愛因斯坦─思考的樂趣
 

俾斯麥時代，德國猶太人解放和社會地位快速提升，是當(dāng)時歐洲的重要事件之一。全面解放十年后，愛因斯坦出生，成為第一代的新德國人，他們一出生就擁有法律保障的權(quán)利。
此時，整個德國籠罩在對國家力量稱頌，對哲學(xué)、文學(xué)和音樂等傳統(tǒng)文化贊揚的氣氛中。學(xué)校課程要求學(xué)生對古典學(xué)科融會貫通，同時又必須里解科學(xué)知識。學(xué)校一方面鼓勵學(xué)生發(fā)展均衡人格，卻又嚴(yán)格要求學(xué)生服從幾近軍事化的紀(jì)律。愛因斯坦原本即已厭惡軍事紀(jì)律，再加上某些老師對他的獨立行徑，表現(xiàn)出敵意，他終于在1895年初決定離開德國，前往意大利。這強烈的事實雖然就足以讓他下決心離開，但另一個更合理的因素─逃避兵役，使他毫不猶豫地逃離1890年代的德國。
阿爾伯特的父親，赫曼?愛因斯坦在年輕時就顯出特殊的數(shù)學(xué)天分，但是當(dāng)時沒有家產(chǎn)的猶太人要進入大學(xué)讀書，根本是不可能的。他只好把自己的興趣放在一邊較而從商，因此對兒子抱著很大的期望，希望他能因德國猶太人地位的升高而有不同的命運。
1880年代正是德國經(jīng)濟起飛的年代，1879年愛迪生發(fā)明的白熾燈泡逐漸進入每個家庭中。赫曼在雅各布伯的鼓舞下，同意改行成立自己的電器事業(yè)。但幸運并未降臨在他們身上。也許是雅各布伯的理想和現(xiàn)實有誤差，兩人的事業(yè)總是無法順利展開。于是赫曼結(jié)束了家鄉(xiāng)事業(yè)，帶著全家遷居到電器業(yè)剛起步的意大利的米蘭，之后再到巴唯碰碰運氣。
愛因斯坦在一個充滿工業(yè)與技術(shù)的環(huán)境中成長，后來很自然第嘗試到工程學(xué)校就讀。蘇黎士綜合技術(shù)學(xué)院與巴黎其它的技術(shù)學(xué)院唯一差別是它不是軍校，而它也培養(yǎng)大學(xué)師資。對愛因斯坦來說，這里正是最佳的選擇，他可發(fā)展他的數(shù)學(xué)天分，并可滿足父母對他未來出路的期望。另一個優(yōu)點是它不要求德國中學(xué)文憑，通過考試即可入學(xué)。1895年秋，愛因斯坦以不到報名年限的資格，申請到許可證參加考試，但并未考上。第二個學(xué)年，他進入瑞士的一所補習(xí)班就讀，來年成功考進綜合技術(shù)學(xué)院。阿爾伯特在學(xué)校認(rèn)識了密內(nèi)娃?馬許里，并且深深相愛，很快地就想成立家庭。但，愛因斯坦父母卻強烈反對，他們認(rèn)為她比他年長，腳有些跛，更重要的是，她不是猶太人。母親怒叱愛因斯坦，如果他堅持與密內(nèi)娃交往，就是要將財務(wù)困難的父母逼上絕路。愛因斯坦只有悲忿地妥協(xié)。1901年春，密內(nèi)娃發(fā)現(xiàn)懷孕了，躲回娘家產(chǎn)下女嬰，小孩可能隨即夭折，愛因斯坦無從探知嬰孩的消息。直到1920年，父親去世，愛因斯坦與家人關(guān)系才漸漸和好，也順利與密內(nèi)娃完婚。
1900年7月愛因斯坦獲得文憑，但令他失望的是，學(xué)校并沒有提供他助教的職位。兩年間他到處打零工，其中他最不喜歡的就是當(dāng)家庭教師。直到1902年6月，他才經(jīng)由一位同學(xué)父親推薦，在伯恩專利局找到一份鑒定員的工作。直到現(xiàn)在，仍有許多人批評，一位大科學(xué)家為何要去做卑微的工作。愛因斯坦本人常說，如他在大學(xué)找到工作，恐怕根本沒有什么閑暇自由思考。在專利局鑒定新發(fā)明的儀器，這些儀器大多數(shù)是電機制品，正好適合他。入夜之后，他就可以在物理的問題，享受思考的樂趣。
