爱因斯坦成长小记
家庭环境
1879年,爱因斯坦诞生于德国一个犹太小资本家的家庭。这个孩子很晚才会讲话,父母都有点怀疑他智力发育不健全。上学后,除数学外其它功课成绩平平。他沉默寡言,不受老师和同学的喜爱。他不喜欢学校那种常规呆板的学习方法,却喜欢看课外的科普读物和独立思考问题。
父母对音乐的热爱,使爱因斯坦从小就与小提琴结下良缘。爱因斯坦的父亲是个不成功的企业家,他在德国的工厂面临倒闭,不得不到意大利去投亲靠友。他把爱因斯坦留在慕尼黑的一所优秀中学学习。
求学之路
犹太血统,怀疑主义和自由思想以及对学校教育的批评态度,使校方对爱因斯坦十分厌烦,认为他的存在有损学校的荣誉和尊严。爱因斯坦也对这所学校非常厌倦。正当爱因斯坦设法找医生弄到一份神经衰弱的证明,打算申请因病休学半年的时候,校方已经迫不及待地采取了主动。
他们要求爱因斯坦退学到意大利去找自己的父母,16岁的爱因斯坦愉快地接受了这一建议。他长途跋涉穿越阿尔卑斯山,一路欣赏那迷人的山水风光,幸福地回到父母的身边。
年轻的爱因斯坦热爱数学和物理,决心到瑞士去求学。他第一次投考苏黎士工业大学没有考上。于是进入瑞士的阿劳州立中学补习。这所学校给学生以充分的自主和自由。
爱因斯坦一生中对学校很少有好印象,只有阿劳中学是个例外。他晚年时回忆道,“这所学校用它的自由精神和那些毫不仰赖外界权威的教师的淳朴热情培养了我的独立精神和创造精神。正是阿劳中学才成为孕育相对论的土壤”。
经过一年的补习,爱因斯坦终于如愿以偿进入苏黎士工业大学教育系学习。这是一个培养数学、物理教师的系,所开课程主要是数学和物理。闵可夫斯基、韦伯等著名数学、物理教授在那里讲课。但爱因斯坦有他自己的一套学习方法,他愿意自己去读当时一些大科学家写的名著,而不愿去听课。幸亏他的女友米列娃·玛里奇帮他记笔记。米列娃相貌平常,而且脚有残疾,是一个善良、严肃、沉静具有自由思想的塞尔维亚姑娘,是充满活力的爱因斯坦的忠实听众。
爱因斯坦的另一位好友格罗斯曼勤奋认真、成绩优秀,而且在考试前的关键时刻,乐于把自己的笔记借给他用。在他们二人的帮助下,爱因斯坦才没有补考留级,并有空读了不少有用的书籍,思考了许多物理学的基本问题。但是,爱因斯坦却得不到老师的重视和喜爱。
由于他不常去听课,闵可夫斯基教授对爱因斯坦没有什么印象。韦伯教授倒是对他有印象,但没有好印象。韦伯不但烦他不来听课,还认为他没有礼貌,居然称呼他“韦伯先生”,而不是“韦伯教授”。
生活工作和求知的探索“奥林匹亚科学院”
毕业时格罗斯曼等几个同学令人羡慕地留校工作,而爱因斯坦则不得不拿着文凭离开工大。米列娃连文凭都没有拿到,只拿到结业证书,因为文凭不发给妇女。
开校门的爱因斯坦在求职过程中尝尽了辛酸。犹太血统和无神论信仰,增加了他找工作的困难。经济的拮据使得爱因斯坦不得不在电线杆上张贴广告,试图讲授数学、物理和小提琴来赚钱糊口。
他曾当过补习老师,也曾为老同学帮自己找到几个月的临时工作而喜出望外。好长一段时间,他没有固定的收入。
1902年,幸运之神开始敲响爱因斯坦的门户。“伯乐”式的朋友格罗斯曼设法把他推荐给伯尔尼的发明专利局局长。在那里,爱因斯坦终于得到一个固定的工作,虽然只是最低等的三级职员,但毕竟有了一份稳定的收入,使爱因斯坦有了结婚的经济基础。
同米列娃结婚之后爱因斯坦的生活发生了一些变化。因为这时他已经不是一个单身汉,而是一个家庭的男主人了。两个好朋友,索洛文和哈比希特每天照样准时到爱因斯坦家里来,继续讨论他们热衷的物理学、哲学等问题。休息日的餐桌上由于多了米列娃的手艺,比过去丰盛多了。
米列娃有时也加入到他们的讨论中来,不过,更多的时候,她只做一个专心而又缄默的听众。为了不影响女主人休息,每天的讨论不能像过去那样一直持续到很晚,这常常让三个人感到意犹未尽。
