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知識+。愛因斯坦

愛因斯坦,猶太人,1879年生於德國。17歲入瑞士蘇黎世聯邦工業大學(簡稱 ETH)。大學四年,他把大部分的時間花在探索科學,做實驗和研讀科學和哲學中偉大先驅人物的著作。他的主要興趣在物理,但卻對物理課程失望;尤其是物理教授 H. Weber,在 Weber 的課中學不到 Maxwell 的電磁理論,以致於當 Weber 在1912年去世時,愛因斯坦竟對友人表示「Weber 的死,對 ETH 是件好事。」 雖然如此,愛因斯坦卻讚賞 Hurwitz 和 Minkowski 兩位傑出的數學老師。不過由於對自然科學的興趣超過數學,並且覺得數學分成許多過份專門的領域,而不想在這樣專精的領域中耗去一生。 1905年,提出三篇畫時代的論文:光量子假說、布朗運動,和狹義相對論。並且向蘇黎世大學提出博士論文,他當時任職於伯恩的專利局,這個工作是他大學時代的好友數學家 M. Grossman 幫忙找的。愛因斯坦將博士論文獻給 M. Grossman,不只是因為他們的友誼,還加上 Grossman 對他的「救命之恩」。 1913年發表與 Grossman 合著的論文〈廣義相對論和引力理論綱要〉,在1922年的京都演說中,愛因斯坦回憶起這個工作,他說 如果所有的系統都是等價的,那麼歐氏幾何就無法全然成立。但是捨幾何而就物理,就好像失語的思考。我們在表達思想之前必須先找到語言,……。我突然發現高斯的曲面論正是解開這個奧秘的鑰匙……,但我不知黎曼已經深刻地研究了幾何的基礎。 當時愛因斯坦找 Grossman 幫忙到圖書館查閱是否有一種幾何可以處理愛因斯坦思索的問題,Grossman 第二天就回話給他,說確有如此的幾何──黎曼幾何。 黎曼雖然早在1854年就提出了他對微分幾何的看法,但是一直要到愛因斯坦把微分幾何引進廣義相對論作為數學工具以後,才廣為發展。愛氏本人雖然並未直接證明任何微分幾何的定理。但是當他發現在思索廣義相對論的數學語言時,竟然在半個世紀前就有黎曼的微分幾何架構在等著他,他不得不說出 ……純粹數學的建構可以使我們發現觀念和它們之間聯繫的法則,開啟我們對自然現象的理解…… 如此這般對純數學的溢美之辭。 1922年11月10日,瑞典科學院秘書在一封電報中告訴愛因斯坦「……因為你在理論物理的工作,特別是你發現了光電效應的法則,決定將去年(1921)的諾貝爾物理獎頒贈予你,但不考慮你的相對論和重力理論……」 為何暫不考慮?主要是在當時有一些物理學家還無法接受愛因斯坦的相對論,因此有人提出以光電效應來給獎,但即使如此,仍然可以說得上實至名歸。 1933年普林斯頓高等研究所聘請愛因斯坦擔任數學所的教授,其餘五位是 Alexander、Morse、Von Neumann、Weyl 和 Veblen。 1935年與 Podolsky 和 Rosen 合作發表挑戰哥本哈根學派的論文宣稱量子力學對實在的描述是不完備的。 1939年愛因斯坦寫信給美國羅斯福總統要求發展原子武器,防止德國搶先製造原子彈,但是他的基本態度是反戰的,只是在面臨到納粹對人類造成的浩劫時,基於他對德國科技的了解,不得不爾。戰後他仍然得面對麥卡錫法西斯份子的威脅,1954年3月被麥卡錫公開斥責為「美國的敵人」。11月愛因斯坦在《記者》雜誌上發表聲明,不願在美國當科學家,而寧願做一個水電工或是小販,為在麥卡錫主義陰影下的知識份子抗議,而美國水電業工會也決議贈給愛因斯坦榮譽會員的名義。 