阿尔伯特·爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955)物理学家。生于德国南部小城乌尔姆的一个犹太人家庭。26岁获博士学位。最重要的贡献是建立了狭义相对论(1905年),并在这基础上推广为广义相对论(1916年),还提出光的量子概念,用量子理论解释了光电效应、辐射过程和固体的比热。后期致力于相对论“统一场论”的建立,企图把电磁场和引力场统一起来,惜无成效。相对论揭示了空间一时间的辩证关系,加深了人们对物质和运动的认识。对20世纪理论物理学的发展有极为深刻的影响。1921年获得诺贝尔物理学奖。1933年因受纳粹政权迫害,迁居美国。

1.公无1879年3月14日,爱因斯坦诞生在德国南部小城乌尔姆的一个犹太人家里。一年以后,他们全家搬到了慕尼黑。他的父亲靠几个阔亲戚资助开了一家小厂,但他喜欢看书不善经营,小厂几次倒闭。所以他们一家的生活时常处于窘困之中。

2.小时候爱因斯坦不大爱说话,但他喜欢思考,对什么事都有强烈的好奇心。有一天父亲送给他一个小指南针,他爱不释手。看着红色指针总是指着北边,于是便不停地拨弄,总想探求出其中的奥秘来。

3.爱因斯坦10岁那年,他念完小学进入了慕尼黑的路伊波德中学。可他对学校填鸭式的教育不感兴趣,而把精力放在课外朽的阅读上,平时还经常独自钻研他所喜欢的教学、物理和哲学,所以他学业上的进步主要靠自学。

4.有一次,他的叔叔给他出了一道几何题,就是让他证明我们现在所说的勾股定理。从小养成好奇、思考习惯的爱因斯坦被这个定理迷住了。他一连三个星期苦苦思索,最后居然证明出来了。他第一次尝到了发现真理的快乐。

5.他凭着自己的爱好,奋力自学高等数学,还努力钻研康德的哲学和布和纳的《力和物质》。但中学里那些死记硬背的课程他总考不好。所以当时的老师认为他“智力迟钝而又想入非非”。有人还向他的父亲断言:“你的儿子将一事无成。”

6.由于他父亲工厂的倒闭,没等他拿到高中毕业文凭便随全家迁到了意大利米兰。因为他没有毕业文凭,不能报考德国大学。后来听说瑞士苏黎世的联邦工业大学招收同等学历的学生,在父亲的催迫下他就前往报考。

7.考试结果,他没被录取,那些需要死记硬背的课目都考得很糟。唯数学、物理却考得很出色。因此物理学教授韦伯竟允许他旁听物理。同时又推荐他到附近的阿劳中学插班学习,准备再考。第二年,他终于顺利地考进了苏黎世联邦工业大学。

8.他在联邦工业大学里主修数学和物理,可他对那些机械式的教学方法还是不感兴趣,有时连课都不去听。幸好他有个同学的课堂笔记非常出色,所以每次考试时他都借用别人笔记来应付。

9.爱因斯坦并非不爱学习,他是集中精力在研究物理学,尤其对物理实验,他几乎入了迷,整天钻在实验室里认真地做着各种实验。转眼到了1900年,他以优异的成绩通过了国家考试,取得了大学毕业文凭。

10.大学毕业时,他本想留校任教,但因一些比较守旧的教授视他为学术上的异端,而使他未能留校任教。另外找工作,一时也都没有成功,他失业了。可贫困和挫折没有使他自暴自弃,他依旧钻研着。

11.1902年6月,爱因斯坦在好友的推荐下,经过考核,总算得到了伯尔尼专利局正式任命,成了这个局的技术审查员。他每天用半天时间,就熟练地完成了全天的工作,剩下的时间他就进行思考和计算,做自己的物理研究。

12.在17世纪,人们认为牛顿力学,包括时间、空间绝对的原理,这就是全部物理学。可到了20世纪,上述理论却无法解释一些新的物理实验。所以爱因斯坦认为:应从空间和时间概念上人手,研究物质世界的本质。这就对牛顿力学提出了挑战。

