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邮币上的画传——纪念爱因斯坦逝世63周年

 过往邮客 2018-04-18


阿尔伯特·爱因斯坦 1879年3月14日-1955年4月18日,犹太裔理论物理学家,创立了现代物理学的两大支柱之一的相对论。因为“对理论物理的贡献,特别是发现了光电效应的原理”,他荣获1921年诺贝尔物理学奖。这发现为量子理论的建立踏出了关键性的一步。


”阿尔伯特·爱因斯坦”


1905年是爱因斯坦奇迹年。在这一年里,在瑞士伯尔尼联邦专利局担任小职员的26岁的爱因斯坦,用业余时间完成了5篇划时代的论文,涉及分子物理学、狭义相对论和量子论3个方面,创造了科学史上的奇迹。2005年被定为世界物理年,就是为了纪念爱因斯坦奇迹年100周年和他逝世50周年。



图1 瑞士为纪念相对论创立100周年发行的邮票。再现了1905年在专利局的爱因斯坦。



图2 阿根廷发行的世界物理年邮票。背景是德国物理学年刊(Annalen der Physik)的封面,爱因斯坦关于布朗运动的论文和创立狭义相对论的论文都发表在该刊的第17卷。



图3  摩纳哥发行的爱因斯坦奇迹年100周年邮票。下面的小字是“爱因斯坦于1905年发表了5项理论”。



图4 以色列发行的邮票。



图5 马其顿的世界物理年邮票。正票和副票上是爱因斯坦的肖像,上面的文字是“相对论100年”。


分子大小的测定的新方法及对布朗运动的解释



图6 罗马尼亚1998年发行的爱因斯坦纪念邮票


Ø 光电效应规律的发现


图7 西德1979年发行的有关光电效应的邮票


 图8 波黑2001年发行的爱因斯坦纪念邮票


狭义相对论与质能关系的提出


题为“论运动物体的电动力学”的论文提出了狭义相对论,废除了绝对时间的概念,然后,又在一篇补充性的短文中推导出著名的质能关系E = mc2


图9 蒙古2000年发行的爱因斯坦纪念邮票


带有质能关系的邮票则非常多,大多数爱因斯坦邮票都带有这个公式,也有邮票是单纯以这个公式为重要图案的,如下面的这些邮票:



图10 多哥1979年发行的爱因斯坦诞生100周年纪念邮票。质能公式和原子轨道图同时出现,因为这个公式的效应是核能利用的基础。



图11 尼加拉瓜1971年发行的“改造世界的10个公式”纪念邮票。票面上有核能的和平利用,也有核武器爆炸引起的蘑菇云。



图12 印度2005年出的国际物理年邮票,票面上有爱因斯坦的肖像、E = mc2公式、原子模型和反应堆


图13 爱尔兰2005年发行的世界物理年纪念邮票


图14 哥斯达黎加2005年发行的世界物理年纪念邮票


其他纪念爱因斯坦1905年工作的邮票


除了上述邮票,纪念爱因斯坦1905年工作的邮票还有以下一些:



图16 圣文森特所属格林纳丁斯2000年发行的千禧年纪念邮票,邮票中的小字是“1905年爱因斯坦提出相对论”


图17 冈比亚2000年发行的“20世纪回顾”主题纪念邮票,邮票中的小字是“1905年爱因斯坦发展相对论”



图18 马绍尔群岛1997年发行的“20世纪大事”纪念邮票,邮票上的文字是“物理实在的新形式”,右下方在显微镜下才能看见的缩微印刷的小字是“爱因斯坦的公式E =mc2”。


广义相对论的确立


建立了狭义相对论之后,爱因斯坦接着展开了关于广义相对论的研究。狭义相对论研究两个惯性参照系之间的相对性,而广义相对论则研究两个任意参照系之间的相对性。


图19 意大利1995年发行的第14届国际相对论大会纪念邮票


1907年,他根据伽利略发现的惯性质量与引力质量相等的事实,提出引力与惯性力等价的等效原理(图19,意大利1995,第14届国际相对论大会)。1915年,爱因斯坦建立了引力场方程。1916年发表总结性论文《论广义相对论的基础》,爱因斯坦在广义相对论上花费了整整10年。


