夜深了,大地沉寂在一片黑暗之中,只有爱因斯坦房间里的灯还在亮着。此时,他的大脑中正在涌现一个个假设,他的手在飞快地写着,用那一个个的数字和符号勾勒着一个新的未知世界。
还是在他16岁那年,爱因斯坦就对“以太”问题产生了浓厚的兴趣,他曾写过一篇《关于磁场中的以太的研究现状》的论文,邮给了在比利时的舅父。这个源于希腊文,即空气的上层之意的名词,是亚里士多德设想的与构成地球万物的水、土、火、气四元素不同的构成神灵世界的一种轻元素。由于它的神秘色彩,几千年过去谁也没有想到证实它的存在,更没有人想起去用它阐述什么问题。到19世纪末期,牛顿发现万有引力以后,复活了亚里士多德关于“以太”的设想,说“以太”是宇宙真空中引力的传播介质,从此“以太”被引入物理学,又被说成是“光波”和“电磁波”的传播媒介。“以太”究竟是什么?它是存在还是不存在?神奇的“以太”困扰着19世纪天才的物理学家们,1877年,迈克尔逊—莫雷实验否定了“以太”的存在,却没有真正解开“以太”之谜。
转瞬之间10年已过去了。对爱因斯坦来说,即使失业的时候,他也没有放弃过对“以太”问题的思考,而今他思考得更多更深。多少次,他似乎已经看到道路上的障碍,只要转个弯,就看到了成功的希望,这希望就像黑夜中的一道流星,转瞬即逝。又有多少次,他已步入那神奇殿堂的大门口,他仿佛已经找到了开启大门的钥匙。可是经过一个不眠之夜,第二天,他又苦恼地告诉妻子,他的钥匙打不开那神圣的殿堂。他思索着,思索着……
1905年,《论动体的电动力学》
这天,他兴奋异常,他坚信,他找到了成功的钥匙,终于能解开这个“以太”之谜了。当人们都已沉入甜蜜的梦乡的时候,爱因斯坦却一丝睡意也没有,他伏案疾书,直到霞光映进了昏暗的房间,他才站起身来。啊,新的一天来到了,整整五个星期他都是这样度过的,艰辛的探索,他终于踏进了“以太”之谜这个神秘的殿堂。《论动体的电动力学》的论文完成了,狭义相对论产生了。就是这篇论文把以前大家都认为是真理的牛顿力学完全推翻了,他对人们仅仅在思索着的东西完成了认识上的飞跃。他研究了光在“以太”中的传播问题,大胆地否定了“以太”的存在。他说:“光速是有限的,不管光源怎样运动,它发出的光在真空中的速度总是不变的。”在这个前提下,爱因斯坦还否定了牛顿的“绝对时间”、“绝对空间”和“绝对运动”概念。认为时间的同时性都是相对于某一参照系来说的,所以是相对的;而运动又是与时间紧密相连的,所以运动也都是相对的,孤立地看地球,它的运动是不存在的。否定之后,爱因斯坦提出了崭新的时空和运动概念,并经过复杂的数学推导和运算,最终得出了一系列重要的狭义相对论结论。当时的著名物理学家普朗克称赞说:“爱因斯坦这篇论文发表之后,将会发生这样的战斗,只有为哥白尼的世界观进行过的战斗才能和它相比……”一个年仅26岁的年轻人竟将支配世界科学200年之久的牛顿物理学殿堂破坏了,整个世界为之惊叹!
