阿尔伯特·爱因斯坦

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Nobel prize medal.svg阿尔伯特·爱因斯坦
Albert Einstein
Albert Einstein (Nobel).png
1921年獲得諾貝爾物理獎時的官方肖像
出生 1879年3月14日
Flag of the German Empire.svg 德意志帝国符騰堡王國乌尔姆
逝世 1955年4月18日(76歲)
 美國新泽西州普林斯顿
居住地 德國意大利瑞士荷蘭比利時英國美國
公民权 Flag of the German Empire.svg德国(1879年-96年、1914年-33年)
无国籍(1896-1901年)
Flag of Austria-Hungary (1869-1918).svg奥地利(1911年-12年)
 瑞士(1901年-55年)
 美國(1940年-55年)
研究領域 物理学
任职於 瑞士伯爾尼专利局
苏黎世联邦理工学院
布拉格查理大学
柏林大學
普鲁士科学学院
威廉皇家物理研究所
莱顿大学
普林斯顿高等研究院
母校 苏黎世联邦理工学院
蘇黎世大學
博士導師 阿尔弗雷德·克莱纳
著名成就 广义相对论
狭义相对论
布朗运动
光电效应
質能等價
爱因斯坦场方程
玻色-爱因斯坦统计
玻色–爱因斯坦凝聚
经典统一场论
EPR悖论
獲獎 Nobel prize medal.svg诺贝尔物理学奖(1921年)
科普利奖章(1925年)
普朗克奖章(1929年)
时代20世纪百大人物(1999)
配偶 米列娃·馬利奇;(1903–1919)
愛爾莎·洛玟韶英语Elsa Löwenthal;(1919–1936)
签名

阿尔伯特·爱因斯坦德语Albert Einstein,1879年3月14日-1955年4月18日),旧译恩斯坦[1],20世纪猶太裔理論物理學家,创立了相对论,現代物理學的兩大支柱之一(另一個是量子力學[2][3]。雖然爱因斯坦的質能方程E = mc2最著稱於世,他是因為“對理論物理的貢獻,特別是發現了光電效應”而獲得1921年諾貝爾物理學獎[4][5]

愛因斯坦總共發表了300多篇科學論文和150篇非科學作品[6]。愛因斯坦被誉为是“現代物理学之父”及二十世紀世界最重要科學家之一。他卓越的科學成就和原創性使得“愛因斯坦”一詞成為“天才”的同義詞[7]

生平[编辑]

1879至1896年童年與青年時期[编辑]

祖先與家庭[编辑]

愛因斯坦于1879年3月14日出生在德意志帝國符騰堡王國烏爾姆市。[8]他的父親赫爾曼·愛因斯坦(Hermann Einstein)是一名商人。他的母親寶琳·柯克(Pauline Koch)是一位音樂家。愛因斯坦一家是不遵循猶太教規的猶太人。赫尔曼(1847一1902)娶寶琳·柯克(1858一1920)生下马娅(1881一1951)与阿尔伯特(1879一1955);马娅嫁给了保罗·温特勒;阿尔伯特先娶了米列娃·马里奇(1875一1948)并生下了莉泽尔(1902)、爱德华(1910)、汉斯·阿尔伯特(1904);阿尔伯特后娶了埃尔莎(1876一1936)并生下伊尔莎(1897)、玛戈(1899)。[來源請求]

慕尼黑及中小學教育[编辑]

攝於1882年,4歲時的愛因斯坦

愛因斯坦出生后不久,便於1880年舉家遷往慕尼黑,同年10月愛因斯坦的父親與叔叔在新居住地創建了一間電機工程公司,專門設計與製造電機機器。[9]:248

愛因斯坦在小时候並不是神童,但也不是很糟糕的学生。有故事說他直到三歲才開始說話。但是阿爾伯特·愛因斯坦檔案館駁斥這一説法。[10]他在第一所學校裏成績不错,是一個思維敏捷、聰明,但有時十分叛逆的學生。他的成績在優(sehr gut,1分)良(gut,2分)間徘徊。在語言方面不是十分出色,但在自然科學方面却表現十分出眾。愛因斯坦常讀科普書籍,喜欢了解最新的科研成果,特別是亞龍·貝恩斯坦(Aaron Bernstein)所著的《自然科學通俗讀本》(Naturwissenschaftlichen Volksbücher)對他興趣的形成及其今後道路產生了重大影響。[11]他五歲時對袖珍羅盤著迷,并開始受訓於私人學拉小提琴。1888年,進入路易博德文理中學(Luitpold-Gymnasium,校址此後幾番變遷,1965年改名為阿爾伯特·愛因斯坦文理中學)。1894年,全家又迁至意大利米兰。十五歲的愛因斯坦原计划留在學校,考完德國大學資格入學考試(Abitur)才離開,但由於常遭老師訓斥以及常觸犯德意志第二帝國時期學校的紀律與秩序,愛因斯坦決定肄業,隨其父母同往米蘭。為了不服軍役,十七歲的愛因斯坦放棄了德國國籍。他遠離猶太宗教團體。

攝於1893年,14歲時的,'愛因斯坦,'。

1896至1914年於瑞士[编辑]

進入大學[编辑]

