為什麼愛因斯坦如此與眾不同?其原因到底如何?

2021-01-08 董老頭說史

在人類記憶裡保存著的不僅是愛因斯坦的物理內容,而且也有他的生活、心裡特點、情感內容、生活插曲,甚至容貌。愛因斯坦的不朽——這不僅僅是思想的不朽,也有人的不朽。——庫茲涅佐夫 《愛因斯坦傳》

當我在研讀伽利略、克卜勒、麥克斯韋、玻爾、海森堡、薛丁格和狄拉克等大物理學家的論文時,我能夠理解他們是誰。他們都是非常傑出的科學家,但是,他們跟我同時代最偉大的科學家相比並沒有顯得不同。而愛因斯坦則不同(牛頓也是,但只有他們兩個)。在這麼多年後,我仍然發現愛因斯坦有一種常人所不能及的能力,那就是對自然界中的深層次的問題擁有敏銳的洞察力,他能夠一針見血地揭開問題的核心。

他是怎麼做到的?是什麼讓愛因斯坦與其他人相比顯得如此與眾不同?又是為什麼他能夠發現別人所沒有發現的?在一番深思熟慮後,我覺得是因為:愛因斯坦是一位說故事的人。

阿爾伯特·愛因斯坦(Albert.Einstein,1879年3月14日—1955年4月18日),出生於德國符騰堡王國烏爾姆市,畢業於蘇黎世大學,猶太裔物理學家。

愛因斯坦1879年出生於德國烏爾姆市的一個猶太人家庭(父母均為猶太人),1900年畢業於蘇黎世聯邦理工學院,入瑞士國籍。1905年,獲蘇黎世大學哲學博士學位,愛因斯坦提出光子假設,成功解釋了光電效應,因此獲得1921年諾貝爾物理獎,1905年創立狹義相對論。1915年創立廣義相對論。1955年4月18日去世,享年76歲。

愛因斯坦為核能開發奠定了理論基礎,開創了現代科學技術新紀元,被公認為是繼伽利略、牛頓以來最偉大的物理學家。1999年12月26日,愛因斯坦被美國《時代周刊》評選為「世紀偉人」。

愛因斯坦跟他同時代的人相比,他會問不同的問題。其他人做研究都是基於當時還不完備的知識基礎上,在不同程度上對基礎知識進行擴展,或者找出相互矛盾或不能自洽的問題。這並沒有什麼錯。即使是現在,大多數科學家基本上都是在各自的領域進行研究,而不是把目標放在追問宇宙中更深層次的問題。但愛因斯坦則不同,他會不停的追問、理解被宇宙隱藏的事實。他不喜歡對現存的物理架構進行修修補補。

我想要知道上帝是如何創造這個世界的。我對這個或那個現象,這個或那個元素的能譜不感興趣。我要知道的是他的思想。其他都是細節。——愛因斯坦

舉個例子,愛因斯坦總是對「巧合」持有懷疑的態度。我們知道質量有兩個概念:慣性質量(物體對加速度的抵抗程度)和引力質量(重量)。但這兩個質量總是相等的。對其他所有人來說,這兩個質量的相等只是施加在方程上的一個附加條件。而對愛因斯坦來說,這樣的一個巧合是發現隱藏在背後的故事的絕佳機會。或許,引力和慣性是一樣的?

為了解釋這樣的一個巧合,他一如既往的用「思想實驗」來敘述他稱之為「我一生中最快樂的思想」的一個想法。如果一個人身處於一個升降梯內,他就無法區分自己到底是在地球的表面,還是在空無一物的空間內被不斷的往上拉的升降梯內。這就是等效原理,它告訴我們,引力效應和慣性效應是被無法區分的。而這樣的一個思想是發展廣義相對論的核心。

很多人認為愛因斯坦是一個孤獨的天才,而他發現那些突破性理論的基本原則是對數學美的追求。他是一個被美學啟發的天才,數學則是他預言新現象的一個工具。

我記得最清楚的是,當我提出一個自認為能使人信服而又合理的建議時,愛因斯坦一點也不表示反對,而只是說,「啊,多麼醜!」 當他遇到一個他認為醜的方程時,他只是對它不感興趣,並且不能理解為什麼有些人願意花費那麼多時間在它上面。他完全確信,在理論物理學中尋找一個重要結果時,美是一個指導原則。——邦迪(H.Bondi)

但其實,愛因斯坦並沒有受過專業的數學訓練,本身也並非很擅長數學。當他在發展廣義相對論的時候,他尋求了他的好朋友數學家格羅斯曼的幫助,才得以掌握建立廣義相對論所需要的數學基礎;他也會找其他人,比如他的摯友貝索,幫他對一些數學概念給出正確的詮釋。

愛因斯坦真正擅長的是他對物理的直覺與洞察力。他的廣義相對論完全是建立在一個非常簡單的物理想法:等效原理。

不幸的是,當愛因斯坦在晚年努力地構建所謂的「統一場論」時 ,他失去了物理洞察力。他沒有提出新的物理原理,也沒有新的思想實驗來激發他的思考。不像他之前在狹義相對論、光子、布朗運動和廣義相對論上的成功,他的工作並不是由物理洞察力作為指引。這使他一無所獲。

在缺乏創造新故事的能力後,他將數學作為指引。特別是在他發展廣義相對論時他才了解到數學對物理結構的重要。到了1930年代時,他認為理論物理學的創新思維來自數學。但正是因為這樣的轉變,最後,他迷失了,而他的追隨者們也都失去了方向。

愛因斯坦的成功在於他首先會提出一個關於自然的原理或假設,在這之後,他才會把這些原理用數學表達出來。而當他試圖用數學代替洞察力來理解大自然的時候,他失敗了。你確實可以用數學來統一引力和電磁理論(就我所知,至少有四種方法可以做到)。但是,在缺乏物理洞察力或原理來解釋統一的意義時,從實驗角度而言,數學上的統一都是空談。

因此,他才會成為世界上的偉大科學家,讓後世廣為讚嘆

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