爱因斯坦:机遇与眼光

作者: 杨振宁

来源: 《我的世界观》

发布日期: 2018-10-22

本文详细探讨了爱因斯坦在1905年“奇迹年”中的科学贡献,特别是他对物理学基本概念的三大革命性改变,以及他在后续年份中对广义相对论和统一场论的深入研究。文章还分析了爱因斯坦的科学方法和他在物理学界的影响,强调了他的创新精神和深远影响。

1905年通常称为阿尔伯特·爱因斯坦的“奇迹年”。在那一年,爱因斯坦引发了人类关于物理世界的基本概念的三大革命。一个26岁、默默无闻的专利局职员如何能引起如此深远的观念变革,因而打开了通往现代科技时代之门?当然没有人能够绝对完满地回答这个问题。可是,我们也许可以分析他成为这一历史性人物的一些必要因素。

首先,爱因斯坦极其幸运:他生逢其时,当物理学界面临着重重危机时,他的创造力正处于巅峰。换句话说,他有机会改写物理学的进程,这也许是自从牛顿时代以来独一无二的机遇。这种机遇少之又少。

爱因斯坦有机会修正200多年前牛顿所创建的体系。可是这个机会当然也对同时代的科学家们开放。的确,自从1881年迈克尔逊—莫雷首次实验以及1887年第二次实验以来,运动系统中的电动力学一直是许多人在钻研的热门课题。令人惊奇的是,当爱因斯坦仍在苏黎世念书时,他已经对这个题目发生了浓厚的兴趣。

1905年爱因斯坦另一个具有历史意义的成果是他于3月间写的论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》。

这篇文章首次提出了光是带分立能量hν的量子。常数h由普朗克于1900年在其大胆的关于黑体辐射的理论研究中提出。然而,在接下来的几年里,普朗克变得胆怯,开始退缩。1905年爱因斯坦不仅没有退缩,还勇敢地提出关于光量子的“启发性观点”。

这一大胆的观点当时完全没有受到人们的赞赏,从以下的几句话就可以看出这一点:八年后,当普朗克、能斯特、鲁本斯、瓦尔堡提名爱因斯坦为普鲁士科学院院士时,推荐书上说:总之,我们可以说几乎没有一个现代物理学的重要问题是爱因斯坦没有做过巨大贡献的。当然他有时在创新思维中会错过目标,例如,他对光—量子的假设。可是我们不应该过分批评他,因为即使在最准确的科学里,要提出真正新的观点而不冒任何风险是不可能的。

在1905年至1924年之间,爱因斯坦的研究兴趣主要在广义相对论。作为科学革命,广义相对论在人类历史上是独一无二的。其设想宏伟、美妙、广邃,催生了令人敬畏的宇宙学,而且它是一个人独自孕育并完成的,这一切让我想起《旧约》里的创世篇。

广义相对论代表引力场的几何化。自然而然它使爱因斯坦接着提出电磁场的几何化。从而又产生了将所有自然力几何化的想法,即统一场论。此发展成为他后半生的研究重点。例如,1949年至1950年在普林斯顿高等研究中心他最后的研讨会上,他尝试着把电磁场合并成不对称的度量。他这个尝试和他先前在同一方向所做出的努力一样,都没能成功。

由于没有成功,也由于自20世纪20年代初,爱因斯坦将其注意力几乎全部放在这项研究上而忽略了像固体物理和核子物理这些新发展的领域,他经常遭受批评,甚至被嘲笑。他对于统一场论的投入被描述为着魔。

这种批评的一个例子是拉比于1979年在普林斯顿举行的爱因斯坦百年纪念上所讲的话:当你想起爱因斯坦于1903年或1902年至1917年的工作时,那是极其多彩的,非常有创造力,非常接近物理,有非常惊人的洞察力;然而,在他不得不学习数学,特别是各种形式的微分几何的时期以后,他就改变了。

爱因斯坦自己对这一变化非常清楚。在他70岁出版的《自述》里,我们看到:我作为一个学生并不懂得获取物理学基本原理的深奥知识的方法是与最复杂的数学方法紧密相连的。在许多年独立的科学工作以后,我才渐渐明白了这一点。

很明显,在这一段里,“独立的科学工作”指的是他于1908年至1915年期间创建广义相对论的长期奋斗。长期奋斗改变了他。是否朝更好的方向改变了呢?拉比说:不是,他的新眼光变成徒劳无益的走火入魔。我们说:他的新眼光改写了基础物理日后的发展进程。爱因斯坦逝世几十年来,他的追求已经渗透了理论物理基础研究的灵魂,这是他的勇敢、独立、倔强和深邃眼光的永久证明。

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