愛因斯坦並未依照其父親的意願讀電機工程學,而是依他家一好友的建議於1895年申請了瑞士蘇黎世聯邦理工學院,由於沒有德國大學資格入學考試成績,愛因斯坦需要當年夏天參加該校入學考試,格羅斯曼雖借了筆記給愛因斯坦來準備,不過愛因斯坦並未在考前抓緊複習,而是選擇去了北意大利遊玩,因此,十六歲的他——身為當時最小的參考者,沒有通過此次考試。他的自然科學考得很不錯,但法語沒考好。該校校長赫爾岑推薦他去瑞士的阿勞州立中學學習一年。在阿勞州立中學學習的這段時光中使愛因斯坦感到十分愉快,這所學校的的理念是“概念思考是建立在‘直觀’之上的”,完全符合他的需求。1896年十月,愛因斯坦參考瑞士大學入學考試(Matura),10月3日的成績單上顯示他有五科目皆取得最好的成績(瑞士,6分)。[12]

1896年,爱因斯坦进入苏黎世联邦理工学院师范系学习物理学,该校物理教授海因里希·弗里德里希·韋伯(Heinrich Friedrich Weber)很討厭愛因斯坦,曾對他說:「你很聰明,但有個缺點,你聽不進別人的話」,为此愛因斯坦的女友米列娃·馬利奇時常與韋伯教授衝突,指責这是對愛因斯坦的不公。1899年6月,爱因斯坦在实验室的一场爆炸中手部严重烧伤。

畢業[编辑]

爱因斯坦1900年毕业,沒能留校擔任助教,接下来两年时间都没能找到教职。1901年取得瑞士国籍。1902年在大學同學马塞尔·格罗斯曼(M. Grossman)的父親協助下,成为伯尔尼瑞士专利局德语Eidgenössisches Institut für Geistiges Eigentum的助理鉴定员,从事电磁发明专利申请的技术鉴定工作,1903年成为正式职员。他利用业余时间开展科学研究,和几个伯恩的朋友组成了名为“奥林匹亚学院”的讨论组,讨论科学和哲学,包括儒勒·昂利·庞加莱、恩斯特·马赫和大卫·休谟的著作。

1901年在德國《物理年鑑》发表《毛细现象的结论》。1905年完成苏黎世大学博士答辩论文《分子大小的新测定法》,导师是阿尔弗雷德·克莱纳,在论文中他提出阿佛加德罗常数为2.2×1023。同年他发表了关于光电效应布朗运动狭义相对论、质量和能量关系的四篇论文,在物理学的四个不同领域中取得了历史性成就。该年被后人称为爱因斯坦奇迹年。

1904年時的愛因斯坦

奇蹟年[编辑]

愛因斯坦在1905年發表了六篇劃時代的論文,分別為:《關於光的產生和轉化的一個试探性觀點》、《分子大小的新測定方法》、《基于热分子运动论的静止液体中悬浮粒子的运动研究》、《论动体的电动力学》、《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》、《布朗運動的一些檢視》。因此这一年被称为“愛因斯坦奇蹟年”。100年後的2005年因此被定為“世界物理年”。

愛因斯坦於伯恩的故居
  • 1905年3月,德國《物理年鑑》發表《關於光的產生和轉化的一個试探性觀點》(Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt),認為光是由分離的粒子所組成。愛因斯坦解釋光也是由小的能量粒子(光量子)組成的,並且量子可以像單個的粒子那樣運動。「光量子」理論把1900年普朗克創立的量子論大大推進一步,揭示了微觀世界的基本特徵:波動—粒子二元性。
  • 1905年5月11日,德國《物理年鑑》發表一篇用布朗運動解釋微小顆粒隨機游走的現象的论文《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》(Die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen)。这篇论文是对布朗运动这种平移扩散的开创性研究。
  • 1905年6月30日,德國《物理年鑑》發表《論動體的電動力學》(Elektrodynamik bewegter Körper)一文。首次提出了狹義相對論基本原理,論文中提出了兩個基本公理:「光速不變」,以及「相對性原理」。
  • 1905年9月27日,德國《物理年鑑》刊出《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》(Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? ),認為「物體的質量可以度量其能量」,隨後導出了E = mc²的公式。

爱因斯坦1908年兼任伯尔尼大学的兼職讲师。1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。1911年任布拉格德國大学理论物理学教授,1912年任母校苏黎世联邦理工学院教授。

1914至1932年:德國柏林歲月[编辑]

1914年,应马克斯·普朗克瓦尔特·能斯特的邀请,回德国任威廉皇家物理研究所所长兼柏林洪堡大学教授,直到1933年。1920年应亨德里克·洛伦兹保罗·埃伦费斯特的邀请,兼任荷兰莱顿大学特邀教授。第一次世界大战爆发后,他投入公开和地下的反战活动。

1919年11月10日《紐約時報》刊登新觀察證實相對論的消息,形容這是愛因斯坦理論的大勝利。

1915年爱因斯坦发表了广义相对论。他所作的光线经过太阳引力场要弯曲的预言,于1919年由英国天文学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿日全蝕观测结果所证实。1916年他预言的引力波在1978年也得到了证实。爱因斯坦和相对论在西方成了家喻户晓的名词,同时也招来了德国和其他国家的沙文主义者、军国主义者和排犹主义者的恶毒攻击。

1917年爱因斯坦在《论辐射的量子性》一文中提出了受激辐射理论,成为激光的理论基础。

爱因斯坦因在光电效应方面的研究,獲授予1921年诺贝尔物理学奖。不過在瑞典科学院的公告中并未提及相对论,原因是认为相对论存在争议[13]

1932至1955年:美國普林斯頓的歲月[编辑]

