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第6章 创立狭义相对论(2)

对于那些伟大的科学家、思想家,人们往往重视的是他们的科学贡献、思想成就,很少注意他们高尚的道德情操,尤其不注意他们的崇高品质与他们所取得的成就之间的内在关系。其实,没有大公无私的高尚情操,就不可能有大无畏的勇气。理论思维的深刻与彻底是和心灵的纯洁分不开的,高尚的道德品质是科学上作出大贡献的前提。在科学史和思想史上,哥白尼、伽利略、布鲁诺等这样的例子不胜枚举。一个只有从不关心自己的人,才能完全摆脱形形色色的个人羁绊,来研究与观察的显然性和逻辑的显然性无关,最普遍,同时也最富有人道主义精神,又是一反几千年传统的理论,并在这方面取得重大突破。爱因斯坦的一生也最好地证明了这一点。他既没有任何野心,也没有对金钱的贪图,更没有出人头地的想法。他甚至说:“幸福和愉快对我来说永远不会成为最高的目标。我甚至倾向把这种精神目标比作一头猪的抱负。”你只要看看下述事实就会对此深信不疑了。

为了反对法西斯主义,支持犹太人的正义斗争。当美国国会图书馆愿以600万美元的巨款买他的第一篇相对论论文的手稿时,爱因斯坦毫不犹豫地照着发表的论文把它重新抄了一遍,最后把全部所得作了捐赠,为此他还后悔说,早知有这种事,当初就不那么干了。这是指当初爱因斯坦经济十分困难时,为了节省纸,他不得不把一面写满了狭义相对论的手稿再拿来作演算纸用,待两面都用过后,将它们投入火炉取暖。

爱因斯坦一生许身于科学,完全弃绝了名利。他讨厌要求出学术成果的压力,认为这种压力经常破坏人们创造性工作的乐趣,并导致人们发表一些空洞肤浅的东西。对为晋升而进行的激烈的角逐也深表厌恶。当科学界正在就谁将接任普朗克在柏林大学的教授职务一事百般猜测时,他于1927年5月5日给自己在荷兰的朋友保尔·埃伦费斯特写过这样一封信:“我没有介入这场角逐真是谢天谢地,这样我就不必同那些大脑袋瓜子们相互竞争了。我一向认为参加这样的角逐是一种可怕的奴役,它同酷爱金钱和权势一样邪恶。”善于独立思考而又有原则性的人,对任何事情都有他自己的看法和态度。他的博大胸怀和高尚。

爱因斯坦既不讲究穿,又不讲究吃,在物质生活方面随便简朴。他常常只是随便穿上一件开领衬衫和一双便鞋。他喜欢旧衣服、补过的短上衣、老式马甲。人家送他的那些豪华、昂贵的礼品,很快就转送给困苦不幸的人。一次,他应邀去巴黎大学参加一系列会议,德国大使坚持让他住大使馆。因他随身只带了一双鞋,使馆的男仆只好一天给他刷几次鞋。爱因斯坦对此还不满,认为天下雨,他要出门,反正马上就会脏,根本没有必要去擦。还有一次,他去看朋友,走时外面正下雨,朋友就给他拿了一顶帽子遮雨。可他说:“正因为我知道天要下雨才没有带帽子来。帽子没有头发干得快,这太显然了。”平时他只穿鞋子不穿袜子,理由是,不穿袜子可以更方便地穿鞋。另外,袜子容易破,担心妻子除了补袜子就什么也干不了了。

爱因斯坦从小就力图摆脱纯属个人日常生活的东西,追求伟大与崇高,他开始沉湎于宗教。通过阅读科普读物,脱离宗教之后就产生了对探索大自然奥秘的迷恋。这种渴望认识客观的“个人以外的”和“超个人的”世界成了他一生最基本的、支配一切的意向。