13.爱因斯坦利用一切时间在研究空间和时间的问题,1904年他做了父亲,可他左手在摇小孩车,右手却在纸片上做计算。艰苦的劳动换来了丰硕的成果。1905年他写成了《论动体的电动力学》的论文,提出了相对论的概念,也就是“狭义相对论”。

14.这是26岁的爱因斯坦利用业余时间进行科学研究所取得的可与牛顿的研究成果相媲美的重大成果,是划时代的、创造性的科学成就。他把论文寄给了苏黎世联邦工业大学,大学授予他博士学位。

15.绝对时空观是牛顿力学的根基,而爱因斯坦的理论是在新的时空观基础上建立起来的。狭义相对论有两条基本原理,一是相对性原理,即物体的运动或静止是指地球而言的;二是光速不变原理,是说光在真空中传播速度为不变的每秒30万公里。

16.从上述两条原理又可得出许多有趣的推论:如时针会走慢,如匀速直线飞行的宇宙飞船每秒能飞行29.99万公里,那么在这样高速的飞船上过一年,地球上就过了50年。在这飞船上的宇航员过了一年回来,他的家里人却都已长了50岁。

17.再如长度会缩短。在匀速直线运动飞船上的尺,当它的长度方向和运动方向一致时就会变短。还有物体的质量会随着运动速度的增加而增大。一个重60公斤的人在每秒29.4万公里飞行速度的飞船里,他的质量就会变成300公斤。

18.此外,狭义相对论还有一个重要的推论:质量和能量可以互换。在牛顿力学中,时间、长度和质量三者是绝对不变的量;而在相对论中,空间和时间,物质和运动,质量和能量都统一了起来,质量守恒定律和能量守恒定律合成了质能守恒定律。

19.可应该说明的是,在低速运动中,时钟走慢、尺子变短、质量增加,这些相对论效应都极其微小,和牛顿力学的结果基本相近,只有当速度大到接近光速时,相对论才有用。所以在通常情况下还必须应用牛顿力学的原理和公式。

20.但相对论刚提出时,许多高等著名学府还不能接受。直到居里夫人等著名科学家极力推荐爱因斯坦,几所著名大学才邀请他去讲课任教。1914年,他应邀出任威廉皇帝物理研究所所长、普鲁士科学院院士、柏林大学教授。

21.科学理论的发展像登山一样,创立一个新理论就登上一座新高峰。狭义相对论的创立是物理学的一次革命,但它还不是个完备的理论体系,它只适用于匀速直线运动的情况,还不能解释加速运动的问题。所以爱因斯坦又向新的目标进发。

22.正当爱因斯坦埋头研究新课题的时候,第一次世界大战爆发了,但爱因斯坦的研究工作并没有中断。经过百折不挠的努力,1916年爱因斯坦又发表了他的新研究成果,这就是广义相对论。广义相对论把狭义相对论的原理推广到了加速运动。

23.狭义相对论揭示了空时的统一关系,也揭示了空时同运动的关系,广义相对论则进一步揭示了空时结构同物质分布的关系。这种空时、物质、运动统一的物理学结论是辩证唯物主义的又一伟大胜利。

24.广义相对论也包括两条原则。第一条是等效原理:在一个加速运动的系统里,物体会自动改变运动状态,比方在火车开动时人会向后仰,好像有外力拉他向后,这个叫惯性力。爱因斯坦认为万有引力和加速运动系统里的惯性力作用效果完全一样。

25.广义相对论原则的第二条是广义相对原理:非匀速运动系统里的惯性力可以看作匀速运动系统里的引力,经过变换形式,各种物理定律在非匀速运动系统里也同样适用。因此,爱因斯坦宣称:在引力场中,光线也是弯曲的。

