▲本周四（3月21日）晚八點，著名科學(xué)家趙崢老師要來明白直播間啦。他是中國引力與相對論天體物理學(xué)會理事長，同時也是北京師范大學(xué)物理學(xué)系教授。這次直播的主題「愛因斯坦與相對論」，是由501位學(xué)友投票選出的。不容錯過，敬請期待哦~
二十世紀最偉大的科學(xué)家是誰？
這個問題，估計不會有啥爭議。
愛因斯坦。
愛因斯坦到底有多了不起？
這個問題，就不是那么容易回答了。
一般人的了解，大概就是愛因斯坦的相對論是一個特別了不起的理論，替代了牛頓的物理學(xué)，影響了人類的所有科技。
再往深點說，估計就說不上來。
這也正常，相對論畢竟太專業(yè)了。普通人要弄明白，只有靠專業(yè)科學(xué)家來給我們科普。
可是，要找到一個有能力做科普的專業(yè)科學(xué)家，同樣很難。
首先，他要真懂得愛因斯坦，其次，他還要能照顧到普通人的基礎(chǔ)，會深入淺出的解釋。
中文世界，又能找到幾個靠譜的、有能力的科學(xué)家？
▲剛剛過去的3月14日是愛因斯坦誕辰140周年，加拿大宇航員在空間站分享了一張愛因斯坦的照片
?David Saint-Jacques
幸好，在了解愛因斯坦、相對論上，我們有一個趙崢教授。
他是1977年諾貝爾化學(xué)獎得主普利高津的弟子，是北師大物理學(xué)系教授，在北師大開設(shè)的科普課，深入淺出，廣受歡迎。
在吾國推動科普的事業(yè)上，毫無疑問，趙崢老師是其中首屈一指的科學(xué)家。如今雖年過70，依然聲音洪亮，精神矍鑠，實乃吾國之福。
對愛因斯坦的成就以及他在理論物理學(xué)上的沖擊，趙崢老師寫過一本科普著作《探求上帝的秘密》，里面有這么一則小故事。
因為由衷崇拜牛頓物理學(xué)對人類知識的貢獻，英國著名詩人亞歷山大·波普為牛頓寫過這樣的歌頌：
「自然界和自然界的規(guī)律隱藏在黑暗中。
上帝說：讓牛頓去吧！
于是一切成為光明?！?/span>
牛頓的影響，一度使人以為科學(xué)已接近終結(jié)，一切已有自然現(xiàn)象都能在牛頓力學(xué)下得以解釋。
然后，愛因斯坦的相對論來了，牛頓的經(jīng)典物理體系轟然倒地。
于是，有人續(xù)寫波普的詩：
「但不久，
魔鬼說：讓愛因斯坦去吧！
于是，一切又重新回到黑暗?！?/span>
01.
小愛因斯坦
和正常的孩子相比，小愛因斯坦很晚才學(xué)會說話，到3歲左右才能說表達清楚語意，而且每次說話都要醞釀好長時間才能開口。他的父母為此很擔(dān)心，認為小愛因斯坦可能有學(xué)習(xí)障礙，還專門為此找過醫(yī)生。
▲3歲的愛因斯坦，1882年，這張照
片被認為是愛因斯坦最早的已知照片
這也使得小愛因斯坦不太喜歡與人交流，而是更愿意躲在角落不受打擾，做自己的事情。在他四五歲的時候，有一次生病，父親送給他一個指南針玩。磁針的旋轉(zhuǎn)令小愛因斯坦非常著迷，他每天都拿著擺弄，想要弄明白原理。愛因斯坦對「格物致知」的執(zhí)著，大概在這時就已經(jīng)初現(xiàn)端倪了。
在《愛因斯坦文集》中，晚年的愛因斯坦和德國物理學(xué)家詹姆斯·弗蘭克(James Franck)交談，當(dāng)被問及是怎樣創(chuàng)立的相對論時，他回憶道：
「時間、空間是什么，別人在很小的的時候就搞清楚了，我智力發(fā)展遲緩，長大了還沒有搞清楚，于是一直琢磨這個問題，結(jié)果也就比別人鉆研得更深一些?！?/em>