广义相对论是一个时空理论,也是一个引力理论。物质使时空发生弯曲,我们生活在一个弯曲的时空中,引力由空间的曲率决定。常常用一张二维橡皮膜在重物下的凹陷来形象地表示物质对其附近的三维空间的弯曲。用这个图来宣扬爱因斯坦创立广义相对论的功绩的邮票如下:


图20 马里1999年发行的世纪伟人纪念邮票


图21 塞尔维亚和黑山2004年发行的纪念爱因斯坦诞生120周年邮票


图22 塞尔维亚与黑山2005年发行的国际物理年纪念邮票。正票和副票上面的文字是狭义相对论百周年,但画面图正票为弯曲的时空使星光弯折,副票是爱因斯坦和米列娃的合影


去柏林


相对论的时空观是如此超出日常经验,人们不容易接受。普朗克是最早慧眼识珠的人。普朗克从《物理学年刊》编辑部看到爱因斯坦关于相对论的文章后,立即看出它的价值。他给爱因斯坦写信,认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼比美。爱因斯坦自己也认为,相对论很快引起了物理学界的兴趣,很大程度上是由于普朗克对它的热情和坚决的支持。


随着学术声誉的提高,爱因斯坦的境遇有所好转。1908年兼任伯尔尼大学无公俸讲师,1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授,1911年任布拉格德语大学教授,并被邀出席第一届索耳维物理学会议,1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授。德国的物理学家们希望爱因斯坦能回到德国工作。为此,普朗克和能斯特于1913年亲自跑到苏黎世,向爱因斯坦提供优厚的条件,邀请他去柏林担任普鲁士科学院院士、拟建中的威廉皇帝物理研究所所长兼柏林大学教授。爱因斯坦于1914年4月去了柏林,下面两张邮票对此有所反映。


图23 东德1979年发行的纪念爱因斯坦诞生100周年的小型张,边纸下方是设在柏林近郊波茨坦的德国科学院内以爱因斯坦的名字命名的塔楼,这座塔楼的顶部是一座天文台,配备有一台口径为8米的折射望远镜,任务是用来验证广义相对论



图24  多哥1979,爱因斯坦诞生百年,邮票上的图案是爱因斯坦塔楼的照片。


到柏林后,同年8月第一次世界大战爆发。大战期间,爱因斯坦仍然没有间断他的科学研究。1915年到1917年这3年是爱因斯坦第二个科学创造高峰期。1916年除完成了广义相对论外,还发表论文《关于辐射的量子理论》,在玻尔的量子跃迁概念的基础上,进一步发展了光量子理论,提出了自发辐射和受激辐射这两种辐射形式和跃迁几率的概念,奠定了激光的理论基础。


25 多哥1995,诺贝尔奖设立百年纪念票,表现了爱因斯坦对宇宙的思考。


1919:科研高峰与婚姻波折交织的一年


广义相对论的一个可用实验检验的结论是太阳使经过它附近的光线偏转,广义相对论预言的偏转值是1.74″,而牛顿理论预言的偏转值是0.87″。图26示意性地画出了这一偏转。



图26  多哥,1979年,纪念爱因斯坦诞生百年。上面的实线代表真实的光线,下面的虚线代表星星的视位置。


1919年发生日全食,英国天文学家爱丁顿等人率两支观测队分赴西非的普林西比岛和巴西的索布拉耳两地观测,观测结果基本符合爱因斯坦的预言(图27表达了对此行的纪念)。这使爱因斯坦一夜之间世界闻名。后来有人问爱因斯坦,如果这次观测没有证实广义相对论,他怎么办?他回答说:“那我只会对造物主感到遗憾,因为无论如何这个理论是正确的”。



图27  圣多美和普林西比为纪念爱丁顿此行70周年于1990年发行的小型张上的一枚,图中人物为爱丁顿和爱因斯坦。


1919年爱因斯坦整40岁,这是他一生中发生巨变的一年。日食观测的结果使爱因斯坦的声名大噪,他达到了他的科学活动的顶峰,并且受到公众注目。从这一年开始,他参加政治活动明显增多。在个人生活上,这一年他同他第一个妻子塞尔维亚人米列娃·马瑞奇离婚,同他的表姐爱尔莎结婚。应当说,爱因斯坦的两次婚姻都不成功。图28、29及此前的图22中出现了爱因斯坦与先后两位妻子的合影。