1955年4月18日去世,在追思禮拜中,以歌德的悼席勒詩向他致敬,其中的一句是「全世界都感謝他的教誨」。 (本文取材自 1. Pais,《The science and the life of Albert Einstein》。 2.《紀念愛因斯坦文集》凡異出版社) 1. <<洞中一日,世間千年>> 同學們聽過一個故事吧!一個樵夫到山中砍柴,不知不覺中誤入仙境,在一個山洞中看見兩位老人在下棋,看著看著就著了迷,等到天黑尋路回家時,卻發現家鄉已經經過了幾百年,早就改朝換代了。於是,他嘆息著說:「洞中一日,世間千年」。這個故事說明了:仙界和凡間「時間」的長度顯然是不同的,是相對的。用這個故事來介紹愛因斯坦的相對論,顯然是太過簡單和膚淺;不過可以確定的是,建立在絕對時間和絕對空間基礎上的牛頓力學,顯然存在著一些問題。 <<羅盤裡的奇蹟>> 愛因斯坦1879年3月14日生於德國的小鎮烏姆(Ulm),他在慕尼黑度過童年時代,未入學之前,有一件事使他終身難忘。他回憶道:「在我4歲時,我父親送我一只羅盤,當時我覺得宛如看到一個奇蹟,我突然覺得各種事物的背後一定有某些東西隱藏著;在某種意義上來說,一件神奇的東西可以使人的思想世界飛揚起來」。少年時期的他熱愛平面幾何學的證明方法,他用心讀了「自然科學通俗讀本」,這本書把光速的問題放在最前面,以此作為所有愛因斯坦的第一任妻子及他們的子女們 自然觀察的開端,給他留下了深刻的印象。 在他高中的最後一年,父親移民到義大利,愛因斯坦決定放棄德國國籍,前往瑞士繼續學業。高中畢業之後,他進入蘇黎士的聯邦工科大學。事實上,他並不是一個老師心目中好的學生,因為他常常被某些問題深深的吸引,而投入全部的興趣和時間,對於不感興趣的必修科目,一點也不想費心思。 1900年大學畢業之後,由於愛因斯坦給教授的印象不佳,使他沒能如願留校擔任助教。失業兩年後,他在瑞士的專利局謀得一份工作,職務是對所有的發明作初審,並將每一件發明的細節,用清晰而有系統的文字表達出來,這是一件很不容易的事,卻使他有機會學到新奇的觀念,對於任何提出的假設,都能很快的把握住要點和結果。 <<小公務員的偉大論文 >> 1905年,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4篇革命性的論文。其中一篇《分子大小的新測定法》為他贏得了博士學位;另外其它三篇分別是:第一篇是解釋「光電效應」的文章。由一個嶄新的角度來探討光的輻射和能量,他認為光是由分離的粒子所組成。17年後這篇論文使他獲得諾貝爾獎。 第二篇是證明膠體溶液中的「布朗運動」。1827年英 愛因斯坦與第二任妻子及女兒 國植物學家布朗做了一個實驗,他將花粉灑在水裡,然後用顯微鏡觀察,發現花粉不斷在舞動,這種現象稱為布朗運動。愛因斯坦以獨特的眼光分析是微小的水分子在作祟,還利用數學方法計算出分子的大小和亞佛加厥常數,證明分子的存在。3年後,法國物理學家佩蘭通過實驗印證了愛因斯坦的理論。 <<牛頓不再絕對>> 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」,愛因斯坦在論文中提出了兩個原理: 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,將牛頓定律視為一個特殊例子,只有在速度很慢時才適用。 