爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦(德语:Albert Einstein,1879年3月14日-1955年4月18日)。二十世纪最伟大的自然科学家,最杰出的物理学家,是现代物理学的开创者,物理学革命的旗手。他的“相对论”思想左右着科技发展的步伐。

人物档案

姓名:阿尔伯特·爱因斯坦

生卒年:1879年3月14日-1955年4月18日(双鱼座

出生地:德国乌尔姆

国籍:生于德国、1900年入瑞士籍、1940年入美国籍

身份:物理学家

生平纪事

1879年3月14日,爱因斯坦出生于德国南部乌尔姆的一个犹太人家庭。他 1岁时全家迁居到慕尼黑。他的父亲与叔叔合开了一个电器作坊,以维持生计。由于不擅经营,因而家境非常拮据。

小时候的爱因斯坦给人的印象是一点也不聪慧,甚至显得“平庸迟钝”。他举止迟缓又怕羞,连说话也支支吾吾。上学后他经常因不会回答老师的问题而受罚,惹得父母时常忧虑他的智力不及平常人,老师也对他表示绝望,认为孺子不可教。

10岁时,爱因斯坦进入中学,但此时的他对学习总是提不起兴趣,感到学习是一种负担,死记硬背的古典教育与他的喜好和性格不一致。但他很早就对数学发生了兴趣。爱因斯坦的叔叔曾启发过爱因斯坦对数学的兴趣,他告诉爱因斯坦:“数学可是一门有趣的科学!当我们未能找到我们想捕获的动物时,我们暂时叫X;但我们继续搜索,最终会把它捕获。”从此,爱因斯坦开始对有X的数学感兴趣,经常自己趴在桌子上算啊,找啊,十分带劲。慢慢地,他开始如饥似渴地学习数学、物理学和哲学,而且进步特别快。

1894年,15岁的爱因斯坦放弃了德国国籍,前往意大利与家人团聚。1895年,他报考位于瑞士的苏黎士工业大学落榜。次年10月终于考上苏黎士工业大学。大学期间,他把大部分时间都花在了物理实验上,他不理睬实验须知,按自己的办法完成实验。虽然爱因斯坦在大学期间的成绩不错,又有优秀研究者的名声,但由于他的不拘小节和自由散漫的作风令他未能获得留校任教的机会。

1900年,毕业后的爱因斯坦不得不四处寻找工作,一连两年,为了寻求固定的工作,他走遍了苏黎士城。后来,同学格罗斯通过父亲的关系,向伯尔尼瑞士联邦专利局推荐了爱因斯坦。在等待应聘的日子里,他广泛地阅读了斯宾诺莎、马赫、休谟等人的著作,这些著作大大开阔了他的思维。

在伯尔尼专利局工作的9年中,爱因斯坦接触了许多新的科学知识,这激励着他对物理学的探索。1905年,爱因斯坦在3个方面向传统物理学观念发起冲击,取得了3个巨大的成就:论证了光的量子性质,得出光电效应的基本定律;证明了热分子运动,提出了测定分子大小的新方法;创立了“狭义相对论”。

1915年,爱因斯坦又创立了“广义相对论”,它标志着物理学的重大突破和进步。虽然解释爱因斯坦“相对论”学说的书籍众多,但据爱因斯坦自己说,能够真正了解“相对论”的却只有十几个人。他曾用一个简明而有趣的例子解释抽象的“相对论”:“一位美丽的姑娘陪你坐一个小时,可是你会觉得好像只有一分钟那么短暂;要是你在火炉上坐上一分钟呢?你会觉得好像有一小时那么久。这里其实就存在着相对性。不信,让我们实验一次就明白了,谁都愿意和美人对坐着,而不愿意坐在火炉上。”

1921年,因“光电效应定律的发现”这一成就,爱因斯坦获得了诺贝尔物理学奖。1940年,爱因斯坦加入了美国国籍。

1955年4月18日,爱因斯坦因主动脉瘤破裂,逝世于美国普林斯顿。人们遵照他的遗嘱对他进行安葬—不举行葬礼,不筑坟墓,不立纪念碑,把自己的大脑供给医学研究,身体火葬焚化,骨灰秘密地撒在无人知晓的地方。

生活剪影

作为一名政治家、军事家,邓小平在重大问题上严谨不苟,鞠躬尽瘁;作为一个普通人,邓小平的生活中也充满了“生活的情趣”,发生了很多鲜为人知的有趣故事。

科学之光

大约在爱因斯坦将满 5岁的时候,有一天,他生病躺在床上,寂寞又痛苦。为了减少爱因斯坦对病痛的注意力,父亲拿出一枚指南针递给了他。爱因斯坦好奇地把玩着它。他发现,无论将指南针怎样转动,向左或者向右,甚至将它立起来,它的那枚红色指针总是倔强地指向南面。他相信,一定有什么无形的力量拉着那枚指针,可它究竟是什么呢?这个问题使童年的爱因斯坦非常困惑。

