庸碌之辈。”爱因斯坦是一个天生不愿受任何约束的人，他大学毕业后在伯尼尔专利局当一名审查专利的小职员，这给他提供了一个自由的环境。他与其他三个青年人组织起来成立了自己的“奥林匹亚科学院”，经常东南西北地乱扯闲谈，从物理到哲学无所不包，而新思想就在这种碰撞中闪出了火花。大凡一种新科学思想的生成，一是要有充分的外部自由，没有什么旁加的干涉和硬派定的题目，纯出于研究者自觉的兴趣，自由地干他所想干的事，如牛顿在家乡躲瘟疫而发现万有引力，如孟德尔在修道院发现遗传规律，如卡文迪许把自己关在房里发现氧气。二是要敢想，如哥白尼敢把旧天文学倒转过来，如赫胥黎敢想像人是猴子变的，如普朗克敢把连续的辐射想像成不连续的能量子。爱因斯坦就具备了这两条。他还是一个16岁的中学生时，就想：要是人和光速一样快地运动，会是什么样子。他26岁时在专利局作着小职员，听到了迈克尔逊的一系列实验和洛伦兹修修补补的解释，便大笔一挥连续写了三篇论文，提出了上面我们谈到的那些别人无论如何也不敢想的问题。就是那个为相对论扫清了道路的迈克尔逊，至死也不敢相信相对论的原理。1931年，当他79岁第一次见到爱因斯坦时，这位老前辈遗憾地说，“我真没想到，我的实验反倒促成了相对论这样一个怪物的诞生。”

　　这个“怪物”是在1905年诞生的。爱因斯坦天马行空般的思维，捕捉到了这种绝妙的构思，于是一挥而就，给当时的权威杂志《物理学纪年》写去一篇只有三页的论文。论文中他没有引用任何一个权威人物的结论，全是自己的语言，自己的思想。这篇东西在当时并未引起多大反响，因为它实在太怪了，爱因斯坦自己也说：“推断非常诱人，然而上帝是否在笑我，在骗我，当前还不得而知。”但是以后随着实验的不断验证，这篇论文却变得价值连城。后来，1936年，美国一支志愿军要出发去支持西班牙的反法西斯战争，但是苦于没有军费。他们就派代表去会见爱因斯坦。爱因斯坦说：“我能给你们帮什么忙呢？”

　　“我们只要您1905年的那篇论文手稿。”

　　“这对战斗有什么用呢？”

　　“先生，您的这篇手稿现在可以拍卖400万美元，这正是当前我们最缺少的东西。”

　　“噢，原来是这样。可惜手稿早已散失，不过我可以找来杂志重抄一份。”

　　爱因斯坦找来那本《纪年》，花了一个晚上将论文重抄了一份，真的靠它武装了一支军队。不但是论文手稿，后来只要爱因斯坦到一个地方讲学，他写过公式的那块黑板，也常常是听课人的必争之物，他们视为最珍贵的纪念。这是后话。

　　再说，当1905年载有爱因斯坦的《论运动物体的电动力学》一文的黄色封面的《纪年》送到普朗克教授手里时，他正躺在柏林医院里治病。这篇文章就像一支强心针一样使他猛然起身下床，大喊一声：“一个新的哥白尼出现了！”然后立即喊家人拿纸笔来给爱因斯坦写信，“先生，您的这篇文章将会在世界上引起一场什么样的战斗啊！您知道吗？这只有为哥白尼世界观的传播而进行的斗争才能与之相比。可惜我们未曾晤面，我也是第一次拜读大作。请告诉我，您现在哪其工作，我能为您做点什么？”

　　爱因斯坦回信说：“我现在是专利局的一个三级职员，不过最近他们准备提升我为二级，这样生活问题也可能会好一些。”

　　普朗克火了，想不到对方竟连个大学的教职也没有得到，他的这些研究是在什么条件下完成的啊。他又立即提笔给伯尔尼的格鲁涅尔教授写信：“我向您推荐一位青年，他是我们当代最伟大的物理学家之一，他就是阿尔伯特•；爱因斯坦，请您能帮助他在大学里得到一个教授职务。”

　　格鲁涅尔拿到信立即找到爱因斯坦，请他送一篇论文来，爱因斯坦送上自己关于相对论的那篇论文，格鲁涅尔自己拿不准，又请搞实验物理的福尔斯特教授来审读。几天后论文退了回来，上面批着“读过了。然而不知道在说些什么。”

　　因为爱因斯坦发明了一个超出一般人思维水平的怪理论；所以他尽管得到普朗克等少数物理学家的赏识，但还是在本地找不到一个好工作。直到1909年他的母校苏黎世大学才聘他为副教授，后来又到布拉格工作几年，再回苏黎世。而普朗克总不死心，他认为柏林这个欧洲物理学的中心不能没有爱因斯坦，决心要把他挖来。