終其一生，愛因斯坦似乎一直不斷地在抗拒這個世界的殘酷和生命的狹隘─受到原始的情感所統(tǒng)治的生命。然而在生命之外，有一個與人類無關(guān)的廣大世界，尋找這謎樣世界的答案，成了他逃避現(xiàn)實生活的最佳壁壘。他在自傳中寫著：「沉思這個世界的問題，才能指望獲得解放」但有時候，他確信只有沉思的樂趣才能找到解脫，這令人聯(lián)想起貝多芬〈第九交響曲〉中的贊歌。他的成功之鑰，所謂「天才」的來源就是：思考的樂趣。
在20世紀(jì)初，當(dāng)愛因斯坦展開他的科學(xué)生涯時，物理學(xué)正面臨著危機。19世紀(jì)的物理學(xué)中并存著兩套理論，一是研究物體運動的古典力學(xué)，一是研究光線的電磁學(xué)。不幸的事，這兩套理論在許多論點上互相矛盾。愛因思坦認(rèn)為，當(dāng)時物理學(xué)像是要在舊屋上加蓋新屋，產(chǎn)生嚴(yán)重裂縫，建筑師至少要打掉一部份，再從地基重建。依據(jù)相對性原理，飛機在等速直線飛行時，飛機就像沒有飛一樣，它的飛行沒有意義，因為我們感覺不到。除非我們從飛機上往外看，否則就無法得知飛機是否在飛行。
1850年英國物理家馬克士威建立光理論(電磁學(xué))。根據(jù)他的理論，認(rèn)為光線就像是「波」，光的傳播方式和池塘水而上面漣漪的傳播方式類似，不同的是，光是在所謂的「以太」中傳播，而不是水面。依據(jù)馬克士威的說法，我們必須想象有一種介質(zhì)稱為「以太」，充滿在世界各個角落，這種介質(zhì)的存在對光的傳播是不可或缺的。馬克士威的理論只提供一些含糊的答案：「以太」無疑是無色的，很可能也沒有重量…。隨時間發(fā)展，漸漸都遭到否定，只剩下一個特征，即絕對的靜止而這又明顯地與相對性原理不兼容。
1905年3月，發(fā)現(xiàn)光量子。愛因思坦由馬克士威的理論和統(tǒng)計力學(xué)中獲得靈感，他想到可以利用統(tǒng)計方法，來研究受熱物體以何種方式把能量轉(zhuǎn)換成光的能量。他發(fā)現(xiàn)只有假設(shè)光能是由顆?；颉腹饬Ｗ印菇M成，這種能量轉(zhuǎn)換才能合理解釋。他把這種顆粒命名為「光量子」─我們今日把它稱之為「光子」。
1905年6月，相對論(狹義)。第一篇論文的首段中，愛因思坦帶著勝利的口吻，宣稱「把以太引進電磁學(xué)是膚淺的想法」，這段文字解決了當(dāng)時物理學(xué)家的矛盾。因為既然假設(shè)絕對靜止的以太消失，就沒有任何理論抵觸相對性原理。
1905年9月，物理界最著名的「后記」。1905年9月27日，愛因思坦又寄出「后記」。在這篇只有三頁的短論文中，他歸結(jié)出一個有趣的結(jié)論，他寫下了全物理學(xué)最著名的公式：Ε＝Μc2。愛因思坦接著又補充：「輻射現(xiàn)象中物體放出相當(dāng)可觀的能量，可能可以藉此來驗證我的理論。他的預(yù)計不久就得到證實，其結(jié)果震驚了人類：核能。
1907年，愛因思坦問說為何等速直線運動有此特權(quán)？如果所有的運動都是等價的，不是更令人滿意嗎？他還開玩笑地說，目前的理論未免太不民主了。而這個民主化的結(jié)果就是「廣義相對論」。
1908年愛因思坦離開了專利局。1912年被提名為蘇黎士綜合技術(shù)學(xué)院的教授，他在那里遇到舊日同窗高斯曼，當(dāng)時也在母校教數(shù)學(xué)。愛因思坦請他教授自己建構(gòu)理論所需的數(shù)學(xué)。高斯曼接受了，條件是他不對物理觀念負責(zé)。兩人因而一起寫了好幾篇論文，每篇論文由愛因思坦負責(zé)物理部分，數(shù)學(xué)部分則由高斯曼執(zhí)筆。這個合作進展并不順利，兩人都做了錯誤判斷，走偏了方向，浪費了愛因思坦整整三年的時間。1915年11月初，愛因思坦察覺了這項錯誤，之后他不斷地發(fā)表新的研究成果。(1914年與密內(nèi)娃離婚，1919年與青梅竹馬的表妹結(jié)婚)