“在我们之外有一个巨大的世界,它不依赖于我们人类而存在,它在我们面前就像一个伟大而永恒的谜,然而至少部分地是我们的知觉和我们的理智所能及的。研究这个世界,就像解放一样吸引着我们,而且我不久就注意到了,许多我所尊敬和敬佩的人,完全献身于这项事业,从而找到了内心的自由和信心。在我们可以得到的一切可能范围内,从思想上掌握这个人以外的世界,就作为一种最高目标自觉不自觉地浮现在我面前。持有这种想法的古今人物,连同他们已经达到的观点,都是我惟一的和忠实的朋友。通向这个天堂的道路,并不像通向宗教天堂的道路那样舒坦和诱人,但是,它已证明是可以依赖的,而且我从来也没有为选择了这条道路而后悔过。”

1938年1月,大指挥家阿图罗·托斯卡尼尼荣获美国希伯莱勋章,当时爱因斯坦曾写过这样一段贺词:“只有把整个身心全都奉献给自己的事业的人,才有希望成为名副其实的大师。因为大师的高超能力需要一个人的全部心血。”这是他的经验总结,也是他所以成功的秘密。

爱因斯坦由于摆脱了“自我”,所以,在生活道路上,不管命运如何多舛,条件如何艰苦,还是后来怎样时来运转,怎样成为人们崇拜的偶像,他都能不为所动,始终如一地醉心于自己所研究的问题。

使爱因斯坦获得成功的另一个主要原因,就是正如他在对为他写传记的作家塞利希所说的他所具有的一种特殊素质:“我没有什么别的才能,不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。”他还对一位物理学界的同行说过:“空间、时间是什么,别人在很小的时候已经搞清楚了,我智力发育迟,长大了还没有搞清楚,于是一直在揣摩这个问题,结果也就比别人钻研得深一些。”

有了固定的工作,基本生活有了保障。这当然是好事,但要拿钱就得上班。专利局的工作要占去他大量的时间,这样也就不可能集中全力研究自己感兴趣的问题了。

爱因斯坦每天上午步行到专利局去上班。他坐在四楼他那间狭长的办公室里认真地审查一份份专利申请。报来的专利申请,有专业发明家的,大多是人们业余搞出来的,他们之中有工人、农民、大学生。呈报上来的新发明大多是细枝末节的东西,还有不少属永动机一类的无聊玩意儿。爱因斯坦审查着这些新发明,由于有敏锐的直觉,他总是能迅速而正确地从大量申报来的材料中找出那些有意义的东西,而把那些错误的、荒诞的和异想天开的东西扔到一边。他按照局长所严格要求的那样,把有价值的、新颖有趣的发明和创造,分别写出一针见血的意见,然后归档。有时他还必须纠正其中一些粗俗的论述和用词不当的地方。他把这一工作叫做“鞋匠的工作”。不过他认为这一工作对他也是有意义的,迫使他考虑了许多问题,成了“万能博士”。这期间,他还曾和哈比希特的弟弟泡利·哈比希特共同设计出了一种可以测量出0.005伏电压的仪器,后来被命名为“爱因斯坦一哈比希特电位放大仪”。

好在专利局交给他的每天的工作往往不到半天他就能做完。尔后,他就可以拿出自己的小纸片来做自己的物理学研究了。一个接一个公式,很快占满了一张纸。一页页纸,很快变成了一叠。他眼睛盯在纸上,全神贯注地思考着,但也必须时刻提防着门外,一有脚步声,赶紧把“私活儿”藏到抽屉里去。因为局长规定,上班时间不能干私活儿。可是爱因斯坦从不会磨洋工。

