如何紀念?lèi)?ài)因斯坦?
沈致遠
今年是愛(ài)因斯坦逝世六十周年,又是他的廣義相對論發(fā)表一百周年。紀念?lèi)?ài)因斯坦最好的方式是發(fā)揚其科學(xué)精神。愛(ài)因斯坦科學(xué)精神可歸結為:好奇心、洞察力、鍥而不舍、社會(huì )責任感。
好奇心
好奇心是探索科學(xué)的原動(dòng)力。愛(ài)因斯坦說(shuō):“我沒(méi)有特殊的才能,有的只是強烈的好奇心?!?br> 愛(ài)因斯坦幼年時(shí)看見(jiàn)指南針感到非常好奇:空間中有什么神秘的東西使磁針指向特定方向?這是他日后對空間性質(zhì)深思窮究以創(chuàng )立廣義相對論最早的啟蒙。
愛(ài)因斯坦十幾歲時(shí)熱衷于思索“追光”:他想象自己以光速飛行追上了光,看到周?chē)瓉?lái)在運動(dòng)的形象定于一格;當飛行速度超過(guò)光速時(shí),看到的形象如倒放影片,時(shí)間反轉因果顛倒。愛(ài)因斯坦由此得到啟發(fā):任何物體的運動(dòng)速度不能超過(guò)光速。這顯然與他日后創(chuàng )立光速不變的狹義相對論有關(guān)。
愛(ài)因斯坦始終保持其好奇心,不僅身體力行,并關(guān)心培養下一代的好奇心,對此他不無(wú)感嘆地說(shuō):“現代教學(xué)方法竟然還沒(méi)有把研究問(wèn)題的神圣好奇心完全扼殺掉,真可以說(shuō)是一個(gè)奇跡?!比缃衤?tīng)來(lái)仍振聾發(fā)聵。
洞察力
宇宙萬(wàn)物千變萬(wàn)化,大千世界呈現出復雜的現象。萬(wàn)變不離其宗,科學(xué)家的任務(wù)在于透過(guò)表面現象發(fā)現其規律,這就需要洞察力。愛(ài)因斯坦具有非凡的洞察力。
1887年,邁克爾孫(A.Michelson)莫萊(W.Morley)實(shí)驗證明:光速是常數,不隨觀(guān)察者運動(dòng)而變。這與以牛頓力學(xué)為基礎的經(jīng)典理論相抵觸,為發(fā)展新理論催生。1899年,洛倫茲(H.Lorentz)發(fā)表符合光速不變的洛倫茲變換公式,為狹義相對論提供數學(xué)基礎。此外,龐加萊(H.Poincare)等人也在研究有關(guān)理論。這些經(jīng)驗豐富的前輩科學(xué)家均未取得突破。1905年異軍突起,25歲的愛(ài)因斯坦發(fā)表狹義相對論,從理論上解釋了邁克爾孫-莫萊實(shí)驗,為二十世紀新物理學(xué)奠定基礎。
愛(ài)因斯坦取得突破在于他有非凡的洞察力,他發(fā)現同時(shí)是相對的:靜止者看來(lái)同時(shí)發(fā)生的兩件事,在運動(dòng)的觀(guān)察者看來(lái)并非同時(shí)發(fā)生?!巴瑫r(shí)之相對性”是關(guān)鍵,明乎此理,豁然貫通,狹義相對論水到渠成。
洞察力也有助于廣義相對論的誕生。愛(ài)因斯坦開(kāi)始探索廣義相對論時(shí),苦思不得要領(lǐng)。一天他突然想到:電梯因斷纜而加速下落時(shí),電梯中的人會(huì )感到失去重量。愛(ài)因斯坦由此悟出廣義相對論的基石“等效原理”:加速度與引力等效。愛(ài)因斯坦認為這是他一生中最快樂(lè )的事。
洞察力與先天稟賦有關(guān),更重要的是后天歷練。遇事多想,去偽存真,由表及里,層層深入,習慣成自然,洞察力就會(huì )逐漸培養出來(lái)。
鍥而不舍
