爱因斯坦一生遗留的20谜

闲聊天 · 发表于 2007-9-5 08:40:34

据国外媒体报道，1955年4月18日，理论物理学家、相对论创立者阿尔伯特-爱因斯坦逝世，享年76岁。1915年，爱因斯坦广义相对论的终审稿出版，这是继狭义相对论之后，近代科学的又一个重大成就。1921年，爱因斯坦因其1905年发表的论文"光电效应"，即狭义相对论而获得诺贝尔物理奖。他的相对论理论是历史上最重要的科学著作之一。对于这位伟人，我们究竟知道多少。以下是国外媒体归纳的你该知道的有关爱因斯坦的二十件事。
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孩童时的爱因斯坦和他妹妹
    1．童年的爱因斯坦学习迟钝？     小的时候，爱因斯坦学说话很慢。事实上，爱因斯坦把所有的句子都要在脑子里过一遍，然后觉得没问题了才说出来。有记载显示，爱因斯坦直到九岁之后才不继续这么做。因此，爱因斯坦的父母常常觉得自己的孩子智力有问题，甚至还为此咨询过医生。他还对抗权威，导致一位中小学校长将他开除。他取笑历史，说他从来不需要知道这么多。但这些特点让他成了天才。大多数成人都认为，他对权威的过度轻蔑让他怀疑常规的至理名言。他说话慢让他对普通事情特好奇，比如时空。他的父亲在他5岁时给了他一个罗盘，以至于让他在晚年时还苦苦思索磁场的自然属性。他更喜欢想图像而不是文字。
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爱因斯坦75岁生日
    2．爱因斯坦学习不行？     一些研究人员声称发现了爱因斯坦童年时表现出轻微的孤独症症状，也叫艾斯伯格症候。剑桥大学孤独症研究中心的主任西蒙-巴伦-柯洪（Simon Baron-Cohen）就是其中之一。他在文章中声称，孤独症患者通常"有着很强的系统思维能力，但是情感比较冷淡"，这也可以解释为什么这种类型的人在数学、音乐或者绘画等学科中的系统思维能力突出。但是这看起来并不可信。爱因斯坦十几岁的时候就有很亲密的朋友，他们之间感情很好，爱因斯坦同样热衷参与大学组织的讨论，有很好的言辞交流，总之对待朋友很热情友爱。
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    3．爱因斯坦的数学不及格？     一个广为流传的说法是，爱因斯坦学生时代数学很差，经常不及格。这个说法出现在各种各样的用于激励学习不好的学生的书籍和网站。它通常这样开头，"大家都知道"。如果在Google搜索"爱因斯坦数学很差"的关键词可以得到超过50万的条目。这个说法甚至出现在一个著名的报纸专栏----Ripley 的"信不信由你"。是的，爱因斯坦童年确实有很多（对传统教育）有讽刺意味的轶事。但是这一件不是。1935年，普林斯顿的一位犹太学者拿着从 Ripley 专栏剪下的标题为《目前最伟大的数学家数学考不及格》的文章给爱因斯坦看时，爱因斯坦大笑不已。他回答说：“我的数学从未不及格，十五岁前我就掌握了微积分。”在小学的时候，他的数学就是班级的前几名且远远超过了学校课程的要求。爱因斯坦的妹妹回忆道，"在他12岁的时候，他就偏好解一些很复杂的应用算术。同时他决定尝试自学几何学和代数。父母给他卖了教科书，因此，他在暑假就能掌握这些课程。爱因斯坦不仅从课本上学习验证，同时试着自己去证明一些新定理，他甚至曾经用自己的方法证明了毕达哥拉斯定理。
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    4．爱因斯坦思考图形比文字好？     爱因斯坦的伟大突破来源于他大脑中的虚拟实验，而不是实验室。他们称之为“思维实验（Gedankenexperiment ）"。十六岁的时候，爱因斯坦就试着在大脑中勾画沿着光线奔跑的图像：如果你达到了光速，光波相对你来说就是静止的。但是按照有关电磁波的麦克斯韦公式，这是不可能出现的事实。他知道数学是自然语言，是用来描述她的奇迹的，所以他一直在设想怎样用数学公式来描述现实。因此，之后的十年中，爱因斯坦一直在做着他的思维实验，直到他找到狭义相对论为止。
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爱因斯坦参观威尔逊山天文台
    5．爱因斯坦想过把什么图形用于狭义相对论？     在其它事情中，爱因斯坦用图形描绘一辆火车两端出现雷击的情况。在路基上的人可能会看到雷击同时发生，但在快速行驶的火车上的人会觉得雷击在不同时间出现。因为火车在快速向前行驶，来自火车前头的雷击光亮比火车后头的光亮更早地到达他。于是他认识到同时是相对你的运动状态而言的，没有东西是绝对的同时。时间是相对的。因此就产生了狭义相对论。