用通俗的例子來舉例: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呢?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。就像文章一開始的「洞中一日,世間千年」故事,也是蘊含有樸素的相對論原理。 狹義相對論的問題發表後,愛因斯坦著手廣義相對論的問題,整整思考了八年。廣義相對論實質上是萬有引力的問題,愛因斯坦在大學時代同學格羅斯曼的幫助下掌握了數學形式,並用於表達他的物理思想。1913年,他們合作發表了論文《廣義相對論和引力理論綱要》,1916年3月,發表了總結的論文:《廣義相對論基礎》,在這篇僅60頁的文章裡,愛因斯坦假定重力不是一個力,而是在時空連續體(space-time continuume)中一個扭曲的場,而這個扭曲是由於質量存在造成的。這篇論文被認為是20世紀理論物理研究的最高峰。 愛因斯坦不尋常的主張,自然引起了爭論,幸好理論終於找到機會驗證:1919年5月29日有一次日全蝕,利用廣義相對論計算星光經過太陽邊緣時產生的偏折,會比傳統牛頓力學計算的大上一倍。英國天文學會派遣了兩支觀察隊,一支到巴西,一支到西非進行觀察測量,來驗證愛因斯坦的理論是否正確,全世界的科學家都屏息以待。此時,愛因斯坦的好友普朗克(量子力學創始者)徹夜未眠,急著想知道觀測結果,而愛因斯坦卻信心十足,安心的去睡覺,他說:「如果普朗克真正瞭解廣義相對論,那麼他一定跟我一樣,安心地睡大覺了!」 結果觀察隊的觀察證實了愛因斯坦的預測,這馬上成為所有媒體的頭條新聞,轟動了全世界,一般大眾也開始認定愛因斯坦是世界級的人物。 <<統一場論>> 愛因斯坦的後半生,可以說是奉獻給兩件事:一是「統一場論」的發展,一是倡導世界和平。 統一場論是一個將電磁現象和重力理論整合在一起的理論。愛因斯坦自己認為相對論有3個發展階段 狹義相對論—牛頓運動定律的修正 廣義相對論—牛頓萬有引力定律的改造 統一場論—廣義相對論的推廣 他不倦的思索研究了30多年而終未成功,晚年他曾感慨的說:「統一場論將被遺忘,但在未來會被人們重新發現的!」有些人批評愛因斯坦,一個問題花了30多年竟然得不到結果,但是,科學的重點不在尋求答案,而在發掘問題,愛因斯坦當時所發掘出來的許多問題,或許在未來會被人們所解決...。 1922年11月,瑞典皇家科學院決定,諾貝爾物理獎必須頒給對人類有重大用途的新發現者。但是沒有人敢肯定他的相對論是否是個新發現,至於這個理論對人類是否有用,更是莫衷一是,甚至成為眾多攻擊的焦點。於是瑞典皇家學院想出一個變通的方法,頒獎給愛因斯坦。得獎理由十分簡單扼要: 「此獎頒給愛因斯坦,因為他對光電理論及理論物理學上的重大頁獻。」 <<和平主義者>> 愛因斯坦的相對論,以及他對時空的看法,的確激起了大家強烈的興趣,也使他成為大眾所景仰的偶像。然而他不僅只是科學家,更是一個和平主義和人道主義者,他關心社會底層的勞苦大眾;在戰爭頻仍的時代裡,他譴責軍國主義的侵略者。1933年為了抗議希特勒的法西斯獸行,愛因斯坦毅然決然下了決定:只要納粹政權存在一天,他就永不返回德國。納粹政府也沒收了他在德國境內的所有財產,使他變得一無所有。於是愛因斯坦舉家遷往美國的普林斯頓,應聘為普林斯頓高等研究院教授。 以後的歲月中,他除了埋首於研究的工作外,並以全力協助歐洲難民的移民。在納粹及赤色暴政之下,獲得愛因斯坦營救的著名科學家不知有多少。