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10、最負盛名的偉大科學家

  愛因斯坦

  (1879~1955)

  [傳略]愛因斯坦,物理學家。1879年3月14日,愛因斯坦誕生於德國烏耳姆鎮一個猶太小業主家庭。一年後,隨全家遷居慕尼黑。在任工程師的叔父等人的影響下,愛因斯坦較早地受到科學和哲學的啟蒙。1894年,他離開慕尼黑,隻身去米蘭。1895年他轉學到瑞士阿勞市的州立中學;1896年在蘇黎世聯邦工業大學師範係學習物理學,1900年畢業。由於他的落拓不羈的性格,大學一畢業就失業,兩年後才找到固定職業。1901年取得瑞士國籍。1902年被伯爾尼瑞士專利局錄用為技術員,從事發明專利申請的技術鑒定工作。1905年,愛因斯坦憑借其對科學的濃厚興趣,在物理學三個不同領域中取得了曆史性成就,特別是其論文《關於光的產生和轉化的一個推測性的觀點》導致了光量子論的提出,推動了物理學理論的革命,“由於他的光電效應定律的發現”,於1921年榮獲諾貝爾物理學獎。1905年,以論文《分子大小的新測定法》取得蘇黎世大學的博士學位。1908年兼任伯爾尼大學編外講師。1909年離開專利局任蘇黎世大學理論物理學副教授。1911年任布拉格德語大學理論物理學教授,1912年任母校蘇黎世聯邦工業大學教授。

  1914~1933年,任德國威廉皇帝物理研究所所長兼柏林大學教授。回德國不到4個月,第一次世界大戰爆發,他投入公開的和地下的反戰活動。經過8年艱苦的探索,他於1915年最後建成了廣義相對論。他所作的光線經過太陽引力場要彎曲的預言,於1919年由英國天文學家A。S。愛丁頓等人的日全食觀測結果所證實,全世界為之轟動,愛因斯坦和相對論在西方成了家喻戶曉的名詞,同時也招來了德國軍國主義者和排猶主義者的惡毒攻擊。1933年1月納粹攫取德國政權後,愛因斯坦是科學界首要的迫害對象,故於10月輾轉到美國普林斯頓,任新建的高級研究院教授,直至1945年退休。1940年他取得美國國籍。1939年他獲悉鈾核裂變及其鏈式反應的發現,在匈牙利物理學家L。西拉德推動下,上書羅斯福總統,建議研製原子彈,以防德國占先。第二次世界大戰結束前夕,美國在日本兩個城市上空投擲原子彈,愛因斯坦對此強烈不滿。戰後,為開展反對核戰爭的和平運動和反對美國國內法西斯危險,他進行了不懈的鬥爭。1955年4月18日因主動脈瘤破裂逝世於普林斯頓。

  [影響]一、量子論的發展愛因斯坦的一項開創性貢獻是發展了量子論。他把普朗克的量子論假說推向前進,利用量子概念分析輻射的傳播和吸收,提出光量子概念,完滿地解釋了經典物理學無法解釋的光電效應的經驗規律。光量子概念的提出在人類認識自然界的曆史上第一次揭示了光同時具有波動性和粒子性,即波粒二象性,它為量子力學的建立開辟了道路。波粒二象性也成為整個微觀世界的最基本的特征。1906年,他把量子概念擴展到物體內部的振動上,基本上說明了低溫條件下固體的比熱容同溫度之間的關係。1916年,他繼續發展量子論,發表《關於輻射的量子理論》的論文,從玻爾的量子躍遷概念導出黑體輻射譜。在這項研究中他把統計物理概念和量子論結合起來,提出自發發射及受激發射等概念。從量子論的基礎直到受激發射概念,對天體物理學,特別是理論天體物理學有很大影響。