1933年1月纳粹党攫取德国政权后,爱因斯坦成为科学界首要的迫害对象,幸而当时他在美国讲学,未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利时,9月9日发现有准备行刺他的盖世太保跟踪,星夜渡海到英国,10月转到美国担任新建的普林斯顿高等研究院的教授(與普林斯顿大學非同一機構),直至1945年退休。1940年他取得美国国籍。

1937年愛因斯坦曾經探訪住在美國加州的查理·卓别林

1939年他获悉核裂变及其链式反应的发现,在匈牙利物理学家利奥·西拉德推动下,上书罗斯福总统,建议研制原子弹,以防德国抢先。第二次世界大战结束前夕,美国在日本广岛长崎两个城市上空投掷原子弹,爱因斯坦对此表示强烈不满。战后,为开展反对核战争和反对美国国内右翼极端分子的运动进行了不懈的斗争。

晚年時的愛因斯坦

1955年4月,愛因斯坦被診斷出患有主動脈瘤,18日午夜在睡夢中感到呼吸困難,主動脈瘤破裂導致大腦溢血破裂,而逝世于普林斯顿。一位名叫托马斯·哈维的醫生在驗屍過程中,在未經愛因斯坦的家人允許下,私自取下愛因斯坦的大腦保存,這位病理醫生希望未來神經科學界能夠研究愛因斯坦的大腦,以發現愛因斯坦那麼聰明的原因。[14]為遵照愛因斯坦的遗嘱,他死後並沒有举行任何丧礼,也不筑坟墓、不立纪念碑,骨灰撒在永远保密的地方,目的是不會令埋葬他的地方成为圣地。爱因斯坦的后半生一直从事寻找统一场论的工作,不过这项工作没有获得成功,對此,著名的愛氏研究專家亞伯拉罕·派斯曾說:“愛因斯坦在1925年之後就應該去釣魚,而不是繼續做研究”[15]。现在,寻找比统一场论包含内容更广泛、能够统一解释各种基本相互作用的理论,是理论物理学研究的中心问题之一。

主要科學成就[编辑]

相對論和愛因斯坦質能方程[编辑]

經典電動力學開始是在牛頓力學框架内發展起來的,但后來在解釋運動物體的電動力學時卻遇到了麻煩。考慮同樣的兩個光源,光源A相對觀察者靜止,光源B以速度V向觀察者移動。麥克斯韋說,兩個光源發出的光速跟運動的速度無關,都是光速,是一個常量。可是按照經典物理學的理論,運動的光源發出的光速應當是光速和光源運動速度的疊加。愛因斯坦的狹義相對論解決了這個矛盾。狹義相對論指出,絕對化的參照系選取造成了這個問題。在觀察者看來,光源A和B發出的光速的確相同;但是對兩個光源來说,A的一秒鐘並不等于B的一秒鐘:B所經歷的時間更慢;所以不能把它們放在同一個參照系中比較。這否定了以太的存在,並顛覆了牛頓的絕對時空觀。[16]

承認時空的相對性導致了幾個必然的推論。一是運動的物體會在其運動的方向上長度收縮。二是運動的物體會經歷時間膨脹。也就是說,一個高速運動的鐘錶要比靜止的同樣鐘錶走得慢。三是能量和質量其實是一回事,可以相互轉換。用公式表達出來,就是E = mc2。因此,對於任何物體來説,其質量會隨著其速度的增加而增加。[17]

值得指出的是,愛因斯坦的相對論在很多年裏備受爭議,以致于他在接受諾貝爾獎時,頌詞裏根本就沒有提到相對論。第一個接受相對論的物理學家據说是普朗克。[18]

波粒二象性[编辑]

在一篇1909年的文章中,愛因斯坦證明普朗克的“能量子”具有精確的動量,並且表現得像一個獨立的點狀粒子。[19]這篇文章提出了“光子”的概念。但光子作為一個名詞,是吉爾伯特·路易斯在1926年提出的。

臨界乳光理論[编辑]

由於流體中分子的無規律運動,流體的密度在不同的區域會略有不同。在常溫下這個現象比較微弱。但在流體的溫度和壓力趨於其三相點時,流體的密度不均會越來越明顯,直到流體内部不同密度小團塊的尺度接近或達到入射光的波長。此時原本透明的流體會變得不透明,並會強烈的散射入射光。這被稱為臨界乳光。愛因斯坦用統計熱力學的方法定量的解釋了這個問題,並指出天空的藍色其實也是由於空氣的密度漲落而引起。[20]

零點能[编辑]

1913年,愛因斯坦和奧圖·史特恩在一篇論文裏指出,諧振子絕對零度時,仍存有一定能量。[21]他們把它稱作“殘餘能量”,後世稱為零點能。在絕對零度,諧振子的能量仍有值½[22]零點能的存在導致了一些有趣的現象,比如蘭姆位移卡西米爾效應

廣義相對論和等效原理[编辑]

廣義相對論是愛因斯坦在1907-1915年間提出的一種引力理論。其基本要義是觀測者不能在封閉環境裏分辨出由加速度所產生的慣性力或由物體所產生的引力;慣性參考系非慣性參考系的動力學效應都是不能分辨,其中的兩類觀察者都是能用各自的方式去正确描述事實,所以這兩種分析方法是等效的。等效原理揭示,運動的相對性不但包括狹義相對論中的常速運動,加速運動也在其中。

