阿尔伯特·爱因斯坦,20世纪最伟大的科学家,人类历史上最伟大的思想家之一,他以杰出的科学贡献,严谨的治学精神,超常的智慧,豁达的胸怀及高尚的人格在科学史和整个人类历史上占据了常人所不可企及的地位并从而得到世人的敬仰和爱戴。
1879年3月14日,爱因斯坦出生于德国南部的乌尔姆城。他的父亲是个波折多舛的小业主。为此,童年的爱因斯坦随父业兴衰而频繁迁徙于慕尼黑、米兰、苏黎世之间,过着动荡的生活。他的母亲是个有着较高音乐天赋的善良女人。爱因斯坦6岁起随母亲拉小提琴,14岁时已能登台演出。动荡的生活开阔了他的眼界,音乐熏陶养成了他追求和谐完美的思维习性。除了父母之外,童年时期对爱因斯坦影响较大的是他的叔父雅格布。雅格布经常以通俗易懂、深入浅出的语言为他讲解繁难的数学道理。这使爱因斯坦从小产生了对数学的强烈爱好和追求科学真理的旺盛热情。
小时候爱因斯坦曾被父亲送给他的一个玩具磁罗盘迷住,罗盘中磁针的奇妙定位运动令他惊叹不已。他相信磁针背后一定隐藏着深奥的秘密,他决心探究这个秘密。在叔父指导下,爱因斯坦13岁开始自学初等几何,15岁就能读懂解析几何和微积分。从小打下的数学知识基础并由此练就的精巧思维能力,使他受益终身。16岁那年,他产生了一个貌似天真实则深刻之极的追光设想。他想,我们能看到的周围事物是由于我们的眼睛接收了来自事物的光线。如果我们跟着光线跑,那么事物该是什么样子?世界该是什么样子?时间是否停止了呢?这是他科研天赋的崭露,也是他后来所创立的相对论思想的最初萌芽。
爱因斯坦一生中为人类留下的科学财富、思想财富和品德财富都是丰硕的。科学上,有人曾统计过,若按他一生的科学贡献,至少该得6项诺贝尔奖。但是,因为他的思路太超常,成果太超常,使得世人难以及时认定他科学思想的真正价值。因此,他生前只因为对光电效应的研究——这个在他所有科学成就中并非首要的一项曾使他获得过诺贝尔奖;思想上,爱因斯坦被公认是人类有史以来思维最敏捷、见解最深刻的大思想家之一;品德上,他也是被公认的谦虚谨慎、宽厚为怀、弃绝名利、无私无畏,为人类美好道德奋斗不渝的杰出典范。
爱因斯坦推崇想像力的作用,他说:“想像力是科学研究实在的因素。”音乐和科学是爱因斯坦平生两大爱好,也许正是科学和音乐这两种迥然相异又都极益于培养和开发想像力的东西,对其脑细胞的共同作用,才使其思维神经突触间做出如此众多的奇妙而又深邃的连接,产生出使整个人类惊叹不已的思想。
1900年秋,爱因斯坦以优异的成绩毕业于瑞士联邦高等工业学校,由于他是个没有瑞士国籍的犹太人,求职成了最大的难题。正规单位都不肯收留他。最后他在一个同学父亲的帮助下,进入伯尔尼专利局做三等技术员。这个较稳定职业的微薄收入,一方面为爱因斯坦支撑了生活消费;另一方面也为爱因斯坦提供了学习、研究的平和心绪。由于在大学里打下的实验技术方面的扎实基础,使得爱因斯坦对专利局技术检验工作游刃有余。他每天只用3~4个小时即可完成规定8小时做完的工作。对此,专利局局长曾评价说,爱因斯坦是专利局有史以来最能胜任、最受尊敬的专家。对于剩余时间,爱因斯坦便都用做自己的研究了。但当时专利局规定,工作时间不许做与工作无关的事情。于是,爱因斯坦便只好用极小的纸片偷偷做数学演算,听到来人的脚步声,便随手把纸片扔到纸篓里。就这样,1905年,他发表了阐述狭义相对论观点的、一鸣惊人的论文《论动体的电动力学》,这是他一生中最重要的成果之一。
同年,爱因斯坦还发表了题为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文。第一次揭示了光的波粒二象性。这个思想成为后来德布罗意物质波理论及他自己于1916年建立的广义相对论中的一个重要观点——引力场使光线弯曲的一个思想来源。这也就是前面所提到的他一生中惟一一项获得诺贝尔奖的成就。而1916年他发表的《广义相对论基础》是他一生科学成就的顶点。
对爱因斯坦的成就,法国物理学家朗之万曾评价说:“在我们这一代的物理学史中,爱因斯坦的地位将在最前列”,并说,他“比牛顿更伟大,因为他对于科学的贡献更深入到人类思想基本概念的结构中”。
爱因斯坦的相对论,是人类科学史、思想史的重大转折,它突破并涵纳了经典物理学的思想体系,改变了牛顿创建经典力学体系之后统治人类思想几百年之久的机械时空观,使科学向它对象的本来面目迈出了关键性的一步。
在古典物理学体系中,时间、空间、质量在各参照系之间都是绝对不变的。1米长就是1米长,在地面上、太阳上、飞船上都是如此;时间亦然,1分钟、1小时,对任何参照系都一视同仁。空间是固定不动的,时间是均匀流逝的,质量是物体固有的,与运动与否无关。这种思想,因其与日常经验相符,千百年来一直被当作不证自明的真理。然而,科学发展到19世纪末,面对日臻完善的经典力学体系,科学家们在这一体系得以建立的最后基础——绝对空间不动的标志。
