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[物理学家小传]:爱因斯坦

已有 3790 次阅读 2008-2-27 19:30 |个人分类:物理学家小传|系统分类:人物纪事

我认为物理学历史上有三位齐名的物理学家,物理学史前是伽利略,物理学创史是牛顿,而物理学史上的巅峰则是爱因斯坦。牛顿说他是站在巨人的肩膀上所以看的更远,而爱因斯坦应该是用他天才的智慧头脑给物理学带来了翻天覆地的革命。爱因斯坦的一生可谓是坎坷、复杂和苍凉。我们喜欢称他为小爱,所以下文就如此昵称罢!
    小爱小时候是一点都没怎么显露出他的天才,除了他喜欢问一些奇怪的问题难为老师之外。大家熟知的就是小爱做小板凳的故事,说是做了三个都是奇丑无比。这只能说明他的动手能力实在是太差了,不适合做实验。或许预示了他会在理论上做出成就,当然不是这样的推理都是正确的,费曼小时候就爱玩,可最终还是个理论物理学家,不过是个可爱的家伙罢了。
    小爱的中学时代也不辉煌,相反他的成绩很一般,常常抄他同学的作业,格罗斯曼也是个好人,每次都让小爱抄个够。这位朋友后来成为了著名的数学家。后来小爱要整相对论了,尤其是广义相对论,发现自己数学根基不行,只好再次求救格罗斯曼,好兄弟就是好兄弟,格罗斯曼认真地帮他做计算,解决的广义相对论创始阶段的很多问题。有一次小爱觉得总是让老朋友做数学部分似乎不好,就自己整了篇文章投了出去,结果被拒了,文章上面写满了评语,可把小爱气坏了。到处找审稿人都没人知道,最后有人偷偷调查发现原来审稿人就是格罗斯曼!有人说这是格罗斯曼耍小心眼,但不然,这正反应格罗斯曼对科研的认真,小爱的那篇文章确实很多问题,格罗斯曼的意见也都是对的,即使是好朋友的文章也要认真严肃对待。这不像现在,要是你投了篇文章到国内杂志,明天也许隔壁实验室的哥们就过来告诉你那文章在他那里审稿,言外之意是:该请我顿饭了。
   小爱的情感生活是一团糟,不过他和守身如玉的牛顿不一样,他在生活上是放浪形骸的。高中时候没有啥本事,只看上了大他三岁的跛脚的米列娃,并以共同讨论学习为名相互接触,最后搞的人家怀孕了。小爱对自己的第一个女儿总是不大愿意承认,似乎在逃避做一个父亲的责任,或许是因为当时这个女儿病后的后遗症还有他当时窘迫的经济状况,总之,这个爱因斯坦的女儿很惨,一辈子都没见过他的父亲。小爱的小儿子爱德华也是最后精神分裂,好不到那里去。看来伟人的基因是隔N代遗传的。
   小爱在专利局工作的时候,主要任务是养家糊口,可他仍旧在努力完成他的博士论文还有其他的几篇文章。小爱的博士论文很有趣,写了三次才让通过,最后是以测定分子直径的一种实验方法为题完成了,具体原因是他采用了一种新的统计方法,和玻尔滋曼的方法有点冲突,他导师认为这似乎不妥,所以让他一改再改。玻尔滋曼是个郁闷到死的人,他的理论在他活着的时候没人理解,都是讥笑,最后这位天才用左轮手枪击中自己聪敏的大脑而亡,在他死后不到两年他的理论就得到的承认,等不到这一刻的他只是在墓碑上刻上那深邃洞见的公式:S=klogW。小爱的博士论文几经挫折还是被勉强接受了,要说他那时也不过是个在职的博士,这篇文章也不是他最有贡献的,可就是这篇文章的引用率是他所有文章里最高的!看来以引用率评价一篇文章也不是啥好标准。
     1905年是小爱最辉煌的一年,这一年以爱因斯坦奇迹年来定义,就如牛顿发表《自然哲学之数学原理》那年定为牛顿奇迹年一样。在1905年小爱发表了五篇论文,博士论文是其中一篇,而另外四篇更显得重要,因为四篇文章几乎开创了后来这100年里物理学的三个领域!这四篇文章是:《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》、《论动体的电动力学》、《物体的惯性和它的能量有关系吗?》、《关于光的产生和转化的一个试探性观点》。第一篇是关于布朗运动的,他创立的著名的爱因斯坦方程,把布朗运动理论问题基本解决了,开创了统计物理学。中间两篇是创立狭义相对论的,其伟大的洞见就毋庸置疑了,有趣的是其中导出的洛伦兹变换让洛伦兹本人很郁闷,因为洛伦兹之前用麦克斯韦方程就导出了这个变换,可惜的是洛伦兹至死都没认真地承认过小爱的相对论是对的,相反他一直是小爱的坚决反对者,而“相对论”这个名字就是洛伦兹取的,小爱一听觉得蛮不错,比什么动体的电动力学简洁多了,就毫不客气地拿来用了。最后一篇文章就是小爱得Nobel的理由,光量子假说很出色地解释了光电效应,事实上解释光电效应只是这篇文章里一个很简单的推论之一,这文章的精髓在于提出光量子这个概念,诺贝尔评委会当时对量子论还是不肯接受,只好谨慎地说是因为他成功地解释了光电效应以及其他物理贡献才授予炸药奖。