在伯尔尼专利局工作的7年中,除了狭义相对论外,他还创造了证实原子存在、发展“量子假说”的理论,因此荣获苏黎世大学哲学博士学位、伯尔尼大学理论物理学教授,1909年他离开了专利局,被聘为苏黎世大学物理学教授,成为举世公认的第一流科学家。
荣誉、鲜花和地位并没有使爱因斯坦就此停步,反而促使他更加倍地投入到新的科学领域之中。可是由于这么多年没有规律的工作和生活,不分昼夜地紧张思考及探索,希望和绝望,激动和狂喜,给他身心上带来了巨大的影响。1915年,肝炎和胃病终于将他的身体搞垮了,短短两个月,体重下降了十几公斤。爱因斯坦以为自已患了癌症,更加争分夺秒地忘我的工作。
一天,爱因斯坦穿着拖鞋,面颊上没有一点血色地走下楼来,对妻子说:“我要在自己的书房里呆上一段日子,千万不要打扰我。”于是,他的妻子每天除送饭外,从不敢上楼打扰他。每天只有在傍晚的时候,爱因斯坦才下楼出去散一会儿步,或一言不发地拉一会儿小提琴,然后又回到楼上继续工作。看着他日渐消瘦的身体,妻子又疼又气,多次劝他休息,但都无济于事。
两个星期之后的一天清晨,爱因斯坦脸色苍白、一副疲惫不堪的样子从书房里走了出来。他兴奋的告诉妻子:“我终于研究出来了。”一叠厚厚稿纸摊在了桌子上,于是广义相对论就这样诞生了。1916年在《物理学年鉴》上,他发表了《广义相对论的基础》。
广义相对论是一种没有引力的新引力理论,是适用于所有参照系的物理定律。它以人们认为理所当然的等效原理为突破口,把引力看作是空间的一个属性,而不是物体间的作用力。经过他反反复复的数学计算,得出了广义相对论的结论,由于等效原理的作用,时空变成了弯曲的,光线在弯曲的时空中也变成了弯曲的,引力是不存在的,地球围绕太阳转动,是因为太阳的巨大质量使其周围的时空发生了弯曲,在弯曲的时空中只有曲线,所以地球只能围绕太阳作曲线转动。
爱因斯坦为了验证这一理论,推断说引力差会使光线偏折,一束正好掠过太阳表面的光线,将会偏离直线路径175弧秒。
1919年5月,英国两位天体物理学家率领两个天文考察队,在日全食时分别在巴西和西非摄影,证明了这一推断。广义相对论又给爱因斯坦带来了更大的荣誉,1921年他被选为英国皇家学会会员,同年又因1905年发现的光电效应定律而荣获科学界的最高奖赏——诺贝尔物理学奖。
作为现代最著名的科学家之一,他不仅在物理学的广大领域作出了无与伦比的贡献,而且他还是科学史上罕见的政治家和思想家,杰出的和平主义战士。
第一次世界大战爆发后的1914年10月,德国的民族主义者煽动出笼了93位德国科学家的宣言,极力为德国军国主义涂脂抹粉。爱因斯坦与93人宣言分庭抗礼,起草了反战声明《告人民书》。1914年11月,他积极参加了反战知识分子在柏林组成的新祖国联盟。1917年俄国社会主义革命的胜利,爱因斯坦表示了由衷的喜悦。1923年,他参加了新俄国朋友会。他的一系列和平主义举动,惹怒了德国纳粹政府。
1920年,爱因斯坦开始遭到纳粹政府的追杀。他们取消了爱因斯坦的荣誉公民权,没收爱因斯坦的房屋和财产,甚至有人传说纳粹要谋杀他,爱因斯坦痛心疾首的写信给他的朋友说:“我担心仇恨和暴力,会蔓延到全世界。”
1933年,爱因斯坦受德国纳粹迫害而不得不迁居美国。为了追求自由、平等以及理想的研究环境,爱因斯坦接受了美国普林斯顿高等研究所的邀请,带着妻子和女儿前往美国的新泽西州,从事科学研究。1940年10月1日,他加入了美国国籍。直到他去世的前几天,他还在修改关于统一场论的著作,点完了最后一个句号。
