【國際愛心人物】


愛因斯坦—人類良知的20世紀最偉大科學家


■侯忠貞 編譯


  愛因斯坦(Albert Einstein 18791955)是德國猶太人,個性木訥寡言,喜歡靜思。大學畢業後在瑞士專利局擔任技術鑑定工作,業餘專心研究物理學,把畢生時間奉獻給物理學的理論研究。


  他重新思考物理學的基本概念,並做了本質上的變革。他在理論上的突破,開闢了物理學的新紀元。他的量子理論,對理論天體物理學具有很大的影響。他的相對論成功的揭示了能量與質量之間的關係,解決了長期存在的恆星能源來源的難題。他創立了相對論宇宙學,建立了靜態有限無邊的動力學宇宙模型,並引進了宇宙學原理、彎曲空間等新概念,大大推動了現代天文學的發展。


  愛因斯坦不僅是一位偉大的科學家,也是有高度社會責任感的人。他一生主張和平與反對戰爭,二戰後他呼籲人們團結,防止新的世界大戰爆發。


  在世人的眼中,愛因斯坦不僅被稱為20世紀的哥白尼,更是世界的良知和人類精神道德的楷模,超越時間、空間的偉人。


 


討厭學校軍隊的小孩


  1879年3月14,艾伯特˙愛因斯坦誕生於德國烏姆的一個猶太商人家庭。。父親赫曼和叔叔雅各一起經營電器化工廠。因生意經營不善,他1歲多時全家遷往慕尼黑。赫曼熱愛文學,常在晚上為全家高聲朗誦詩人席勒和海涅的作品。


  愛因斯坦的母親寶琳˙科克,賢慧能幹,家境富裕,喜愛文學,鋼琴造詣高。


  愛因斯坦兩歲時還不會說話,父母也懷疑他可能有點不正常。開口說話之後,他始終沉默寡言,從不和其他孩子一起玩。他也不喜歡像賽跑、跳高之類的任何費力運動。從小他就傾向於孤獨,常獨自一人做白日夢或沉思。


  愛因斯坦最討厭玩扮演軍人的遊戲,每次和父母經過軍隊旁邊,他總會大哭不已。他看到的是一群像機器般被迫前進的隊伍。


  5歲時,愛因斯坦就讀公立天主教小學。數學老師很喜歡他,其他課的老師常批評他,因為他寧願受罰也不要死背。他越來越討厭使個人無法發展自己本性的學校生活。


  1888年,愛因斯坦進了路易斯堡中學,他不喜歡強迫記憶的教學方法,對於像軍事訓練般的嚴格管理更是反感。


文學音樂科學3支柱


  愛因斯坦5歲時,父親送他一個羅盤,它那根神秘的指針始終指著固定的北方。他那小小的心靈完全被老是指著南北方向的針迷住了。他後來向每星期三到他家吃晚飯的俄籍學生塔路米說,那是他生命中「第一個最感興趣的神奇現象」。


  塔路米是慕尼黑大學醫科學生,比愛因斯坦大11歲,他推薦愛因斯坦讀阿隆˙伯因斯坦的「通俗科學大系」。這套21本的科學叢書,幾乎包羅了所有與自然間相關的一切問題。愛因斯坦讀後受益良多。


  愛因斯坦的科學興趣是在家裡養成的。他的叔叔雅各是工程師,他教愛因斯坦代數和幾何。愛因斯坦12歲時自己想了三天證明出「畢氏定理」,從此迷上幾何學。


  父親教他欣賞文學,母親帶他進入音樂世界,叔叔為他打開了偉大的科學之門。文學、音樂和科學,成為塑造愛因斯坦偉大成就的三根支柱。


  然而對他影響最大的是,12歲左右時塔路米推薦給他的第1本有系統的幾何讀本。他感謝塔路米幫他發現了第2個神奇─幾何學。


  愛因斯坦6歲開始學小提琴,小提琴也成為他日後的隨身伴手。


蘇黎世理工學院


  愛因斯坦15歲時,父親生意倒閉搬到義大利的米蘭。愛因斯坦留在慕尼黑讀高等學校,經過半年孤獨的煎熬,他沒等到中學畢業就到米蘭和父母團圓。


  1896年,愛因斯坦進入蘇黎世聯邦理工學院師範系就讀。他的目標是找出了解自然律的最簡單規則,因此自己閱讀這個領域裡偉大發現者的原著,貪婪的吸食這些理論的精髓。這使他學到了如何建立數學架構來完成物理的結構。