愛(ài)因斯坦探索廣義相對論歷時(shí)十年,苦思冥索歷盡艱辛。他認識到萬(wàn)有引力導致時(shí)空彎曲后,苦于找不到適當的數學(xué)表達方式。愛(ài)因斯坦的摯友數學(xué)家格羅斯曼(M.Grossmann)告訴他:“黎曼幾何早就給出了表達彎曲空間的數學(xué)理論?!睈?ài)因斯坦終于找到了所需要的數學(xué)工具,這是他創(chuàng )立廣義相對論關(guān)鍵性的一步。
為確定廣義相對論的基本公式,愛(ài)因斯坦費盡心機。牛頓提出的經(jīng)典萬(wàn)有引力公式,在一般弱引力情形下與天文觀(guān)察值符合得非常好;當時(shí)所知唯一例外是水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng),其天文觀(guān)察值與牛頓理論不符。廣義相對論基本公式算出的結果必須同時(shí)滿(mǎn)足以上兩個(gè)要求,尤其是必須算出與觀(guān)察值符合的水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)理論結果。為此愛(ài)因斯坦鍥而不舍,反復修正,終于找到了廣義相對論的基本公式。個(gè)中艱辛唯有當事者自知。
1919年,英國天文學(xué)家愛(ài)丁頓(A.Eddington)率隊在非洲日全食時(shí)對星光為太陽(yáng)引力場(chǎng)彎曲的觀(guān)察結果,證明了廣義相對論的預測。愛(ài)因斯坦成為名滿(mǎn)全球的著(zhù)名科學(xué)家,并不滿(mǎn)足于已取得的豐碩成果,他說(shuō):“廣義相對論基本方程左邊是大理石,右邊是稻草?!币馑际牵悍匠套筮吇诨驹?,而其右邊帶有人為性。愛(ài)因斯坦一語(yǔ)道破關(guān)鍵所在,為后人改進(jìn)廣義相對論指明方向。
廣義相對論創(chuàng )立后,愛(ài)因斯坦繼續向更深處發(fā)掘,終其后半生致力于探索統一場(chǎng)論,通稱(chēng)“萬(wàn)物之理”。他提出過(guò)許多方案,屢敗屢試,矢志不渝。1955年愛(ài)因斯坦臨終前,在病榻上還寫(xiě)下十二頁(yè)方程式,瞑目前寫(xiě)出最后一行!
愛(ài)因斯坦為求真理鍥而不舍的精神值得我們認真學(xué)習。
社會(huì )責任感
通過(guò)狹義相對論之質(zhì)量-能量相當關(guān)系,愛(ài)因斯坦深知原子能之巨大威力,為善可提供能源,為惡可毀滅人類(lèi)。1939年獲悉希特勒正在研制原子彈,愛(ài)因斯坦寫(xiě)信給羅斯??偨y,促成曼哈頓計劃,美國率先制造出原子彈;1945年在廣島及長(cháng)崎投下兩顆原子彈,促使日本無(wú)條件投降,提前結束第二次世界大戰。愛(ài)因斯坦表現出對科學(xué)成果的高度社會(huì )責任感。
二戰后美蘇兩個(gè)超級大國進(jìn)行瘋狂的核軍備競賽,制造出“足夠毀滅地球許多次”的核武器,直接威脅人類(lèi)的生存。愛(ài)因斯坦挺身而出,反對核軍備競賽,再次表現出對科學(xué)成果的高度社會(huì )責任感。
大師已去,風(fēng)范長(cháng)存。發(fā)揚愛(ài)因斯坦科學(xué)精神,使他開(kāi)拓的統一場(chǎng)論未竟偉業(yè)后繼有人。套用放翁《示兒》詩(shī)作為結束語(yǔ):
萬(wàn)物之理現身日,歡慶無(wú)忘告愛(ài)翁。
?。ㄗ髡唠娮余]件:zyshen@comcast.net)
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