1955年4月18日,爱因斯坦逝世于普林斯顿,他崇尚和平,为科学鞠躬尽瘁的一生,赢得了全世界科学界的一致好评,被誉为“现代物理学之父”、“20世纪的牛顿”。著名物理学家朗之万曾评价说:“在我们这一代物理学家中,爱因斯坦的地位将在最前列。他现在是并且将来也是人类宇宙中有卓越光辉的一颗巨星。很难说,他究竟是同牛顿一样伟大,还是比牛顿更伟大;不过,可以肯定地说,他的伟大是可以同牛顿相比拟的。照我的见解,他也许比牛顿更伟大,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。”
正像历史学家认为17世纪下半叶是牛顿的时代那样,人们常把20世纪的上半叶看成是爱因斯坦的时代。因为他的相对论开创了物理学的新世纪,几乎整个20世纪物理学的创造历程,都有他的巨手在指引着前进的方向。
人们常说,爱因斯坦是天才。他当然是不折不扣的天才。
“天才是百分之九十九的汗水加上百分之一的灵感。”爱因斯坦所以取得这么大的成就,主要是因为他无限勤奋,是因为他审时度势,不倦探索,敢于创新。
爱因斯坦不但勤奋努力,他还是一位不受传统观念束缚、敢于冲破禁区、创立新说的伟大科学家。他敢于并且善于破除迷信,解放思想,探索真理。
当然,这首先是时代的要求。爱因斯坦生活的时代,特别是在他科学思想最活跃、贡献最多的20世纪初,是科学思想新旧交替的时代。就在绝大多数人向经典物理学顶礼膜拜的时刻,一连串“挑战”却接踵而来。在平静而晴朗的物理学太空中挂着两朵乌云:一朵和黑体辐射实验有关,另一朵和以太漂流实验有关。另外,放射性和电子的发现,也有力地撞击着经典物理学的大厦。爱因斯坦正是在这样的特殊时代背景下涌现出来的巨匠。
爱因斯坦还在少年时代,就把自己想象成一个追赶光线的人,关于光线的想法引出了狭义相对论。他又设想:假如一架升降机坠入深谷,里面的乘客会有什么感觉?这个想法引出了广义相对论。科学理论的发展,不是拆了旧房盖新房这样简单。它像登山一样艰难。创立一个新理论就像登上一座高峰。视野扩大了,原来隐蔽着的东西呈现出来了。原有的理论仍然历历在目,只是显得渺小了,成了广阔视野中的一小部分。他在登上狭义相对论和广义相对论的高峰以后,没有满足,没有歇息。他环顾四周上下,看到大自然无比壮丽的景色,拍拍身上的尘土,又准备攀登新的高峰——统一场论。这是相对论的第三阶段。他希望把引力场和电磁场统一起来,而且希望这统一的场能够解释量子力学所不能解释的问题。
爱因斯坦最反对这样的科学家——他们“拿起一块木板,寻找最薄的部位,在容易钻孔的地方,钻上许许多多孔”。他把自己的“钻头”对准统一场论上最厚最坚硬的地方,希望把电磁力和引力统一起来,给物质结构一种完整的解释。他也知道统一场论不会在自己手里完成。可是他认为,“在科学上,每一条道路都应该走一走。发现一条走不通的道路,就是对于科学的一大贡献。科学史只写某人某人取得成功,在成功者之前探索道路,发现‘此路不通’的失败者统统不写,这是很不公平的。那种证明‘此路不通’的吃力不讨好的工作,就让我来做吧。”他给比利时王太后伊莉莎白的信里是这样写的:“留给我的事情是:毫不悯惜自己,研究困难的科学问题。那个工作迷人的魔力,将持续到我停止呼吸。”
爱因斯坦是这样写,也是这样做的。他在神圣的好奇心的驱使下,又勇敢地深入探索宇宙。他探索了几十年,直到最后一息。他在生命弥留之夜,在医院的病榻旁还放着一叠统一场论的未完成稿,准备翌晨醒来再继续演算。爱因斯坦对统一场论的探索,正是他一生追求真理的那种毫不气馁的热情和顽强性格的真实写照。
生活就是追求真理。正像德国剧作家莱辛说的:“对真理的追求比对真理的占有更显可贵。”爱因斯坦在勤奋的工作中,在追求真理的探索中度过了整整一生。他有限的生命已经结束,但是,人们在心里建起了纪念他的殿堂。