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寻访爱因斯坦的踪迹

已有 4670 次阅读 2017-11-2 15:47 |个人分类:外国人物|系统分类:人物纪事

9021爱因斯坦故居客厅留影


作者 高关中(德国汉堡)2017/10/31

爱因斯坦(Albeit Einstein)是20世纪最伟大的自然科学家,他与牛顿比肩,同为历史上最伟大的物理学家。爱因斯坦出生于德国,成就于瑞士,继续研究在柏林,归宿在美国。这篇文章就介绍其遗迹。


德国家乡仅留纪念碑

爱因斯坦是南德乌尔姆人。乌尔姆位于慕尼黑和斯图加特之间,偎依在多瑙河畔。城市不大,只有十多万人口,但名气却不小,它拥有世界上最高的教堂,尖塔耸入云霄,高达161米;它又以物理学泰斗爱因斯坦的故乡驰名世界。车站街(Bahnhofst20号是爱因斯坦的诞生地,可惜他的故居二次大战期间被毁。战后在原址竖起一座纪念碑。纪念碑由12块横放的条石和12块竖立的条石组成高高的框架,象征白天的12小时和夜晚的12小时,也暗喻爱因斯坦的时空观念相对论。在其中朝北的一块条石上镌刻着一行字:Hier stand das Haus in dem am 14 März 1879 Albeit Einstein zur Weltkam,翻译成中文就是有房曾立于此,1879314日,阿尔伯特·爱因斯坦诞生于斯。 纪念碑旁还有一座爱因斯坦的浮雕雕像。

爱因斯坦出生于一个犹太家庭,不久全家搬到慕尼黑,父亲办电器小工厂,爱因斯坦在那里上中小学。1894年曾短暂到意大利米兰,因父母搬迁到那里。16岁,他来到瑞士考大学。


瑞士留故居,研究相对论

爱因斯坦1895年来到瑞士。由于偏科,当年未考上大学,在阿劳(Aarau,阿尔高州首府)的一所中学补课。第二年考入联邦理工学院(EidgenössischeTechnische Hochschule)学习物理。该校与苏黎世大学校园比邻。是世界上颇负盛名的学府。1900年,爱因斯坦以中等成绩毕业。虽然考试成绩一般,但通过几年勤奋学习,他已经接触到物理学中一些最根本的问题,决心把探索这些自然界的普遍规律,作为一生奋斗的目标。

爱因斯坦大学毕业后,最初想在大学里找个工作,但由于他那坦率的性格和对权威的怀疑,无法留在大学任教。其他工作也不好找。只好找一些临时工作,如在温特图尔技校(Technikum in Winterthur)为学生补习功课。最后在大学好友格罗斯曼(MarcelGrossmann1878-1936,数学家)的帮助下,1902年,他来到伯尔尼联邦专利局(das Eidgenössische Amt für Geistiges Eigentum,或称Patentamt),担任三级技术鉴定师。

一位才华横溢的科学家当了技术员,听起来现实是多么残酷。可实际上爱因斯坦在伯尔尼的日子是他创造成果最多的时期。他也常常把专利局的工作看作是自己的好运。在过了多年没有固定收入,只能靠父亲接济的生活之后,爱因斯坦终于可以迎娶他在大学的情人玛丽琦(Mileva Maric),开始挣钱养家了。

在办公室,爱因斯坦享受着这份工作,他分析图纸,给发明项目写长篇累牍的可行性和创新性鉴定报告。每天只需要几个小时来完成分配的工作,剩下的时间他专注于思考自己的谜题。他坐在木制办公桌旁,手头只有几本书和一些论文放在他的“理论物理研究所”(他给自己收藏资料的抽屉所起的名字)里,在脑海中做着实验。在这些脑海实验中,他想象着在各种条件和结构中探索物理定律,思考这些定律在现实中的各种可能性。在离开伯尔尼之后,爱因斯坦曾深情地回忆起这个“孕育了我最美好想法的临时修道院”。