  父親的生意又宣告破產,愛因斯坦只能靠舅舅每個月100法郎的資助。他每月要省下20法郎當瑞士的國籍費用,生活相當艱苦,經常一天只喝一杯牛奶,吃一片麵包;衣服襤褸、破鞋開口,他都無所謂。


專利局─鞋匠的工作   


  1900年秋畢業,1901年取得瑞士國籍。經由大學同學格羅斯曼父親之介紹,愛因斯坦1902年到伯恩的瑞士專利局工作。


  這是愛因斯坦重要的轉捩點。他有了正式職業和13500法郎的固定收入,可以專心做科學研究。他在專利局當3級技術員,負責初審所有的發明報告,他必須把那些通常寫得很含糊的專利申請書,改寫成清晰而確定的形式。這使他完整的學到許多新奇而有趣的觀念。


  愛因斯坦說他的本職是科學家,研究疲倦就做專利局的工作。他曾說:「每一個科學家都應有一個像鞋匠一樣的工作。」專利局對他而言正是這種工作,他45小時就做完一天的工作量,剩下的上班時間,用來做數學運算和研究。


  那年秋天,他的父親在米蘭病逝。19031月,愛因斯坦在伯恩和他在蘇黎世理工學院的匈牙利同學米列娃結婚。


  這個時期,愛因斯坦專注於光速的研究。經過千百次的努力仍一無所獲,終於在同事貝索的鼓勵下,有所發現。


  愛因斯坦認為沒有絕對靜止的以太,我們應以「一切都是相對的」來觀察事物。經過苦心研究,他發現了「光速」,且光速固定不變。


劃時代的發現─狹義相對論


  1905,愛因斯坦26歲,在沒有任何名師指導,缺乏研究的儀器和資料下,他利用一切空餘的時間,完成了6篇革命性的劃時代論文,震撼了科學界。 


  其中一篇《分子大小的新測定方法》,是他得到蘇黎世理工學院博士學位的論文。他和貝索在飲茶討論博士論文題目時,覺得加糖攪拌後,茶的濃度增加,攪拌起來比較費力。當晚他就一直細想這是否跟糖分子的大小有關?終於定出這篇論文。


  3月發表《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》的光量子理論論文。「光量子」理論把1900年普朗克創立的量子論大大推進一步,揭示了微觀世界的基本特徵,即光具有粒子又是波動的雙重性質。這解釋了很多物理學家困惑多年的謎題。


  《光的輻射和能量》是解釋「光電效應」的論文。由一個嶄新的角度來探討光的輻射和能量。17年後這篇論文使他獲得諾貝爾獎。


相對論改變宇宙觀 
  最重要的一篇《論運動物體的電動力學》,就是所謂的「狹義相對論」,愛因斯坦提出了兩個原理:光速恆定以及相對性原理。這兩條原理有著驚人的推論,它根本地改變了牛頓的時空觀、改變了人類對宇宙的看法。支配全世界達2 世紀之久的牛頓物理學,被一位26歲的無名青年推翻了。
  用通俗的例子來說,一卷錄音帶,如果在地面的收音機裡播放,需一個小時;在飛快速度的飛船裡,飛船裡的人測定也是一個小時。但是如果是地面人員用自己的鐘錶,測定飛船中錄音帶播放完的時間,根據牛頓的絕對時間理論,應該也是一小時;但是愛因斯坦認為應該是一個多小時,時間是相對的,不同情況下測量的時間長度是不一樣的。
  根據同樣的假設,愛因斯坦又提出了論文《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》,即相對時間與質能等價定律。如果一堆物質放在一起,形成或分裂成另一種物質,而伴隨著產生動能或放射能,變化之後的質量將少於變化前。愛因斯坦得到的公式是:E=mc2。E表示能量,m表示質量(重量),c是光速(公分/每秒)。即宇宙間一切物質,都具有與重量乘以光速平方的能量。光速c是個極大的數字,平方之後,即使很少的質量也可以轉變成極大的能量。這個質能關係,是有史以來能夠解決太陽何以能發射出如此無窮盡能量的第一個理論。


