愛因斯坦誕辰140周年 對發(fā)現宇宙奧秘的他,我們其實知之甚少
李政道先生曾經說過,我們的星球之所以珍貴,是因為這個星球上出現了愛因斯坦。曾經有一個愛因斯坦的傳記作家寫了一本書,書名就是《愛因斯坦曾經在這個地方生活過》。
愛因斯坦在做出最重要的發(fā)現之前并沒有在學術界任職,26歲時還處于學術邊緣,但他的成就卻改變了整個世界。關于時間和空間、物質和能量,許多傳統的看法都因愛因斯坦的觀點而改變了。愛因斯坦的創(chuàng)造性從哪來,他為什么與眾不同?關于這方面的研究有很多,而這幾點可能是比較容易被忽視的。
首先是他的人際關系。愛因斯坦說自己是一個“獨行者”,德語原意為“一匹馬拉的車”。的確,作為一名研究者,他基本上是孤軍奮戰(zhàn)。沒有一個人從他那里獲得博士學位,他也沒有形成一個所謂的學派。他不喜歡上課,不是一個嚴格意義上的好老師,僅有的幾次授課經歷都很難說成功;至于他在日本、美國、西班牙以及阿根廷等地演講受到空前歡迎一事,與他是否會講課關系不大,更多是慕名而來。他曾經多次抱怨沒有幾個聽眾能真正聽懂他的演講。
在評價一個人的學術貢獻時,愛因斯坦不會受到私人友誼的影響,學術上的獨創(chuàng)性是他采用的唯一標準,盡管他的判斷也會受學術偏好的影響。愛因斯坦與索末菲和玻恩在學術上交往甚多,后兩者還分別將他們與愛因斯坦之間的通信結集出版。這些感情真摯的通信是他們友誼的見證。正是在索末菲的提議下,愛因斯坦才成為巴伐利亞科學院通信院士;索末菲還在1922年提名愛因斯坦為諾貝爾物理學獎候選人。但愛因斯坦從未提名索末菲和玻恩獲諾貝爾物理學獎。讓人深思的是,盡管愛因斯坦并不喜歡海森伯以及他背后的哲學,但承認他工作的有效性,并在1932年提名海森伯和薛定諤共獲諾貝爾物理學獎。
但與此同時,他也并不完全是孤軍奮戰(zhàn)。天才也需要朋友,需要催化劑。愛因斯坦在大學畢業(yè)以后失業(yè)了兩年,沒有找到工作,靠給人打零工、代課來維持生計。在此過程中他甚至還想過賣保險,因為生活非常拮據,而且家里生意也破產了。這個時候,他的同學——后來成為數學家的格羅斯曼——的父親幫他找到了在瑞士聯邦專利局的工作。他到了伯爾尼,可是因為還沒有正式到任所以不能領工資,于是他在報紙上登了一個廣告:“我是一個師范生(他讀的學?,F在很有名,但是當時就是一所為中學培養(yǎng)科學教師的學校),我有很好的基礎,有誰需要補習物理可以來找我,而且第一堂課免費”。結果就有兩個人報名了,聽了幾堂課之后感覺不錯,而且因為相談甚歡,愛因斯坦決定不收他們的學費。后來因為種種原因,這個補習班沒有辦下去,但是他們成為了朋友,整天在一起討論。
前文提到格羅斯曼,格羅斯曼對愛因斯坦起到的幫助不僅僅是幫他介紹了專利局的工作。愛因斯坦大學不愛聽課——其實也不是他不愛聽,而是因為他自己通過自學已經超出了老師可以教給他的范圍。到了考試的時候,愛因斯坦就借格羅斯曼的筆記來復習并順利通過了考試。愛因斯坦的狹義相對論在剛剛提出的時候有一個致命的缺陷,那就是狹義相對論是解釋勻速直線運動的體系,沒有涉及加速度的體系,也沒有把引力問題考慮在內。1907年,愛因斯坦意識到了這個問題。通過一個名為“電梯實驗”的思想實驗,他發(fā)現了引力和加速度等效的關系,但是要解決這個問題涉及到非歐幾何。此時他想到了老同學格羅斯曼。后來的廣義相對論中,一篇文章分成了兩部分,物理內容是愛因斯坦寫的,數學內容是格羅斯曼寫的。
