爱因斯坦
历史学家阿道夫·冯·哈纳克(Adolf von Harnack)曾经宣称:“人们抱怨我们这一代没有哲学家。这很不公正:只不过是今天的哲学家出在另一个学科,他们的名字是普朗克和爱因斯坦。”
爱因斯坦不仅过去是而且现在也仍是一个令人费解的现象。传记作家徒劳地试图解释一个人如何能够在如此短的时间内(1905年一年内,这一年常被称为爱因斯坦的“奇迹年”)取得这么大的成就。当时他26岁,刚刚结婚,是瑞士专利局的一个小职员。他没有学位证书或实验室,科学界对他完全是一无所知。他在空闲时间——空闲时间!——写作!他写了五篇简短的论文,并将它们提交给柏林的月刊《物理年鉴》。
这五篇论文震撼了全世界。在第一篇论文中,爱因斯坦建立了新的原则来确定分子的大小。在第二篇文章中,他摸索出布朗运动的数学,布朗运动是分子的一种不平稳运动,曾困扰科学家75年。他的第三篇文章解释了光电效应,通过假设光由离散的能量包组成,这些能量的行为既是波又是粒子,为此他获得了诺贝尔奖。第四篇文章处理狭义相对论,在这篇文章中他修改了我们的时间和空间的基本概念,通过表明光是一个常数,所有对时间、质量和运动的测量都是相对于观察者。第五篇也是最后一篇文章指出,质量和能量是等价的,任何物质的粒子都可以被转换成一个巨大的能量。这一想法的符号化表示就是公式E=mc2,它也是原子时代诞生的象征。
关于爱因斯坦理论的后续工作逐渐表明,他已经给了我们一个我们可能永远不会想到的奇怪的世界,一个包含第四维的宇宙,在那里时间会加速和减缓,时间旅行实际上是可能的;一个会像气球一样缩小和扩大的宇宙;一个疯狂的世界,在那个世界,你乘坐的飞机不会降落在机场,而是机场降落到你的飞机上。
爱因斯坦小的时候与常人并没有什么两样。1879年,他出生在德国西南部乌尔姆市。他的父亲赫尔曼·爱因斯坦(Hermann Einstein)和母亲保利娜·科赫(Pauline Koch)都讲施瓦本方言,这成了爱因斯坦的母语。赫尔曼开了一家生产电器设备的工厂,后来生意失败,全家搬到了慕尼黑。在那里有段时间公司业务蓬勃发展,爱因斯坦能够住进郊区带有树木和花园的家。赫尔曼是一个沉稳的、乐天知命的人,一个勤奋的人,他喜欢他的家庭,花很多时间与家人去乡下郊游,在那里他会在小酒馆停下,买点啤酒,慢慢咀嚼萝卜和香肠。母亲是位钢琴家,她对音乐的热情全都传给了自己的儿子。
爱因斯坦最初所受的教育是在他家附近的一所天主教小学。他有一个习惯,就是回答问题前先要停下来把问题想透了,而这在他的老师和家人眼中则觉得是他可能有智障的一个迹象;而且,他说话也慢,所以他的老师断定他日后不会有什么出息。赫尔曼曾问过学校校长自己的孩子未来适合干什么职业,校长告诉当父亲的:“无所谓干什么,因为他干什么都不会成功。”
爱因斯坦进入天主教学校五年,然后转学到了慕尼黑的路易博德文理中学,这年他10岁。六年来,他学习拉丁文和希腊文,历史,地理,数学。他还发现,没有比要求死记硬背和惩罚更糟的教育体系。“这种对待会破坏学生身上健康的感情,诚信,自信。”他没有拿到毕业证就离开了路易博德文理中学,显然是被赶走的,因为现存的一份通知上写道:“你在课堂上的表现具有破坏性,会影响其他同学。”
1895年秋季(16岁),他被瑞士苏黎世理工学院录取。他热爱科学,而学校里也正好有科学教师可以激发他,然而他的物理学教授最终对他的冷淡变得不耐烦,并建议他去学习医学、法律或文学——随便什么都行,只要他放弃物理学。“你是一个聪明的年轻人,爱因斯坦,但你有一个问题,”他被告知,“他人无法告诉你任何东西。”尽管如此,爱因斯坦仍在努力钻研,吸收了大量科学知识。
1902年6月,他被伯尔尼专利局聘用,并在那里工作了七年。每天早上他都会从他的单身公寓走路去上班,午饭就在办公桌上吃,午饭是自带的;做完他的本职工作,每天仍有多达8个小时可以想他的物理学。他也开始去想一个漂亮的黑头发的女孩,她叫米列娃·马里奇(Mileva Marić),是来自萨格勒布的一个学习物理的学生。他们住的地方非常近,就在同一栋楼,他们一起研究,发展出了友谊,后来则成为情侣。1903年1月他们喜结良缘。随着时间推移,两个儿子汉斯和爱德华也来到了这个世界上。
爱因斯坦于1909年离开专利局,开始从事教学,先是在苏黎世大学,接着是在布拉格大学。1914年春天,他接受了柏林大学物理学教授一职。第一次世界大战期间,他仍然躲藏在柏林,紧张地研究引力。1916年,他发表了一篇论文,题为“广义相对论的基础”。在这篇文章中,他摧毁了牛顿的引力概念,认为引力是巨型物体创造的时空弯曲的结果。他指出了可以验证他的预言的方式,1919年伦敦皇家学会宣布,他的理论已在日食期间得到证实。有了这一确认,几乎是在一夜之间,他就成为一个世界著名人物,他接受了这个事实,只要它不干扰他的工作。