这也难怪,第一个提出量子假说的是普朗克,他一生最大的成就就是用一份份的能量解释了黑体辐射问题,那是开尔文预言的两朵乌云的一朵之一,当要拨云见日的时候,这位仁兄犯了他一生最大的错误,就是证明他的推论是错误的!一个人竟然这么执著地去证明自己一个伟大的发现是错误的,可见经典的物理概念在当时是多么地根深蒂固!小爱则不一样,那时他才二十出头,即使说错了也不需要承担什么名誉上的损失,所以毫不犹豫地用了量子这个概念,提出了光量子假说,正是如此,量子力学才蓬勃地发展了起来。量子力学的贡献是无穷的,举一个简单的例子,现在所有用半导体材料的东西:收音机、电视、计算机等等都是量子力学理论下的成果之一。没有量子力学就没有人类今天的生活!
   100年后的2005年,联合国定为世界物理年,在所有的学科里面只有物理学享有这一殊荣。目的是纪念爱因斯坦在1905年创造的奇迹。伟人已经不在,我们期待着下一个伟人的诞生,但现在的科学已经庞大复杂了许多,即使有一个比小爱还要天才的天才也没有能力创造小爱这样的奇迹了。合作和交流成了现在科研领域里的主题,不过借此吃喝游玩也大有人在。
   小爱在1905年能做出如此伟大的工作之所以说是奇迹还有另外一层原因,他当时在专利局工作,每天按时上下班是需要的,他就把演算的草稿放在抽屉里,没人的时候就拿出来推推公式。幸好专利局局长和格罗斯曼是好朋友,对小爱这种玩忽职守的行为就睁只眼闭只眼,反正大家都是混饭吃,何必为难人家呢?小爱可不容易,他要养活老婆米列娃,还有两个儿子。在家的时候,一边是儿子的啼哭,一边是老婆的唠叨,他还能沉下心来演算他的相对论,所以在他发表文章后发现里面好多书写错误也就情理之中了。也许是米列娃怪他不顾家里罢,小爱也不听朋友的劝告,很少把家庭当一回事,最后离婚成了必然。当然离婚是因为小爱有了外遇,和米列娃情感也破裂了。离婚之后小爱很快和新欢爱丽莎结婚了,可惜小爱就是不懂家庭这玩意,第二次婚姻也不欢而终。再之后,小爱已经是名人了,他觉得对不起米列娃,就把炸药奖的所有奖金给了她养老,自己则过逍遥的日子去了。小爱的晚年生活是放荡无度的,很多女人都慕名而来,心甘情愿地服侍他,小爱也来者不拒(“三不”:不主动、不拒绝、不负责?),但汲取了两次失败婚姻的教训,从此不再结婚只求逍遥快活。小爱的生活可以用他自己的话来概括:"苦难也罢,甜蜜也罢,都来自外界……我孤寂地生活着,年轻时痛苦万分,而在成熟之年却甘之如饴。”
    小爱在普林斯顿的日子可谓是风光无限,不过最后老态龙钟了也就常常孤独一个人。杨振宁数次在林荫道上遇到他,也曾邀请到他办公室去讨论,可惜小爱蹩脚的英语(小爱肯定是觉得:“英语这玩意真tm难学!”)让杨很难受,听不大懂。以后遇到他也不过是带着崇敬的礼貌打个招呼罢了。小爱的后半生和牛顿一样惨,他执著地研究统一场论,希望把四大相互作用统一起来,引力是牛顿发现的,也是小爱深化理解为时空弯曲的,可是成了统一场论里的绊脚石,小爱的统一方向也是根本错误的,他的聪明已不再闪光,最终栽倒在统一的道路上。杨振宁则不一样,他凭借他父亲杨武之传授的深厚数学根基,从对称性这个基本的东西出发,给出了规范场论,迈出了统一的第一步。万里长征总要有第一步,小爱没有迈开老腿走下去,杨做到了,统一场论在后来被盖尔曼、温伯格、格拉肖、格罗斯等等发扬光大,我有幸都和这些伟大的物理学家谋面过。
    小爱的另一个失败就是宇宙学常数,他创立了静态宇宙模型,后来发现不大对,所以引进宇宙学常数来自圆其说。后来哈勃发现宇宙确实在加速膨胀的,这让小爱后悔莫已。他说引进宇宙学常数是他一生最大的错误,不过这个错误最后却被证明是正确的!宇宙学常数在宇宙学历史上几次起浮,最后还是被大家接受了,当然现在的理解跟当初小爱的想法是很不一样了。现在看来宇宙有70%是由暗能量组成的,暗能量是什么,没人知道,但有人说可以相当于宇宙学常数的贡献,那下一个问题就是问宇宙学常数是啥玩意造成的,还是没人能回答。暗能量的发现是2003年物理学界最重要的发现之一,因为这意味着我们对我们的宇宙一点都不了解,而且关于宇宙的命运问题。剩下的30%绝大部分是暗物质,人类也不大了解,我们所知道的粒子构成的物质只占了1/22,几乎可以忽略不计!可怜的人类,对自己生活的宇宙还是一无所知!
     不管怎么说,爱因斯坦是物理史上最伟大的物理学家,100年前只有那一个,100年后也只有这么一个!作为物理学研究领域的一个小小分子,我个人对他的崇敬之情是如滔滔长江水连绵不绝啊!



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