與此同時,在愛因斯坦的成長過程中,科普著作對他影響很大。這與當時德國的大環(huán)境密不可分,1871年之后,德國的有識之士很快意識到他們和英法之間的差距,認為經濟和軍事實力都可以通過努力奮起直追,而要想在文化方面有新的創(chuàng)新,最有效的做法就是科學普及。在他們的推動之下,彼時德國國內出現了一股科學普及風潮,這種風潮包括很多方面:知名教授給工人普及科學知識,往往坐著三等車廂去,不計報酬;辦大量的博物館,向大家講解科學知識的原理……最著名的就是慕尼黑的德意志博物館,直接把一個礦山的模型搬過來,讓大家參觀之后知道礦山運作過程,為大眾普及知識。在這股浪潮之下,德國集中出現了一批科普作家,其中的代表人物當屬伯恩斯坦。他自學各種科學知識,然后將它們用非常優(yōu)美的語言表達出來。比如,談到光,他寫道:假如人隨著光速前進,這樣的情形會怎樣?這些話對小朋友產生了很大影響,愛因斯坦讀到這里就開始思考這個問題,直到大學畢業(yè)時還在思考這個問題,并最終有了那些驚人的成就。
還有一些書籍對少年愛因斯坦產生過影響。比如他十幾歲讀歐幾里得的幾何原本,我們現在都知道,三角形的三角之和等于180度,這個結果不是通過測量得出的,而是證明出來的,而且這個證明是通過基本的假定原理,比如在遠離一條直線外的支點只能畫一條跟它平行的直線,這些原理沒有辦法再進行深入的追究,比如你不能再問“為什么不能畫兩條”,這是我們的基本假定。這件事對愛因斯坦產生很大的影響,讓他認識到人類的整個知識是建立在公理體系下的,而且這個公理體系下可以證明出來。
愛因斯坦在十幾歲時也讀過康德著作,康德雖然跟歐幾里得的情況不一樣,但思路是一致的——就是要給我們的整個知識尋找一個比較穩(wěn)定的基礎。在康德看來,歐洲的思想家并沒有回答這個問題,無論是英國的經驗論還是法國的唯理論。經驗論很重要的漏洞就是遇到一條反例就不成立,比如“所有天鵝都是黑色的”,但是如果某人在某一個地方發(fā)現一只白天鵝,那么這條定理就不成立了。唯理論也不行,如果1+1=2,這個放在哪里都正確,但是不能產生新東西,所有新東西要通過實驗和經驗得出來??档孪氚呀涷炚摵臀ɡ碚摼C合起來,尋找一個把這兩個都解決的方法,把這個知識放在他所謂的先天綜合的基礎上,這套方式對愛因斯坦產生了影響。盡管愛因斯坦讀康德時也有懷疑,因為康德整個哲學基礎是牛頓力學,是絕對時間和絕對空間,是建立在這個基礎上,但是這套思維方式,即給知識尋找一個非常堅固的根基,把整個人類知識大廈建立在非常牢固的基礎上,還是對愛因斯坦產生了很大影響,他后面跟量子力學這些人的爭論,某種程度上可以追到這里,他不相信幾率解釋、概率解釋是整個人類最終的基礎!
在愛因斯坦的治學思路里,還有一些是打破常識的。比如理性。我們看《物理學的進化》一書就會發(fā)現,愛因斯坦非常注重非理性的因素,比如直覺,還有突發(fā)式奇想。他認為真正科學貢獻不是靠積累、歸納得出來的,而是跳躍產生的。事實上,愛因斯坦的生活中始終有一個堅定的信念——一個不可能有理性基礎的信念:一定存在等待被發(fā)現的自然規(guī)律。而他畢生追求的,就是去發(fā)現這些規(guī)律。同時,愛因斯坦生活在一個被技術所包圍的環(huán)境當中,一般人認為愛因斯坦是理論物理學家,理論物理學家就是用一張紙和一支筆,完全靠大腦或者是數學工具,現在甚至筆、紙不需要,一臺電腦就可以。但是愛因斯坦完全不一樣,技術在他一生當中都起了很重要的作用,他在大學期間有一半的時間是在實驗室里度過的。這跟大家以前的看法完全不一樣。
作者:方在慶(中國科學院自然科學史研究所研究員,愛因斯坦《我的世界觀》一書編譯者)
編輯:郭超豪
責任編輯:柳青