爱因斯坦传 作者:聂运伟-第9章
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１年多后，米列娃生下一个儿子，起名叫汉斯·阿尔伯特。儿子的出生，给爱因斯坦带来快乐，也带来了沉重的负担。他本来已经拉着专利局和物理学研究这两部沉重的车，现在又套上了家庭这部车。
一匹马同时拉着三部车！
这是奇迹，是人的智慧、精力和耐性极度发挥的奇迹。
这个年轻的父亲，左手抱着儿子，右手做着计算。孩子的啼哭和他自己哄孩子的声音：“嗯，嗯，小汉斯，小汉斯！”仿佛是另一个世界里的声音。他有一种奇妙的自我孤立的本领。现在，他的世界里只有自己一个人，那里的声音是分子、原子、光量子！空间、时间、以太！
这个专利局的小公务员，推着一部婴儿车，在伯尔尼的马路上散步。他迈着庄重的步子，每走十几步就站住，从上衣口袋里拿出纸片和铅笔，写下几行数字和公式，低头看一眼恬睡的儿子，抬头看一下钟楼上的那座大钟，又向前走去。时间到了，已经尽了做父亲的职责。他赶紧回到克拉姆胡同，把儿子交给米列娃，自己钻到一角去做他未完成的计算。
这个年轻人，头脑里激荡着实验、假设、公式和定律，眼中闪耀着奇异的光彩，手在飞快地书写，那一个个奇妙的数学符号，将构造出一个新的世界。他是艺术家，他在窥视自然的奥秘，陶醉在自然的庄严、和谐和美丽之中；他是战士，他在向茫茫的未知世界进军；他是劳动者，他写过的一张张草稿纸，可以堆成一座山。
这个年轻人，哪里像物理学家呢？他没有受过名师的教诲，也没有在大学里占有一个席位，他连研究物理学所必须具备的最起码的图书资料都没有。可是，这个年轻人有勇气，有决心，他要解决物理学中最困难的“以太之谜”。这个难解的谜，困惑了多少物理学家！现在，这个年方２６岁的小公务员已经披挂上阵，他要来解这个谜了。
爱因斯坦在心头酝酿这个问题，已有１０年之久。多少次，眼前似乎闪现出亮光，再转个弯，该就是光明的境地了。可是，忽然又坠入黑暗之中。又有多少次，他似乎已经走近成功的大门，钥匙又拿在手上了。可一个不眠之夜后，他又会悄悄走到贝索那里，轻声告诉他，手上的钥匙开不了那扇大门。
再说，大门里面究竟又是什么东西呢？
今天，爱因斯坦手里又握着一把钥匙。他相信，用这把钥匙，总能解开那个以太之谜了。可是，在下班的路上，他拖着疲乏而又绝望的脚步，对贝索说：
“不行，不行！一切都是错误的，徒劳无用的！”
夜深了，爱因斯坦躺在床上，他哪里睡得着！那个谜还在折磨他。没有一丝希望，没有一线光明。但是突然，在笼罩着一切的漆黑的天幕背后，似乎有什么东西在搏动。出现了一线亮光，黑暗裂开了。一下子，那淡青色的、杏黄色的、血红色的、绛紫色的千万道光芒，全部冲了出来。太阳升起来了，他心里的太阳升起来了，爱因斯坦立即翻身起床。他看了一眼正在酣睡的米列娃和小汉斯，悄悄走到外面的屋子，点上煤油灯，开始写……
爱因斯坦终于找到了解开以太之谜的金钥匙。
像山里的溪水，被巨石拦住去路，流水积聚起来，一旦溢出，即为飞瀑，奔腾跳跃，一泻千里。现在，爱因斯坦的笔在飞驰，像发狂一样……
５个星期以后，爱因斯坦写成了《论动体的电动力学》。
以前他还写了三篇论文，连同刚写成的这一篇，一共有四篇了。在这四篇论文中，他挑了份量最轻的那篇寄到苏黎世的联邦工业大学。这次，大门向他敞开了，他成了爱因斯坦博士。但是，当不当博士无关紧要，在伯尔尼的专利局、邮政局里，博士多的是。重要的是另外三篇论文，他把它们寄到莱比锡去了。