　　1913年夏天，一辆火车驶进苏黎世车站。车上下来两个年过半百的学者，瘦一点的是普朗克，那个矮胖子是能斯特。他们今天是专来游说爱因斯坦去柏林的。爱因斯坦手捧一束鲜花早就在车站恭候。自从上次索尔维会议之后他们已结为忘年之交。

　　普朗克一下车就和这位34岁的青年物理学家热情拥抱，像对自己的孩子那样亲热。接着他们边走边谈。能言善辩的能斯特立即摆出爱因斯坦到柏林后的优惠条件：“知道您是一个喜欢自由的人，但是我们也不能不给您一点荣誉和职务。第一，任威廉皇帝物理研究所所长；第二，任柏林大学的教授；第三，任普鲁士科学院的院士。不过当所长可以不管事，当教授可以不教书，时间全由您支配。另外，其他院士只是名誉，您这个院士却是实任，每月薪水1万2千马克。”

　　爱因斯坦哈哈笑道：“您可真会做买卖，把我作为一只良种母鸡，舍得花大价钱买去好为你们下蛋。可是我自己还不知道能不能再下蛋呢。去不去柏林，容我再作几天的考虑。”

　　这次普朗克和能斯特到底能不能把爱因斯坦请去，且听下回分解。
　　　　　　　　　　　　
第六十二回
太阳作证　相对论颠扑不破，纳粹逞凶　科学家流落异国
——广义相对论的创立

　　上回说到普朗克和能斯特专程到苏黎世劝说爱因斯坦到柏林来工作。盛情难却，爱因斯坦便于1914年4月走马上任，从此在柏林渡过了十九个年头。

　　爱因斯坦刚到柏林不久就遇到两件大事，一是爆发了第一次世界大战；二是他的妻子米列娃与他分居，带着两个孩子回苏黎世去了。米列娃是他大学时的同学，俄国血统，性格倔强，她带认为自己也是很有科学天才的，而爱因斯坦这样把孩子和家务都压在她身上，耽误了她的成就，便决定分手。好不聪明的女人！其实，这样一个世界伟人整个都是属于你的，你与他已溶为一体，复又何求呢？纵然不能如玛丽与居里那样比翼齐飞，就如爱玛与达尔文那样红花绿叶，也同样会家庭幸福，有功于世，何必要单枪匹马自闯江湖呢？青年读者中或许从这三个科学家的家庭组合中能悟出一点道理。不过这是说书人的闲话，暂且不表。

　　再说1914年米列娃带看孩子走后，第二年九月，爱因斯坦想子心切，又回苏黎世探亲一次，顺便拜访了正住在日内瓦附近的法国大作家罗曼•；罗兰。幸好这个大作家在他的日记里为我们留下一幅爱因斯坦的素描像，而我们只顾讲他的理论，却倒忘了介绍他的外貌，现正好录存于下：

　　爱因斯坦依旧是个年轻人（他当时36岁），个子不高，长方脸，深黑的、略微夹杂着几根灰白的头发，长而且密，鬈曲着耸在高高的眉毛之上，他的鼻多肉且凸，他的嘴小而唇厚。双颊丰满，下巴圆润，留下一小撮剪得短短的胡子。一口生硬的法语，不时穿插一两句德语。他活泼、富有朝气，喜欢笑。不时在最严肃的思想（交换）中，夹杂着几句俏皮话。

　　……没有任何德国人的言行能像他这样自由自在。换一个人也许会在去年这一可怕的时期里深受孤立的折磨，但他却毫不如此。他大笑。他发现在战时仍有可能撰写自己最重要的科学著作。

　　罗曼•；罗兰这里说到爱因斯坦一到德国就受“孤立的折磨”，又说他在写重要著作，是怎么一回事呢？

　　原来大战一爆发，在“保卫祖国”的幌子下德国军队疯狂地向外侵略，国内实行总动员，许多科学家也穿上军装。而当时最著名的学者文人联合发表了一个为德国扩张政策辩护的声明，说：“要不是由于德国的赫赫武功，德国文化早就荡然无存了。”这个声明共有93人签名，学术界的显要人物几乎全包括在内，连普朗克、伦琴的名字也赫然其上，这就是历史上有名的“93人宣言”，它使一些科学家留下了终生遗憾的污点。

　　声明起草者也找到爱因斯坦，他虽然新来乍到，却义正辞严地宣布：“我是和平主义者，我反对一切战争！”接着他也出面起草了一份与“93人宣言”对抗的“告欧洲人民书”，但是除他一人签名外，其余只有三人，都没有什么名气。一时他确很孤立。