初任教授 走向輝煌


  1908年,愛因斯坦先在伯恩大學當沒有薪水的「編外講師」;1909年在蘇黎世大學當特任教授。


  1911年,奧匈帝國的布拉格德國大學聘他當物理學教授。他非常受學生歡迎,學生任何時候有問題都可去找他。在布拉格的一年,他以一所歐洲最古老最著名大學教授的身分,參加各種宴會和活動,出席各種集會和會議,開始擺脫困境走向輝煌。


  這一年,愛因斯坦參加在布魯塞爾召開的第一屆索爾維物理學會議,討論近代物理學的危機。幾位歐洲最著名物理學家也應邀出席,有德國的普朗克、居禮夫人、朗吉文、拉塞福、羅倫茲等人。愛因斯坦是此次會議最燦爛耀眼的明星,他被指定為最重要的壓軸報告人。


光線會轉彎


。。1911年他發表了《萬有引力對光線傳播的影響》的論文。他在結論說,光線在萬有引力場中會被迫彎曲,必定會有一種偏折使光線朝內彎曲。由於光速太快,這現象要很大的星球和很長的距離才看得出來。他想到最近的大星球就是太陽。可是太陽那麼亮,白天所有的星星靠近太陽時都看不到,唯一的機會只有趁著日全蝕,觀察靠近太陽的恆星,才可以測出星光受太陽的影響而偏折。


   1912年,他回到蘇黎世理工學院擔任理論物理學正教授。他的老同學格羅斯曼在此當系主任。


  為了發展廣義相對論,他先求教於布拉格大學數學家好友皮克,每天專心攻讀數學2小時,使他的數學知識能對相對論的理論予以擴展和加深。


  他在蘇黎世從格羅斯曼那兒學到了微分幾何等高等數學。1913年兩人合作發表重力理論基礎的論文《廣義相對論和引力理論綱要》。


皇家學院變活潑了


  1913年,德皇威廉二世成立了威廉皇家學院,愛因斯坦應邀主持皇家學院的物理研究所,還擔任普魯士科學院院士,兼任柏林大學教授。


  皇家學院每星期有一次物理學討論會,討論物理學最新的研究和發展,讓不同領域或機構的物理學家交換意見。與會者除了愛因斯坦、普朗克及能斯特之外,還有X光晶體繞射的發現者馬克斯˙勞厄;發現特殊顏色的光可以由高速的電子撞擊產生的詹姆士˙法蘭克及赫茲;還有唯一的女性、在放射現象方面有偉大發現的麗慈˙梅特娜。


  由於愛因斯坦的參加,討論會變得生氣蓬勃。他按時參加每一次討論會,他總是把自己的想法率直地提出,然後綜合歸納成一個概念。他不怕被認為無知,常問一些別人會認為很天真的問題。1933年他離開柏林後,討論會就變得死氣沉沉了。


  愛因斯坦到柏林不到4個月,第一次世界大戰就爆發了。92位德國藝術科學界代表連署了「92名德國知識分子宣言」,向全世界聲明德國絕未發動侵略戰爭。愛因斯坦拒絕簽署。


  戰時柏林糧食缺乏日益嚴重,還好他在柏林有個舅舅,能在其家中搭伙。在舅舅家裡,他再度和幼年在慕尼黑一塊長大的表妹愛爾莎相逢。他們兩人的母親是姊妹,他們是表兄妹;而他們的父親又是堂兄弟,也是遠房的堂兄妹。


  守寡的愛爾莎和兩個女兒住在娘家。她的性情十分和善,愛因斯坦常到他們家去,他在那兒嘗到久違的家庭生活。幼時的玩伴,總有聊不完的童年趣事。愛因斯坦經常去找她。


廣義相對論推翻牛頓理論


  愛因斯坦不斷改良他的重力理論,1915114他向柏林科學院提出有名的「廣義相對論」;接著於19163月完成了總結性論文《廣義相對論基礎》,這篇論文是20世紀理論物理研究的高峰。其中斷言太陽的重力場會使通過太陽附近的星光彎曲,但是平常陽光太強無法觀測。不尋常的主張自會引起爭論,他提議在日全蝕時拍下太陽的照片,就可以證明是否正確。