    6．什么想法导致爱因斯坦想到了广义相对论？     他想象一个人在自由落体。为理解他所看到的，他想象一个人在封闭的电梯里自由落体到地面。在这么一个封闭的环境内，观察者发现他居然处于一个失重的状态，就如在太空中一样。如果他睡着了，过了几小时后他醒了过来，发现他还是处于失重状态，那么他根本无法判断他到底是在外太空还是还在进行自由落体运动。另一方面，想象一个女人在封闭电梯里向外太空加速上升，远离任何引力。她会觉得自己被拉向地面，就像被地心引力牵住一样。从地心引力和加速度公式考虑，爱因斯坦得出了广义相对论。
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    7．有思维图描述他的广义相对论吗？     他指出，地心引力是扭曲的时空。它可以由另一个思维实验来描述。想像一个滚动的保龄球滚进弹床的二维表面。当它滚过时一路将布卷起。然后再滚一些撞球。它们朝保龄球滚去，这不是因为它有神秘的吸引力，而是因为它卷起了弹床的布。现在设想一下在四维时空的布里会发生什么，当然，这不容易，但爱因斯坦能行。他能提出重力场方程式，表示物质如何弯曲空间和弯曲的空间如何让物质移动。
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    8．哪年是爱因斯坦的奇迹年？     1905年，爱因斯坦大学毕业，没上博士也没从事学术工作。于是，他在瑞士专利局谋了一份临时工作。这一年，他利用余暇写成了四篇研究论文，发表在当时重要的物理刊物《物理学杂志》上。第一篇论证了光具有粒子性又具有波动性，并解释了当固体受光照射而发射电子的光电效应。第二篇阐明了分子和原子的存在。第三篇引进了狭义相对论，表明时空不是绝对的。第四篇第一次表达了著名的质能公式：E=mc2。这四篇论文是一位倾其一生从事研究的物理学家一段生涯中所作出的不可磨灭的成果。为此，许多科学史家把1905称为奇迹年。
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爱因斯坦陪女儿玛戈特与准女婿登记结婚
    9．当时爱因斯坦的个人生活如何？     塞尔维亚人米列娃（Mileva Mari）是大学里他上物理课的惟一女生，她帮他检查他的数学。他俩热恋地相爱，并生有一个非婚生女儿。不过爱因斯坦并没有见过她，而且这个女儿的命运至今是个谜。后来，他们俩结婚，并生有二个儿子。最后，他们的关系破裂，爱因斯坦要求离婚。他给她的离婚协议是：1905年的论文中假定有论文最终获得了诺贝尔奖，如果她愿意离婚，他就把资金给她。她想了一周，同意了。因为爱因斯坦的理论是如此激进，直到1922年他才获得诺贝尔奖，全给了她。
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    10．米列娃值得当成真正的合作者吗？     的确，她帮了数学上的忙。她容忍了他，但仔细分析他们所有的信件和后来的声明，说明这些概念全是爱因斯坦的。然而，还是要佩服她，在那时，一个女人想成为一位物理学家，要克服多大的阻力。     11．相对论是如何被认可的？     科学家一开始不能确信广义相对论是否对。但爱因斯坦提供了一个生动的实验。在1919年5月29日日蚀出现时，远征巴西北部和非洲西部沿海的普林西比岛进行考查的几队英国天文学家，观察到日食表明光线接近太阳时的弯度和爱因斯坦预测的完全一样。该年年末在伦敦举行的皇家学会和皇家天文学会的一次历史性联合会议上的报告，爱因斯坦的相对论得到了完全的证实。爱因斯坦由此声名鹊起，成了科学超新星和人道主义的偶像，相对论也成为家喻户晓的名词。     12．为何爱因斯坦如此久才获得诺贝尔奖?     他1905年的论文被认为不可理解和不能证实。1909年10月，德国著名化学家奥斯特瓦尔德首先提名爱因斯坦为1910年诺贝尔物理学奖候选人，推荐理由是爱因斯坦狭义相对论的伟大贡献。以后他又于1912年、1913年再度提名爱因斯坦。那时反对相对论的势力很强，评奖委员会没有把奖给爱因斯坦情有可原。1912年，德国物理学家普林斯海姆推荐爱因斯坦（推荐理由还是他在相对论方面的成就）为获奖候选人时，写了一句很有分量的话：“我相信诺贝尔奖委员会很少有机会为一件具有类似意义的工作而颁奖。”但诺贝尔奖委员会因为还有不少人（但都不是一流科学家）反对相对论而犹豫不决，导致当年的诺贝尔物理学奖空缺。 1919年，许多以前获得诺贝尔奖的科学家继续提名爱因斯坦，但是对于广义相对论，却又建议等到1919年5月29日的日食观测的结果出来以后再说。由于结果在1919年9月6日才正式公布（爱因斯坦的广义相对论被证实），结果1919年的物理学奖授给了“发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用光谱线的分裂现象”的德国的斯塔克。 1920年有更多的科学家提名爱因斯坦因广义相对论而获奖，因为1919年已经由观测日食证实了广义相对论的一个预言。结果1920年诺贝尔物理学奖在哈瑟伯格（Bernhard Hasseberg）的坚持下，授予了瑞士裔的法国一位冶金学家纪尧姆，原因是“发现镍钢合金的反常性以及它在精密物理学中的重要性”。几乎所有的物理学家包括纪尧姆自己对这一决定都大吃一惊，只有法国和瑞士人高兴。这一决定让不少人摇头。 1921年没颁奖给物理学。1922年，推荐信又陆续寄到了委员会，推荐爱因斯坦的著名科学家越来越多。普朗克建议，1921年的物理学奖补发给爱因斯坦，1922年的给玻尔。于是，委员会决定绕过相对论这个“争论太多”的障碍，直接以光电效应定律的贡献把1921年空缺下来的物理学奖授予爱因斯坦，而将1922年的授予玻尔。
