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第29章 爱因斯坦的伟大贡献

提起相对论,人们自然会想到阿尔贝特·爱因斯坦这个名字,他是举世瞩目的当代最伟大的科学家。爱因斯坦是人类科学史上最富于传奇色彩的人物之一,这位美籍德国犹太人在科学上的卓越成就,使他成为了继伽利略、牛顿之后的最杰出的物理学家。他所创立的相对论,引起了古老物理学的彻底革命,改变了人们认识客观世界的思维方式,对整个物理学的发展产生巨大影响。爱因斯坦研究的领域非常复杂,他的相对论只能用数学语言加以解释,对于缺乏高等数学知识的人来说,要理解它是极其困难的。

1879年3月14日,爱因斯坦生于德国慕尼黑附近的小镇乌尔姆,在慕尼黑度过童年时光。他从6岁开始练习拉小提琴,音乐使他着了迷,尽管他没有成为职业音乐家,但他心爱的小提琴陪伴了他的一生,成为他学习和研究之余最好的伙伴。他喜欢独自玩耍,从少年时代起就有独立主见,毫不掩饰自己的观点。1894年,他家所开的小工厂倒闭,爱因斯坦随父母迁到意大利的米兰,在米兰他考进苏黎世工业大学,学习数学和物理。

在苏黎世上大学期间,爱因斯坦把时间都用在自学马赫、基尔霍夫、亥姆霍兹、赫兹、玻耳兹曼,以及洛仑兹、麦克斯韦等人的主要着作上,他认为自学比听课和记笔记更适宜于独立思考科学问题。1902年6月,他受聘为伯尔尼瑞士专利局的试用三级技术员。在那里,他充分利用业余时间思考物理学中的重大问题。1905年,爱因斯坦才26岁,就在德国《物理学年鉴》上发表了震憾物理学界的关于电动力方面的论文“论运动物体的电动力学”,狭义相对论诞生了。

爱因斯坦的狭义相对论的产生还要从他对“以太”问题的研究谈起,爱因斯坦在16岁时起就对“以太”问题产生了浓厚的兴趣。他在伯尔尼专利局担任小职员期间,利用每一段空闲的时间,从事研究,他整夜整夜地坐在伯尼尔克拉姆巷49号三楼的一个房间里,在灵感的驱使下,终于以清新的物理思想解决了迈克尔逊——莫雷实验的零结果所带来的以太疑难问题,写下了他的不朽之作。

爱因斯坦认为,以太是无用的虚构,光速是一个物理常数,光线无论从静止物体还是从运动物体上发射出来,都以确定不变的速度运动。在此基础上,爱因斯坦进而否定了牛顿的“绝对时间”、“绝对空间”、“绝对运动”的概念。他认为,时间的同时性都是相对于某一参照系来说的,所以是相对的,而运动又与时间紧密相连,所以运动也是相对的,从这些原理出发,爱因斯坦得出一系列令人惊奇的推论,它们从根本上改变了牛顿的旧时空观,这就是狭义相对论。

爱因斯坦发表了狭义相对论后,又着手考虑广义相对论问题。如果说狭义相对论必须解决的矛盾是物理学家们所熟悉的,在1905年之年,彭加勒和洛仑兹几乎已经走到狭义相对论的门槛上,即使没有爱因斯坦,不久也会有人提出它的。那么,对于广义相对论来说,情况就完全不同了,除了爱因斯坦,当时几乎没有一个人思考过这个问题,更没有人正确地提出和解决这个问题,在这个领域中,他没有前驱者。

1911年,爱因斯坦发表了关于引力问题的第一篇论文《关于引力对光的传播的影响》,这时他已离开专利局,受聘于布拉格德国大学的理论物理学教授。1912年10月,爱因斯坦回到母校苏黎世工业大学任理率物理学教授,并开始了和他的大学同学格罗斯曼合作探索表达广义相对论物理思想的教学形式。1913年,他们合作发表了论文《广义相对论和引力理论纲要》。1914年,爱因斯坦受聘于柏林大学,继续研究广义相对论。1916年3月,他发表了总结性论文《广义相对论基础》。这篇论文被认为是20世纪理论物理研究的高峰,它提出了物理学几何化的宏伟目标。广义相对论诞生了。

广义相对论是一种没有引力的新引力理论,物理定律应在所有参照系内都有同样形式,根据等效原理可以知道,由于引力场的存在,时空将变得弯曲,这就意味着物质将造成时空的弯曲。地球围绕太阳转动就是由于太阳的巨大质量使其周围的时间发生了弯曲的缘故。

爱因斯坦自己认为,相对论有三个发展阶段:狭义相对论,广义相对论和统一场论。狭义相对论是对牛顿运动定律的改造,广义相对论是对牛顿万有引力定律的改造,统一场论则是对广义相对论的推广。从1923年起,爱因斯坦把他的整个后半生献给了统一场论。他孜孜不倦地思索研究了30年,企图建立引力、电磁力的统一理论,但终未成功。直到1954年,美籍中国物理学家杨振宁等人提出规范场思想,统一场论又重被发现,并成为20世纪后期物理学最重要的问题。

相对论是爱因斯坦对于物理学作出的最大贡献。相对论打开了人类的眼界,使人们获得了去探索宇宙奥秘的某些方法,使人类的认识能力大为提高了。爱因斯坦因此获得了极高的国际声誉。

爱因斯坦不但是一位伟大的科学家,而且也是一位爱好和平的人,他在第一次世界大战爆发后,一直同德国的军国主义和纳粹作斗争,因而遭到纳粹政府的迫害,但他没有被吓倒,他辞去院士职务以示抗议,并声明放弃德国国籍。后来,爱因斯坦被迫于1933年迁居美国,接受了普林斯顿大学的聘请,并在1940年加入了美国国籍。

爱因斯坦对中国非常关心。1922年底和1923年初,他在日本讲学时途经上海,看到兵荒马乱、列强奴役的中国现状,深为同情和强烈的不平。1931年,日本侵占中国东三省后,他强烈谴责日本帝国主义的侵略行径,呼吁各国对日本进行经济制裁。抗日战争期间,他曾参与发起支援的中国的募捐活动。对于所接触的中国留学生,爱因斯坦都给予亲切的关怀和帮助。他对中国青年寄予深切的期望。

1955年4月18日,这位“现代物理学之父”在普林斯顿离开人世。爱因斯坦在遗嘱中要求不发讣告,不举行葬仪,不建坟墓和纪念碑,骨灰撒到不为人知的地方。但是,爱因斯坦的伟大业绩和精神,却永远留给人类。

爱因斯坦对人类科学的贡献是不可磨灭的,无数的科学家正沿着他开拓的道路前进。

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