廣義相對論預言了很多物理現象,比如物質的引力場會使時空彎曲。光子的路徑在引力場中會發生偏折,即當光子途徑一個大質量物體時路徑會朝向物體發生彎曲。同時,當有一個大質量物體存在時,同一個過程在離大質量物體近時會比遠離該物體時進行得更慢,這叫做引力時間膨脹。射入引力勢阱中的光會發生藍移,而相反從勢阱中射出的光會發生紅移,這被稱作引力紅移。這些預測後來紛紛得到了實驗驗證。[23]

玻色-愛因斯坦統計[编辑]

1923年,印度物理學家玻色把關於玻色統計的一篇論文寄到英國《哲學雜誌》(Philosophical Magazine),結果遭到拒絕發表。不得已,他在1924年將該論文轉寄給愛因斯坦,尋求他的意見。玻色認為,頻率相同的光子全同,無法分辨。因此在一個能級上有很多光子,這稱做一個分布。根據其能量,必然有一些分布出現的幾率比其它的分布更大。愛因斯坦注意到玻色的統計方法不僅適用於光子,還適用於其他的一些粒子。後世把這些粒子稱為玻色子。他把玻色的文章翻譯成德文后發表。

愛因斯坦根據玻色的理論發表了自己的文章,并預言了玻色子冷卻到非常低的溫度後,會凝聚到能量最低的可能量子態中,導致一種全新的物態。這種物態被稱為玻色-愛因斯坦凝聚態。1995年,科羅拉多大學鮑爾德分校的埃裡克·康奈爾和卡爾·威曼使用氣態的銣原子在170 nK(1.7×10−7 K)的低溫下首次觀測到了玻色-愛因斯坦凝聚。四個月後,麻省理工學院的沃爾夫岡·克特勒使用鈉蒸氣獨立實現了玻色-愛因斯坦凝聚。[24]

與其他科學家的合作與關係[编辑]

1927年在比利時布魯塞爾索爾維國際物理研究所召開的索爾維會議集中了當時最著名的物理學家。愛因斯坦在前排中央。

愛因斯坦-德哈斯效應[编辑]

愛因斯坦和万德爾·德哈斯證明了磁化是由電子自旋造成的。[25][26]他們把一個靜止的鐵磁體懸掛在細線一端,放在在導線圈裏,然後給線圈施加一個電流脈衝,造成鐵磁體的偏轉。轉動時鐵磁體將具有一個特定的角動量。根據角動量守恆定律,需要在鐵磁體內部產生一個大小相等,但方向相反的角動量。這個角動量正是由鐵磁體中電子自旋的反轉而產生。這個效應又稱作理查森效應,以物理學家歐文·理查森的名字命名。

薛定諤氣體模型[编辑]

1924-1925年,愛因斯坦發表了三篇關於理想氣體的論文,運用玻色-愛因斯坦統計來計算理想氣體的熱力學性質。薛定諤閲讀了愛因斯坦的文章后,對其方法不解,甚至一度認為愛因斯坦錯了。愛因斯坦建議他用經典物理學的方式考慮一個三維勢箱,把勢箱中的粒子當作獨立諧振子,然後對這些諧振子進行量子化處理。薛定諤用這個方法推出了半經典意義上理想氣體的熱力學性質。薛定諤希望愛因斯坦在文章上署名,但是愛因斯坦婉拒了。[27]

愛因斯坦冷凍機[编辑]

1926年,愛因斯坦和他的學生列奧·西拉德共同發明了一種吸收式冷凍機,既不用電,也沒有活動部件。[28]他們在1930年申請了專利美國專利 1,781,541。該發明在當時是革命性的,但卻沒有立即商業化。一家瑞典製冷設備公司Electrolux為了防止這種新技術帶來的競爭,買斷了他們的專利。這種冷凍機被稱為愛因斯坦冷凍機。据说他是在看晨报时,看到一条新闻,关于一家人死于冷冻机中的氨气,原因是压力泵的机械劳损,才开始对此的研究。

2008年,牛津大學開展了一項為期三年的研究計劃,目的是為缺電的地區研發耐用的家用機械,其中包括冷凍機。研究人員說,愛因斯坦冷凍機經改進設計並使用不同的壓縮氣體后,其效率是原來設計的四倍。[29]

愛因斯坦與玻爾[编辑]

爱因斯坦和尼尔斯·玻尔都是舊量子力学的奠基人。他們之間关于量子力学發生了一系列著名的争论。爱因斯坦认为,物理学应该能告诉他在公式背后的真实世界发生了什么。而玻尔只对公式本身感兴趣而不关心现实世界中的事件。爱因斯坦对于量子力学持续有力的批评促进了量子力学的发展。他們之間辯論因其對科學哲學的重要性而被載入史冊。[30][31][32]

愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論[编辑]

愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論是由愛因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基納森·羅森在1935年發表於美國《物理評論》雜誌的論文中提出的一個思維實驗,[32]又稱為EPR佯謬或EPR悖論。 愛因斯坦等認為,如果一個物理理論是正確和完備的,就應該同時滿足兩個判據:完備性判據和實在性判據。第一個判據要求物理實在的每個要素都必須在該理論中體現出來。第二個判據是,如果我們能不干擾某體系,卻能夠確定該體系中某一個物理量的話,那麽這個物理量一定對應物理實在的要素。量子力學很顯然不能同時滿足這兩個判據,因此愛因斯坦等人不相信它是完備的。

EPR悖論引起後世對量子糾纏現象的興趣。

社會活動[编辑]

愛因斯坦和錫安主義[编辑]

愛因斯坦是左翼錫安主義運動的重要支持者,同時也支持以色列-阿拉伯合作的努力。[33]他支持在英屬巴勒斯坦託管地建立猶太人家園,但是開始時反對建立一個有邊界、軍隊和世俗權力的猶太國家。[34]