小愛因斯坦在家還特別喜歡看書。家境殷實的時候，父母會接濟當(dāng)?shù)刎毨У莫q太大學(xué)生來家里過周末。有一個經(jīng)常來的醫(yī)學(xué)生，在得知愛因斯坦喜歡看書之后，給他帶了各種各樣的書看，有科普的，數(shù)學(xué)的，還有哲學(xué)的。盡管還不大懂，愛因斯坦卻都能津津有味地讀下去。
但是，到了上學(xué)的年紀，小愛因斯坦卻對學(xué)校沒什么熱情。因為他是猶太人，家里也很有錢，同學(xué)都不喜歡和他玩。而且，或許是父母都不太遵循猶太教規(guī)的影響，小愛因斯坦也不愿服從權(quán)威。他在課堂上總會問一些奇怪的問題，其中很多老師也難以回答，礙于面子下不來臺，所以，老師們也都不太喜歡他。
▲14歲的愛因斯坦，1893年
到了1894年，父親的生意經(jīng)營越來越不如意，不得不搬到意大利投奔親友，而愛因斯坦仍然留在德國的慕尼黑上學(xué)。不過，他對德國軍國主義式的教育也越來越感到厭惡。那種像生產(chǎn)工業(yè)品一樣的、嚴格管控的教學(xué)模式，愛因斯坦從來沒適應(yīng)過，這也導(dǎo)致他的功課成績除了數(shù)學(xué)，其他的都很普通。
這年年底，愛因斯坦借口身體不適，打算休學(xué)半年，結(jié)果校長直接勸他退學(xué)。愛因斯坦覺得反正在這邊已經(jīng)呆膩了，退學(xué)也無所謂，還可以避免從軍上戰(zhàn)場，于是同意退學(xué)，轉(zhuǎn)身去了意大利。
從愛因斯坦的成長歷程來看，他并不是一般意義上的好學(xué)生。退學(xué)、逃課、忤逆老師這些事情都做過。不過，從上學(xué)到退學(xué)，他求知好問，熱愛思考的態(tài)度從未減弱半分。
02.
科學(xué)之路
轉(zhuǎn)到意大利后不久，愛因斯坦有了讀大學(xué)的想法。父母也同意，但是建議他去德國，因為父親一直希望愛因斯坦能夠繼承他的電機工程事業(yè)，而德國的科學(xué)技術(shù)要比意大利好很多。另外，畢竟母語是德語，在德國也比較適應(yīng)。可一想到那里呆板的教育模式，愛因斯坦是再也不想回去了。
最后，愛因斯坦選擇了瑞士德語區(qū)的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，報考師范系。1895年，年僅16歲的愛因斯坦參加了大學(xué)考試，雖然在數(shù)理科部分取得了高分，但是未能通過文科部分。他不想就此放棄，便留在了瑞士，在阿勞州立中學(xué)復(fù)讀，準備隔年再考。
雖然愛因斯坦討厭學(xué)校教育，但是在阿勞州立中學(xué)的一年多時間，還是給他留下了美好的印象。不同于德國的教育風(fēng)格，阿勞州立中學(xué)提倡自由地思考，也確實給學(xué)生們在學(xué)習(xí)和生活上充分的自由，在課堂上，老師也會和學(xué)生進行平等討論。
因為學(xué)習(xí)壓力不大，愛因斯坦在阿勞州立中學(xué)的時候已經(jīng)開始思考很多非常有深度的問題，包括：光能否被趕上甚至被超越？經(jīng)過歷時十年的思考，這個問題最終引導(dǎo)他走向了相對論。
阿勞州立中學(xué)對愛因斯坦影響深遠，直到晚年他還回憶說：
「這個中學(xué)用它的自由精神和那些不依仗外界權(quán)勢的教師的敦樸熱情，培養(yǎng)了我的獨立精神和創(chuàng)造精神。正是阿勞中學(xué)，成為孕育相對論的土壤。」
次年9月，愛因斯坦成功通過了中學(xué)畢業(yè)考試，進入蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院學(xué)習(xí)。
