第八章 爱因斯坦的宇宙
,谁都不会什么都懂。科学家快要发现自己在粒子和反粒子的汪洋大海里漂浮,东西瞬间存在,瞬间消失,使毫微秒时间也显得十分缓慢,平平常常,一切都是那么古怪。科学正从宏观物理学向微观物理学转变。前者,物体看得见,摸得着,量得出;后者,事情倏忽发生,快得不可思议,完全超出了想像的范围。我们快要进入一个量子时代,而推动其大门的第一人就是那位迄今为止一直很倒霉的马克斯·普朗克。
1900年,普朗克42岁,已是柏林大学的理论物理学家。他揭示了一种新的quot;量子理论quot;
,该理论认为,能量不是一种流水般连续的,而是一包包地传送的东西,他称其为量子。这确实是一种新奇的概念,而且是一种很好的概念。从短期来说,它能为迈克尔逊-莫雷实验之谜提供一种解释,因为它表明光原来不一定是一种波动。从长远来说,它将为整个现代物理学奠定基础。无论如何,它是第一个迹象,表明世界快要发生变化。
但是,划时代意义的事件--一个新时代的黎明--要到1905年才发生。当时,德国的物理学杂志《物理学年鉴》发表了一系列论文,作者是一位年轻的瑞士职员。他没有上过大学,没有用过实验室,通常跑的也只是伯尔尼国家专利局的小小图书馆。他是专利局的三级技术审查员。(他申请提升为二级审查员,但遭到了拒绝。)
他的名字叫阿尔伯特·爱因斯坦。在那个重要的一年,他向《物理学年鉴》递交了五篇论文,用C.P.斯诺的话来说,其中三篇quot;称得上是物理学史上最伟大的作品quot;--一篇使用普朗克刚刚提出的量子理论审视光电效应,一篇论述悬浮小粒子的状况(即现在所谓的布朗运动),一篇概述了狭义相对论。
第一篇解释了光的性质(还促使许多事情成为可能,其中包括电视),为作者赢得了一个诺贝尔奖。第二篇提供了证据,证明原子确实存在--令人吃惊的是,这个事实过去一直存在一些争议。第三篇完全改变了世界。
爱因斯坦1879年生于德国南部的乌尔姆,但在慕尼黑长大。他的早年生活几乎难以说明他将来会成为大人物。大家都知道,他到三岁才学会说话。19世纪90年代,他父亲的电器生意破产,举家迁往米兰,但这时候已经十来岁的阿尔伯特去了瑞士继续他的学业--虽然他一开始就没有通过大学入学考试。1896年,他放弃了德国籍,以免被征入伍,进入了苏黎世联邦工业大学,攻读旨在培养中学教师的四年制课程。他是一名聪明而又不突出的学生。
1900年,他从学校毕业,没过几个月就开始把论文投给《物理学年鉴》。他的第一篇论文论述(在那么多可写的东西中偏偏论述)吸管里流体的物理学,与普朗克的量子理论发表在同一期上。从1902年到1904年,他写出了一系列关于统计力学的论文,结果发现,多产的J.威拉德·吉布斯1901年在康涅狄格州已经悄悄地发表了同样的作品:《统计力学的基本原理》。
阿尔伯特曾爱上一位同学,一位名叫米勒娃·玛丽奇的匈牙利姑娘。1901年,他们没有结婚就生了个孩子,一个女儿。他们很谨慎,把孩子给了人家。爱因斯坦从没有见过自己的孩子。两年以后,他和玛丽奇结了婚。在此期间,爱因斯坦接受了瑞士专利局的一个职位,在那里待了随后的7年。他很喜欢这份工作:它很有挑战性,能使他的脑子忙个不停,但又不至于转移他对物理学的注意力。就是在这种背景下,他于1905年创立了狭义相对论。
《论动体的电动力学》,无论是在表达方式还是在内容上,都是发表过的最优秀的科学论文之一。它没有脚注,也没有引语,几乎不用数学,没有提及影响过该论文或在该论文之前的任何作品,只