1919年11月6日，英國皇家學(xué)會和皇家天文會在倫敦共同舉辦一場會議。英國皇家天文學(xué)家艾丁頓爵士發(fā)表一份報告。那是他率領(lǐng)套遣隊，在西非外海的葡萄牙屬小島普林西普上觀測到的成果。結(jié)果驗證了愛因思坦的新理論，修正了牛頓的說法。這種事件在平常是不會受到大眾注意的，但這次媒體卻史無前例地爭相報導(dǎo)。這則新聞由電報傳到世界，隔天早晨就上了眾多報紙的社論。一夜之間，愛因思坦從一個沒沒無聞的大學(xué)教授變成活生生的傳奇人物。
1922年他寫道：「科學(xué)的最大影響不是在思想上，而是在物質(zhì)上。新科技的發(fā)明使經(jīng)濟運作大幅地國際化，可能的結(jié)果會引爆國際地位的新型戰(zhàn)爭。」后來它又寫道：「當(dāng)人們意識到這個事實時，他們會愿意成力一些組織來預(yù)防戰(zhàn)爭的爆發(fā)?！惯@句話簡單說明了他參與政治的動機：維持和平。
當(dāng)英國于1917年11月2日發(fā)布「巴樂福宣言」，承諾在巴勒斯坦建立一個「猶太人的家園」時，愛因思坦懷抱了相當(dāng)大的期望。盡管愛因思坦非常贊賞猶太人建設(shè)并實現(xiàn)此猶太人家園的熱忱，但他也很清楚此家園是建立在阿拉伯人的土地上。他多次譴責(zé)猶太激進份子，也譴責(zé)阿拉伯人，尤其當(dāng)1912年阿拉伯人在耶路撒冷鬧事時。事實上愛因思坦希望他的公開談話能促進英國政府確保兩個民族間的和諧關(guān)系，然而效果并不如他所預(yù)期。30年代，由于德國反猶太家園信念。最后他終于接受在第二次世戰(zhàn)之后建立以色列國。
由于愛因斯坦是猶太人，倡言保衛(wèi)人權(quán)，又支持和平主義與世界主義，所以他就成了納粹主義軍團激進分子的眼中釘。1933年希特勒上臺后，各大學(xué)紛紛解顧了猶太籍科學(xué)家，并且禁止大眾談?wù)搻垡蛩固?。此時，他正在美國旅行。當(dāng)他返回歐洲時，決定不直接回柏林，同時寄辭職信給普魯斯科學(xué)院。眼看著德國情況繼續(xù)惡化，他只好接受美國普林斯頓高等研究所的聘書，該研究所在30年代吸收了不少著名的流亡人士。因此，愛因斯坦遷居美國，1940年入美國籍。
愛因斯坦晚年的寫照：像個過時的老長輩，大家禮貌性地聽他說話，尊敬他的年紀(jì)和過去的光輝，但不再重視他的談話內(nèi)容，只等著他何時閉口。愛因斯坦和后輩物理學(xué)家的意見分歧點在于量子力學(xué)，雖然他提出的光量子說，曾為量子力學(xué)催生。這奇異的理論完全違反古典直覺，他反對將物理的基本物體，想象成沿著一條確切的軌道運動。若是我們?nèi)匀徊扇∨ｎD力學(xué)的想法，量子力學(xué)將毫無意義。
在20年代，學(xué)派領(lǐng)袖丹麥人波耳帶領(lǐng)一些年輕科學(xué)家，以愛因斯坦1905年的光量子說基礎(chǔ)下，建立了量子力學(xué)。1927年，這些年輕的物理學(xué)者經(jīng)過多年討論后，想借由索唯會議發(fā)表他們的研究成果，但受到愛因斯坦提出許多質(zhì)疑，迫使他們必須再加強理論的嚴(yán)謹(jǐn)性。新理論的質(zhì)疑，波耳整夜苦思，終于在隔天早餐時得到解答。這些年輕科學(xué)家對愛因斯坦的保守態(tài)度無法理解，他們面對愛因斯坦就如同1905年愛因斯坦面對上一代學(xué)家對他新理論的不信任。
