1879年,愛因斯坦出生於德國烏爾姆市。他在瑞士就讀中學,1900年加入瑞士籍。1905年他在蘇黎世大學獲得哲學博士學位,但是在當時那個社會卻謀不到一份教書職業。然而就在當年他發表了狹義相對論、光電效應和布朗運動等方麵的論文。這些論文,特別是狹義相對論,在幾年之內就使他享有世界上最傑出、最富有創造性的科學家的盛名。他的學說引起了科學界激烈的爭論,除達爾文外沒有哪位現代科學家像愛因斯坦引起那麼多的爭論。盡管如此,他仍被任命為柏林大學教授,同時還兼任威廉物理研究所所長和普魯士科學院院士。他樂於身兼數職,因為這些職務可以使他把全部精神都投入到科研中去。
希特勒上台後使他在德國處境險峻,因為愛因斯坦是猶太人。於是在1933年他移居美國新澤西州普林斯頓市,在該市高級研究所工作。1944年他加入美國籍,後來又娶了一個妻子,夫妻生活顯然過得很幸福。1955年他在普林斯頓去世,結束了他偉大的一生。
阿爾伯特·愛因斯坦
20世紀最偉大的科學家,永遠屬於智慧超群行列中的天才,愛因斯坦以其相對論而最為世人所知。相對論包括1905年提出的狹義相對論和1915年提出的廣義相對論。而後者被稱為愛因斯坦引力定律。由於這兩種學說都十分複雜,本書不打算加以說明,而隻是想對狹義相對論作幾點評說。
“一切都是相對的”是一句世人熟知的格言。愛因斯坦運用數學這門嚴密的語言準確表述科學度量的具有相對性的道理,而非哲學上陳詞濫調的重複。顯然,對時空的主觀感覺取決於觀察者,但是在愛因斯坦以前,大多數人總是認為實際的距離和絕對的時間就存在於主觀印象之中,用精密的儀器就可以把它們如實地測量出來。愛因斯坦的學說否定了絕對時間的存在,使科學思想發生了革命。也許,下例可以說明他的學說究竟是怎樣徹底改變世人的時間觀的。
設想有一架飛船甲以100 000公裏/秒的速度飛離地球。在飛船上和地球上的觀察者都對飛船速度進行測量,兩者所測得的結果相等。與此同時,有另一架飛船乙沿著飛船甲的同一方向但以大得多的速度作飛行運動。如果地球上的觀察者對飛船乙的速度進行測定,就會發現它是在以180 000/公裏的速度飛離地球。飛船乙上的觀察者也會得到同樣的結果。
由於現在兩個飛船都沿同一方向運動,兩者的速度差似乎應該是80 000公裏/秒,而且較快的飛船肯定會以這個速度飛離較慢的飛船。
但是愛因斯坦學說卻預言,如果觀察者是在這兩個飛船上進行的,兩個觀察者會一致認為它們之間的距離是以100 000公裏/秒而不是80 000公裏/秒的速率增加。
這種預言的結果似乎沒人肯信,也許認為作者這裏在文字表述上做了什麼障眼法,或者認為這個問題的某些重要的細節還沒有提及,然而事實絕非如此。這個結果與飛船構造的詳細情況或飛船飛行的動力也毫無關係;事實上不是觀察有錯誤,不是由於測量儀有毛病,措詞上也沒有玩弄花招。根據愛因斯坦的速度合成公式很容易計算出來,上述結果隻不過是時空基本性質的一個產物。
當然,所有這些在理論上似乎使人感到高深莫測,實際上許多人在長年中把相對論視為無實用價值的“象牙之塔”之類的假說,避而不談。自從1945年原子彈落在長崎、廣島以來,人們對相對論開始重視起來。從愛因斯坦相對論所得出的結論之一就是物質和能量在某種意義上來看是等同的,兩者的關係可以用公式E=MC2來描述,其中E代表能量,M代表質量,C代表光速186 000英裏/秒,那麼C2就是一個更為巨大的數字。由此可知,很小量的物質即使隻發生部分轉變也會釋放出巨大的能量。
當然,人們不能隻根據公式E=MC2就能製造原子彈和建立核電站。此外,許多其他人也對發展原子彈發揮了重要的作用,但是愛因斯坦為之做出的重大貢獻是不言而喻的。愛因斯坦1939年致函羅斯福總統,指出了製造原子彈武器的可能性,強調了美國搶在德國前麵造出這種武器的重要意義。就是這封信促進了曼哈頓工程的建立,導致了第一顆原子彈的發射。
狹義相對論引起了人們激烈的爭執,但是有一點人們卻是一致的——它是曾被發明的最令人感到神密莫測的學說。可是人們都錯了,因為愛因斯坦的廣義相對論一開始就有這樣的前提,引力效應並不是通常所說的物理力,而是空間本身彎曲的結果。一個多麼令人驚奇不已的學說啊!