1921年,愛因斯坦和其妻艾爾莎·愛因斯坦在紐約迎接錫安主義的領袖們,包括以色列未來的總統哈伊姆·魏茨曼和妻子薇拉·魏茨曼梅纳赫姆·烏什金以及本-錫安·莫新森

有人認為愛因斯坦是一個文化錫安主義者,因為他主張一個以色列-阿拉伯二族混居的國家。[35][36]荷蘭出版公司Querido收集了11篇愛因斯坦的文章,匯集成《我眼中的世界》一書。愛因斯坦在前言中將該書“獻給德國的猶太人”。[37]面對德國日益高漲的軍國主義,愛因斯坦在著述和演講中呼籲和平。[38][39]

聯合國最後決定以巴分治,劃分了新以色列囯的邊界,戰爭立刻爆發。1948年,愛因斯坦等人在《紐約時報》上發表公開信,就戴爾亞辛村屠殺阿拉伯村民一事強烈抨擊梅纳赫姆·贝京的自由黨,並將該黨稱作“納粹和法西斯黨”。公開信明確表示,如果自由黨繼續掌權,以色列前途堪憂。1948年5月,美國政府承認以色列囯。愛因斯坦稱這一舉動“完成了我們(猶太人)的夢想”。[40]愛因斯坦在1948年美國總統選舉中支持副總統亨利·華萊士的進步黨,因為華萊士持支持以色列的立場。[41]

愛因斯坦是耶路撒冷希伯來大學監事會監事。在他1950年遺囑中,愛因斯坦將其作品的著作權贈予希伯來大學。現在許多愛因斯坦著作的原件存放在希伯來大學愛因斯坦檔案館中。[42]

1952年以色列總統魏茨曼去世后,有人呼籲愛因斯坦出任以色列第二任總統。愛因斯坦婉拒說,同人打交道,他“既無能力又無經驗”。[43]他後來寫到:“我為以色列國的邀請所深深感動,但哀傷并慚愧的是,我無法接受。”[44]

愛因斯坦和反對納粹主義[编辑]

從1930年代直至二戰,愛因斯坦一直建議美國政府向想逃離歐洲的猶太人頒發簽證。他曾為錫安主義組織募款,並在1933年參與發起了國際救援委員會[45]

德國,“德意志物理”運動成員出版了抹黑愛因斯坦的小冊子和教科書。諾貝爾獎得主菲利普·萊納德約翰尼斯·斯塔克把愛因斯坦的工作稱為“猶太物理”,並發起一場運動把它們從德語詞彙中清除出去。教授愛因斯坦理論的學者都上了黑名單,比如維爾納·海森堡菲利普·萊納德宣稱,愛因斯坦質能方程不是愛因斯坦的發明,而是德國學者弗裏德利希·海森諾爾的雅利安傑作。[46][47]

二戰和曼哈頓工程[编辑]

1939年,包括流亡物理學家列奧·西拉德在内的一組匈牙利學者上書華盛頓,揭露納粹德國正在進行的原子彈研究。但他們的警告受到冷落。[48]愛因斯坦、西拉德以及其他流亡科學家愛德華·泰勒尤金·魏格納“把警告美國人民視為己任:德國科學家也許會贏得製造原子彈競賽的勝利;希特勒會毫不猶豫的使用這種武器”。[49]1939年夏,二戰開始前幾個月,愛因斯坦被説服借助其崇高聲望和西拉德一同寫信給羅斯福總統。他們還建議美國政府注重並直接介入和相關裂變反應的研究。

該信件被認為是“在美國介入二次世界大戰之前開展嚴肅核武器研究最重要的激勵因素”。[50]羅斯福總統不能冒險讓希特勒先掌握原子武器。因為愛因斯坦的信件以及和羅斯福總統的面晤,美國加入了研製核武器的競賽,依托其巨大的材料、金融和科技資源展開了曼哈頓計劃。美國成為在二戰中唯一一個成功研制出原子彈的國家。

對愛因斯坦而言,“戰爭就是瘟疫,……他呼籲我們抵抗瘟疫”。但在1933年,當希特勒攫取德國政權后,“他徹底的放棄了‘和平主義’……事實上,他催促西方大國為德國的又一次進攻做准備。”[51]1954年,愛因斯坦對老朋友林納斯·鮑林說:“我一生中犯了一個巨大的錯誤:我簽署了那封要求羅斯福總統製造核武器的信。但是犯這個錯誤是有原因的:德國人製造核武器的危險是存在的。”[52]

榮譽與紀念[编辑]

时代》杂志風雲人物之封面。

還有一些榮譽和獎勵以爱因斯坦的名字命名:

  • 阿尔伯特·爱因斯坦獎是一個理論物理學的獎項,1951年首次由普林斯頓高等研究院頒發,獎金15,000美元。[59]後來獎金降至5,000美元。[60][61]爱因斯坦曾經做過該獎評委。[62]
  • 阿尔伯特·爱因斯坦獎牌由瑞士波恩的阿尔伯特·爱因斯坦學會設立並頒發,1979年首次頒發,獎勵那些在與爱因斯坦有關的事物上作出傑出貢獻的人。[63]
  • 阿尔伯特·爱因斯坦和平獎由位于芝加哥的阿尔伯特·爱因斯坦和平基金會設立,獎金為50,000美元。[64]
  • 阿尔伯特·爱因斯坦世界科學獎由世界文化委員會設立,1984年首次頒發。其宗旨在於激勵科學研究和技術研發,獎金為10,000美元。[65]