建立家庭后,两个孩子相继出世。孩子们给爱因斯坦带来了巨大的欢乐,也带来了苦恼和沉重的负担。年轻的父亲下班后还必须带孩子。有时,他左手抱着儿子,右手做着计算,孩子的啼哭和自己哄孩子的声音——“哦,小汉斯,小汉斯!”仿佛都是另一个世界的,他脑子里全是分子、原子、光量子、空间、时间、以太这些东西在翻腾!他就是有这种本领:和人在一起,刚刚说完一句话,别人还以为他正专心致志地在与自己谈话,可是他会突然沉默,不再和你交谈,也可能不说一声就走开或坐在那里动也不动。他陷入沉思之中,对一切都置若罔闻。致使大家都盯着他,可这时他却既看不见也听不到周围一切了。

他带孩子,更经常的是,推着一部婴儿车,在伯尔尼的马路上迈着庄重的步子。每走十几步就站住,从上衣口袋里拿出纸片和铅笔,写下几行数字或公式,有时还把车停在按交通规则说是最不该停的地方。就这样走走停停,直到看到钟楼上那座大钟标明时间到了,自己已尽到了做父亲的职责,这才回家把儿子交给妻子,赶紧钻到一角去做未完成的计算。至于这样的工作到什么时候能结束,这就没有准儿,谁也说不清了。因为,这不像上下班,有钟点。他研究到节骨眼儿上,常常通宵不寐。

科学研究是一项十分艰苦的工作。对于爱因斯坦来说尤其是这样。他既无名师指点,又很难找到共同讨论的人,连研究物理学所必备的最起码的图书资料都没有。可这个年轻人,就凭着要造福人类的宏伟志向和献身科学的强烈愿望以及对事业的执著追求,他鼓足勇气,下定决心,要解决物理学中这一最困难的问题,他锲而不舍地向这一难题冲击。

困惑了许多大物理学家的“以太之谜”,萦绕爱因斯坦心头已经十年之久。他反复地想啊、算啊,多少次,眼睛一亮,仿佛柳暗花明,眼看成功就在面前了;可再一推敲,又觉得还是不行,又坠入黑暗之中。有时因为思考它,大脑兴奋得通宵不能入睡。多少次想着想着,一骨碌从床上爬起来,悄悄走到外面的屋子,点上煤油灯,赶紧把自己新发现的、认为有可能解决问题的想法写出来。研究过程就像他后来的一封信中所讲的:“至于探索真理,我从自己不时撞人死胡同的痛苦的探索中认识到,在朝着了解真正有意义的事物方面每迈出一步,不管是多么渺小的一步,都是难乎其难的。”在另一个场合他也谈到了从事科学研究的甘苦:“那种遐想联翩与怀着热切的奢望、信心与失望长年交织在一起的心情,以及最后向真理冲刺时的感情,所有这一切,惟有设身处地的人才能体会到。”

“苍天不负有心人”,爱因斯坦终于迎来了自己第一个大丰收的季节——1905年,好多问题他都想通了。他奋笔疾书,一气呵成,把长期研究的成果统统写了出来,并在这一年全都发表了。

自1901年大学毕业后,爱因斯坦每年都在德国莱比锡出版的权威科学刊物《物理学纪事》上发表一篇论文。1905年这一杂志一共发表了他4篇文章,问题不单是数量多,更主要的是这些文章质量之高也是空前的。现在人们只知道爱因斯坦是“相对论”之父,其实他在科学的其他许多领域(包括1905年发表的其他内容的文章)也作出了划时代的贡献。他的这些成果同样对自然科学后来的发展都起了巨大的作用。他本人也说过:“为什么总是在我的相对论上饶费口舌?我还干了其他有用的,或许是更好的事情嘛!”具体地说,这一年发表的论文有:用统计方法分析原子、分子运动问题以及运动与热之间关系问题的《分子热运动论所要求的平静液体中悬浮粒子的运动》;有关光量子物理学的《有关光的产生和转化的一个试样性观点》;宣告相对论诞生的《论动体的电动力学》,第一次向人类预告有一种震动世界的力量的短文《物体的惯性同它所含的能量有关吗》,这是对前者的补充,从理论上提出了利用原子能的公式。他用这些论文中分量最轻的一篇取得了苏黎世大学哲学博士学位,博士论文的题目《分子大小的新测定法》。这篇论文他是题献给好友格罗斯曼的。