  二、相對論作為愛因斯坦終生事業標誌的是他的相對論。1905年6月,愛因斯坦發表了開創物理學新紀元的題為《論動體的電動力學》的一篇長論文,完整地提出了狹義相對論。狹義相對論的提出在很大程度上解決了19世紀末出現的古典物理學的危機,推動了整個物理學理論的革命。狹義相對論最出色的成果之一是揭示了能量與質量之間的聯係,著名的關係式E=mc2,成為打開核能源理論的金鑰匙。核能的發現,使長期存在的恒星能源的疑難最終獲得了滿意的解決。近年來發現越來越多的高能天體物理現象,狹義相對論已成為解釋這些現象的一種最基本的理論工具。

  狹義相對論確立之後,愛因斯坦並不感到滿足,他開始致力於引力理論的研究,力圖把相對性原理的適用範圍推廣到非慣性係。1907年,愛因斯坦提出了等效原理:引力場同參照係的相當的加強度在物理上完全等價,並由此推論出:在引力場中,鍾要走得快,光波波長要變化,光線要彎曲。等效原理的發現,愛因斯坦認為是他一生最愉快的思索,為廣義相對論的提出打下了基礎。1913年,他發表了《廣義相對論綱要和引力理論》,提出了引力的度規場理論,這是首次把引力和度規結合起來。可是當時得到的引力場方程隻對線性變換是協變的,還不具有廣義相對性原理所要求的任意坐標變換下的協變性。經過兩年的反複探索,他於1915年11月向普魯士科學院提交4篇論文,最終建立了真正普遍協變的引力場方程,宣告“廣義相對論作為一種邏輯結構終於完成了”。1916年,愛因斯坦寫了一篇總結性論文《廣義相對論的基礎》;同年底,又寫了一本普及性小冊子《狹義與廣義相對論淺說》。根據廣義相對論,愛因斯坦推斷算出水星近日點的不規則運動,並推斷光在引力場中將沿曲線傳播。1919年,英國天文學家A。S。愛丁頓等在日食觀測中證實了愛因斯坦的這一預見。

  三、宇宙學的開創愛因斯坦在天文學方麵的重大貢獻是宇宙學理論的創立。1917年,愛因斯坦用廣義相對論的結果來研究整個宇宙的時空結構,發表了開創性論文《根據廣義相對論對宇宙學所作的考查》。這篇論文宣告了一個新的研究領域宇宙學的誕生。論文分析了“宇宙在空間上是無限的”這一傳統觀念,指出它同牛頓引力理論和廣義相對論引力論都是不協調的;事實上,人們無法為引力場方程在空間無限遠處給出合理的邊界條件。他認為,可能的出路是把宇宙看做是一個“具有有限空間(三維的)體積的自身閉合的連續區”。愛因斯坦推翻了傳統的宇宙空間三維歐幾裏得幾何的無限性,建立了靜態有限無邊的動力學宇宙模型。以科學論據推論宇宙在空間上是有限無界的,這在人類曆史上是一個大膽的創舉,使宇宙學擺脫了純粹猜測性的思辨,進入現代科學領域,是宇宙觀的一次革命。愛因斯坦在宇宙學的研究中引進用動力學建立宇宙模型的方法,引進了宇宙學原理、彎曲空間等新概念。這種崇尚科學的態度,繼承了哥白尼等開創的科學探索精神。他所提出的宇宙有限無界的假說,由後人發展成為宇宙膨脹理論和大爆炸宇宙學,成為迄今最成功的宇宙理論。

  愛因斯坦不僅是一位偉大的科學家,還是一位熱愛和平有正義感的世界公民。他反對軍國主義和法西斯主義,反對民族壓迫和種族歧視,為人類進步和世界和平進行了不屈不撓的鬥爭。盡管他的相對論為原子彈的誕生奠定了理論基礎,但他極力反對使用原子彈,他逝世前7天簽署的《羅素――愛因斯坦宣言》成為當代反核戰爭和平運動的重要文獻。

  [餘論]愛因斯坦是現代最負盛名的偉大科學家,改變了我們的時空觀和宇宙觀的物理學家。他提出的有關空間、時間和物質的理論幫助人類揭開了原子和宇宙的奧秘。愛因斯坦在科學方麵的傑出貢獻使他的名字成了科學天才的代名詞。

  (王海波)

  §§第二編 創世領袖

  
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