也正因為這些科學家脫險抵美國,而使得後來美國政府能夠憑藉著他們的智慧和技能,創造出人類史上的第一顆原子彈。 1914年的《告歐洲人民書》、1930年《全世界裁軍宣言》、1955年的《羅素—愛因斯坦宣言》,愛因斯坦簽署的這三個和平宣言,一再闡揚他和平、反戰的一貫立愛因斯頓在普林斯頓的家場,在1955年的這個最後宣言裡,他更是呼籲:停止軍備競賽、禁止使用核武。 <<拒絕當總統>> 1952年,以色列共和國請愛因斯坦去擔任總統,因為以色列都是猶太人,愛因斯坦是猶太人心目中的精神領袖。然而他沒有接受,他覺得自己的個性並不適合當總統。 由於過度的運用腦力,使愛因斯坦體力衰退,看起來總是比實際年齡老。在1955年4月18日午夜,在普林斯頓醫院的愛因斯坦呼吸困難,主動脈瘤破裂導致大溢血,與世長辭,享年七十六歲。 他死時像生時那樣寧靜平淡,沒有病痛、沒有傷感、沒有悔恨,只是靜靜的讓死亡降臨。愛因斯坦的女兒曾經說過: 「甚至在他死時,也教我們如何生。」 <<很抱歉推翻了您的理論>> 在柏林家中的愛因斯坦相對論是愛因斯坦對物理學所做的最大貢獻,相對論打開了人類的眼界,使人們獲得了去探究宇宙奧秘的方法,提升了人們認識宇宙的能力。 愛因斯坦曾說道:「牛頓先生,很抱歉推翻了您的理論,不過您的成就是您那個時代一個人的智力和創造力所能達到的顛峰,您所創造的許多觀念直到今日都仍在引導我們的物理思維。雖然我們知道,當我們對宇宙萬物有了更深入的瞭解以後,這些觀念將會被一些更抽象的新觀念所取代。」 也許將來某一天,會有一位少不更事的科學家說道:「愛因斯坦先生,很抱歉推翻了您的理論,不過您的成就是您那個時代一個人的智力和創造力所能達到的顛峰.....」 http://www.bud.org.tw/museum/s_star06.htm 2. <<創立相對論的愛因斯坦 >> 愛因斯坦的相對論,即物理學裏的觀念,須以七的量度步驟來給予定義,是 二十世紀物理學中,一個最基本、最具影響力的貢獻。   物理學界有史以來最偉大不朽的學者之一--亞伯.愛因斯坦,不僅創造相對論,同時對靜力機枻學、量子論,尤其是放射性量子論,有著吞發現代科學文明,前無古人的特殊成就,導致日後人類步入新觀念的新紀元。 愛因斯坦於西元一八七九年出生於德國南部的烏爾姆市,他的父親經營一家化學工廠,因為生意不好,全家遷往慕尼黑,愛因斯坦就在這裏接受小學和中學的教育。 愛因斯坦小時候,表現並不突出,相反的,他花了好長一段時間才學會說話,使得他的父母懷疑他可能有點不正常。他始終是一個沈默寡這的孩子,傾向於孤獨,因此他沒有要好的朋友。在班級當中,他是唯一的猶太人,可是愛因斯坦並沒有遭遇困難,真正妨礙他和同學交往的還是他的性格。 他最討厭玩扮演軍人的遊戲,這個遊戲,這個遊戲在每個國士尺裏,孩子們都樂此不疲。每當軍隊伴著鼓號樂隊經過慕尼黑街道,孩子們總會狂熱的跟著行列,學著士兵邁進的步伐前進,但是愛因斯坦每次碰到這樣的情形,都會大哭不已,這一點對他日後極端厭惡軍國主義,急欲擺脫機械化的德國生活,兩度放棄德國國籍,有密切的關係。 在他高中的最後一年,父親移民到義大利,愛因斯坦決定放棄德國國籍,前往瑞士繼續學業。高中畢業之後,他進入蘇黎士的聯邦工科大學。也並不是一個好的學生,因為他被某些問題深深的吸引,投入全部的興趣而不願意對不感興趣的各種必修科目費心。大學畢業之後,他在瑞士的專利局謀得一分工作。