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本內(nèi)容即將在2019年9月由人民出版社出版《話說世界》20卷叢書
1999年末,為紀(jì)念剛剛過去的一個世紀(jì),美國《時代》雜志公布了從100名候選人中評選出的“世紀(jì)風(fēng)云人物”。
最后勝出的既不是政壇明星,也是文體明星,而是一位一貫深居簡出的物理學(xué)家,這個人就是艾伯特·愛因斯坦。
特立獨行的少年
愛因斯坦1879年出生在德國小城烏姆的一個猶太家庭。
他的父親和叔父合作經(jīng)營著一間電器工廠,算得上當(dāng)時的高技術(shù)企業(yè),這使愛因斯坦從小耳濡目染,深深地迷戀于自然科學(xué)。
他尤其喜愛并擅長數(shù)學(xué)與物理。
13歲的時候,他已經(jīng)在閱讀大學(xué)水平的物理、數(shù)學(xué)專著,以及大哲學(xué)家康德的著作了。
盡管如此,小愛因斯坦在學(xué)校卻并不受老師歡迎。
雖然他的成績不差,數(shù)學(xué)成績甚至相當(dāng)優(yōu)異,但由于天生喜歡獨立思考,導(dǎo)致他和德國學(xué)校中的刻板環(huán)境格格不入。
最終在1895年,愛因斯坦以被勒令退學(xué)的方式結(jié)束了高中學(xué)業(yè)。
高中肄業(yè)后,愛因斯坦直接投考了瑞士蘇黎世的著名大學(xué)聯(lián)邦工學(xué)院,經(jīng)過兩次嘗試,相對順利地被錄取了。
在此期間,他拋棄了德國國籍,并于1901年成為瑞士公民。后又于1940年取得美國國籍。
大學(xué)里的愛因斯坦依然改不了我行我素的脾氣。
由于課堂內(nèi)容相對陳舊,愛因斯坦在讀期間幾乎從未認(rèn)真上課,而是把所有精力都花在閱讀和研究最前沿的物理學(xué)論文上。
這再次使他背上了壞學(xué)生的名聲,以至于畢業(yè)時都沒有教授愿意幫他寫就職推薦,幸虧朋友幫忙,他才在瑞士首都伯爾尼的專利局謀到了一份工作。
這份清閑的工作倒讓他因禍得福,從此,他不但得到了一份穩(wěn)定的收入,而且仍然能空出大量時間繼續(xù)心愛的物理學(xué)研究。
愛因斯坦1905年的照片。在發(fā)表偉大的相對論論文之前,他在瑞士專利局工作。
物理世界的"王"
1905年是愛因斯坦的天才與努力結(jié)出碩果的一年。
這一年物理學(xué)界發(fā)生了三件驚天動地的大事:飽受爭議的分子的存在被證明;狹義相對論建立;光電效應(yīng)現(xiàn)象通過光量子假說得到解釋,量子論向量子力學(xué)又跨出了決定性的一步。
而這三項工作并不是哪家大學(xué)或研究所的成果,而是全部出自伯爾尼的專利局職員愛因斯坦之手。
從此,愛因斯坦作為一顆物理學(xué)的新星冉冉升起,歐洲各大學(xué)府也紛紛向他伸出了橄欖枝。
輾轉(zhuǎn)多所大學(xué)后,1914年,應(yīng)當(dāng)時德國物理學(xué)界領(lǐng)袖普朗克之邀,愛因斯坦回到德國,就任柏林大學(xué)教授和普魯士科學(xué)院院士。
在這里,他進入了事業(yè)的黃金時代。
1915年,他發(fā)表了自狹義相對論問世后就開始醞釀的廣義相對論。
四年后,廣義相對論的預(yù)言被天文觀測所證實,舉世嘩然。
愛因斯坦的名字一夜之間婦孺皆知,人們都知道了這位用相對論擊敗牛頓物理的英雄。
1921年,諾貝爾獎委員會用20世紀(jì)物理學(xué)的最高榮譽——諾貝爾物理學(xué)獎為這位物理世界的新“君王”完成了加冕。
就在愛因斯坦的物理學(xué)事業(yè)一帆風(fēng)順之際,一場世界性災(zāi)難使這段黃金歲月戛然而止。
1933年,納粹在德國的上臺使身為猶太人的愛因斯坦不得不出走美國。
在人生的最后20多年,愛因斯坦繼續(xù)為建立一套包括相對論、量子力學(xué)和電磁學(xué)的“統(tǒng)一場論”而勤奮地探索著。
1955年,愛因斯坦最終帶著“統(tǒng)一場論”的未圓之夢離開了人世,享年76歲。
因為愛因斯坦是猶太人,1933年,德國納粹政府查抄了他在柏林的寓所,焚毀其書籍,沒收其財產(chǎn),并懸賞10萬馬克索取他的人頭。愛因斯坦當(dāng)時在普林斯頓大學(xué)任客座教授,得知消息后申請加入美國國籍。1940年5月22日,致電羅斯福,反對美國的中立政策,10月1日,取得美國國籍。
知識鏈接:光電效應(yīng)
三位諾貝爾物理學(xué)獎獲得者合影。前排左起:阿爾伯特·邁克耳孫(1907年獲獎)、愛因斯坦(1921年獲獎)和羅伯特·密立根(1923年獲獎)。
早在19世紀(jì)末,人們就發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng),并認(rèn)識到這源自光電之間的能量轉(zhuǎn)化。
但人們百思不得其解的是,光電效應(yīng)發(fā)生與否似乎和光線攜帶的能量大小無關(guān),而只與光線頻率有關(guān)。
愛因斯坦用量子論回答了這一問題。他假設(shè),光的能量分散地儲存在一個個“光量子”中,每一個電子只能從單獨的“光量子”中獲得能量,而“光量子”的能量取決于光的頻率,因此只有頻率足夠高的光線能產(chǎn)生光電效應(yīng)。
這項工作后來為愛因斯坦贏得了1921年諾貝爾物理學(xué)獎。