这一切，都发生在１９０５年。
可也就在１９０５年，哈比希特和索洛文先后离开伯尔尼。
富于创造性的奥林比亚科学院结束了辉煌的日子。１９０６年５月，在给索洛文的信中，爱因斯坦不无伤感地说：
“你去后，我再没同什么人交往。甚至同贝索在回家途中惯常的谈话也中止了。”
１９０５年３月，爱因斯坦邀请哈比希特重返伯尔尼。
“敬请阁下莅临我们无尚光荣的科学院召开的几次会议，这样就可使它的成员增加百分之五十。”
此后不久，爱因斯坦又给哈比希特写了如下一封信：
“亲爱的哈比希特！我们之间现在笼罩着一种神圣的沉默，如果我用无足轻重的废话来打破它，似乎是一种亵渎。然而，在这个世界上一切高尚的东西难道不总是遭到这种命运吗？您究竟在忙些什么，您，冰冻的鲸鱼，干瘪的罐头式的灵魂片，而……我还能把充满百分之七十的忿怒和百分之三十的怜悯都扔向您的脑袋吗？您可以感谢这后面的百分之三十，由于它我才没有把装着切好的大葱和大蒜的铁罐寄给悄悄溜去过复活节的您。您为什么直到现在还没有把您的学位论文寄给我呢？难道您这可怜的人不了解，我将是高高兴兴地和津津有味地阅读它的几个男子汉中的一个吗？我答应回敬给您四篇作品，其中第一篇很快就寄去，因为我在等作者应得的赠阅本。它讲的是光的辐射和能量，是很革命的。只要您先把自己的作品寄给我，您自己就会看到它。第二篇的内容是通过研究中性物质稀溶液中的扩散和内摩擦来测定原子的实际大小。第三篇证明：根据热的分子理论，悬浮在液体中大小为１／１０００毫米的物体进行着分子热运动引起的可以觉察到的不规则运动。悬浮物体的这种运动，确实已被生理学家观测到了，他们称它为‘布朗分子运动’。第四篇作品是从动体的电动力学概念出发并将修改空间和时间的学说；这篇东西的纯动力学部分准会引起您的兴趣……您的阿尔伯特·爱因斯坦向您致敬！我的妻子和已满周岁好尖声哭叫的小傢伙向您致以友好的问候！”
★ 小公务员的大发现
在伯尔尼的岁月里，爱因斯坦在科学上取得丰硕的成果，第一批研究结果的问世，就像闪电划破了时代的夜空一般。１９０５年，对于２６岁的爱因斯坦来说，是硕果累累的一年，对物理学史来说，则是革命的一年：相对论诞生出来了！
在这一年，来比锡出版的《物理学纪事》杂志上发表了三篇论文，作者是同一个人——阿尔伯特·爱因斯坦。一篇是讨论布朗运动的，用最有力的证据证明了分子的存在，它的作者在物理学史上占有光荣的一页。一篇是发展普朗克的量子论，提出了光量子假设，它的作者将因此获得科学界的最高奖赏——诺贝尔奖金。第三篇就是《论动体的电动力学》。这是相对论的第一篇论文。它开创了物理学的新纪元，它的作者的名字是和牛顿并列的。
一个２６岁的青年，伯尔尼专利局里默默无闻的小职员，利用业余时间进行科学研究，在物理学三个未知领域里，齐头并进，同时取得巨大成果，这在科学史上，不能不说是一个奇迹。也许只有１６６５—１６６６年可以和１９０５年相媲美。当时瘟疫席卷英国，剑桥大学被迫关闭，２３岁的牛顿回到故乡乌尔索普村。他在乡居期间，发明了微积分，发现了白光的组成，并且开始研究引力问题。
天才，一个真正的天才！人们也只好这样解释。
爱因斯坦当然不这么看。