图28,索马里2000,千年纪邮票,爱因斯坦和米列娃


前图22 塞尔维亚与黑山2005,国际物理年,正票和副票上面的文字是狭义相对论百周年,但画面图正票为弯曲的时空使星光弯折,副票是爱因斯坦和米列娃的合影


图29 安哥拉,2000年,图中人物为爱因斯坦、爱尔莎和继女玛格特


一波三折的诺贝尔奖获奖之路


授予爱因斯坦诺贝尔奖已不能再回避了,可是授给爱因斯坦诺贝尔奖的过程却一波三折。从1909年奥斯特瓦尔德提名爱因斯坦为1910年诺贝尔奖候选人起,几乎年年都有著名科学家提名爱因斯坦,而且提名者越来越多,但是每次都没有通过。拖延给爱因斯坦授奖的原因之一,是当时德国社会上的一股反相对论的潮流。由于爱因斯坦一贯的反战立场和犹太人出身,也由于他在日食观测后声誉鹊起,他成了战败的德国一小撮人嫉恨的目标。他们建立了一个组织(爱因斯坦蔑称之为“反相对论公司”),疯狂攻击他们不懂的相对论。参与攻击的不仅有无名政客和三流物理学家,还有像勒纳德和斯塔克这样的诺贝尔物理奖获奖人。他们甚至声称,如果授予爱因斯坦诺贝尔奖,就要退回自己的得奖。因此,瑞典科学院被夹在赞成和反对给爱因斯坦授奖两股巨大压力之中。1921年诺贝尔物理奖就因为意见不一暂时没有评出。1922年,推荐爱因斯坦的更多。普朗克建议把1921年和1922年的奖分别授予爱因斯坦和玻尔,瑞典乌普萨拉大学的理论物理学教授奥席恩则因为光电效应而提名爱因斯坦,评奖委员会最后按这个意见通过。


图30 瑞典,1981年,内容为“1921年诺贝尔奖得主”


图31 英属维尔京群岛2001年发行的诺贝尔奖百年纪念票,图中的爱因斯坦像是他得奖时的“标准像”


瑞典科学院秘书在给爱因斯坦的信中特别声明:“王国科学院决议授予您上年度的诺贝尔物理学奖,以表彰您在理论物理学中的工作,特别是在光电效应的规律方面的发现,但是没有考虑您的相对论和引力理论一旦得到证实所应得到的评价。”可以看出,瑞典科学院这个决定是考虑了各种矛盾之后的一个妥协,它避开了相对论这个热点。但是,60年后瑞典发行的诺贝尔奖邮票图30上印的仍是E =mc2这个公式。爱因斯坦获奖后,按照他的承诺,把奖金都给了米列娃。


“上帝不丢骰子”


爱因斯坦是量子理论的创建者之一。普朗克、爱因斯坦和玻尔是量子理论的三大先驱,代表量子理论的三个阶段:普朗克提出能量子概念,爱因斯坦发现光量子,玻尔将量子概念用于物质结构。他们得诺贝尔物理奖的先后次序也与这个次序一致。



图32 葡萄牙2000年发行的20世纪回顾邮票,图中用普朗克、爱因斯坦和玻尔三人代表20世纪的物理学,这意味着量子理论是20世纪物理学发展的主线。


但是,爱因斯坦对后来的量子力学是不满意的。他承认量子力学在解决实际问题中的重要作用,但不同意量子力学的几率解释,他说:“上帝不丢骰子”。在他看来,量子力学的几率特征是其理论不完备的表现,由此开始了他和玻尔之间毕生的争论。爱因斯坦比玻尔大6岁,两人是很好的朋友。


图33 马尔加什,1993年,图中人物为爱因斯坦与玻尔


图34 中国澳门,粒子物理学基本模型,统一场论之梦


一颗伟大的心


1933年初,希特勒攫取了德国政权,爱因斯坦是他们在科学界首先要迫害的对象。幸好当时他在美国讲学,免遭毒手,但他在德国的住所被搜查,财产被没收,著作被焚。爱因斯坦谴责纳粹的暴行,声明退出普鲁士科学院,放弃德国国籍,进行了针锋相对的斗争。他从美国回到欧洲,避居比利时。10月再赴美国,定居普林斯顿应聘任新建立的高等研究所教授。1940年,他取得美国国籍。他在普林斯顿一直到1955年去世。



