阿尔伯特·爱因斯坦

  阿尔伯特·爱因斯坦-生平简介
  平凡的早期
  幼年爱因斯坦阿尔伯特•爱因斯坦出生于德国乌尔姆一个经营电器作坊的小业主家庭,父母都是犹太人。父亲赫尔曼•爱因斯坦(Hermann Einstein,1847—1902)是一个商人,酷爱诗歌;母亲保莉尼•科赫(Pauline Koch,1852—1920)是一位文化修养很高的知识女性,热爱文学尤其是音乐,特别喜爱贝多芬。爱因斯坦出生后的第二年,由于父亲和叔叔合办的工厂倒闭,在亲戚的帮助下,全家迁居慕尼黑。
  爱因斯坦从小傍人的印象像是个智力迟钝的孩子,精神懒散,话很少。由于怕他是低能儿,父母还曾带小阿尔伯特看过医生。但小阿尔伯特对音乐的兴趣却超乎寻常。当母亲弹钢琴时,他总是专心地在一旁静听,有时甚至很晚了还从卧室里偷偷地溜出来,躲在楼梯的暗处倾听母亲演奏钢琴,表现出不同一般的兴趣和耐心。他的一位邻居甚至断言,爱因斯坦长大了不是一个钟表匠就是一个音乐家。六岁开始,爱因斯坦学拉小提琴,七岁的生日礼物是母亲送给他的小提琴。从此,小提琴成了阿尔伯特的终生伴侣,拉琴成了他最喜欢的生活方式之一。
  约四、五岁时,他对父亲送给他的袖珍罗盘着了迷,他对指针总是指向北方感到十分惊奇,这使他对自然的力量惊讶不已。他觉得,“一定有什么东西深深藏在事情的后面!”这个“迷”激起了小阿尔伯特极大的好奇心和探索事物本性的浓厚兴趣。在50多年后的一封回信中,他提起了这件事,并说“它对我发生了巨大的影响,在我的一生中起了很大的作用。”
  儿童时期的阿尔伯特总是喜欢一个人独自玩耍,他很少跟小伙伴们一起嬉戏打闹,对当时像洪水一样泛滥的普鲁士军国主义产生出了一种本能的反感。
  5岁那年,小阿尔伯特进小学学习。在小学里,他成绩平平,但他的善良、虔诚,深得教义老师的喜欢,这个时期的爱因斯坦充满了对宗教的神圣情感,几乎是一个虔诚的天主教徒。
  10岁进入路提波德中学。这个学校反科学教育与他天性格格不入:像兵营一样的学校,像军人一样的老师,像士兵一样的学生,整天的背、背、背,让小阿尔伯特感到窒息。也因此他的成绩很不理想,还经常留校受罚。他的父亲曾写信对朋友说:“爱因斯坦的功课成绩并不完全符合我的希望和期待。很久以来,我已经看惯了他的成绩单上总是有不太好的和很好的成绩”。这段时间在叔叔雅各布的引导下对自己感兴趣的功课进行自学,如欧几里德几何、代数、高等数学等等。几何学的那种简洁、明晰、可靠使他对人的思维能力以及人能了解自然惊叹不已。12岁时,在俄国籍大学生塔尔梅的引导下阅读布赫纳的《力和物质》、《自然科学通俗读本》。由于主张无神论,这些书在学校是禁止的。阿尔伯特面对书中展示的井然有序的自然界时,发现万能的上帝不见了。正是这些书的影响使阿尔伯特的宗教思想完全地被科学思想取代了。
  1894年,父亲的工厂又倒闭了,全家再迁至意大利米兰,阿尔伯特一个人留在慕尼黑继续完成中学学业,但没多久,他就被学校勒令退学了。回到米兰父母身边的爱因斯坦告诉父亲,他打算放弃德国国籍。辍学的这段时间,他第一次思考了光的相对运动问题,这是他有关狭义相对论的第一个朴素的理想实验。他还对以太是什么进行了思考,完成了他生平第一篇科学论文:《关于磁场中以太研究的现状》,时年16岁。
  没有高中毕业证就无法进入德国的大学,而瑞士苏黎世的联邦工业大学接收18岁以上的同等学历学生,只有16岁的阿尔伯特认为自己的数学成绩特别好,也许能破格录取,于是只身前往苏黎世。
  为创新奠基
  1895年秋,在父亲的帮助下,阿尔伯特获准参加苏黎世联邦工业大学的入学考试,但未被录取。由于数学和物理成绩优秀,引起了校方的注意。该校校长赫尔岑安慰他并建议他去阿劳镇的州立中学插班,韦伯教授也表示愿破例让他旁听物理课。在阿劳州立中学学习的这段时光中是使爱因斯坦感到快乐的一年,这所学校的信念“概念思考是建立在‘直观’之上的。”完全符合他的需求,而学校老师的授课方式使他对教学工作产生了兴趣。
  1896年,由于从1月28日起脱离了德国国籍,爱因斯坦以无国籍身份考取苏黎世联邦工业大学,他选择了主课是物理和数学的教育学。他的物理教授是韦伯,数学教授是胡尔维茨和闵可夫斯基,在当时都是杰出的学者。同学有格罗斯曼、米洛娃•玛利奇和贝索等。
  整个大学时代是爱因斯坦集中精力苦读的时期。他充分利用时间,把精力用于自学。在大学的第一个学年就给自己开了一张书目,并预先定出了每个月、每个学期课外阅读的进度表。除读书,其余大部分时间都用在做实验上。这些一切为他日后进行研究工作奠定了坚实的基础。也是从这时起他的兴趣已经转向理论物理某些根本问题的更深层次的思考,比如以太问题。