他对为他写传记的作家塞利希说：“我没有什么特别的才能，不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。”
他也对一位物理学界的同行说过：“空间时间是什么，别人在很小的时候就已经搞清楚了；我智力发育迟，长大了还没有搞清楚，于是一直在揣摩这个问题，结果也就比别人钻研得深一些。”
但不管怎么说，爱因斯坦是物理学史上当之无愧的革命者。牛顿继承哥白尼、伽俐略和开普勒，完成了物理学的第一次革命，创立了牛顿力学。法拉第、麦克斯韦完成了物理学的第二次革命，创立了电磁场理论。以爱因斯坦为代表的新一代物理学家，则进行了物理学的第三次革命，创立了相对论和量子力学。
从时间顺序看，爱因斯坦在１９０５年的创造性研究中，最早的研究工作是分子物理学。
爱因斯坦关于热运动的主要研究内容，是用统计方法分析原子、分子运动问题以及研究运动和热之间的关系问题。在这方面，爱因斯坦的工作超过了奥地利天才的物理学家玻尔兹曼和美国科学家吉布斯的研究成果，他在物理学方面的探索深度胜过数学的论证。同时，在玻尔兹曼的思想引导下，他把概率作为热学的数学演算基础。
所有这些问题，都是爱因斯坦单独研究出来的，以致有人曾对玻恩说过，“统计力学的所有具有重要特点的新发现”全是爱因斯坦搞出来的。这位年轻的研究家研究分子物理学的明确意图是想借助于可靠的结果，为他笃信的原子论的正确性提供论据，因为当时原子论还处在争论之中。
许多人否定分子和原子的存在。他们说：
“存在原子吗？存在分子吗？多大？什么样子的？”
爱因斯坦相信世界是物质的。他相信原子和由原子组成的分子是存在的。但是，怎样才能用最有力的证据证明原子和分子存在呢？他开始研究分子运动论。在那些失业的日子里，他已经开始研究分子运动论。现在，坐在专利局的办公室里，他要来研究布朗运动了。１８２７年，英国植物学家布朗在显微镜下观察，发现在液滴中浸泡的花粉粒子不停地在作不规则运动。后来，以发现者的名字把这种粒子的乱动称之为布朗运动。粒子越小，液体温度越高，运动就越激烈。
几十年来，无数学者为解释这种现象的奥秘，作了种种徒劳的努力。早在爱因斯坦前２０年，法国物理学家曾经猜测，布朗运动是由于悬浮粒子受到显微镜下观察不到的液体分子的不规则碰撞所造成。这种富于想象的解释，在当时不仅缺少数学基础，而且没有任何的实验证明。
在《分子热运动论所要求的平静液体中悬浮粒子的运动》一文中，爱因斯坦以统计方法论证了悬浮粒子的运动速度及其颗粒大小与液体的粘滞系数之间存在着可用实验检验的数量关系。
爱因斯坦对于以前布朗运动方面的工作并不了解，他把显微镜下可见粒子的运动看作是显微镜下看不到的液体分子运动的表征。他用统计方法，解释了在他之前波兰物理学家斯莫鲁科夫斯基论证过的这种现象，并且作出数学表述。１９０８年，法国物理学家佩兰通过实验完全证实了“布朗运动的爱因斯坦定律”。由于这项工作，佩兰荣获了１９２６年诺贝尔奖金。
爱因斯坦关于分子物理学的研究证明了下述观点是正确的，即热是能量的一种形式，它是由不规则的分子运动所引起。同时，还使原子论得到了充实，即从物理意义上说来，“物质”是由分子和原子构成。
根据爱因斯坦提出的测定分子体积方法，加上关于布朗运动的公式，能够数出分子的数目。过去，物理学一直依赖奥地利物理学家格施米德发明的近似方法，而现在可以根据爱因斯坦的理论，用精确的数学方法进行计算了。