他在伯尔尼先后居住了7年(1902-1909)。晚年,曾回忆说:“在伯尔尼的日子,那是段美好时光。”伯尔尼(Bern),是瑞士的首都,人口12万。在瑞士城市中,伯尔尼排名第五,名气远不及日内瓦或苏黎世,它没有豪华、热闹的气氛,处处令人感到静谧和安详,依旧保持着老城风貌,是个宜居宜游的小城。市名伯尔尼源于德语“熊”,熊为该市的标志。古色古香的老城1983年被列为世界文化遗产。

伯尔尼老城建筑古朴,街道狭窄,石块铺地,有高耸的塔楼、带拱廊(骑楼)的商业街。房屋大都是中世纪样式,红瓦屋顶,坡顶上有特殊的窗户(Erker),这类窗子往外突出且带有屋顶。

老城中心克拉姆街(Kramgasse49号是爱因斯坦创立相对论时的居所。这是四层楼,临街为骑楼店铺,顶上还带有阁楼。石墙上用红字写着“爱因斯坦故居”(Einstein-Haus)。楼下石柱上镌刻着“In diesem Hauseschuf Albeit Einstein in den Jahren 1903-1905 seine grundlegende Abhandlungüber die Relativitätstheorie”,意思是,在这栋房屋里,爱因斯坦于1903-1905年完成了他的相对论研究。

爱因斯坦当时就住在楼上的一套小公寓里。据说,相对论就是在此研究出来的。他的研究工作,不光是在专利局抽空进行,下班回家以后也要读书思考问题,进行理论物理学的研究。那时他还不到30岁。这座非常有意义的房屋,现已被改建为纪念馆。内部很好地维持了当初爱因斯坦居住时的格局。

故居通过实物、书写和影印文书,回顾爱因斯坦的一生,再现了爱因斯坦时代的历史。展览呈现出他在伯尔尼期间的生活缩影和学术成就,生动了阐述了爱因斯坦提出相对论的具体情况和重要意义。

据说,爱因斯坦不仅在办公室,在家中,甚至在路上也常在进行思考,脑筋从不闲着。伯尔尼的尖顶钟楼(Zeitglockenturm)就触发了他的灵感。钟楼上宏大精巧的时钟几乎占了整面楼墙,大钟的下方,还有一个天文日历钟。它们是同一个机械装置驱动的,除了告诉人们年、月、日、时间以外,又可显示出太阳、月亮、星球的位置,同时还有玩偶戏表演。在大钟的下面,满脸胡须的“时间老人”随着每声钟响,把嘴一张一合,像是在数钟点,同时钟每响一声,他就挥动一下右手里的君王节杖,翻转一次左手里的沙漏。这一十分有趣的表演,一直会给儿童们带来很大的喜悦,并且使游客们赞叹瑞士机械制造业,五百年前就达到如此高超的水平。那是在1905年的一个晚上,爱因斯坦听到了钟鸣,当时他赶上了一班有轨电车,蓦然想到了一个难以想象的场景。他想知道:如果这趟电车以光速离开钟楼飞驰而去,会发生什么?他意识到:如果他正坐在电车里,他的表会继续走时,但回头看大钟,钟表和时间都仿佛静止了。这是个突破性的时刻。6周以后,他完成了有关“狭义相对论”构想的论文。其基本原理为相对性原理和光速不变原理。不存在绝对空间和时间。之后他便展示他所命名的时空(space-time)是怎样影响质量、能量和重力的。这一切也为核时代、太空航行,和我们所理解的行星和天体之间的交互影响埋下了伏笔。

钟楼启发了爱因斯坦,而爱因斯坦改变了我们对宇宙的看法。

1905年发表“狭义相对论”后,爱因斯坦开始出名,1906年因一篇论文获博士学位。1909-1912年他先后在联邦理工学院,苏黎世大学等几所高校任教。他在瑞士总共生活了18年。


回德继续研究,成“现代物理学之父”

1913年爱因斯坦回到德国,受聘任威廉皇帝物理研究所所长和普鲁士科学院院士,并在柏林大学任教。

1916年,爱因斯坦发表了《广义相对论原理》的总结性论著。内容包括:1.广义相对性原理,即自然定律在任何参照系中都具有相同的数字形式。2.等价原理,即在一个小体积范围内的万有引力和某一加速系统中的惯性力相互等效。他预言,光线经过太阳引力场时会弯曲。3年后,通过天文观测,他的预言成真,广义相对论被证明是正确的。全世界为之轰动。

