話說世界系列:20世紀的神話,愛因斯坦

2021-01-09 樂藝會

本文已經獲得話說世界公號授權發布

本內容即將在2019年9月由人民出版社出版《話說世界》20卷叢書

1999年末,為紀念剛剛過去的一個世紀,美國《時代》雜誌公布了從100名候選人中評選出的「世紀風雲人物」。

最後勝出的既不是政壇明星,也是文體明星,而是一位一貫深居簡出的物理學家,這個人就是艾伯特·愛因斯坦。

特立獨行的少年

愛因斯坦1879年出生在德國小城烏姆的一個猶太家庭。

他的父親和叔父合作經營著一間電器工廠,算得上當時的高技術企業,這使愛因斯坦從小耳濡目染,深深地迷戀於自然科學。

他尤其喜愛並擅長數學與物理。

13歲的時候,他已經在閱讀大學水平的物理、數學專著,以及大哲學家康德的著作了。

儘管如此,小愛因斯坦在學校卻並不受老師歡迎。

雖然他的成績不差,數學成績甚至相當優異,但由於天生喜歡獨立思考,導致他和德國學校中的刻板環境格格不入。

最終在1895年,愛因斯坦以被勒令退學的方式結束了高中學業。

高中肄業後,愛因斯坦直接投考了瑞士蘇黎世的著名大學聯邦工學院,經過兩次嘗試,相對順利地被錄取了。

在此期間,他拋棄了德國國籍,並於1901年成為瑞士公民。後又於1940年取得美國國籍。

大學裡的愛因斯坦依然改不了我行我素的脾氣。

由於課堂內容相對陳舊,愛因斯坦在讀期間幾乎從未認真上課,而是把所有精力都花在閱讀和研究最前沿的物理學論文上。

這再次使他背上了壞學生的名聲,以至於畢業時都沒有教授願意幫他寫就職推薦,幸虧朋友幫忙,他才在瑞士首都伯爾尼的專利局謀到了一份工作。

這份清閒的工作倒讓他因禍得福,從此,他不但得到了一份穩定的收入,而且仍然能空出大量時間繼續心愛的物理學研究。

愛因斯坦1905年的照片。在發表偉大的相對論論文之前,他在瑞士專利局工作。

物理世界的"王"

1905年是愛因斯坦的天才與努力結出碩果的一年。

這一年物理學界發生了三件驚天動地的大事:飽受爭議的分子的存在被證明;狹義相對論建立;光電效應現象通過光量子假說得到解釋,量子論向量子力學又跨出了決定性的一步。

而這三項工作並不是哪家大學或研究所的成果,而是全部出自伯爾尼的專利局職員愛因斯坦之手。

從此,愛因斯坦作為一顆物理學的新星冉冉升起,歐洲各大學府也紛紛向他伸出了橄欖枝。

輾轉多所大學後,1914年,應當時德國物理學界領袖普朗克之邀,愛因斯坦回到德國,就任柏林大學教授和普魯士科學院院士。

在這裡,他進入了事業的黃金時代。

1915年,他發表了自狹義相對論問世後就開始醞釀的廣義相對論。

四年後,廣義相對論的預言被天文觀測所證實,舉世譁然。

愛因斯坦的名字一夜之間婦孺皆知,人們都知道了這位用相對論擊敗牛頓物理的英雄。

1921年,諾貝爾獎委員會用20世紀物理學的最高榮譽——諾貝爾物理學獎為這位物理世界的新「君王」完成了加冕。

就在愛因斯坦的物理學事業一帆風順之際,一場世界性災難使這段黃金歲月戛然而止。

1933年,納粹在德國的上臺使身為猶太人的愛因斯坦不得不出走美國。

在人生的最後20多年,愛因斯坦繼續為建立一套包括相對論、量子力學和電磁學的「統一場論」而勤奮地探索著。

1955年,愛因斯坦最終帶著「統一場論」的未圓之夢離開了人世,享年76歲。

因為愛因斯坦是猶太人,1933年,德國納粹政府查抄了他在柏林的寓所,焚毀其書籍,沒收其財產,並懸賞10萬馬克索取他的人頭。愛因斯坦當時在普林斯頓大學任客座教授,得知消息後申請加入美國國籍。1940年5月22日,致電羅斯福,反對美國的中立政策,10月1日,取得美國國籍。

知識連結:光電效應三位諾貝爾物理學獎獲得者合影。前排左起:阿爾伯特·邁克耳孫(1907年獲獎)、愛因斯坦(1921年獲獎)和羅伯特·密立根(1923年獲獎)。早在19世紀末,人們就發現了這種效應,並認識到這源自光電之間的能量轉化。但人們百思不得其解的是,光電效應發生與否似乎和光線攜帶的能量大小無關,而只與光線頻率有關。愛因斯坦用量子論回答了這一問題。他假設,光的能量分散地儲存在一個個「光量子」中,每一個電子只能從單獨的「光量子」中獲得能量,而「光量子」的能量取決於光的頻率,因此只有頻率足夠高的光線能產生光電效應。這項工作後來為愛因斯坦贏得了1921年諾貝爾物理學獎。

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