爱因斯坦对于热运动的研究，除了对专业学科十分重要，还在认识论上具有重大意义。它说明，某些自然科学家否定和怀疑原子论是没有道理的，爱因斯坦对分子观念的证明是令人信服的，以至连马赫和另一位原子论的坚决反对者奥斯瓦尔德也声称“改信原子学说”了。关于这一点，爱因斯坦在《自述》中说得很清楚：
“在那些年代里，我自己的兴趣主要不在于普朗克的成就所得出的个别结果，尽管这些结果可能非常重要。我的主要问题是：从那个辐射公式中，关于辐射的结构，以及更一般地说，关于物理学的电磁基础，能够得出什么样的普遍结论呢？在我深入讨论这个问题之前，我必须简要地提到关于布朗运动及有关课题（起伏现象）的一些研究，这些研究主要是以古典的分子力学为根据的。在不知道玻尔兹曼和吉布斯的已经发表而且事实上已经把问题彻底解决了的早期研究工作的情况下，我发展了统计力学，以及以此为基础的热力学的分子运动论。在这里，我的主要目的是要找到一些事实，尽可能地确证那些有确定的有限大小的原子的存在。这时我发现，按照原子论，一定会有一种可以观察到的悬浮微粒的运动，而我并不知道，关于这种‘布朗运动’的观察实际上早已是人所共知的了。最简单的推论是以如下的考虑为根据的。如果分子运动论原则上是正确的，那么那些可以看得见的粒子的悬浮液就一定也像分子溶液一样，具有一种能满足气体定律的渗透压。这种渗透压同分子的实际数量有关，亦即同一克当量中的分子个数有关。如果悬浮液的密度并不均匀，那么这种渗透压也会因此而在空间各处有所不同，从而引起一种趋向均匀的扩散运动，这种扩散运动可以从已知的粒子迁移率计算出来。但另一方面，这种扩散过程也可以看作是悬浮粒子因热骚动而引起的、原来不知其大小的无规则位移的结果。通过把这两种考虑所得出的扩散通量的数值等同起来，就可以定量地得到这种位移的统计定律，也就是布朗运动定律。这些考察同经验的一致，以及普朗克根据辐射定律（对于高温）对分子的真实大小的测定，使当时许多怀疑论者（奥斯瓦尔德、马赫）相信了原子的实在性。这些学者之所以厌恶原子论，无疑可以溯源于他们的实证论的哲学观点。这是一个有趣的例子，它表明即使是有勇敢精神和敏锐本能的学者，也可以因为哲学上的偏见而妨碍他们对事实作出正确解释。这种偏见——至今还没有灭绝——就在于相信毋须自由的概念构造，事实本身就能够而且应该为我们提供科学知识。这种误解之所以可能，只是因为人们不容易认识到，经过验证和长期使用而显得似乎同经验材料直接相联系的那些概念，共实都是自由选择出来的。”
爱因斯坦对于布朗运动的理论研究，成功地继承了过去分子物理学的工作，并使它获得完满结果。他在光学理论方面的研究工作是同已经取得的发现分不开的。不过，这一研究工作，一开始就具有革命性：它意味着科学发展史上的一次“飞跃”。
１９０５年，爱因斯坦的第一篇著作《有关光的产生和转化的一个试探性观点》问世了。在以后的几年中，他还发表了几篇有关量子物理学的论文。
在光的新理论中，爱因斯坦以普朗克１９００年提出的假设为基础，认为在热辐射过程中能量的放出和吸收都是以不连续方式进行；能量的最小数值叫量子，它的数值取决于基本作用量h——“普朗克常数”。每次放出和吸收的辐射能都是这个数值的整数倍。
普朗克的这一发现与当时普遍认为正确的光的波动理论是不相容的。光的波动学说认为光是以波动状态