▲1896年，愛因斯坦在阿勞州立中學(xué)的畢業(yè)成績表，也是他的大學(xué)入學(xué)證書。分1-6分，6分為最高分。愛因斯坦的得分依次是：德語5; 法語3; 意大利語5; 歷史6; 地理4; 代數(shù)6; 幾何6; 描述性幾何6; 物理6; 化學(xué)5; 自然史5; 藝術(shù)與技術(shù)圖紙4。
1900年，愛因斯坦從大學(xué)畢業(yè)，因為在校期間特立獨行，不好好上課，所以沒有教授愿意留他做助教。愛因斯坦離開學(xué)校卻找不到其他的工作，甚至一度想去教小提琴。后來，他的大學(xué)朋友格羅斯曼，幫他找到了一份瑞士伯爾尼發(fā)明專利局的工作，生活才終于安穩(wěn)了下來。
他的感情生活也一度遇到困難，與女友米列娃·馬利奇（Mileva Mari?）的婚事遭到父母的反對。直到1902年，父親臨終時，才答應(yīng)了他的婚事。
在專利局，愛因斯坦平時比較清閑，這為他思考科學(xué)創(chuàng)造了便利的條件。同時，他還和幾位同樣熱愛思考，熱愛科學(xué)的朋友組織了「奧林匹亞科學(xué)院」俱樂部。
在這里，他們自由探討和分享哲學(xué)、物理、數(shù)學(xué)方面的見解，閱讀前人的著作，其中包括對他后來創(chuàng)立相對論影響深遠的《力學(xué)史評》（馬赫）、《科學(xué)與假設(shè)》（龐加萊）等等。
▲「奧林匹亞科學(xué)院」俱樂部的
三位初創(chuàng)成員，右一便是愛因斯坦
愛因斯坦后來回憶說，「奧林匹亞科學(xué)院」的探討培養(yǎng)了他的創(chuàng)造性思維，也促成了學(xué)術(shù)上的成就。
到了1905年，愛因斯坦陸續(xù)發(fā)表了5篇物理論文，其中一篇便宣告了狹義相對論的誕生。物理學(xué)界稱這一年為「愛因斯坦奇跡年」，可以說，從這一年開始，20世紀的物理大廈被愛因斯坦重建。
03.
物理學(xué)家看物理學(xué)家
在光明網(wǎng)「科技名家」系列的訪談《時間之問》中，趙崢老師說：
「很多物理學(xué)生只知道課本上的知識，物理學(xué)家的活的東西是不知道的......我覺得科學(xué)家首先是人，不是神，所以在科研中會遇到很多挫折，只有看清楚人家有失敗的經(jīng)歷，才能在從中潛移默化地學(xué)到一些東西，提高自己的創(chuàng)造能力。」
趙崢老師也是從這個方面去理解愛因斯坦對人類的貢獻。銘記愛因斯坦，不是去崇拜，而是去理解，不僅要理解他奇跡般的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，還要理解他的成長歷程。
趙崢老師年輕時的求學(xué)生涯，也和愛因斯坦有很多相似的地方。他之所以走上物理研究的學(xué)術(shù)之路，可以追溯到小時候那些自由讀書的時光。
1950年代，還是學(xué)生的趙崢，因為北京實行「二部制」，從小學(xué)到初中每天都有半天時間可以自由支配，他經(jīng)常會去附近的書店找書讀。到了高中，趕上「三年困難時期」，學(xué)校為了保證學(xué)生的健康，規(guī)定一天只上兩節(jié)課，其余的時間回家休息。這段時間里，盡管經(jīng)常餓肚子，趙崢還是堅持去首都圖書館，翻閱各種各樣的書籍，經(jīng)常從中午待到晚上。
因為有時間去自由支配，趙崢閱讀了大量的古典名著和歷史故事，這也為他以后形成有趣的講課風(fēng)格奠定了基礎(chǔ)。上大學(xué)以后，雖然專業(yè)是激光和半導(dǎo)體研究，趙崢還是用一個暑假自學(xué)廣義相對論，硬啃硬讀?？上У氖牵驗闊o人答疑解惑，而且受制于時局變動，所以在學(xué)習(xí)的最好時間里，趙崢不得不放下科學(xué)的夢想。
