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爱因斯坦的奇迹年1905

【大纪元5月7日讯】(大纪元记者杜宇尘编译报道)1905年被称为爱因斯坦的“奇迹之年”,那一年他连续发表了五篇科学论文,从根本上改变了我们对空间、时间、光与物质的认识。十年后,他又提出了广义相对论,幷因此闻名于世,使“爱因斯坦”和“相对论”成了家喻户晓的名词。现在,全世界的大学和学术机构都在庆祝那“奇迹之年”的100周年。

美联社报道,爱因斯坦生于一个以马作运输工具的时代,但他的思想所带来的技术革命使人类一个世纪的变化比过去的2000年还多。“我们与上一个世纪以前的人是不同的民族”,美国自然历史博物馆的天体物理学家迈克尔-沙若(Michael Shara)说,“完全彻底的不同,就是因为爱因斯坦。”

计算机、人造卫星、电讯、激光、电视和原子能的发现和发明,都应归功于爱因斯坦。他为我们剥开了这个可见世界下面陌生的、更复杂的、真实存在的世界的谜障,幷且,他提出了一个智慧的课题,幷在追寻,那就是一个支配宇宙的统一力量,据他自己表示,这个尚未问世的统一场理论可以让我们可以“读出上帝的心意”。

爱因斯坦去世50年后,他那蓬乱的白发和无精打采的胡子仍旧是天才的象征。这除了艾尔博特-爱因斯坦还会是谁?爱因斯坦仍旧是现代最伟大的科学家,向后追溯2400年,只有牛顿、伽利略和亚里斯多德可与其比肩。

然而还有更多,他逃出希特勒统治下的德国,把余生奉献给人道与和平事业,他所作出的贡献是今天任何科学家,甚至大多数政治家和宗教领袖都没做到的。他用他的声名大声疾呼,反对法西斯主义,种族偏见和麦卡锡主义。他在联邦调查局的文件有1400页之多。这就是为什么爱因斯坦不仅仅是天才还是我们文化的先驱。

他的书信揭示了他喧嚣的个人生活—两次结婚,钻研物理时顾不上孩子,赋诗和帆船游玩迷倒了情人和崇拜者。朋友和邻居非常保护他的隐私。

然而,是的,他是古怪的人。有象他那样的头发,怎么可能不是古怪的人呢?漫画家喜欢他,他出名的一幅画是伸出长长的舌头。

他从来不学开车,他会从普林斯顿大学的办公室走回家,用手中的伞从铁栅栏的每个齿上挨个扫过去,如果漏掉一个齿则从头再扫一遍。不可避免地,他会被过路的人或校长打扰,请他解释宇宙的问题,那对他是一种解救。

今天,我们可以看到爱因斯坦的雕像,其中最有名的是在华盛顿国家科学研究院的一座12英尺的铜像,雕刻的是这位满脸皱纹的年老智者注视着他著名的公式E=mc2。旅游者爬上他的膝盖照相。罗夫-辛克莱(Rolf Sinclair)不满意这座雕像,他是国家科学基金会物理计划的退休官员,“这是最差的公共雕塑之一,让他看起来象小丑在占星。”

辛克莱和其他人更喜欢的是1905年的爱因斯坦,那时他26岁,正要使全世界震惊。

白天,他在伯尔尼(Bern)的瑞士专利办公室工作,他称之为“补鞋匠的工作”。在七年的时间里,他分析了一串有关保持火车准点的发明和其它的东西。下班后,他则会做他的“思想试验”,那些试验超越已有物理学范围之外。

爱因斯坦说,“想像力比知识更重要,最重要的是不要停止问问题。”

充满奇迹的1905年

1905年,他发表了五篇里程碑式的论文,没有任何脚注或引用。标志着他20年无人可敌的智力爆发的开始。这是他奇迹年的时间简表:

1,1905年3月:传统物理认为光就是波,不能解释为什么光可以从金属上敲离电子。爱因斯坦则解释光也是由小的能量粒子(量子)组成的,幷且量子可以象单个的粒子那样运动。爱因斯坦对“光电效应”的解释使他赢得了1921年的诺贝尔物理奖,同时奠定了现代量子理论的基础。