他与米列娃的关系开始恶化;战争结束后,米列娃返回苏黎世,她的后半生都在那里度过。两人于1919年正式离婚。爱因斯坦在1919年的夏天迎娶了他从小就认识的表姐埃尔莎(Elsa)。一位朋友写道:“他们的婚姻,当它发生时,似乎对他们两个来说是世界上再合适不过的事。”他们安静地生活在柏林,带着她上一桩婚姻留下的两个女儿。
在这些年里,他广泛游历,就他的物理学理论进行讲学。他通常都会坐火车到达要去的一些城市,手上拎着他的小提琴。1933年希特勒上台时,爱因斯坦正在加利福尼亚。在回柏林的路上,爱因斯坦被告知,纳粹警察洗劫了他的夏季别墅,没收了他的帆船。飞机降落在比利时,他前往德国大使馆,宣布放弃了他的公民权。他们短暂定居在比利时,然后搭船前往英国和美国。新泽西州的普林斯顿成为他们的新家园,爱因斯坦的余生都在高等研究院工作。每天他都会步行一英里到他的办公室,在那里研究他的统一场论;他演奏他的小提琴,并在附近湖上划小帆船。他于1941年成为美国公民,不过他承认,他仍然觉得自己更像是一个欧洲人。
但他承受的考验,给他带来了深刻的变化。一位朋友写道:“好像有什么东西让他变得迟钝。阳光下,他坐在椅子上,指间扭动着头上的白发,像梦游般说着话。他再也没有笑过。”
埃尔莎于1936年去世,他再次成为一个人。他说自己就像“一头住在自己洞穴里的熊”,沉浸在他的工作中。他的朋友利奥波德·英费尔德评价说:“似乎对爱因斯坦来说,生死之间的差异仅仅是能研究物理学和不能研究物理学的区别。”
尽管名声远扬占去了他的时间,他仍在继续研究他的统一场论。在普林斯顿默瑟街的生活还是不错的。白天去研究院,晚上与朋友或弹钢琴或阅读。陪伴他的是他多年的秘书,名叫玛戈的继女,和他的妹妹玛雅。最后,他的健康恶化,他得了动脉瘤。慢性疼痛迫使他放弃划船,抽烟,直至放弃拉小提琴。1955年4月18日,他在普林斯顿大学医院的睡眠中静静地离开了这个世界。
虽然他大部分时间思考的都是物理学,但他也默认自己是一个哲学家。“与其说我是一个物理学家,不如说我是一个哲学家”,他曾这样说过。但他不是他鄙视的那种传统哲学家,那些哲学家试图用长长的单词表达无法表达的内容。他是一个追寻真理和智慧的哲学家,唯一的激情就是去认识世界。用他自己的话来说就是:“我对这种现象或那种现象,或者是这一元素或那一元素的光谱不感兴趣,我想知道的是上帝的想法,其他的都无足轻重。”
爱因斯坦总是迷惑于数学结构的简单和美感,他敬畏麦克斯韦场方程,甚至包括他自己的物理学理论。他的朋友菲利普·弗兰克曾这样说过:“爱因斯坦的宇宙宗教一直是,相信存在着具有伟大的美和概念简单性的符号系统,从中观察到的事实可以被逻辑推导出来。至于系统看起来像什么、使用的符号是什么,都不要紧。”
仔细注意这两个词“符号系统”。爱因斯坦的目标——事实上也是所有科学的目标——是确切地了解:人类的心灵怎样才能发现真正发生的是什么。对爱因斯坦来说,这个问题极为重要,他清醒地认识到,这个问题是他工作的核心。
这个问题的答案令人不安。首先,我们必须记得,爱因斯坦是一个彻底的经验主义者。“关于现实的一切知识,都是始于经验并终于经验”,他说。关于我们真实的世界,纯粹的逻辑思维(没有来自感官的信息),什么也没有告诉我们。
但是,一旦通过观察建立了经验模式,心灵就可以用数学去捕捉和符号化那些模式。数学符号删除了来自感官知觉的现象,将其转换成精确的抽象方程;爱因斯坦认为,只要数学公式保持不变,它们就可以被接受为不只是有效的,还是客观真实的。
因此,爱因斯坦的信念就是,只有通过数学,世界的结构才可以被理解。但数学并不是真实的,它们“不属于这个世界”,它们是人的心灵创造的并栖息在人的心灵中的概念。数学是符号性的。因此,只有通过符号,动态现实世界的真相才可以被人类智慧所理解。科学家在“观看”现实时,他们不是在看世界,而是在看符号。正如玻尔提出的,科学“是一种纯粹的符号过程”。数学符号“永远不会描述自然本身”,詹姆斯·金斯爵士说。“我们的研究永远不会让我们与现实接触。”阿瑟·艾丁顿爵士宣称。
爱因斯坦对这一结果并不满意。它使得理性精神不快;发现我们必须隔着巨大的符号距离去研究这个世界,是一种屈辱。爱因斯坦渴望了解世界的真相——最终和最后的真相。但几乎每个人,包括科学家和外行在内,都已放弃了试图把握物理现象的深层含义。物理学家可以在成功地创建了一个数学公式时,理直气壮地为之欢喜。但是,显然,爱因斯坦既不是第一个也不是最后一个觉得关于“现实”一定有比抽象方程更多的故事的人。