職務是對所有的發明作初審,並將每一件發明的細節,用清晰而有系統的文字表達出來,這是一件很不容易的事,卻使他有機會學到新奇的觀念,並得到一種特殊的能力,對於任何提出的假設,都能很快的把握住要點和結果。 <<廣義的相對論>> 一九0五年,愛因斯坦發表了三篇重要的論文,震撼了科界。第一篇論文是關於光電效應,第二篇論文是關於分子論的布朗運動;第三篇是關於電力學的相對論。這三篇論文就其邏輯的嚴格與大與大膽而言,一直到今天都沒有人能夠超越。 一九一一年捷克的布拉格日耳曼大學請他當物理學教授,但是布拉格的社會和政治情況不令他滿意,於是回到蘇黎世工科大學任教,又應邀於柏林威廉研究院立持物理研究所,這一個職務使愛因斯坦不必教書,而且收入也比較豐富,他因而能夠專心研究。當時柏林是世界學術思想的一個重鎮.他在蘇黎世時就開始思考重力現象,在這段時間內也有了突破的發展,於是在一九一五年十一月四日向柏林科學院提出有名的「廣找相對論」。其中曾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。按照當時一般的看法,光既非物質點所組成,在太陽的重力場裏,光理應以直線進行,不應該受到太陽的影響。愛因斯坦不尋常的主張自然引起了爭論,幸好愛因斯坦的理論終於找到了個試驗的機會。 一九一九年五月,英國的幾位科學家在非洲和巴西攝取日食的圖片,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。一九二二年又攝取一些日食的片,更證明了這學說的正確性。 愛因斯坦越是有成就,他就越謙虛。他在談話中,很少主觀的引用「我 」這個字,一點也不覺得自己偉大,榮譽和金錢錢雖然源源而來,然而他的生活仍然可以用「儉樸」來。 他在柏林的住宅,布置得很樸實,位在公寓五的一間小房子,就是愛因斯坦的研究室。這個房間並不寬大,有一個鐵門,可以使他隔絕外面的吵鬧聲;又有一個天窗,可以使他得到空氣和陽光,並可以在晚間觀察星辰,愛因斯坦在這間坦在這間房子裏,把門緊閉起來,好像在另一個世界中,只有靜寂和沈思。 愛因斯坦認為物理學的觀念,須以它的度量步驟給予定義才有真實的意義,依據這種念,他為量度時間及鑋間的長度,確定一個最合理的步驟,進而創立了相對論。愛因斯坦的這項觀點,即物理學的觀念,須以它的量度步驟來給予定義,是二十世紀物理學中一個最基本最具影響力的頁獻。許多科學家,包括量子力學創建人之一的大物理學家--海森堡在內都受到他的啟發。 <<大眾的偶像>> 愛因斯坦的相對論,以及他對時空的看法,的確激起了大家強烈的興趣,使他變成一個不再是只有科學才感興趣的人,就像著名的政客、出色的演員、凱旋的將軍一樣,為大眾所景仰的偶像。他也瞭解在獲得聲名之後,肩膀上同樣也負擔了很大的責任,他認為只享受聲名,卻仍躲在實驗室中,乃是一種自私和欺騙的行為。 第一次世界大戰以後,愛因斯坦公開參加猶太民放立義運動及反戰運動,卻因此而成為被攻擊的目標,他決定暫時離開那狹小的職業圈子,應世界各國之邀請而前旅行、演講,愛因斯坦遊歷了荷蘭、捷克、美國、英國、法國....,他每到一個地方,都會受到熱情的招待,西元一九二二年,愛因斯坦到達中國的上海,隨後又到了日本,東方人的沈著、深思、彬彬有禮的風度,令他十分的佩服,對來自一個充滿誇張、仇恨的國家的人而這,無疑是一種解脫。 一九二二年十一月,瑞典皇家科學院決定頒諾貝爾物理獎金必須頒給對人類有重大用途的新發現者,沒有人敢肯定他的相對論是否是個新發現,至於這個理論對人類是否有用,更是莫衷一是,甚至成為眾多攻擊的焦點,於是瑞典皇家學院想出一個變通的方法,頒獎給愛因斯坦而不及相對論,頒獎訶十分簡單扼要: 「此獎頒給愛因斯坦,因為他對光電理論及理論物理學上的重大頁獻。」 