另一件令爱因斯坦终身难忘的是欧几里得所著的一本几何书籍。爱因斯坦拿到书就迫不及待地从头到尾阅读了一遍。在这本书里,他体会到了另一种惊奇:对于那些抽象的定理和逻辑,人的思维竟然能去证明它,这有多么奇妙!经过一番艰苦努力,爱因斯坦根据三角形的相似原理成功地证明了毕达哥拉斯定理:直角三角形的两条直角边的平方之和等于斜边的平方;直角三角形各个边的关系仅仅取决于它是一个直角三角形,而与两个锐角的大小无关。那时,爱因斯坦只有11岁。

从这本神奇的几何小书开始,爱因斯坦已经不满足于课堂上的学习,他开始自学中学数学的内容。在16岁以前,爱因斯坦已经熟悉了基础数学,掌握了微积分原理,而这些,正是一名大学生所要学习的内容。

到了晚年,爱因斯坦还对童年时的指南针记忆犹新,他说:“指南针对我一生的发展有着重大的影响。”的确,指南针深深地触动了爱因斯坦敏感而早熟的童心。指南针背后藏着抽象而神秘的力量以及指南针所代表的坚韧精神都深深地吸引和感染了爱因斯坦。

科学研究的灾难

1939年9月,希特勒挑起第二次世界大战,使无数平民死于战火。希特勒宣扬极端的复仇主义和种族主义,实行法西斯专政,他对犹太人进行了残酷迫害。作为在第一次世界大战中的反战知识分子和一名犹太人及犹太人复国运动的支持者,爱因斯坦也在希特勒的迫害之列。9月初,纳粹德国以2万马克悬赏爱因斯坦的头颅。幸好此间爱因斯坦不在德国,他正与妻子在美国进行访问。得知此讯后,爱因斯坦夫妇被迫永远地离开德国,开始了他们的流亡生活。

1933年10月,爱因斯坦谢绝了英国、法国等国家的邀请,于10月17日抵达美国,定居于美国东部新泽西州的一个大学城——普林斯顿,应聘为高等学术研究院教授。

在这个远离战乱的地方,爱因斯坦又开始了其新的学术生涯。由于爱因斯坦一直渴望让世界远离战争,盼望在全世界范围内实现裁军,加之他令人瞩目的国际影响,这一切都使“政治”无法完全走出他的生活。

1939年初,德国科学家哈恩和施特拉斯曼在柏林发现了铀的裂变,意大利物理学家费米和法国物理学家约里奥·居里也得到了与哈恩、施特拉斯曼同样的实验结果。这的确是一个可怕的发现,因为连续进行的铀裂变反应将导致原子弹爆炸。而且糟糕的是,德国拥有众多的忠于纳粹的科学家,他们已经掌握了铀的链式反应理论,而且他们夺得了捷克的铀,手中还掌握了制造原子弹的材料。所以,德国很可能抢先制造出原子弹!

不安的科学家们行动起来了。费米向美国海军部报告了他的研究情况,但未引起官方的任何注意。西拉德等美国科学家们开始求助于爱因斯坦。

经过慎重考虑, 1939年8月2日,爱因斯坦上书美国总统罗斯福,告知原子弹的危害,建议美国政府加紧原子能研究,以预防德国对世界造成无法估量的破坏,还有一些著名科学家也签了名。

1945年3月,又是为了原子弹问题,西拉德再次拜访爱因斯坦,他带来了一个消息:美国的原子弹即将制造成功。同时他也带来了科学家们的忧虑:政府将如何使用原子弹?他们共同担心着一个国家的命运,那就是日本。因为从1942年起,德国纳粹的失败已成定局,而日本的武力正在亚洲肆虐。1941年末,日本还挑起了对美国的战争。

又一封信放到了罗斯福总统的办公桌上,信中表达了爱因斯坦等科学家对使用原子弹的忧虑,他们恳请美国政府尽力避免用原子弹轰炸别的国家。然而,这封信尚未被批阅,罗斯福就突然逝世了。

1945年8月6日,美国第一颗铀炸弹投向了广岛;8月9日,第二枚钚炸弹投到了长崎。两颗原子弹释放的光和热胜于千万个太阳,将广岛和长崎烤成了焦土。同时,原子弹的巨大能量使千万个生命瞬间消失。