26.地球表面是个球面,在两港口间航行的船只走的不是直线而是曲线,这容易理解;可是说光线在引力场中也会弯曲,人们就不大相信了。但爱因斯坦的理论经过实践检验是正确的。

27.1919年5月英国皇家天文学会组织进行的对日全蚀的观察,证实了广义相对论的科学性。广义相对论改变了人类对宇宙的认识,在广义相对论的指引下,天体和宇宙的观察研究及理论探讨迅速发展。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔物理学奖。

28.爱因斯坦成了世界名人。“相对论热”、“爱因斯坦热”遍及欧美。四面八方来的荣誉包围了爱因斯坦,但他没有受荣誉的侵蚀,还是那样谦虚纯朴。一次有个中学生写信向他求教一道几伺题,他亲笔回信,满足了这个中学生的要求。

29.这位伟大的科学家在政治上也是比较进步的。1933年1月希特勒上台,当时正在美国讲学的爱因斯坦即声明放弃德国国籍,并辞去普鲁士科学院院士职务,这就表明了他反法西斯的决心。所以,纳粹分子恼羞成怒,竟悬赏两万马克要他的脑袋。

30.1933年秋,爱因斯坦被美国普林斯顿高等研究院聘为教授,从此他定居美国。他在潜心研究的同时仍关心着国际形势,当他得知德国法西斯可能研制原子弹时,便亲笔致函美国总统,要求政府迅速采取行动研究核弹,并提出具体建议。

31.但是,1945年当他听到美国在日本广岛和长崎投下两颗原子弹,造成几十万平民丧生的消息时,受到极大的震动,他觉得自己犯了一次最严重的错误。因此,他后来亲自组织了“原子科学家非常委员会”,意在反对核战争。

32.爱因斯坦在自然科学的研究中,表现出特殊的勇敢和坚定。他登上了狭义相对论和广义相对论的高峰以后,并没有满足和停顿,他又准备攀登相对论的第三高峰,这就是统一场论。

33.爱因斯坦的统一场论,就是希望把引力场和电磁场统一起来,当然这要通过许许多多的实验来证实这种统一场的理论,然后这种统一场的理论就可以解释量子力学所不能解释的好多问题。

34.钻研统一场理论是个既艰难又可能极其漫长的过程,爱因斯坦也知道统一场论不会在自己手里完成,而他偏偏就选择了这课题。他想,他可能不成功,但可为后面的成功者先探索道路,这也是一大贡献。

35.他愿意给后来人铺路,正像他给比利时王太后伊莉莎白的信里所写的:“留给我的事情是:毫不怜惜自己,研究困难的科学问题。那个工作迷人的魔力,将持续到我停止呼吸。”

36.爱因斯坦是这样写的,也是这样做的。他尽管步履蹒跚了,思想的行进缓慢了,但多少年前,那个小小指南针点燃的神圣好奇心,还在他身上熊熊燃烧。他不停地探索着,直到最后息。

37.1955年4月18日,爱因斯坦的心脏停止了跳动。就在他生命弥留之夜,在他的病榻旁边还放着一叠统一场论的未完成稿,准备第二天早晨再继续演算。他对人说过:没有统一场论,就没有物理学。如果没有物理学,那活着还有什么意义呢?

38.爱因斯坦的逝世,全世界都为之惋惜,许多国家的报纸都在头版登出大幅讣告;唁电信函从世界各地飞往普林斯顿;各国的学术刊物还出版了纪念专号。似乎整个世界都在为他的逝世感到悲痛。

39.爱因斯坦对统一场论的探索,正是他一生追求真理的那种毫不气馁的热情和顽强性格的写照。他在追求真理的探索中度过了自己的一生。因此,人们评价他:“他现在是,将来也还是人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星。”

40.按照爱因斯坦生前的遗愿,没有举行葬礼,也没有设立坟墓,没有建立纪念碑。这样世界上就没有纪念爱因斯坦的殿堂供后人瞻仰。但是,人们在心里却建立了纪念他的永久殿堂,永远怀念他。