于是,他们就常常把讨论的地点转移到索洛文或是哈比希特的住处,但更多的时候是在一个叫做奥林匹亚的咖啡馆聚会。三个追求真理、献身科学的年轻人幽默地给他们这个自发组成的科学研究团体命名为“奥林匹亚科学院”,他们尊称爱因斯坦为院长。
让“科学院”三个学员感到兴奋的是,他们这个科学研究的小团体在不断发展壮大。不久,又有几名新成员加入进来,一个是鲍利·温特勒,他是爱因斯坦在阿劳中学时温特勒老师的小儿子,他是来伯尔尼上大学的,后来成了爱因斯坦的妹妹玛娅的丈夫。
另一个是爱因斯坦在苏黎世技术学院时的同学米开朗基罗·贝索,贝索毕业后一直没有找到称心的工作,爱因斯坦便介绍他进了伯尔尼专利局,在此之前,他是一名工程师,在哲学、社会学、医学、机械制造、数学和物理学等方面都具有渊博的知识,所以能够同爱因斯坦讨论各种不同的思想;哈比希特的弟弟也是这个小团体中的一员,此外,还有柳斯因·沙凡,他和索洛文一样,是看了爱因斯坦登出的那条广告后找到这里来的。
新成员带来了更多的新观点和新视角,讨论的范围也更大,对问题探讨得更深。他们学习和研究高斯 1、几何,讨论卢瑟福2、关于原子蜕变的最新理论,还有普朗克3、提出的能量量子化假说等等,有时因为大家观点不一致,常常会引发激烈的争论。
爱因斯坦还经常审理发明“永动机”的申请,这虽然费去他一些时间,但荒唐而活跃的思想也多少给他输入新的灵感。重要的是,专利局的工作使他有充分的闲暇来研究自己喜爱的东西。他把想看的书摊开放在抽屉内,无事时便打开抽屉偷看,一旦上司出现,就赶快把抽屉关上。即使在今天看来,这件清闲的工作对爱因斯坦也是再合适不过了。他的大多数成就,都是在这个职位上做出的。
硕果累累
初他研究毛细现象,然后研究布朗运动、光电效应和时空理论,发表了一系列重要论文。应该说,他发表的论文总数并不算多,但质量非常高。1901年,发表一篇;1902年,两篇;1903年一篇;1904年,一篇。1905年,除去博士论文外,爱因斯坦连续完成了4篇重要论文,其中任何一篇,都够得上拿诺贝尔奖。
3月,完成解释光电效应的论文,提出光子说;5月,完成关于布朗运动的论文,间接证明了分子的存在;6月,完成题为“论运动媒质的电动力学”的论文,提出了相对论(即后来所称的狭义相对论);9月完成有关质能关系式的论文,指出能量等于质量乘光速的平方E = mc2,此关系式可以看作制造原子弹的理论基础。
爱因斯坦在1905年26岁时做出的成就,在科学史上,只有牛顿23-25岁在乡下躲避瘟疫那段时间取得的成就可以与之相比。
他提出相对论的划时代论文,充满了难懂的革命性的新思想,而只用了当时大学本科生就能看懂的数学工具,并且没有引用任何参考文献。如果放在今天,这样的文章恐怕很难通过审稿。
一般的审稿人不是看不懂其中的物理内容,就是会轻视作者的数学水平,或者因作者不引文献而误认为文章的内容跟不上世界潮流,显得没有水平。
爱因斯坦很幸运,这篇文章被送给水平高、思想活跃而又不压制年轻人的普朗克审稿,一下就被推荐发表在德国的物理年鉴上。此后,他又连续发表几篇论文,建立起狭义相对论的全部框架。
1915年,爱因斯坦又进一步发表广义相对论,提出时空弯曲的思想,建立起十分难懂的崭新的时空观。相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别极大,很难被普通人所理解。
成就小结
爱因斯坦发表狭义相对论时只有26岁,发表广义相对论时也只有36岁。他一生对物理学的主要贡献,均完成于45岁之前,特别是37岁之前。他的后半生,主要致力于统一场论的研究,以及与玻尔学派论战。爱因斯坦企图把电磁场也几何化,最终实现电磁作用与万有引力的统一。从今天看来,爱因斯坦的这一努力走入了歧途,未能取得实质性进展。
毫无疑问,爱因斯坦和牛顿是人类历史上最伟大的两位物理学家。爱因斯坦对物理学的贡献遍及相对论、量子论和统计物理诸多领域,而且在这些领域中的贡献都带有里程碑性质。当然,他最伟大的成就是建立狭义相对论和广义相对论,全面更新了人类对时间和空间的看法。