爱因斯坦的“幸运年”

爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家、思想家和“大写的人”。

作为科学家,他是19世纪和20 世纪之交物理学革命的发动者和主将,是现代科学的奠基者和缔造者。他的诸多科学贡献都是开创性的和划时代的。按照现今的诺贝尔科学奖评选标准,他至少应该荣获五六次物理学奖,比如,狭义相对论,布朗运动理论,光量子理论,质能关系式,广义相对论,以及固体比热的量子理论,受激辐射理论,玻色-爱因斯坦统计,宇宙学等等,爱因斯坦在这些领域都做出过巨大贡献。

那么,在物理学家心目中,爱因斯坦的威望和位置究竟如何呢? 据说,1999年12月,英文版《物理学世界》杂志,在世界第一流物理学家中,做了一次民意测验,询问在物理学中做出最重要贡献的五位物理学家的名字。在收到的名单上,共有61位物理学家被提及。爱因斯坦以119票高居榜首,牛顿紧随其后得96票。麦克斯韦67票,玻尔47票,海森伯30票,伽利略27票,费曼23票,狄拉克22票,薛定谔22票,出现在前10名中。在130位调查对象中,只有一人提名斯蒂芬·霍金——要知道,他可是当今全球知名度最高的科学家啊!

作为思想家,爱因斯坦的开放的世界主义、战斗的和平主义、自由的民主主义、人道的社会主义为标志的社会政治哲学,以及远见卓识的科学观、别具只眼的教育观、独树一帜的宗教观,无一不是人类宝贵的思想遗产,它们将会成为21世纪“和平与发展”主旋律中的美妙音符,永远充当社会进步和文明昌盛的助推器。

爱因斯坦作为一个“大写的人”,他对生命的价值和人生意义的理解,他对真善美的不懈追求,他的独立的人格、仁爱的人性和高洁的人品,这一切形成了他的丰盈的人生哲学和道德实践,成为人类高山景行的楷模,和人的自我完善的强大的精神力量。

2005年,是爱因斯坦创立狭义相对论100周年和逝世50周年,联合国不失时机地把2005年定为“国际物理年”,德国、瑞士等国家也把2005年定为“爱因斯坦年”,以表达对爱因斯坦的纪念。

那么,这一切还得从1905年开始说起。

1905年,是爱因斯坦的“幸运年”。这一年,晴空响霹雳,平地一声雷——26岁的爱因斯坦在德国《物理学杂志》第17卷,同时发表了著名的三篇论文。当时,他还是瑞士伯尔尼专利局的一名默默无闻的小职员,学历也只是大学本科。

第一篇论文《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》,即光量子论文,写于1905年3月。爱因斯坦在论文中,大胆提出了光量子假设,这个假设就是:从点光源发出来的光束的能量,在传播中不是分布在越来越大的空间中,而是由个数有限的、局限在空间各点的能量子所组成;这些能量子能够运动,但不能再分割,只能整个地吸收或产生出来。

从这一假设出发,爱因斯坦讨论和阐释了包括光电效应在内的9个具体问题。这篇论文的确是“非常革命的”,它使沉寂了4年之久的普朗克的辐射量子论得以复活,并拓展到光现象的研究之中。它直接导致了1924年德布罗意物质波概念的提出,以及1926年薛定谔波动力学的诞生。

第二篇论文《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》,即布朗运动论文,写于1905年5月。这篇论文指出,古典热力学对于可用显微镜加以区分的空间,不再严格有效,并提出测定原子实际大小的新方法。这直接导致佩兰1908年的实验验证,从而给世纪之交,关于原子实在性的旷日持久的论争,最终画上句号。

第三篇论文《论动体的电动力学》,即狭义相对论论文,写于1905年6月。这篇论文并非起源于迈克尔逊-莫雷实验。它通过引入狭义相对性原理和光速不变原理两个公理,以及同时性的定义,从而推导出长度和时间的相对性,一举说明了诸多现象。

紧接着,在1905年9月,爱因斯坦又完成了题目为《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》的论文。这篇不足3页的论文,通过演绎,成功地导出了质能关系式E=mc2,得出“物体的质量是它所含能量的量度”的结论,从而叩开了原子时代的大门。

狭义相对论的提出,是物理学中划时代的事件。它使力学和电动力学相互协调,变革了传统的时间和空间概念,揭示了质量和能量的统一,把动量守恒定律和能量守恒定律联结起来。它与10年之后,爱因斯坦创立的广义相对论,在科学史上矗立了一座巍峨而永恒的丰碑,全面打开了物理学革命的新局面。

德国著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者海森伯曾经评价道:

在科学史上,以往也许从来没有过一个先驱者,像爱因斯坦和他的相对论那样,在他在世时为那么多的人所知道,而他一生的工作,却只有那么少的人能够懂得。然而,这个名声是完全有理由的。因为有点像艺术领域中的达·芬奇或者贝多芬,爱因斯坦也站在科学的一个转折点上,而他的著作率先表达出了这一变化的开端。因此,看来好像是他本人发动了,我们在本世纪1上半期所目睹的这场革命。

爱因斯坦的这几篇论文,是在数周之内一气呵成的。当时他只是瑞士伯尔尼专利局一名默默无闻的小职员。

那么,这个奇迹是怎样发生的呢?

1 指20世纪。——编辑注