从事科学研究实在太苦太苦了,尤其是在他当时那种条件下。由于长期超负荷的拼搏,他在写完这几篇文章之后就病倒了,而且病势很重,一躺就是两个星期。他太劳累了! 1947年爱因斯坦读了瓦尔林·怀特发表在《星期六文艺评论》上感人肺腑的文章——《为什么我仍是黑人》后,在给杂志编辑写的信中有这样一段话:

通向人类的真正伟大的道路只有一条——那就是历尽

艰苦的道路。如果这种苦难是由囿于世俗传统的社会的盲

目和昏庸所造成的话,那么它往往使弱者产生盲目的仇恨,

而强者则因此产生高尚的道德力量,这是一种人间罕见的

巨大的力量。

这不正是他自己的生活道路和内心世界的写照吗!爱因斯坦就是完全凭借了这种要为人类探索大自然的秘密的巨大的高尚的道德力量才克服重重困难,取得辉煌的成就的!

历史上有许多本来没有多大意思的事情,当时人为地被捧得很高,有的甚至成了某个国家、某个时期内家喻户晓压倒一切的大事。然而由于它本身毕竟没有多少价值,时间一长也就自然而然地烟消云散,被人们遗忘了。而另一些事恰恰相反,发生时可能默默无闻,被人看作是小事一桩,然而它在历史潮流的荡涤下,却像金子,被越磨越亮,日益放射出它的夺目的光辉。爱因斯坦在1905年发表的这些文章,就属于后者。当时注意到这些论文的重要性的人简直是凤毛麟角,过了好几年情况也没有多少变化。而现在,科学界谁都知道,物理学因爱因斯坦的文章在1905年发生了革命。从此,人类对自然的认识产生了飞跃。

证实原子的存在——解开布朗运动之谜

关于物质结构的问题一直是19世纪下半叶物理学家们争论的焦点之一。一些学术权威,如奥斯特瓦尔德和马赫等人,由于受实证论哲学成见的影响,不仅自己不能,还坚持反对别人对物质结构作出科学的解释。因为在他们看来,“存在就是被感觉”,谁能看到分子、原子呢?所以分子、原子是不存在的。他们说:“存在原子吗?存在分子吗?多大?什么样子的?”当时普朗克等人认为就跟天体是实在的一样,原子也是实在的。马赫对此曾气愤地说:“假如相信原子对你是那么重要,那么我就放弃物理学的思想方式,我不愿做一个物理学者,我不愿意留在信徒们的团体里——思想自由对于我更可贵!”他们甚至迫害不按规定的教学方式,讲物质是由原子组成理论的人。波尔兹曼就是因此而自杀的。

爱因斯坦相信世界是物质的,由原子组成的分子是存在的。这样的观点虽然当时早已有人提出,但他们既无数学基础,又没有任何实验的证明。爱因斯坦就是要用科学的方法来证实原子是存在的。

怎样才能用最有力的证据来说明原子和分子是客观存在的,是物质的真实结构呢?他开始研究分子运动论。早在那些失业的日子里他就开始研究这些问题了。这时,当他坐在专利局办公室里偷偷研究这个问题时,以前在联邦工业大学实验室里,在显微镜下看到的那种奇妙现象一下子浮现到眼前:粒子不规则的、永无止息的运动。其实,这种现象早就被人发现了,只是由于资料的缺乏,他并不知道。

1827年,植物学家布朗在观察花粉泡在水里形态有什么改变时,意外地发现一种怪现象,在水一点儿也不动的情况下,花粉就像在水中跳舞一样。他感到很惊讶,在实验报告中记下了这种奇怪的现象,但解释不了,所以一直没有发表它。在他去世后,人们才在他的文件中找到这一搁置了40年的报告,后来这种现象就称为布朗运动。

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