另外,“爱因斯坦”一词还是耶路撒冷希伯来大学注册商标

個性和思想[编辑]

爱因斯坦為人和藹友善,同時謙虛卻又特立獨行,從而受到廣泛的尊敬。他有時會講講笑話,並愛好航行和拉小提琴。他还是个心不在焉的教授,经常丢三落四,专心于思考物理问题而忽视周围的世界。晚年,因為身體欠安,醫生要求他停止抽煙,飲食必須無脂、無鹽[66]

宗教观点[编辑]

爱因斯坦是犹太人,但他并不信奉犹太教,他認為宗教是幼稚迷信的化身,他只是赞叹宇宙和自然的美丽。[67]1954年3月24日,在给一位工人的回信中,他说道:“你所读到的关于我信教的说法当然是一个谎言,一个被系统地重复着的谎言。我不相信人格化的上帝,我也从来不否认而是清楚地表达了这一点。如果在我的内心有什么能被称之为宗教的话,那就是对我们的科学所能够揭示的这个世界的结构的无限的敬仰。”

他还说[68]:“我们不理解的事物存在的知识,以及我们对那些我们的意识可以接受的最深奥的推理和最美丽事物的感觉构成了我们对宗教的虔诚。在这个意义上,但仅仅在此意义上,我深信宗教。”

在回答美国纽约國際犹太人会堂(International Synagogue)的拉比赫伯特·高德斯坦(Herbert Goldstein)时,他说道:“我相信斯宾诺莎,一个通过存在事物的和谐有序体现自己的神,而不是一个关心人类命运和行为的神。”[69]

当受到马丁·布伯关于宗教信仰攻击之后,他声明:“我们物理学家所努力的仅仅是跟随他画他的线。”作为爱因斯坦宗教信仰的总结,他曾说道:“有一个无限的高级智慧通过我们脆弱无力的思维可以感受的细节来显示他自己,对此谦卑的赞美构成了我的宗教信仰。”在信件中,愛因斯坦寫道:

我認為猶太教就跟所有其他宗教一樣,是幼稚迷信的化身……我認為,上帝這個詞,不過就是一種措辭,人類弱點的產物。圣经中充斥許多光榮但仍相當簡陋而且非常幼稚的傳說。[70]

這封信在2008年於倫敦拍賣。[71]

爱因斯坦1934年成为理性主义者出版协会(Rationalist Press Association)名誉会员。[72]

政治观点[编辑]

爱因斯坦是和平主义者人道主义者,晚年成为民主社会主义者。他曾经说:“我认为甘地的观点是我们这个时期所有政治家中最高明的。人類应该朝此方向努力:不通过暴力达到目的,而是不與你认为邪恶的势力结盟。爱因斯坦反对麦卡锡主义种族主义[73]:33, 127, 135,他还是德国自由民主党的建立者之一。[74]:83美国联邦调查局保存的关于爱因斯坦的档案中记录他曾被拒绝以难民条款(Alien Exclusion Act)移民美国,其中一条理由是爱因斯坦信奉、主张、宣扬无政府主义,从而使政府名存实亡。他还被指责为“1937年-1954年34个共产主义运动的参与者和支持者。”不过这些档案是其他部门提交给美国联邦调查局的,而不是美国联邦调查局的正式文件。

爱因斯坦反对残暴的獨裁政府,同时因为自己是犹太人,他反对纳粹政府并在希特勒掌权后不久就离开了德国。在其他人的影響下,愛因斯坦开始支持研制原子弹,以防止希特勒抢先研制成功,为此他与西拉德在1939年8月2日上书当时美国总统罗斯福爱因斯坦—齐拉德信),建议开始研制核武器。罗斯福接受了这个建议,成立了一个小组负责研究作为武器的可行性,几年之后这个小组被曼哈顿计划取代。战后,因為日本已經無條件投降,所以爱因斯坦开始为消除核武器建立和平政府游说,并与西拉德建立了原子能科学家紧急委员会,因為原子彈並不適合於軍事訓練所使用的武器,他说:“我不知道第三次世界大战会用什么武器,但是我可以肯定,第四次世界大战,人们使用的武器将会是——木棒和石头。”

爱因斯坦支持犹太复国主义,他支持将犹太人定居点选择在犹太教的古地,并热衷于在耶路撒冷建立希伯来大学。1930年爱因斯坦在希伯来大学发表名为《关于犹太复国主义:爱因斯坦教授的讲座》的文章。爱因斯坦将自己的论文都传给了希伯来大学。但是他反对民族主义,同时也怀疑建立一个犹太国家是不是最好的选择。他一直希望犹太人和阿拉伯人能夠和平居住在同一个地方。1952年,爱因斯坦曾被邀请作新成立的以色列第二任总统,但他拒绝了,理由是自己缺乏必要的人事能力。

爱因斯坦还联同史懷哲伯特兰·罗素一起行动,以禁止核试验和核武器战争。在他去世的前几天,他签署了《罗素—爱因斯坦宣言》,这一声明促使帕格沃什科学和世界事务会议召开。他在给罗素的信中写道:

亲爱的伯特兰·罗素:
感谢你4月5日的来信,我很高兴在你这个出色的声明上签字,我还同意你的签名者候选名单。
致敬,阿·爱因斯坦

EPR悖論[编辑]