  他很少认真听教授们上课,考试就靠突击同学们的笔记。而他不懂客套、生性耿直、反对见风使舵、从不掩饰自己的观点、说话开诚布公和太强的个性为许多教授所不容和排斥。物理教授韦伯就很不喜欢爱因斯坦。他曾对爱因斯坦说:“爱因斯坦先生,你很聪明,但有个缺点,你不让人教你!”米列娃就曾与韦伯教授发生冲突,她指责他对爱因斯坦不公平。1899年6月,爱因斯坦在佩尔内教授的实验室上实验课时,由于不按教授的要求做,引起一场爆炸,手部受伤。当佩尔内遇到手缠绷带的爱因斯坦时,说“你为什么非要学物理呢?为什么不去学医、法律或语言学呢?”而从不说假话的爱因斯坦说:“我觉得自己对物理学有一种特别的爱好和才能。”
  1900年秋,爱因斯坦以优异的成绩大学毕业。当他试图留校当助教时,教授们婉拒了他的要求。而爱因斯坦的大学是在他的几个舅舅每月100法郎的接济下完成的,毕业后又长期失业,使他一下子陷入了困境。
  1901年取得瑞士国籍。也是这一年初,他在德国莱比锡的权威科学刊物《物理学纪事》上发表了第一篇科学论文:《毛细管现象的推论》。当他看到自己的论文刊印在权威的物理学杂志上时,激动不已。他天真地想这篇论文或许可以帮助自己谋得职位,他把论文先后寄给了奥斯特瓦尔德和墨林•昂内斯教授,但都无果而终。
  1902年7月,在大学同学格罗斯曼(M. Grossman)的父亲协助下,被伯尔尼联邦专利局录用为三级技术鉴定员,从事发明专利申请的技术鉴定工作,年薪3500法郎。这一工作迫使他从多方面去思考物理技术应用方面的问题,同时在本职工作之外,他还有充裕的业余时间用于学术研究。1903年1月与时任物理教师的米列娃在伯尔尼结婚。
  在专利局工作不久,他的朋友哈比希特、索罗文、工大同学贝索和爱因斯坦等人就在伯尔尼聚在一起开始读书、共同讨论和研究哲学、科学问题。他们在工余或是在某人家、或是散步、或是在一家便宜的名叫“奥林匹克”的小咖啡厅进行集会,他们亲切地称这一活动为“奥林匹克科学院”。这期间,他们在一起阅读大量的哲学名著、自然科学经典以及世界文学代表作。这段不平凡的生活,使爱因斯坦不仅进一步从自然科学方面,而且从认识论上为今后专门研究工作作好了准备,为后来在自然科学上作出划时代的突破起了很大的作用。他之所以能做出其他科学家做不到的事情,正因为他早就懂得科学研究不能不受到哲学世界观的指导,从而在研究自然科学的同时,深入地研究了哲学。
  奇迹年
  1905年,哈比希特和索罗文先后离开了伯尔尼,读书活动结束。也就是在这一年,萦绕在他心头多年的以太问题似乎有了出路,他完成了六篇论文:《关于光的产生和转化的一个试探性观点》、《分子大小的新测定方法》、《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》、《论动体的电动力学》、《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》、《布朗运动的一些检视》。其中四篇发表在《物理年鉴》上。而正是这些论文为物理学革命吹响了冲锋号。因此这一年被称为“爱因斯坦奇迹年”。100年后的2005年也因此被定为“世界物理年”。
  发表《论动体的电动力学》的德国《物理学年鉴》(1905年)3月17日完成《关于光的产生和转化的一个启发性观点》(Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt,发表在《物理年鉴》上),认为光即具有波动性也具有粒子性,是波动和粒子的统一,光的能量是量子化的,它只能整个地被吸收或产生出来。应用光量子理论,爱因斯坦成功地解释了光电效应。光量子理论把1900年普朗克创立的量子论大大推进一步,揭示了微观世界的基本特征:波粒二象性,为玻尔的原子理论和德布罗意物质波理论的建立奠定了基础。而光的波粒二象性也为唯物辨证法提供了坚实的自然科学论据。因为这篇论文爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖金。
  4月,向苏黎世大学提交学位论文《分子大小的新测定方法》,取得了博士学位,这篇论文他是题献给好友格罗斯曼的。
  写有质能方程的手稿5月11日完成了《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》 (发表在《物理年鉴》上,Die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen)。这是一篇关于布朗运动研究的论文,指出微粒的运动是液体分子对微粒碰撞一种剩余涨落,证实了分子和原子的真实性。
  另外在5月还完成了论文《布朗运动的一些检视》,进一步充实了关于布朗运动的研究。
  1905年6完成《论动体的电动力学》(Elektrodynamik bewegter Körper,发表在《物理年鉴》上)。这是一篇物理学中有划时代意义的文献。提出了狭义相对性理论,解开了“以太”之谜,彻底抛弃了绝对时空观。