到了1978年，趙崢考上了北京師范大學(xué)物理學(xué)系的研究生，開始正式學(xué)習(xí)廣義相對論。1981年研究生畢業(yè)后，他對時間的不可逆轉(zhuǎn)性產(chǎn)生了興趣，而這在當(dāng)時是比利時物理學(xué)家，諾貝爾獎獲得者伊利亞·普里高津（Ilya Prigogine）的研究領(lǐng)域。在寄去一篇論文表達意愿之后，趙崢獲邀成為布魯塞爾自由大學(xué)的訪問學(xué)者。一年后，趙崢正式成為了普利高津的博士生。
▲趙崢老師與普利高津
1987年回國后，趙崢老師繼續(xù)從事物理學(xué)研究，在廣義相對論、黑洞、時間、熱力學(xué)等方面發(fā)表了大量論文。
除此之外，他還希望為中國的科學(xué)領(lǐng)域起到一個承上啟下的作用，所以在北師大開設(shè)「從愛因斯坦到霍金的宇宙」等公選課，在許多院校做科普報告，歷時20余載，孜孜不倦地為大眾傳播著科學(xué)精神。
趙崢老師的科普講座集《物含妙理總堪尋》提到過愛因斯坦曾經(jīng)說過的一句話：
「我沒有什么別的才能，只不過喜歡刨根問底地追究問題罷了?！?/span>
時間回溯到相對論誕生前的1900年，著名物理學(xué)家開爾文男爵發(fā)表了一篇著名的演講。他認為，除了「晴朗天空中的遠處飄浮著兩朵令人不安的烏云」仍未很好地解決之外，建立在經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典電磁場理論和經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)基礎(chǔ)上的物理學(xué)大廈已經(jīng)建成，后世只需要在這個基礎(chǔ)上進行小范圍的修補即可。
然而，從最初對磁針旋轉(zhuǎn)的好奇，到對追光問題的疑惑，再到對飄在這座經(jīng)典物理學(xué)大廈上空的兩朵 「烏云」的追問，不囿于權(quán)威，勇于創(chuàng)新的愛因斯坦最終通過相對論，直接動搖了這座大廈的根基。
愛因斯坦的偉大，不僅僅在于他掌握的科學(xué)知識，也在于他的刨根問底式的探究精神。
相對論的誕生對后世的影響無疑是深遠的。其中，狹義相對論提出的「相對性原理」和「光速不變原理」，在很大程度上催生了現(xiàn)代物理學(xué)的另一支柱——量子力學(xué)的誕生；而廣義相對論更是直接把宇宙學(xué)從感性的猜測拉回到了現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域。
雖然愛因斯坦是由于對光電效應(yīng)的解釋而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎，但是在《愛因斯坦文集》中，科學(xué)史家許良英先生指出，按照公認的諾貝爾獎標準，愛因斯坦一生至少可以獲得8次諾貝爾物理學(xué)獎。而這其中大部分，都要歸之于狹義和廣義相對論的成就。
▲1946年，愛因斯坦在美國林肯
大學(xué)為學(xué)生講解相對論?John W. Mosley
晚年的愛因斯坦認為時間和空間是一個不可分割的整體，因此致力于構(gòu)建大統(tǒng)一理論。也可以說，愛因斯坦的一生也是一個不可分割的整體，沒有少年時代熱愛自由和思考，勇于質(zhì)疑權(quán)威的精神，也就很難想像1905年天才的誕生。
關(guān)于愛因斯坦與相對論，您了解多少呢？
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