　　爱因斯坦就在这样孤立的情况下写他的科学著作，这回是一枚重量级的炸弹——广义相对论。

　　问题还是从一般人认为最平常、最不注意的地方提出的。

　　牛顿第一定律即惯性定律告诉我们，在作匀速直线运动的惯性系中，物体在不受外力的情况下或者静止或者作匀速直线运动，这早已是一条检验过无数次的真理。假如现在我们坐在一个匀速直线运动的火车上，拉紧窗帘，你感觉不出车在动，你自己坐得很稳，地板上放一个小球，也稳稳地停在那里，就是说都保持一个静止状态。这时突然来一个急刹车，你向前跌了一下，球也向前滚去。你和球都没有受到什么外力呀，为什么会改变这种静止状态呢？难道牛顿的惯性定律不适用了吗？对，就是不适用了，牛顿这条定律只适用于匀速直线运动的惯性系，刚才火车一加速，参照系已经变成非惯性系了。这就像我们在前面讲过的“黑体辐射”问题一样，瑞利公式只适用于较长的波长、较高的温度，反之就立即失灵，现在惯性定律一到非惯性系也就立即失灵了。那么能不能像普朗克导出一个两全其美的公式那样，也有一个既适应惯性系又适应非惯性系的办法呢？爱因斯坦正是想到了这一点，于是他要把适用于匀速直线运动的相对论推广到在非惯性系也能适用，这就是广义相对原理。

　　狭义相对论是从人们习以为常的“同时”，即绝对时间观上找见突破口的，广义相对论也在一个人们司空见惯的问题上找见了突破口。比如手里拿着一粒石子，一松手，石子直线下落。这可以有两个解释，一是地球的吸引，就是说石子有引力质量；二是石子自由落体，有惯性质量。这在牛顿定律里分成两条来表达，但是这两个质量怎么这样一致呢？看来它们的效果是一样的，这就是“等效原理”。

　　说起这个原理还有一段故事。1913年夏天爱因斯坦邀请居里夫人到瑞士来渡暑假。他们带着两家人的孩子高高兴兴地登上了阿尔卑斯山。脚下白云缭绕，深谷千仞，孩子们高兴地喊着、叫着。突然，爱因斯坦一把抓住居里夫人的手臂说道：“要是我们坐着升降机从山谷底上来，突然吊索断了，会有什么感觉呢？”

　　居里夫人先是吃了一惊，然后笑道：“我想您不会让我们现在就来亲身试验一下吧。”

　　爱因斯坦笑了，孩子们也都哈哈大笑起来。这就是那个有名的“爱因斯坦升降机”实验，虽没有谁亲身去试，但是其中的道理却完全能想得出来。假如有一个升降机处在宇宙空间，你站在里面就会失重，身体飘在空中。这时升降机开始以刚好等于地面重力加速度9。8米/秒^2匀速直线上升，你就会恢复重量，重新站在了地板上。换一个方法，升降机下降，降到地面时你也会恢复重量，站在地板上。前一种情况人受到惯性力，后一种情况人受到引力，只要加速系的加速度等于引力场强度（都是9。8米/秒^2）惯性力场就等于引力场，也就是说是等效的。因为人被关在升降机里是根本区分不出是哪种力生成作用的。根据同样道理，这个升降机里不是坐着人，而是一枚向斜上方抛出的匀速直线运动的石子，那么这石子也会改变方向而成抛物线弯曲下落。如果是一条平行射入的光线，这光线也会弯曲向下。

　　好了，爱因斯坦那天马行空般的思维立即又推出下一步极重要的结论。既然惯性力场和引力场是等效的，那么我这个实验就不必非在加速的升降机里做不可了，在任何引力场中都会发生这种光线弯曲的现象。既然星球有引力能使周围的光线、空间、时间弯曲，那就可以直接表述为星球的质量使周围的时空弯曲，连“引力”这个概念也不必要了。——好个爱因斯坦，他在狭义相对论里开除了“以太”，在广义相对论里又要开除“引力”，将牛顿时空观、经典力学彻底改造了。他解释道，地球绕太阳转动不是什么引力，是因为太阳巨大的质量使周围时空弯曲，地球只能按曲线运动。同样，开普勒给众星制定的那些轨道也都能这样解释，牛顿万有引力公式作的那些计算也都可以用这个理论去解释。

　　难怪波恩称广义相对论是：“认识自然的人类思维最伟大的成就，哲学的深奥、物理学的洞察力和数学的技巧最惊人的结合。”

　　这个伟大的理论是爱因斯坦在研究完狭义相对论后又经过十年的思考于1916年最后完成并公布