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    13．爱因斯坦理论有什么文化冲突？     近三个世纪以来，牛顿的呆板宇宙形成了教化和社会次序的心理基础，有因有果，有秩序和责任。如今以时空作参照来看待宇宙，显然这成了异教。而且，相对论间接地与道德、艺术和政治的新相对主义有关。因此，这绝对不可信，不仅时空还有真理和道德都不可信了。想象一下打破成规到处风起云涌，毕加索、弗洛伊德、勋伯格和其他人纷纷打破传统禁固。同样，带时空的宇宙观亦给此沉闷气氛注入了新鲜空气。
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爱因斯坦走过普林斯顿大学校园
    14．爱因斯坦是一位道德相对主义者吗？     爱因斯坦被认为许多方面的相对主义者，道德方面也不例外。在所有爱因斯坦理论下，包括相对论，探索的就是确定和绝对。事实上，他的极品是变异论而不是相对论。     15．爱因斯坦以犹太人身份在他的生活和成就中扮演什么角色？     他与犹太人的关系是他生活中最强大的联结，即使他不拥挤宗教仪式。爱因斯坦的父母都是犹太人。因为他是犹太人，因而被德国纳粹分子列为重要的迫害对象，幸而他1932年底离开德国到美国讲学，才未遭毒手。他反对法西斯灭绝犹太人的暴行，为争取犹太人的生存权利而大声疾呼。但他也反对狭隘的犹太民族主义，希望看到犹太人“同阿拉伯人在和平共处的基础上达成公平合理的协议，而不希望创立一个犹太国”。     16．爱因斯坦相信上帝吗？     是的。他虽然以客观自然的方式定义上帝，但他十分相信上帝。他的著作中反应了自然法则与所有存在的美丽都和谐一致。他还曾调用上帝。比如，爱因斯坦曾经说过："上帝不掷色子。"他这句话是针对量子物理而说的。量子物理中有一条非常重要的测不准原理，它彻底打破了"决定论"的物理学，而爱因斯坦恰恰是支持决定论的，这与爱因斯坦的宗教信仰有关。爱因斯坦并不是一个狂热的信徒，但他始终相信上帝的存在(不一定是某个宗教的上帝)。当你直接问他是否相信上帝时，他总是强调他信。
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爱因斯坦在伦敦演讲
    17．爱因斯坦理论还被认可吗？     是的。爱因斯坦的理论遍布现代科学，从无限小到无穷大，从最小事件的光子喷射到最大事件的宇宙扩张。他的伟大成就一个世纪之后，我们还生活在他的世界里。光电细胞和电视，核能和激光，太空旅行和半导体，他都染指过。他写信给罗斯福总统建造原子弹，结果我们知道蘑菇云的样子。他1905年的二大理论----量子理论和相对论，引导我们进入了20世纪。
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爱因斯坦宣誓当美国公民
    18．爱因斯坦反对量子力学吗？     爱因斯坦并没拒绝接受量子力学，只是认为它不完备。主要是它明显的缺乏因果性，以及与宏观物理学原理的不相容。我们的宇宙都是该被完美的物理理论所描绘出的，而量子理论出现了不可预测性，这让爱因斯坦困惑终生。爱因斯坦认为，量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述，是一种唯象理论，它本身不是终极真理。他说过一句名言：“上帝不会掷色子。”
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爱因斯坦参观威尔逊山天文台
    19．爱因斯坦有何政见？     爱因斯坦说自己是和平主义者和人道主义者，晚年成为民主社会主义者。他曾经说：“我认为甘地的观点是我们这个时期所有政治家中最高明的。我们应该朝着他的精神方向努力：不是通过暴力达到我们的目的，而是不同你认为邪恶的势力结盟。”他催促建造原子弹，但后来带头发起运动，极力想办法来控制它。正如他寻求科学的统一理论一样，他寻求世界联邦政治。他相信自由思想和演说的价值，他极力藐视权威，导致他成一个坚定的麦卡锡主义(指美国共和党参议员 J.R.McCarthy于1951-1954年间发动的反共以及迫害民主进步力量的法西斯行经)的反对者。     20．他反对麦卡锡主义，爱因斯坦最后醒悟了吗？     爱因斯坦没有怀恨而死。他理解美国自由。1955年在他临终之时，他在以色列独立日发表演说，今天的你不是美国人，也不是犹太人，而只是人类。

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