一九二九年,愛因斯坦結束了旅行,再度在柏林定居,他不必再做教書的工作,而從事於學術性的演講,他的演講可以分為兩種方式。第一種對只受過一般教育的普通人;對這種人,他盡可能用最簡單、最清楚的方式,來解說一些普通的科學原理,讓聽眾對於當前科學發展的方式,有一個明確的概念。另一種則是對專門的物理學家,講述他正在思考的極專門的技術問題。 <<一無所有 >>   一九三三年愛因斯坦到美國去,這個時候德國發生了種放整肅及政治整肅。在清算開始的時候,愛因斯坦成了主要的攻擊目標,於是他毅然決然下了決定;只要納粹政權存在一天,他就永不返回德國。納粹政府也沒收了他在德國境內的所有財產,他變得一無所有。 愛因斯坦進入美國普林斯頓高等研究院,在那裏的生活令他覺得十分孤寂。他研究的主要目標,是為了推廣早先的重力理論,他致力建立一個「統一場論」,期使重力、電磁及量子現象,總結成一個完整的邏輯結構,可是其他的物理學家對這些並不感興趣。 一九四一年他正式成為美國的公民。愛因斯坦生為德國人,卻放棄德國國籍,成為瑞士公民,後來又恢復德國國籍,卻又再度放棄。這可說明他對德國的感情是矛盾而複雜的,他念念不忘是德國的文化人,卻不願意做失去自由的德國政治人。 以後的歲月中,他除了埋首於研究的工作外,並以全力協助歐洲難民的移民。在納粹及赤色暴政之下,獲得愛因斯坦營救的著名科學家不知有多少。也正因為這些科學家脫險抵美國,而使得後來美國政府能夠憑藉著他們的智慧和技能,創造出人類史上的第一顆原子彈。 關於愛因斯坦的小故事多得不勝枚舉,有此些是因為他的知名度太高,穿鑿附會,以訛傳訛;有些則是真實的。無論是真是假,人們對一位偉大物理學家的崇拜是不會改變的。例如他穿的襪子左右腳常不同顏色;用手推車推孩子散步,竟會由於專心思考問題,而一不小心把孩子推到水溝裏;陪太太看電影時,卻在電影院裏用手電筒看書。 曾有位小女孩對她的母親說:「我的算術作業遇到了難題,有人告訴我那個人是個數學家,我就去找他幫我解決,他比老師在課堂上講得還清楚,他還說我有什麼困難,隨時都可以去找他。」 這位母親給她女兒的大膽嚇壞了,連忙跑去向愛因斯坦道歉,愛因斯坦卻說:「妳不必覺得抱歉,我和這位女孩交談所得的收穫,要比她從我這裏得去的還多。」 一九五二年,以色列共和國請愛因斯坦去擔任總統,因為以色列都是猶太人,愛因斯坦是猶太人心目中的精神領袖,然而他沒有接受,人覺得自己的個性並不適合處理行政事務。 過度的運用腦力,使愛因斯坦體力衰退,看起來總是比實際年齡老。在一九五五年四月十五日被送進普林斯頓醫院時,他已經自知無望,而在四月十八日與世長辭,享年七十六歲。 他死得像生時那樣寧靜平淡,沒有病痛、沒有傷感、沒有悔恨,只是靜靜的等待死亡的降臨。愛因斯坦的女兒曾經說過: 「甚至在他死時,也教我們如何生。」 愛因斯坦功同牛頓,在人類文明史,都是劃分重要時代的偉大學者;牛頓時代由愛因斯坦的時代取而代之。 愛因斯坦雖然去世了,他所創造的時代卻方興未艾,他的學說一直被研究和運用,帶領著全人類向前邁進。 http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1105051003454

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