相对论的建立是人类对于自然界认识过程中的一次飞跃,它批判了牛顿力学的体系,揭示了空间与时间的辩证关系,加深了人们对物质和运动的认识,因而具有重要的历史意义。当然要说明的是牛顿力学并没有错,而是它有个适用范围,只适用于宏观和低速状态。那么什么是宏观低速?其实我们一般人能感觉到的世界绝大多数都属于这种状态。在一般情况下,我们还得用牛顿力学,只有在一些极端条件下,我们才换用相对论和量子力学。它们三者都是正确的,只是各有各的适用范围罢了。

相对论是现代物理学的两大支柱之一,另一个是量子力学Quantenmechanik 英文Quantum Mechanics)。对于后者,爱因斯坦发展了马克斯·普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858 - 1947)的量子论,提出关于光的量子概念。因理论物理学方面的贡献,特别是发现光电效应定律。荣获1921年度的诺贝尔物理学奖。这个消息是他访问远东,在上海逗留时听到的,也算是一件轶闻吧。

从此,爱因斯坦成为名扬四海,誉满全球的科学家。被誉为“现代物理学之父”。

据说,一个年轻人向他请教取得成功的秘诀。他随手写了一个公式作为回答:A=x+y+z。他还解释说:“A代表成功,x代表艰辛的劳动,y代表正确的途径和方法。” “那么,这个z呢?”青年人急切地问。爱因斯坦思索了一下,答道:“z代表不说空话”。爱因斯坦之所以在科学上取得如此卓著的成绩,不也正是按照这个公式行事的么!

为了验证相对论,1920-1924年在柏林卫星城波茨坦建设了一座爱因斯坦塔(Einsteinturm)。爱因斯坦还在波茨坦南郊6公里的卡普特(Caputh)修建了一栋两层小屋,每年在此度过不少时间。如今这两座建筑都保留了下来,可供参观。


归宿在美国

1933年,爱因斯坦由于受到希特勒法西斯的迫害,离开欧洲远赴美国,再也没有回来。

这位20世纪的物理泰斗在美国工作的地方是普林斯顿高级研究院(Institute forAdvanced Study),一个与普林斯顿大学联系密切的科研机构,担任终身教授。普林斯顿在纽约和费城之间,距首都华盛顿也不远,是美国著名的大学城。普林斯顿大学与哈佛、耶鲁其名,出过两位总统,即麦迪逊和威尔逊。

1939年,与爱因斯坦一起从事研究的科学家们促请他警告美国总统:德国正在研制原子弹,这是极其危险的。这件事的严重性,爱因斯坦当然很清楚。他提出过一个有名的质能相当性公式,即“能量等于质量乘以光速的平方”(E=mc平方,1908年发表)。爱因斯坦的这个公式对核能与核武器的发展至关重要,即只需要极少的原子质量(在适当条件下,以光速为因数的倍数释放)便可释放巨大的能量。绝不能让法西斯抢在前面!于是爱因斯坦立即上书罗斯福总统,提出试制原子弹的建议。罗斯福总统采纳了这一建议,开始启动曼哈顿计划,1945年春第一颗原子弹在内华达沙漠试验成功,86日和8日两颗原子弹落到日本,加快了日本帝国主义投降的进程。二战结束后,爱因斯坦又致力于呼吁裁减解除核武器的活动。

1955418日,人类历史上的科学巨人爱因斯坦逝世,终年76岁。他留下遗嘱,不建坟墓,不立纪念碑。爱因斯坦在普林斯顿的家位于Mercer Street112号。这所房子大约建于1870年至1880年,很普通的一幢房子,建筑上没有任何特点。根据爱因斯坦本人的要求,这所房子不用于博物馆,爱因斯坦的家人也要求这所房子不要用于纪念。但是这所房子被注册为美国历史名胜,并于1976年被指定为美国国家历史标志性建筑。

19张照片见

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