  1919529的日全是驗證的機會,英國派了兩支測量隊到西非和巴西攝取日蝕的圖片,這些照片證明光線經過太陽附近時,確實有些微彎曲的情形,和愛因斯坦所預測的相同。探測隊測出星光偏折的角度是1.64秒,愛因斯坦預言的是1.75秒。


  英國皇家學會長、著名物理學家湯姆生爵士主持探測結果發表會,他稱愛因斯坦的理論為「人類思想史上最偉大的成就之一」,是牛頓發現運動三大定律以來人類有關萬有引力的最偉大創見。


  隔天,倫敦泰晤士報以頭版大標題「科學革命—牛頓的理論被推翻了」,愛因斯坦一夕之間成了世界名人。


  有愛因斯坦這樣一位傑出的親戚,令愛爾莎非常歡喜和驕傲。19192月,愛因斯坦和米列娃正式離婚後,6月便和愛爾莎結婚了,他們帶著愛爾莎的兩個女兒,住在哈貝蘭特街5號的公寓裡。


  愛因斯坦公開參加猶太民族主義及反戰運動,德國的知識分子和教授開始組織起來反對他,無所不用其極想剝奪他的成就。各種批鬥大會如火如荼在各地舉行。德國教育部長韓尼希寫信給愛因斯坦,要他不要因這些攻擊而被擾動,希望他留在德國。愛因斯坦回信答應可能的話一定留在柏林,還決定歸化為德國公民。


歐亞之旅 新大陸旋風


  對愛因斯坦的惡毒攻擊,反而使每一階層的人都對他的理論發生了興趣。許多國家邀請他去演講,他也願意出去接觸新的人群。


  愛因斯坦到荷蘭萊頓大學、捷克布拉格大學、奧國維也納演講,場場爆滿,民眾很高興能親睹這位科學奇才。


  戰後德國的極端反猶情緒,促使愛因斯坦於1921年決定公開支持猶太民族主義運動。愛因斯坦接受猶太民族運動領袖魏茨曼的邀請一同訪問美國募款,希望在巴勒斯坦建立猶太國家及希伯來大學。 


  19214月的一個早晨,愛因斯坦夫婦抵達紐約港碼頭,記者們爭先恐後擁上船提出各種問題。受訪後,愛因斯坦夫婦乘汽車進入紐約市,沿途擠滿了熱情歡迎的民眾。他打趣說:「紐約的婦女每年流行不同的時尚,今年流行的是相對論。」


猶太人的精神領袖


  愛因斯坦參加猶太復國主義者在全美各地的募款聚會,美國的猶太人把愛因斯坦看成是他們的精神領袖,心中充滿了驕傲和狂喜。他和魏茨曼到克利夫蘭時,猶太商店全都停業,加入由火車站到市政廳的遊行行列。


  愛因斯坦在哥倫比亞大學和紐約市立大學七場演講後。59,他接受普林斯頓大學頒授榮譽博士學位,校長希本致詞說:「讓我們向獨自航行於思想海洋上的科學哥倫布致敬。」


  應英國政治家哈丹爵士之邀請,愛因斯坦回程順道訪問英國。他到皇家學會演講,化解了英國人對德國人的敵意,獲得響徹講堂的掌聲和歡呼。


  6月回到柏林,他發現德國已陷於危險境地。飢荒引發不斷的街頭暴動;而納粹勢力日益強大,暗殺事件層出不窮。19226月,德國外交部長拉特諾被激進學生刺死,這是右派革命的開始。


(待續.....)



193114,愛因斯坦在帕沙迪那威爾遜山天文台總部的卡內基研究所講課,他在黑板上寫下了銀河密度的公式。(美聯社)
本文摘選自《愛心世界季刊‧2011秋季號018期》


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  • Cavendish
  • 除了偉大的個人科學家,人類歷史上也有一些偉大的科學團隊,匯聚眾人之智的力量與個人努力的成果,結果並不一樣。
  • 訪客
  • 愛爾沙是表堂姐才對 她比愛因斯坦大三歲 只能說中文圈就是兄妹獨大 什麼都兄妹優先認知翻譯 表姐弟經常被誤認為是表兄妹 但表兄妹就不會被誤認為表姐弟 實際去查出生年份就知道女方比男方大了 每次也只會說表兄妹能不能結婚的話題 好像這世界沒表姐弟一樣 呵呵 超不公平的