  1905年9月完成《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》(Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? 发表在《物理年鉴》上),这是一篇关于狭义相对论应用的补充性论文。文中指出“物体的质量可以度量其能量”,随后导出了E = mc2的公式,为核能的应用奠定了理论基础。
  这六篇论文,分别在三个领域里取得了突破性的成就:物质结构原子论、量子理论和狭义相对论。正如爱因斯坦自己说的:“为什么总是在相对论上费口舌,我还做了其它的许多事情”。而且,爱因斯坦的贡献远远不止在物理学上。
  成名
  正如科学史上任何重大进步一样,爱因斯坦的这些革命性的成果一开始并没有能为很多人所认识到。爱因斯坦的巨大贡献又一次莫明其妙地遭到冷落。论文发表后几年内几乎没有反响。直到1908年,才有人注意到其研究结果,而且,反对者居多。少数懂得这些论文价值的人给了爱因斯坦非常高的评价,也正是他们的宣传使爱因斯坦逐渐进入了科学界的视野。
  柏林故居克里夫科大学的威特利夫斯基教授读过后大声喊道:“一位当代的哥白尼诞生了!”正是这一声惊呼使当时是学生的麦克思•玻恩成为了研究相对论的先驱之一。普朗克在看过论文后,意识到物理学的革命时代已经到来。他马上写信给爱因斯坦,了解他的情况,并为他积极奔走谋求教授职位。让他感到惊奇的是这么一个天才人物竟然只是一个专利局的小职员!爱因斯坦的大学数学教授闵科夫斯基看过论文后亲切地说:“原来是那家伙!”他认为相对论是时空观的根本变革,并给予了相对论更完美的数学形式:闵科夫斯基世界(1907年:《动体的电磁现象的基本方程》)。尤其是在1908年夏天在科隆举行的“德国自然科学家和医生协会”年会上,闵科夫斯基做了介绍相对论的报告,引起了巨大反响。
  普朗克的众多学生以及一些进步的理论物理学家也越来越多的在宣传爱因斯坦的科学成果。甚至有不少人专程到伯尔尼看望爱因斯坦。布列斯劳理论物理学派的领袖拉登堡也因科学研究中的问题专程到伯尔尼拜访。在持续几个小时的学术讨论之后,他立刻给了爱因斯坦一张第二年德国自然科学家大会的请柬,并向伯尔尼联邦政府表示无法理解爱因斯坦不能在瑞士的教授团体之中。
  1919年11月10日《纽约时报》刊登相对论证实的消息由于拉登堡的这一行动以及爱因斯坦在科学界名气日增,1908年10月23日,爱因斯坦被确定为伯尔尼大学的编外讲师。1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授,正式开始了他的教授生涯:1911年任布拉格德国大学理论物理学教授,1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授。1914年,应邀回德国任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授至1933年。1920年兼任荷兰莱顿大学特邀教授。随着生活和工作条件的改善,学术研究方面也继续大步前进。
  真正使爱因斯坦登上世界荣誉巅峰的是1919年两个英国考察队证实了引力使光线弯曲的预言。纽约时报称:“是爱因斯坦理论的大胜利。” J•J•汤姆孙称:爱因斯坦的理论是“人类思想史中最伟大的成就之一”。引力使光线弯曲是1915年爱因斯坦发表的广义相对论的理论结果。广义相对论是狭义相对论在非惯性系下的推广,它包括广义协变原理、等效性原理、时空弯曲理论和引力理论,并给出了光谱线引力红移、引力场使光线偏转和水星近日点的进动为每一百年43秒等结论。实际上,在1911年他就发表了一篇名为《关于引力对光传播的影响》的论文。1915年提交的四篇论文标志着完整的广义相对论理论的建立。
  1916年他预言了引力波的存在,该预言在1978年也得到了证实。1916年8月完成的《论辐射的量子性》一文中,爱因斯坦提出了受激辐射理论,成为激光的理论基础。
  1917年,发表的《根据广义相对论对宇宙所做的考察》被认为是现代宇宙学的开创性论文。论文以科学论据推论宇宙在空间上是有限无边的,这在人类历史上是一个大胆的创举,使宇宙学摆脱了纯粹猜想的思辨,进入现代科学领域。
  1921年,由于爱因斯坦在光电效应方面的研究,被授予1921年诺贝尔物理学奖。在瑞典科学院的公告中并未提及相对论,原因是认为相对论还有争议。
  1922年1月,爱因斯坦完成关于统一场论的第一篇论文。之后的三十多年里,爱因斯坦的主要科学研究就是从事寻找统一场论的工作,但没有取得满意的结果。
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