图35  蒙古于2000年发行的“世纪伟人爱因斯坦”纪念票,上面的图片1939年摄于普林斯顿寓所



图36   马达加斯加1999年发行的纪念邮票展示了爱因斯坦入美国籍宣誓的情景


爱因斯坦除了在物理学上的重大成就外,留给后人作为典范的还有他强烈的社会责任心。他从不把自己置身于世外,而是把社会公正、人类前途时刻放在心头。在第一次大战中,他坚持反战立场。纳粹上台后,他对纳粹的本质有清醒的认识,与纳粹坚决斗争,是非清楚,爱憎分明。他改变了他的绝对和平主义立场,号召各国青年服兵役,与纳粹作殊死斗争。到美国后,为了防止纳粹德国抢先制出核武器,他应西拉德之请,写信给罗斯福总统,说服美国启动研制原子弹。战后,核军备竞赛使爱因斯坦忧心忡忡。他说:“战争是打赢了,但和平并未赢得”。他反对核军备竞赛,反对使用核武器。


到底算哪国人?


爱因斯坦到底算哪国人?从出生和受教育看,他当然是德国人。但是他从小就对德国学校中窒息自由思想的军国主义教育深恶痛绝,到瑞士上学后,就放弃了德国国籍,加入瑞士国籍。此后,终爱因斯坦一生,即使在他回德国担任德国科学院院士时和入籍美国后,他都保留了瑞士公民身份。



图37  瑞士1972年发行的瑞士名人邮票中纪念爱因斯坦的一枚


但是德国人认为,爱因斯坦回德国担任职务就自动恢复了德国国籍。1961年,德国计划在其德国名人普票中发行一张爱因斯坦票,样票已印好了(图38,这是一张黑白照片,原票为暗褐红色),但是爱因斯坦的家属坚决反对,结果只好作罢,因为爱因斯坦在遗愿中曾表示不允许德国以他的肖像发行邮票。于是我们也明白了为什么在德国纪念爱因斯坦诞生百年的邮票(图7)中为什么没有爱因斯坦的肖像。从这张未发行的邮票,我们可以看到爱因斯坦的刚烈性格,看到他和德意志国家决绝的毫不妥协的态度。这是物理学史上的珍贵史料。



图38 1961年,德国计划在其德国名人普票中发行的爱因斯坦票


可以告慰爱因斯坦的是,战后的德国政府和绝大多数德国人民对德国的战争罪行进行了深刻的反省,他们对犹太受害者进行了悔罪和赔偿,对纳粹组织和思想进行了比较彻底的清算。这次以爱因斯坦奇迹年和爱因斯坦逝世50周年为契机举办世界物理年,德国物理学会是最积极的倡导者之一。如果爱因斯坦能够活着看到这些,想必对德国也会原谅吧。今年德国发行的爱因斯坦奇迹年100周年邮票(图39)中终于有了爱因斯坦的肖像,这张邮票画面庄重肃穆,上面的文字是相对论-原子理论-量子理论100周年,原子理论指布朗运动理论,量子理论指光子假说。



图39


爱因斯坦对新大陆上的美国,起初是喜欢和心怀感谢的。他喜欢美国的个人自由,感谢美国在反对法西斯的斗争中所起的巨大作用,感谢美国为他提供避难所。因此他于1940年归化美国。战后,美国企图通过垄断核武器称霸世界,使爱因斯坦非常反感,特别是20世纪50年代初,麦卡锡主义在美国猖獗,侵害公民自由,迫害进步人士,更使他痛心疾首。他自称是世界公民,为了控制核武器,他建议各国放弃一部分主权,将联合国改组成一个世界政府。美国为爱因斯坦发行了以下两枚邮票:



