爱因斯坦(2)_应天故事汇

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二

那时他会处于布里丹驴子的境地：因为无法决定吃面前的哪一捆干草而饿死。然而物理学不同，尽管物理学也分为若干领域，其中每一个领域也都能吞噬掉一个人短暂的一生，可是在这个领域里，他认为他很快就学会了识别出那种能导致深邃知识的东西，而把其他许多东西撇开不管，把许多充塞脑袋，并使它偏离主要目标的东西撇开不管。在学生时代，爱因斯坦还不清楚，在物理学中，通向更深入的基本知识的道路是同最精密的数学方法联系着的。　　在大学里，爱因斯坦很快发现，要做一名优秀的学生，必须要集中精力学好所有的课程，必须要遵守秩序，循规蹈矩有条有理地记好笔记，并且自觉地做好作业。而他自感到，这些特性正是他最为欠缺的，他不愿意为此多花精力，他要把他的时间集中用到学习那些适合于他的求知欲和兴趣的东西上。他于是抱着某种负疚的心情，满足于做一个中等成绩的学生。他“刷掉了”很多课程，而以极大的热忱在家里向理论物理学的大师们学习。因此他除了数学和物理学之外，其他成绩平平。好在，按瑞士的教育制度大学只有两次考试。更为幸运的是，爱因斯坦有位最要好的同学马塞尔·格罗斯曼，他正好具备爱因斯坦所欠缺的那些品质，并且慷慨地同这位桀骜不驯的同伴分享他那细微而条理分明的笔记。所以爱因斯坦能够坦然地按照自己的路子走下去，并且从格罗斯曼的笔记里适当地往脑子里填塞一些东西而顺利地通过考试。　　1900年爱因斯坦从联邦工业大学毕业以后，几乎有两年时间，就像他早年作为一个“差生”的历史所预计的那样，没有什么成就。他申请当助教，但助教的位置给了别人。在这段时期里，他在知识分子的圈子里找些临时工作以维持生计。瑞士一所中学里有位教师服两个月的兵役，他就补缺去代课。他也曾在一所私立的寄宿学校当补习老师，还曾替苏黎世联邦观象台做过一些计算工作，而一直未能立即投身到物理学的研究中去。　　最后，到1902年春，爱因斯坦的好朋友，留校当了助教的“无可挑剔的学生”格罗斯曼帮了他的忙。格罗斯曼的父亲把爱因斯坦推荐给瑞士伯尔尼专利局局长，经过一番严格的考试，他被任命为专利局三等技术员，干起了专利审查员的工作。这使他解除了经济上的困难，也提高了他的工作兴趣，并时时激发他的科学想象力。除了8小时的工作，他有充分的空余时间来思索宇宙之谜了。　　在伯尔尼专利局的7年业余时间里，这位年轻的专利审查员创造了举世瞩目的科学奇迹。他简直把20世纪中理论物理发展的主要方向都勾划出来了，开创了物理学的一个新时代。　　物理学上空的乌云　　爱因斯坦真是生逢其时！在联邦工业大学学习和进入伯尔尼专利局工作的那些年，他跨越着一个动荡的激动人心的世纪之交，而这也正是他思想活跃、青春勃发的年代。物理学历史的发展正经历着一个令人困惑、危机四伏，并预示着一场伟大的革命即将到来的时期。当历史的需要呼唤一位伟人出现时，他正以矫健的步伐走向历史舞台了。　　历史的车轮进入19世纪下半叶，由牛顿奠基，并经过数代物理学家的艰苦努力，一座庄严雄伟、美丽壮观而又动人心弦的经典物理学的殿堂骄傲地耸立起来了。大至恒星和星系，小至分子和原子，遍及声、热、光、电磁，物理学似乎都已给出了完满的解释。正如美国著名物理学家迈克尔逊在1894年所说：“虽然任何时候也不能担保，物理学的未来不会隐藏比过去更使人惊讶的奇迹，但是似乎十分可能，绝大多数重要的基本原理已经牢固地确立起来了，下一步的发展看来主要在于把这些原理认真地应用到我们所注意的种种现象中去。” 　　在19世纪70年代，当普朗克进入慕尼黑大学向自己的老师约里表示，决心献身于理论物理学时，约里回答说：“年轻人，你为什么要断送自己的前途呢？要知道，理论物理学已经终结。微分方程已经确立，它们的解法已经制定，可供计算的只是个别的局部情况。可是，把自己的一生献给这一事业，值得吗？”面对着经典物理学的完美的大厦，几乎所有的物理学家都心满意足了，他们思考着往后的研究怎样去追求更高的精确性和在小数点后更多的位数去寻找物理学的真理。　　正当物理学家们还沉浸在沾沾自喜之中的时候，新的发现和新的实验事实就开始接二连三地冲击经典物理学的大厦了。　　1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了惊人贯穿能力的X射线；1896年法国物理学家贝克勒耳发现了铀元素具有放射性；1897年英国的汤姆孙和荷兰的塞曼通过测定阴极射线的荷质比确证了电子的存在；1898年居里夫妇又发现了放射性极强的新元素钋和镭；1902年卢瑟福和索迪根据对放射性进行的实验研究提出了元素嬗变理论……新的物理事实展示了物质结构隐藏着更深层的秘密。与此同时，黑体辐射、光电现象、原子光谱等一系列实验事实与经典物理学的理论产生了尖锐的对立。　　在历史跨入新世纪的日子里，英国科学界声名显赫的元老开耳芬勋爵于1900年4月27日在皇家学会发表了一篇著名的讲演，并以这次讲演为基础撰写了题为“悬浮在热和光动力理论上空的19世纪的乌云”的文章，刊登于1901年7月出版的《哲学杂志》和《科学杂志》合刊上。文章一开头，开耳芬写道：“动力学理论断言热和光是运动的方式，可是现在，这种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。第一朵乌云是随着光的波动论而开始的，菲涅耳和托马斯·扬研究过这个理论。它包括这样一个问题：地球如何通过本质上是光以太这样的弹性固体而运动的呢？第二朵乌云是麦克斯韦—玻耳兹曼关于能量均分的学说。” 　　19世纪末的物理学界根深蒂固地确立了一种思想，认为有一种到处存在的、能穿透一切的介质，它充满所有物质的内部和它们之间的空间，惠更斯把这种介质称为宇宙以太。以太是传播光波的基础。由于遥远的星光可以传播到地球，所以以太应当充满整个宇宙。因为光是横波，所以作为传播光的介质，以太应具有固体的性质；同时由于光速非常大，所以不得不认为以太的弹性系数极大，它应当是绝对刚性的。而另一方面，宇宙天体包括地球和太阳等在运动过程中似乎又并没有受到以太的阻力，因此又必须假定它的密度几乎为零，或者如开耳芬勋爵所假定的那样以太有着类似胶状物质的性质，但这样就会同以太具有绝对刚性的假定发生矛盾。如果以太不阻碍物质的运动，说明以太和物质粒子之间没有任何相互作用，可是当光穿过玻璃或水时速度又变了，这又得假定以太同物质之间有着相互作用。此外，还得要求以太具有绝对透明的性质……总之，以太到底是什么东西，它有什么性质？这本身就充满着混乱和矛盾。

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