二十世紀上半期愛因斯坦曾經是量子力學的催生者之一,但是他不滿意量子力學的後續發展,也就是以玻尔為首的哥本哈根詮釋,這一套詮釋表明自然法則中存在着一種根本的隨機性,海森堡發展出著名的“測不準原理[13]。愛因斯坦與其他科學家提出一個“EPR悖論”來反駁哥本哈根詮釋,他說了一句很有名的話:“上帝不玩弄骰子”,他還有另一個名言“月亮是否只在你看着他的時候才存在?”愛因斯坦恪守“因果律”,一生質疑量子力學的完備性。

宇宙学[编辑]

1915年爱因斯坦提出了广义相对论。因为那时的物理学家有一种偏见,认为宇宙是静态的、无始无终的,爱因斯坦在他的方程中加入了一个宇宙常数项使稳恒态的方程成立。在哈伯紅移被發現後,愛因斯坦放棄宇宙常數,並认为在引力方程中引入该常数是他“一生中最大的錯誤”。[75]但是後來,人們發現宇宙常數不為零,而是一個很小的值10−52 m−2[76]愛因斯坦的直覺最終還是正確的。

家庭[编辑]

米列娃(左)與愛因斯坦(右),1912年

爱因斯坦与塞尔维亚数学家米列娃·馬利奇在結婚前曾有一个女兒麗瑟爾·愛因斯坦(Lieserl Einstein,1902—1903?)。關於麗瑟爾的命運有諸多猜測。爱因斯坦最後一次提到她是在1903年9月一封給米列娃的信裏。[77]爱因斯坦和米列娃結婚后生了两个儿子汉斯·阿尔伯特·爱因斯坦爱德华·爱因斯坦Eduard Einstein)。爱因斯坦的二儿子爱德华・爱因斯坦受米列娃家庭遗传的影响患精神分裂,一生未娶。

爱因斯坦的第二任妻子爱尔莎·爱因斯坦是他的親戚,他们的曾祖父都是鲁伯特·爱因斯坦(Ruppert Einstein)。这个婚姻从1919年到1936年維持到爱尔莎逝世。

大儿子汉斯·阿尔伯特·爱因斯坦是美国伯克利加州大学水利工程教授,他有三个孩子,大儿子伯恩哈德·凯撒·爱因斯坦(Bernhard Caesar Einstein)是一名物理学家,二儿子克勞斯·馬丁(Klaus Martin,1932–1938),以及养女伊芙琳(Evelyn)。伯恩哈德有五个孩子,其中最大的孩子托馬斯·馬丁·愛因斯坦 (Thomas Martin Einstein)是一名整形外科麻醉師。[78]伯恩哈德的二兒子保羅·邁克爾·愛因斯坦是一位小提琴家[79]

愛因斯坦在旅行時每天都要給妻子艾爾莎和繼女瑪格特與伊爾斯寫信。那些信件後來被捐贈給希伯來大學。瑪格特·愛因斯坦要求在她去世20年之後方能公開那些私人信件(她于1986年去世[80])。希伯來大學愛因斯坦檔案館的伍爾夫(Barbara Wolff)告訴BBC,愛因斯坦從1912年到1955年之間寫了3,500頁私人信件。[81]

伯恩哈德·凯撒·爱因斯坦的书信记录了爷爷爱因斯坦的一些軼事。他說爱因斯坦最珍爱的物品是小提琴和煙斗;為了躲過醫生發佈的“禁煙令”,曾經在街上撿別人扔掉的煙頭,揉碎後放進煙斗裏吸。伯恩哈德還回憶起他八歲的時候,爱因斯坦曾帶他在一個無風的日子出航。在船上,爱因斯坦花了三個小時跟他講關於肥皂泡的一些數學性質。當然小伯恩哈德一點也聼不懂。他們之間第一次談論物理的時候,伯恩哈德已經25嵗。[82]

對音樂的熱愛[编辑]

愛因斯坦從小就喜歡音樂。他的母親會彈鋼琴,希望愛因斯坦學習小提琴,不僅要培養他對音樂的熱愛,但也能幫助他融入德國文化。根據指揮家萊昂·博茨泰因,愛因斯坦在五歲已經開始學習小提琴,但在那時他並不喜歡小提琴。[83]當他13歲時,他接獨莫扎特的小提琴奏鳴曲,從此就愛上了莫扎特的音樂。[83]愛因斯坦自述從此他開始“系統性”的練習,並表示“比起責任來,愛好是更好的老師。”[83]17歲時,他在阿勞地方一個學校督察面前表演貝多芬小提琴奏鳴曲。督察說後來說他的演奏“很傑出,並揭示了卓越的洞察力”。

從那時起,音樂在愛因斯坦的生活中扮演了中心的角色。他雖然從未想過成為職業音樂家,但曾和一些專業人士一起在私人場合為朋友演奏過室内樂。他在波恩蘇黎世柏林時,室内樂是他社交生活的一部分。同他一起演奏的人包括普朗克。1931年,當他在加州理工學院做研究時,曾去洛杉磯拜訪佐爾那家族音樂學院,並和剛剛結束兩載巡演后退休的佐爾那四重奏一起演奏了莫扎特和貝多芬的作品。[84][85]愛因斯坦晚年時,剛成立不久的茱莉亞四重奏去普林斯頓拜訪了他。為了讓愛因斯坦跟得上,樂團成員有意用慢拍演奏。博茨泰因說,愛因斯坦的配合和音準給茱莉亞四重奏對留下了深刻印象。[83]

愛因斯坦與中國[编辑]

爱因斯坦雕像 以色列科学与人文学院.