雖然多位物理學(xué)家嘗試想改良量子理論的機率性解釋，但都失敗了，愛因斯坦至死仍堅持他孤獨的立場。事實上他非常了解量子理論的光輝成就，但他認(rèn)為基本上這個理論并無法令人滿意，它只是具有暫時且近似的特性的理論罷了。
在20年的漫長歲月中，愛因斯坦以無限的耐心嘗試構(gòu)筑統(tǒng)一理論。他沒有被失敗擊倒，也沒有太多不實際的幻想。他寫道：「你們可能會認(rèn)為對自己一生的工作感到心滿意足，但事實上卻相反，我不認(rèn)為我有什么觀念可以經(jīng)得起時間的考驗，甚至懷疑自己市場走對了路。但是當(dāng)代學(xué)者卻視我為異端和反動分子，認(rèn)為我永遠活在自己的世界里。」
從愛因斯坦不接受量子理論的機率解釋這點看來，他可算是最后一位古典物理學(xué)家。因為他永遠無法接受實驗結(jié)果不是唯一，也無法信任不能百分之百精確預(yù)測實驗結(jié)果的理論。
1959~1960年：廣義相對論的重生。1959年9月14日，麻省理工學(xué)院的研究員首先向金星發(fā)射雷達訊號，再接收金星的反設(shè)。從此以后整個太陽系內(nèi)的星體，都可用高準(zhǔn)確度的儀器探測它的距離。如今我們對太陽系了解的精確度，已經(jīng)是夠用來測量廣義相對論預(yù)測的微弱時空曲率。另一件事就是測量到重力紅位移，這是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)測的另一項微弱效應(yīng)。這項實驗的成功要歸功于當(dāng)時的超敏銳儀器，該儀器是由量子理論發(fā)展出的新科技技術(shù)產(chǎn)品。在50、60年代穩(wěn)定而快速成長，雷射的發(fā)明和半導(dǎo)體的普及，使它發(fā)展一日千里。
1960年夏，一些天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆α星。因為這星的亮度變化快速且主要放射的是無線電波，所以他被命名為「類星體」。類星體之謎很快就把耽溺于純理論的相對論學(xué)家點醒過來，他們紛紛投入尋找類星體起源的解釋。后續(xù)幾年，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)：脈沖星、宇宙背景幅射及黑洞。如今，廣義相對論已擁有廣大的觀測領(lǐng)域。
找尋愛因斯坦在1916年預(yù)測的重力波，是當(dāng)今最熱門的主題之一。1974年，雙脈沖星的意外發(fā)現(xiàn)改變了重力波的觀測。此類系統(tǒng)在隨時間演化過程中，會放出重力波。重力波，直到當(dāng)時仍是神秘的物體，但它確實存在著。愛因斯坦另一個理論預(yù)測是黑洞的存在。事實上黑洞仍未被觀測到。由于黑洞巨大的質(zhì)量，會造成極大的時空扭曲，以致于接近他的物體會被它逮住而無法再離開，連光線也不例外。60年代曾有一度，人們以為在一個X光源中心偵測到黑洞；但卻無法證實觀測結(jié)果只有透過黑洞存在才能解釋。
80年來廣義相對論在面對愈來愈精密先進的觀測結(jié)果，總是絲毫不差。至于量子力學(xué)，它的應(yīng)用極為廣泛—所有近代科技ㄉ是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)—我們很難想象它有錯。
歷史又重演了，今日的物理學(xué)家都有點像其前輩在1905年時的處境；他們必須協(xié)調(diào)兩個看似完全不兼容的理論。
END
資料來源：
          發(fā)現(xiàn)之旅43
    書名：愛因斯坦：思考的樂趣
    原著：Francoise Balibar
    譯者：陳開基
  出版社：時報文化出版企業(yè)股份有限公司