1897年,迈克耳逊—莫雷实验,企图以精密光学仪器测量地球相对于以太运动时在地球表面形成的“以太风”,却宣告了“零结果”。物理学家们在哀叹“物理学的灭顶之灾”的同时纷纷忙于穿凿这个“零结果”可以说得过去的理由,又纷纷以失败而告终。这时,爱因斯坦反其道而行之,勇敢地面对“零结果”这一现实,做出以太根本不存在的坚定判断。在此基础上,以狭义相对性原理和光速不变原理为前提提出狭义相对论。据此,时间、空间、质量和运动都只具有相对的性质。一物体的度规长短、历时久暂、质量大小、运动快慢,都只能相对于与之有关的它物而言。三维空间和一维时间之间可以相互转换,消耗时间可以缩短里程,牺牲空间可以赢得时间。在地球上看长为1米的东西,从加速飞行的宇宙飞船上看就不是1米,在高速前行的宇宙飞船中过1年,地球上可能已过了几十年,著名的双生子佯谬说的就是这个道理。物体运动速度越快,质量就越大,这就是所谓的钟慢、尺缩、质增。
10年之后,爱因斯坦在狭义相对论基础上又提出了以广义相对性原理和等效性原理为前提的广义相对论。由此,空间、时间与运动的变化及质量有关。引力是大质量所造成的空间弯曲,物体在引力场中的运动不是引力的作用而是物质趋向于走最小阻力的途径。
诸如此类的成果,每项都具有开拓性的以至于划时代的意义。这无疑是爱因斯坦本人智慧超群、不倦追求的结果,但也与科学大环境有极大的关系。面对科研局势的错综复杂,爱因斯坦曾感叹“幸福啊牛顿,幸运啊,科学的童年”。现在看来,爱因斯坦也是幸运的。世纪之交是科学处于大危机、大革命、大振兴的时代,是需要巨人、产生巨人的时代,这里具有科学天才和思想巨匠成长所需要的丰厚土壤。时势造英雄——爱因斯坦是时代的骄子。
由于科学上的巨大成就,爱因斯坦成了声震遐迩、妇孺皆知的名人,这是对科学家们付出劳动的承认和褒奖,但也确实给成名者带来了令人哭笑不得的麻烦。据说,一段时间内,爱因斯坦每天可以收到成筐的信件。给他写信的有政治及社会活动家、学生、待业工人,也有情场失意的女人,内容千奇百怪、应有尽有。
对爱因斯坦思想的成功影响最大的是奥地利物理学家、哲学家马赫及爱因斯坦的好朋友数学家格罗斯曼。
马赫的经验批判主义哲学向青年爱因斯坦本具创造性思维天赋的头脑中贯注了批判的热流,借助于马赫的启示,爱因斯坦发现了古典物理学体系中一个又一个的本质性破绽。这一切都成为他此后新思维的生长点。虽然后期的爱因斯坦对马赫的具有浓厚唯心论倾向的经验论哲学,从责难发展到不能容忍,并从而建立起自己的本质上唯物的唯理论体系,但爱因斯坦本人从来都肯定马赫思想对自己早期成长的教益。
格罗斯曼是1912年爱因斯坦回瑞士后在苏黎世联邦理工大学任教时的数学家同事。他们一经相识便结成知己,长期合作。爱因斯坦之所以能顺利地建立起广义相对论,是由于有格罗斯曼为其提供的非欧几何作为数学基础。1913年他们还合作出版了《广义相对论和引力理论纲要》。
除了科学上的贡献,爱因斯坦还是个杰出的社会活动家。他的每一行动中都体现着他追求真理、热爱和平的人生准则。1915年“一战”期间,爱因斯坦曾拒绝在怂恿维护德国法西斯的科学家联名宣言书上签字而引起轰动,这是他在政治上的第一次亮相。“二战”期间,他得知希特勒正在研制原子弹后,便以其理论的敏感性意识到这一问题的严重性。于是,爱因斯坦与几位科学家共同上书美国总统罗斯福,建议马上着手研究原子弹,赶在德国人前面。美国政府正式采纳了科学家们的建议,开始了著名的“曼哈顿工程”。1945年,两颗原子弹在日本的广岛和长崎爆炸,结束了旷日持久的战争。尽管这其中有政治和社会的诸多因素,但如果没有科学家们的作用,如果原子弹首先成功于德国,那今天的世界也许是另外的样子。但是原子弹对日本两城市造成的毁灭性后果又使爱因斯坦懊悔之极。战后,他极力呼吁不能将核能用于人类的互相残杀,呼吁销毁原子弹。因此,也因其针对资本主义统治的一系列社会活动,爱因斯坦被扣上了“美国的敌人”、“颠覆分子”、“共产党人”等大帽子,像当年被希特勒以巨额奖金悬赏头颅一样,爱因斯坦再次成了政府的敌人。然而,也正是因此,他更受到世界爱好和平的人们的爱戴。
爱因斯坦晚年曾致力于统一场论的研究,虽然其理论的过度超前而未取得什么现实性的成果,但却为后继者预设了一个全新的研究方向。现代统一场论的成果正证实着爱因斯坦的敏锐洞察力和深远预见力。
1955年4月18日,带着对人类美好未来的无限向往和终身奋斗不懈的劳顿疲惫,爱因斯坦聪慧而深刻的大脑停止了思维。
对于成功,爱因斯坦不以为然,他说,“对真理的追求比对真理的占有更可贵”。这位谦逊、睿智、善良、倔强的科学家,无疑是人类科学史、思想史上一座耀眼的丰碑。