愛因斯坦訪華和在中國的影響[编辑]

1919年,西方媒體大幅報道愛因斯坦準確預測日蝕結果,中國人亦在此段時間開始注意相對論。從1917年下半年至1923年上半年,《改造》雜誌、《少年中國》、《東方雜誌》等先後發表愛因斯坦的專論,各報刊登載的論著、譯文、報告不下100篇,出版譯著15種左右。愛因斯坦1916年撰寫的名作《狹義與廣義相對論淺說》'由北大教授夏元瑮負責翻譯,1921年4月於《改造》雜誌發表,翌年以《相對論淺釋》為書名由商務印書館出版,商務印書館還刊出「歡迎愛因斯坦博士」的出版廣告。[86] 1920年代初,英國哲學家羅素訪華,其中「物之分析」的演說,主要談論相對論,他在中國多次指「列寧和愛因斯坦是近世最出色的偉人。」令愛因斯坦和相對論的名字在中國家傳戶曉。愛因斯坦於1922年曾兩次途經上海,停留不足3天。1920年代,他應日本改造社邀請,赴日講學,出發前曾乘日本船「北野丸」號於1922年11月13日上午10時抵達上海;同日,瑞典駐上海總領事通知愛因斯坦獲得1921年諾貝爾物理學獎,中國的大學生在南京路上為愛因斯坦歡呼,此後他在上海「一品香」用膳,到上海「小世界」聽崑曲,游覽城隍廟、豫園等地。下午6時,中國文化教育界於畫家王震家中設宴招待。1922年12月27日,愛因斯坦乘「榛名丸」號返回歐洲,31日上午11時再次途經上海,1月1日下午3時,應上海猶太青年會及學術研究會邀請,在福州路17號公共租界工部局禮堂,講演相對論,當時有一些中國學者參加。他1月2日 11時他再次乘「榛名丸」號離開。愛因斯坦夫婦於次日凌晨仍乘原船往日本。早期報章報導愛因斯坦訪問上海,曾將愛因斯坦翻譯為安斯坦。在他的旅行日記中寫到:「(上海)這個城市表明歐洲人同中國人的社會地位的差別,這種差別使得近年來的革命事件(即五四運動)特別可以理解了。在上海,歐洲人形成一個統治階級,而中國人則是他們的奴僕。他們好像是受折磨的、魯鈍的、不開化的民族,而同他們國家的偉大文明的過去好像毫無關係。他們是淳樸的勞動者,……在勞動著,在呻吟著,並且是頑強的民族,……這是地球上最貧困的民族,他們被殘酷地虐待著,他們所受的待遇比牛馬還不如。」日軍侵華時,愛因斯坦與羅素等人於1938年1月5日在英國發表聯合聲明,呼籲世界援助中國。當上海抗日運動的領袖「七君子」被捕時,他與美國15名知名人士於1937年3月發出聲援電。1955年4月18日,愛因斯坦逝世,時任中國科學院副院長李四光、中國物理學會理事長周培源發了唁電,《人民日報》發表周培源撰寫的悼念文章。文革期间爱因斯坦相对论受到了批判。[87]1979年,愛因斯坦百年誕辰,中國亦發行紀念郵票。2005年4月18日,愛因斯坦逝世50週年,世界發起「物理照亮世界」的光束傳遞活動。當日美國普林斯頓大學發出激光信號,透過大洋光纜穿越整個地球,在24小時之後回到美國。中國在4月19日傍晚開始光束傳遞,在兩個小時裡,愛因斯坦光束傳遍了全國的33個城市,最後分別傳到印度俄羅斯[88]

愛因斯坦及其理論1949年后受到的政治批判[编辑]

自1950年代初,愛因斯坦的思想和學說在中國主流媒體上受到“唯心主義”、“主觀主義”和“相對主義”的指責。他在二戰時向美國政府提出加緊製造原子彈的建議,也被說成是“事實上已經為美帝國主義服務,因為在美帝國主義者手中,原子彈成了訛詐和威脅社會主義國家以及世界上其他愛好和平的國家和人民的工具”。[89]文化大革命期間,愛因斯坦受到更多的攻擊,批判的重點卻轉向他的科學理論和他本人。1968年3月,在中國科學院革命委員會的支持下,中科院成立了“‘批判自然科學理論中資產階級反動觀點’毛澤東思想學習班”。因爲這個班以批判相對論為主要內容,所以被稱為“批判相對論學習班”。學習班的組織者和領導者之一是毛澤東的女婿孔令華[87][90]相對論被說成是“地地道道的主觀主義和詭辯論,也就是唯心主義的相對主義”。光速不變原理也受到批判,因為據説恆定光速意味著“資本主義社會是人類終極社會,壟斷資本主義生產力不可超越,西方科學是人類科學的極限”。[87]愛因斯坦本人的國籍也成了批判對象:“他一生三易國籍,四換主子,有奶便是娘,見錢就下跪。有一點卻始終不渝,那就是自覺地充當資產階級惡毒攻擊馬克思主義的‘科學喉舌’”。[89][91]1970年4月,陳伯達指示中科院成立了“相對論批判辦公室”,並計劃召開批判相對論的萬人大會,但其計劃因其垮台而未能實現。[89] 1978年3月14日,在愛因斯坦誕辰99周年之際,許良英翻譯的《愛因斯坦文集》序言在《人民日報》發表。中國對愛因斯坦及其學説的批判最終結束。[92]

参见[编辑]

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外部链接[编辑]