2,4月:根据在咖啡馆里关于茶的讨论,爱因斯坦写出一篇论文,论证可以根据糖在液体中的扩散速度来计算糖分子的大小。

3,5月:爱因斯坦解释了花粉在水里的运动,其实是由于混沌运动的水分子的碰撞,这就是布朗运动。爱因斯坦的计算确认了原子的存在及化学元素的结构。

4,6月:爱因斯坦的论文“狭义相对论”把他与主流物理学分开。牛顿认为重力-物物相吸是绝对的,因此气体、灰尘和碎块构成了星辰。但爱因斯坦尝试解释这个规则中的异常现象,在那之前,科学家们已经得出这样一个结论, 认为光只是电磁波的一种,在一种他们称为以太的不可见媒介中运动,光速是恒定的。爱因斯坦想起了一个少年与光赛跑的白日梦,根据那时的物理学,如果少年与光跑得一样快,则会发现光线是静止不动的。爱因斯坦说光速恒定在186,282公里每秒,但会根据你所处的地点和你的移动速度的不同而呈现出不同。例如,时钟在人造卫星的轨道上走得稍慢,因为人造卫星的运行速度是17,000公里每小时,它们有专门的程序使时钟与地球上的时钟相吻合。或者假设你目睹了一个星体的爆炸,这个爆炸发生在几千年前,却花费了那麽长的时间才将光传送到你这里。

5,11月:发表了延伸自狭义相对论的质能转换论,认为“物体的质量可以度量其能量”。1907年他把它简化为科学界最著名的公式:E=MC2,能量等于物质质量乘以光速的平方。由于光速(C)很大,因此即使是很小的物质也包含有很大的能量。这成为原子爆炸及原子能的理论基础。

“每一篇论文都是物理学上的一个里程碑”,马里兰大学的物理学家詹姆斯-盖特斯(S. James Gates)说,“然而,所有他在1905年所做的工作都是他最伟大的理论—广义相对论的前奏。”

狭义相对论不完整是因为它没有涉及重力的问题。对牛顿来说,重力是恒定的、绝对的力量。苹果会落地。恒星围着轨道运动是因为太阳对行星的重力。

在爱因斯坦的相对世界中,物质会扭曲周围的时间和空间场,因此,太阳的质量使其周围的时空结构凹陷、变形。他推断光粒子,即使质量很小,也会受此影响。

1919年,天文学家在观察一次日食时,测量到来自一颗遥远星体的光被变暗太阳的质量偏移了几百分之一毫米。

广义相对论为各类的发现奠定了基础,如大爆炸、宇宙膨胀和黑洞等。

相对论是如此深奥和令人迷惑的,以致其他的物理学家都难以掌握它的细微差别。

爱因斯坦用这种方式描述相对论,“将你的手放在一个热炉上一分钟,那会宛如一个小时一样长,但与一个漂亮的女孩坐一个小时,你会觉得像一分钟一样短。那就是相对论。”

物理学家的爱情

难以想像,与好莱坞巨星鲁道夫-范伦铁诺和克拉克-盖博同时代的爱因斯坦,蓬乱的头发、皱巴巴的衣服,却是一个有女人缘的人。

他充满热情的个性吸引崇拜者,但是物理总是他的最爱,也是他的麻烦。

年轻爱因斯坦的冷漠甚至是无情的个性,明显的表现在他与第一个妻子的关系上。蜜莉芃-马里克(Mileva Maric)是他在瑞士国家技术学院的同学,他们在1902年结婚,育有二子,1914 年离异。

在他们尚未结婚时,蜜莉芃在匈牙利,她父母的家里生了一个女孩儿,然而这女孩儿死了或者被别人收养,爱因斯坦从没见过她。这件事影响了蜜莉芃的事业,使之尚未开始就已经结束了。她看起来是在爱因斯坦身边协助他,但历史学家怀疑她实际上是一个合作者。

他们在1902年结婚,随着爱因斯坦的声誉越来越大,他们之间的热情却变质了,他抱怨没有时间照顾婚姻。“你要保证……我在房间里收到我的一日三餐,”他写下冷酷的条件,“你不要期望有任何亲昵或者以任何方式责备我。”

1914年他们离异了。但八年后,他还是从他得到的诺贝尔物理奖的奖金中分出三万二千美元给了蜜莉芃。

爱因斯坦曾和他的德国表妹艾尔莎-罗文斯尔(Elsa Lowenthal)有过恋情。1917年,当爱因斯坦因精神紧张疲劳而崩溃时,艾尔莎细心照料直到他回复健康,两年后他俩结婚了。但不久她发现她要容忍爱因斯坦的异性朋友。后来他们移居普林斯顿,直到1936年她辞世。

爱因斯坦的亲戚和秘书在莫瑟街112号他的家里照顾他,一直到1955年4月18日他撒手人寰。

爱因斯坦还和几个女人保持着亲密的关系,他曾向一位女友吐露他的哀愁,“物理学家说我是数学家,数学家说我是物理学家。我是一个全然孤独的人,虽然每个人都认得我,但很少有人真正了解我。”

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