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如何纪念爱因斯坦?

2015-09-19  红瓦屋图...

如何纪念爱因斯坦?


  沈致远
  今年是爱因斯坦逝世六十周年,又是他的广义相对论发表一百周年。纪念爱因斯坦最好的方式是发扬其科学精神。爱因斯坦科学精神可归结为:好奇心、洞察力、锲而不舍、社会责任感。
  
好奇心
  好奇心是探索科学的原动力。爱因斯坦说:“我没有特殊的才能,有的只是强烈的好奇心。”
  爱因斯坦幼年时看见指南针感到非常好奇:空间中有什么神秘的东西使磁针指向特定方向?这是他日后对空间性质深思穷究以创立广义相对论最早的启蒙。
  爱因斯坦十几岁时热衷于思索“追光”:他想象自己以光速飞行追上了光,看到周围原来在运动的形象定于一格;当飞行速度超过光速时,看到的形象如倒放影片,时间反转因果颠倒。爱因斯坦由此得到启发:任何物体的运动速度不能超过光速。这显然与他日后创立光速不变的狭义相对论有关。
  爱因斯坦始终保持其好奇心,不仅身体力行,并关心培养下一代的好奇心,对此他不无感叹地说:“现代教学方法竟然还没有把研究问题的神圣好奇心完全扼杀掉,真可以说是一个奇迹。”如今听来仍振聋发聩。
  
洞察力
  宇宙万物千变万化,大千世界呈现出复杂的现象。万变不离其宗,科学家的任务在于透过表面现象发现其规律,这就需要洞察力。爱因斯坦具有非凡的洞察力。
  1887年,迈克尔孙(A.Michelson)莫莱(W.Morley)实验证明:光速是常数,不随观察者运动而变。这与以牛顿力学为基础的经典理论相抵触,为发展新理论催生。1899年,洛伦兹(H.Lorentz)发表符合光速不变的洛伦兹变换公式,为狭义相对论提供数学基础。此外,庞加莱(H.Poincare)等人也在研究有关理论。这些经验丰富的前辈科学家均未取得突破。1905年异军突起,25岁的爱因斯坦发表狭义相对论,从理论上解释了迈克尔孙-莫莱实验,为二十世纪新物理学奠定基础。
  爱因斯坦取得突破在于他有非凡的洞察力,他发现同时是相对的:静止者看来同时发生的两件事,在运动的观察者看来并非同时发生。“同时之相对性”是关键,明乎此理,豁然贯通,狭义相对论水到渠成。
  洞察力也有助于广义相对论的诞生。爱因斯坦开始探索广义相对论时,苦思不得要领。一天他突然想到:电梯因断缆而加速下落时,电梯中的人会感到失去重量。爱因斯坦由此悟出广义相对论的基石“等效原理”:加速度与引力等效。爱因斯坦认为这是他一生中最快乐的事。
  洞察力与先天禀赋有关,更重要的是后天历练。遇事多想,去伪存真,由表及里,层层深入,习惯成自然,洞察力就会逐渐培养出来。
  
锲而不舍
  爱因斯坦探索广义相对论历时十年,苦思冥索历尽艰辛。他认识到万有引力导致时空弯曲后,苦于找不到适当的数学表达方式。爱因斯坦的挚友数学家格罗斯曼(M.Grossmann)告诉他:“黎曼几何早就给出了表达弯曲空间的数学理论。”爱因斯坦终于找到了所需要的数学工具,这是他创立广义相对论关键性的一步。
  为确定广义相对论的基本公式,爱因斯坦费尽心机。牛顿提出的经典万有引力公式,在一般弱引力情形下与天文观察值符合得非常好;当时所知唯一例外是水星近日点的进动,其天文观察值与牛顿理论不符。广义相对论基本公式算出的结果必须同时满足以上两个要求,尤其是必须算出与观察值符合的水星近日点进动理论结果。为此爱因斯坦锲而不舍,反复修正,终于找到了广义相对论的基本公式。个中艰辛唯有当事者自知。
  1919年,英国天文学家爱丁顿(A.Eddington)率队在非洲日全食时对星光为太阳引力场弯曲的观察结果,证明了广义相对论的预测。爱因斯坦成为名满全球的著名科学家,并不满足于已取得的丰硕成果,他说:“广义相对论基本方程左边是大理石,右边是稻草。”意思是:方程左边基于基本原理,而其右边带有人为性。爱因斯坦一语道破关键所在,为后人改进广义相对论指明方向。
  广义相对论创立后,爱因斯坦继续向更深处发掘,终其后半生致力于探索统一场论,通称“万物之理”。他提出过许多方案,屡败屡试,矢志不渝。1955年爱因斯坦临终前,在病榻上还写下十二页方程式,瞑目前写出最后一行!
  爱因斯坦为求真理锲而不舍的精神值得我们认真学习。
  
社会责任感
  通过狭义相对论之质量-能量相当关系,爱因斯坦深知原子能之巨大威力,为善可提供能源,为恶可毁灭人类。1939年获悉希特勒正在研制原子弹,爱因斯坦写信给罗斯福总统,促成曼哈顿计划,美国率先制造出原子弹;1945年在广岛及长崎投下两颗原子弹,促使日本无条件投降,提前结束第二次世界大战。爱因斯坦表现出对科学成果的高度社会责任感。
  二战后美苏两个超级大国进行疯狂的核军备竞赛,制造出“足够毁灭地球许多次”的核武器,直接威胁人类的生存。爱因斯坦挺身而出,反对核军备竞赛,再次表现出对科学成果的高度社会责任感。
  大师已去,风范长存。发扬爱因斯坦科学精神,使他开拓的统一场论未竟伟业后继有人。套用放翁《示儿》诗作为结束语:
  万物之理现身日,欢庆无忘告爱翁。
  (作者电子邮件:zyshen@comcast.net)

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