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第17章 爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955年)是当代最伟大的物理学家。由他创立的相对论和揭示的辐射的粒子性,随后被发展到微观客体的波粒二象性,它们奠定了现代物理学的理论基础,对唯物论哲学的发展也有重大影响。

相对论是爱因斯坦一生中最重要的科学贡献。他于1905年发表的题为《论动体的电力学》的论文,提出了光速不变原理和狭义相对性原理,创立了狭义相对论。在这一理论中,牛顿力学作为低速运动理论的特殊情形而被包括在内。它揭示了作为物质存在形式的时间和空间在本质上的一致性,也揭示了电磁运动和力学运动在运动学上的一致性,而且还进一步揭示了运动和物质的统一性(质量和能量的相当性),发展了运动和物质不可分割的原理,并且奠定了利用原子能的理论基础。

1915年,爱因斯坦又建立了广义相对论,他进一步揭示了四维时空同物质的关系,指出时间——空间不可能离开物质而独立存在,物质的分布决定着空间的结构和性质,空间并不是平坦的欧几里得空间,而是弯曲的黎曼空间。他根据广义相对论的引力论推断出,光在引力场中不是沿着直线而是沿着曲线传播的。1919年,这一理论预见由英国天文学家在观察日食时得到了证实,当时全世界都为之轰动。1938年,爱因斯坦又在广义相对论的运动问题上取得了开拓性进展,即由场方程推导出了物体运动方程,由此更深一层地揭示了物质、时空、运动和引力之间的统一性。自20世纪60年代以来,由于天文学和实验技术的巨大发展,广义相对论和引力论的研究受到了广泛重视。

继广义相对论之后,爱因斯坦又对宇宙学和引力与电磁的统一场进行了探索。1917年,在当时的天文观测中还没有看到星系的分离运动,为了说明天体在空间中静止的分布,他以引力场方程为依据,提出一个有限无边的静止的宇宙模型。这个静止的模型是不稳定的。之后,从引力场方程预见到星系的分离运动,并被天文观测所证实。

在量子论(普朗克于1900年为解决黑体辐射问题而提出的一个大胆假说)方面,爱因斯坦也取得了了重大成就。1905年,他提出光的能量在空间中不是连续分布的假设,认为光束的能量在产生、传播及吸收过程中都具有量子性,这圆满地解释了光效应。在人类认识自然界的历史上,这是首次揭示了辐射的粒子性和波动性的对立统一。爱因斯坦又在1906年把量子论应用于固体比热问题。6年后,又把它用于了光化学现象。在写于1916年的一篇有关辐射量子论的论文中,他提出了受激辐射理论,这是40多年后建立发展起来的激光技术的理论基础。

爱因斯坦的研究成果,最开始是在分子运动理论方面取得的。他通过力学和统计学相结合的方法来研究悬浮粒子在流体中的运动,从理论上回答了被发现于1827年的布朗运动产生的原因,并且从悬浮粒子位移的平均值推算出单位体积中流体的分子数目。3年后,这个理论预见由法国物理学家在实验中得到了证实。

尤其让人惊奇的是,爱因斯坦早期的科学成就是在比相当困难的条件下取得的。1900年,他从大学毕业,但没有找到工作。两年以后,才在瑞士联邦专利局找到了一份同他的科学研究毫无关系的的固定职业。所以,当时他所有的物理理论研究工作都是在业余时间进行的。到1905年,他几乎同时在相对论、布朗运动及光电效应这三个不同领域里齐头并进地作出了卓越的贡献,这是科学史上的一个不朽的传奇。

在国际科学界,爱因斯坦享有极高的声誉,但他为人淳朴、谦虚,对人和蔼可亲,并过着简单朴素的生活。在欧洲旅行时,他经常只坐三等车,而不坐头、二等。他非常喜欢音乐,并自认为拉小提琴的成就要比他的物理学高明。他不仅完满地解决了光电效应的基础理论问题,还对光电效应的实际应用感兴趣。他曾经跟别人合作取得了一种照相用的曝光器的专利。

另外,爱因斯坦还是一位有强烈的社会责任感和富有哲学探索精神的思想家。他经历了两次世界大战,先后生活在帝国主义政治漩涡中心的德国和美国,他在恶劣的环境中坚决主张反对侵略战争,反对法西斯主义和军国主义,反对种族歧视和民族压迫,为人类的和平事业进行着不屈不挠的斗争。他在1955年4月18日临终前的最后一次谈话,也还是谈他最关心的两个问题:世界和平和公民自由。

爱因斯坦去世后,遵照他的遗嘱,骨灰被秘密保存,不举行安葬仪式,不建造坟墓,也不立纪念碑。但作为人类科学史上的一颗夺目的巨星,他一直被全世界的人以各种方式纪念着。

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