对此爱因斯坦陷入深深的痛苦之中,他清醒地意识到,假如原子弹落入 “孩童”之手,那么后果将不堪设想。 1945年12月10日,在纽约为纪念诺贝尔而举办的宴会上,爱因斯坦发表了著名的讲话《战争已经胜利了,但是和平还没有取得》。在讲话中,他提出了一个发人深省的口号:“把原子弹秘密交给一个世界政府看管,以便永远结束国家之间的可怕纷争。”他还极力倡导将原子能进行和平利用,造福人类。

科研成果

作为20世纪最伟大的自然科学家,爱因斯坦在相对论、光电效应和布朗运动3个不同领域内取得了重大成果。其中“狭义相对论”和“光量子论”的提出推动了物理学的革命。

爱因斯坦的长篇论文《论运体的电动力学》开创了物理学的“新纪元”,提出了“狭义相对论”。“狭义相对论”主要解决了19世纪末出现的古典物理学的危机,改变了牛顿力学的“时空”观念,揭露了物质和能量的“相当性”,创立了一个全新的物理学世界,是近代物理学领域最伟大的革命。

“狭义相对论”不但可以解释经典物理学所能解释的全部现象,还可以解释一些经典物理学所不能解释的物理现象,并且预言了不少新的效应。狭义相对论最重要的结论是“质量守恒原理”失去了独立性,它和能量守恒定律融合在一起,质量和能量是可以相互转化的。在“狭义相对论”中爱因斯坦还论证了时间和空间是相对的,只有独立于观察者之外的“光速”是个常数。当物体的速度接近光速时,其长度就会减小,质量就会增加,时间就会放慢。由此推论,假如物体的速度与光的速度相同时,其长度为0,质量不会再增加,而且时间也就停止了。根据这种 “不可能性”得出了一个结论:任何物体都不会以光速和超过光速运动。这项相对论理论弥补了牛顿物理学的不足,这样,经典力学就成为了相对论力学在低速运动时的一种极限情况。力学和电磁学也就在运动学的基础上统一起来。人们所熟悉的著名公式 E=MC2就是在“狭义相对论”体系中提出的。

后来爱因斯坦又把“狭义相对论”推广到更为广泛的运动情况中去,发表了总结性论著《广义相对论原理》。 “广义相对论”得出了一系列重要结论,认为时间空间将因物质的存在和分布变得不均匀,即发生“时空弯曲”,揭示出物质与其存在形式的紧密联系,空间并不是欧几里得的“平直空间”或牛顿的“绝对空间”;并认为这种“时空弯曲”是产生万有引力的原因,据此建立了引力场论;认为“狭义相对论”是“广义相对论”在没有万有引力场时的特殊情况。“广义相对论”还做出3个重要的实验预言:光线在引力场中将弯曲,水星近日点的移动,光在引力场中光谱线会红移。“广义相对论”使“宇宙学”摆脱了纯粹“猜想”,进入现代科学领域,这在人类历史上是一个大胆的创举。这一理论对现代物理学和现代哲学产生巨大影响,奠定了现代理论天体物理学的基础。

爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个推测性观点》这篇论文中,把普朗克1900年提出的“量子”概念推广到光在空间中的传播情况,提出“光量子”假说:对于时间平均值,光表现为“波动性”;而对于瞬间值,光则表现为“粒子性”。这是历史上第一次揭示了微观客体的“波动性和粒子性”的统一,即波粒二象性。“光量子”概念解释了经典物理学无法解释的 “光电效应”,推导出光电子的最大能量同入射光的频率之间的关系。爱因斯坦也正是因为“光电效应定律的发现”这一成就于 1921年获得了诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦还发表了关于分子大小测定法、布朗运动理论等方面的重要论文。论文《分子大小的新测定法》和《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》,测定了分子的实际大小,解决了半个多世纪来科学界和哲学界争论不休的原子是否存在的问题。

影响评述

量子物理与相对论同为近代物理学的两大支柱,不过前者为集体创作,后者却几乎是爱因斯坦一人的心血。单凭这一点,若要挑选20世纪最具代表性的物理大师,爱因斯坦就当之无愧。

爱因斯坦在科学思想上的贡献,在历史上也许只有牛顿和达尔文可以相媲美。相对论原理的建立是人类对自然界中认识过程中的一次飞跃,它彻底改变了人们对时空观的认知,带动了整个物理学的革命。“广义相对论”开阔了人类的视野,使科学研究的范围从无限小的微观世界直至无限大的宏观世界。今天,相对论已成为原子能科学、宇宙航行和天文学的理论基础,被广泛运用于理论学科和应用科学之中。爱因斯坦的伟大成就─相对论,是自然科学发展史上的一个划时代的里程碑。