图40  美国1966年发行的爱因斯坦纪念邮票,杨振宁教授曾代表普林斯顿高等研究所出席了这枚邮票的首发式并讲话



图41  1979年美国为纪念爱因斯坦诞生100周年而发行的邮票


热爱犹太同胞,为和平大声疾呼


爱因斯坦是犹太人。作为一个犹太人,爱因斯坦同情和支持犹太复国运动,支持以色列建国,并同以色列有密切的联系。但是,爱因斯坦不是一个极端的犹太复国主义者,他希望犹太人和阿拉伯人和睦相处。1922年,在他访问日本后返欧途中,他访问了犹太人的故地巴勒斯坦。


图42,尼加拉瓜1980,爱因斯坦诞生100周年,爱因斯坦访问耶路撒冷。1981年又在邮票上加盖了奥林匹克五环图案,纪念尼加拉瓜加入国际奥委会除(图4)外,以色列邮政还为爱因斯坦发行了两张邮票。



图43 爱因斯坦去世的次年(1956年)以色列发行的纪念邮票



图44 1998年以色列发行的“著名犹太人”中的一枚


1952年11月魏茨曼逝世,以色列政府(总理本·古里安)曾邀请爱因斯坦继任总统,他谢绝了。他对以色列大使说:“我这样的人怎么能当总统呢?对自然,我算是了解一点,而对人,我几乎一点也不了解”。


图45  加纳2000年发行的世纪伟人爱因斯坦小型张,上面是爱因斯坦和以色列建国总理本·古里安。小型张上的文字是“爱因斯坦被邀请出任以色列总统”。


爱因斯坦拒绝是很明智的。实际上,这一邀请并不是真心的。就在邀请发出后不久,本·古里安就对人说:“告诉我,如果他接受了,该怎么办?我必须向他提供这个位置,因为不能不这样做。但是,如果他真的接受了,那么我们就会骑虎难下。”


生活的一面


爱因斯坦说话精辟隽永,言简意赅,饱含智慧和真知灼见。他的许多关于科学信念、人生哲学、世界局势或是对历史人物评价的言论,都已成为人们熟悉的格言。


图46  直布罗陀1998年发行了一套格言邮票,其中有一枚是爱因斯坦的一句格言“想象力比知识更重要”,上面附票上是德文原文。


作为21世纪最伟大的科学家,爱因斯坦不仅发现了狭义相对论(高速运动物质的性质)和广义相对论(引力作用论),还为量子论的初期做出了基础性的贡献。为了纪念他的成就,多国的钱币上都出现过爱因斯坦的头像。


1968年发行的5以色列镑纸币上印有爱因斯坦的肖像


1968年版以色列钞票,面额5兰洛特,正背面基色为青绿色,给人以宁静、深邃的意境。钞票正背面,用希伯莱文书写发钞行名、货币名,纸币图案显得简洁明快。钞票正面右侧是爱因斯坦肖像,蓬松的头发,炯炯的目光,睿智的表情跃然纸上;币图左侧是爱因斯坦侧面水印肖像,中偏左有一条双凸防伪金属线。在淡雅花纹衬托下,纸币上绘制了无数颗围绕中心同心圆球体旋转着的原子图,它们像在宇宙空间运行的星际天体,耀眼而明亮;中偏右深绿色背景轮廓恰似一盏实验烧杯,上面叠加了钞票面值“5”和线圈状原子图,烧杯外缘是一枝羽毛笔勾勒出的优美团状弧线圈,笔尖指向左侧形如地球的大原子图,笔杆则像弯曲的羽翎环绕在爱因斯坦肖像上。这枚钞票将爱因斯坦与科学元素巧妙组合在一起,精美的图面极富科学意境和艺术美感,以纪念这位犹太民族心目中的英雄。



中国人民银行于1991年发行了一枚爱因斯坦精制银币。该银币为世界文化名人金银纪念币系列第二组中之一枚。该银币为圆形精制银币,含纯银27克,成色92.5%,直径38.6毫米,面额10元,发行量为30000枚,由上海造币厂铸造。其正面图案为中华人民共和国国徽,并刊国名、年号;背面图案为科学家爱因斯坦造像,背景饰以质能方程等公式,环刊爱因斯坦中英文字样及生卒年份字样,并刊面额。


本文选自《物理》2005年第11期  原作者:秦克诚

中国印钞造币

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