愛因斯坦的“幸運年”

愛因斯坦是20世紀最偉大的科學家、思想家和“大寫的人”。

作為科學家,他是19世紀和20 世紀之交物理學革命的發動者和主將,是現代科學的奠基者和締造者。他的諸多科學貢獻都是開創性的和劃時代的。按照現今的諾貝爾科學獎評選標準,他至少應該榮獲五六次物理學獎,比如,狹義相對論,布朗運動理論,光量子理論,質能關系式,廣義相對論,以及固體比熱的量子理論,受激輻射理論,玻色-愛因斯坦統計,宇宙學等等,愛因斯坦在這些領域都做出過巨大貢獻。

那么,在物理學家心目中,愛因斯坦的威望和位置究竟如何呢? 據說,1999年12月,英文版《物理學世界》雜志,在世界第一流物理學家中,做了一次民意測驗,詢問在物理學中做出最重要貢獻的五位物理學家的名字。在收到的名單上,共有61位物理學家被提及。愛因斯坦以119票高居榜首,牛頓緊隨其后得96票。麥克斯韋67票,玻爾47票,海森伯30票,伽利略27票,費曼23票,狄拉克22票,薛定諤22票,出現在前10名中。在130位調查對象中,只有一人提名斯蒂芬·霍金——要知道,他可是當今全球知名度最高的科學家啊!

作為思想家,愛因斯坦的開放的世界主義、戰斗的和平主義、自由的民主主義、人道的社會主義為標志的社會政治哲學,以及遠見卓識的科學觀、別具只眼的教育觀、獨樹一幟的宗教觀,無一不是人類寶貴的思想遺產,它們將會成為21世紀“和平與發展”主旋律中的美妙音符,永遠充當社會進步和文明昌盛的助推器。

愛因斯坦作為一個“大寫的人”,他對生命的價值和人生意義的理解,他對真善美的不懈追求,他的獨立的人格、仁愛的人性和高潔的人品,這一切形成了他的豐盈的人生哲學和道德實踐,成為人類高山景行的楷模,和人的自我完善的強大的精神力量。

2005年,是愛因斯坦創立狹義相對論100周年和逝世50周年,聯合國不失時機地把2005年定為“國際物理年”,德國、瑞士等國家也把2005年定為“愛因斯坦年”,以表達對愛因斯坦的紀念。

那么,這一切還得從1905年開始說起。

1905年,是愛因斯坦的“幸運年”。這一年,晴空響霹靂,平地一聲雷——26歲的愛因斯坦在德國《物理學雜志》第17卷,同時發表了著名的三篇論文。當時,他還是瑞士伯爾尼專利局的一名默默無聞的小職員,學歷也只是大學本科。

第一篇論文《關于光的產生和轉化的一個啟發性的觀點》,即光量子論文,寫于1905年3月。愛因斯坦在論文中,大膽提出了光量子假設,這個假設就是:從點光源發出來的光束的能量,在傳播中不是分布在越來越大的空間中,而是由個數有限的、局限在空間各點的能量子所組成;這些能量子能夠運動,但不能再分割,只能整個地吸收或產生出來。

從這一假設出發,愛因斯坦討論和闡釋了包括光電效應在內的9個具體問題。這篇論文的確是“非常革命的”,它使沉寂了4年之久的普朗克的輻射量子論得以復活,并拓展到光現象的研究之中。它直接導致了1924年德布羅意物質波概念的提出,以及1926年薛定諤波動力學的誕生。

第二篇論文《熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運動》,即布朗運動論文,寫于1905年5月。這篇論文指出,古典熱力學對于可用顯微鏡加以區分的空間,不再嚴格有效,并提出測定原子實際大小的新方法。這直接導致佩蘭1908年的實驗驗證,從而給世紀之交,關于原子實在性的曠日持久的論爭,最終畫上句號。

第三篇論文《論動體的電動力學》,即狹義相對論論文,寫于1905年6月。這篇論文并非起源于邁克爾遜-莫雷實驗。它通過引入狹義相對性原理和光速不變原理兩個公理,以及同時性的定義,從而推導出長度和時間的相對性,一舉說明了諸多現象。

緊接著,在1905年9月,愛因斯坦又完成了題目為《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》的論文。這篇不足3頁的論文,通過演繹,成功地導出了質能關系式E=mc2,得出“物體的質量是它所含能量的量度”的結論,從而叩開了原子時代的大門。

狹義相對論的提出,是物理學中劃時代的事件。它使力學和電動力學相互協調,變革了傳統的時間和空間概念,揭示了質量和能量的統一,把動量守恒定律和能量守恒定律聯結起來。它與10年之后,愛因斯坦創立的廣義相對論,在科學史上矗立了一座巍峨而永恒的豐碑,全面打開了物理學革命的新局面。

德國著名物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者海森伯曾經評價道:

在科學史上,以往也許從來沒有過一個先驅者,像愛因斯坦和他的相對論那樣,在他在世時為那么多的人所知道,而他一生的工作,卻只有那么少的人能夠懂得。然而,這個名聲是完全有理由的。因為有點像藝術領域中的達·芬奇或者貝多芬,愛因斯坦也站在科學的一個轉折點上,而他的著作率先表達出了這一變化的開端。因此,看來好像是他本人發動了,我們在本世紀1上半期所目睹的這場革命。

愛因斯坦的這幾篇論文,是在數周之內一氣呵成的。當時他只是瑞士伯爾尼專利局一名默默無聞的小職員。

那么,這個奇跡是怎樣發生的呢?

1 指20世紀。——編輯注