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英国《焦点》月刊:爱因斯坦留给世界的遗产

时间:2005-03-31 18:09来源:生物导航网 作者:bioguider 阅读:
英国《焦点》月刊1月号发表罗伯特·马修斯撰写的文章,介绍爱因斯坦的生涯和他留给世界的遗产:

  在美国,两位科学家完成了光的实验,结果与物理学理论相悖。在巴黎,似乎有无尽能量的矿物令科学家们困惑不已。与此同时,天文学家和地质学家因为太阳能不能永远发光而争论不休。这些正是100年前困扰科学家们的问题。也正是在100年前,这些问题的答案以 一系列论文的形式出现在德国学术刊物《物理学年报》上。这些论文以不到70页的篇幅解答了这些谜题,也因此颠覆了人类几个世纪以来关于自然的公认理论。而它们的作者只是一位名不见经传的年轻人————年仅26岁的爱因斯坦。

  1879年,爱因斯坦出生在德国乌尔姆一个中产阶级家庭,小时候就表现出了与17世纪的天才牛顿相同的一些特点:他沉默寡言,性格内向,脾气坏得吓人。但5岁时,爱因斯坦就对自然产生了异乎寻常的兴趣。父亲给了他一个指南针,指针在磁力的无形作用下转动的情景让他惊讶。像牛顿看到掉落的苹果一样,爱因斯坦产生了一种奇怪的感觉,认为自己看到的现象是具有深远意义的。

  叛逆的独立思考者

  渐渐长大的爱因斯坦也像牛顿一样开始怀疑权威。因为对学校生活感到厌倦,加上不尊重老师,他在16岁时退了学,老师给爱因斯坦下的结论是他将一事无成。他们不知道,当时他已经完成了第一篇科学论文(内容是建议用实验来研究电磁现象)。

  然而在外人看来,爱因斯坦注定一事无成。在苏黎世联邦工业学院学习时,老师们认为他懒散而傲慢,最后以全班倒数第二名的成绩毕业。由于无法进学术机构,爱因斯坦以当私人教员为生,两年后才在伯尔尼专利局找到一份临时工作。

  在那里,爱因斯坦被正规教育扼杀的科学激情终于重新迸发出来。他与一些志趣相投的朋友开始思考科学家们面临的科学难题和谜题。

  当时,最令人困惑的是1900年德国物理学家普朗克的假设:光和热的能量来自于“量子”。普朗克本人也不喜欢这种假说,但它似乎是解释物体在受热时辐射能量的唯一办法。爱因斯坦决定探究其中的联系,这成了他1905年第一篇重要论文的基础。爱因斯坦证明,量子理论同样适用于其他现象。他更利用该理论解释了“光电效应”,即某些金属在适当频率的光作用下会释放电子。

  爱因斯坦的论文给了量子理论很大的支持———普朗克也开始注意这位当时默默无闻的年轻人。几周后,爱因斯坦在物质的布朗运动方面取得了另一个重大突破。爱因斯坦证明,布朗运动表明了原子的存在。当时,许多著名的科学家认为原子是想象出来的,目的只是使计算更加简便。爱因斯坦认为,布朗运动是原本肉眼看不见的大量原子碰撞的结果,通过测量能得知其大小。

  实验很快证明了爱因斯坦的观点,这奠定了现代物理学的另一个支柱:物质的原子特性。然而与爱因斯坦1905年6月和9月发表的两篇论文相比,就连这一突破也显得黯然失色了。后两篇论文提出了关于时间和空间的全新概念,具有改变历史进程的深远意义。

  令人难以置信的成就

  当时,人们普遍认为时间和空间是固定的、永恒不变的,但已有的一些证据对此提出质疑。理论物理学家们注意到,在磁体相对于电导体运动或电导体相对于磁体运动时,电磁定律会产生不同的结果,而按常识来说结果应该是一样的。1887 年,美国物理学家艾伯特·米切尔森和爱德华·莫利发现了更异常的现象:不管试图测量光速的人的速度如何,测量到的光速是恒定的。这显然与当时盛行的观点相悖。

  爱因斯坦在论文中以引人注目的自信指出了这些异常现象,并提出两个基本观点:一是物理学原理适用于任何物体,不管其如何运动;二是在真空中光速不受观察者速度的影响。接着,他利用简单的数学运算证明,在这两个原则下,光速是极限速度,接近光速的物体会变小变平。爱因斯坦认为,甚至时间也会受影响,移 动的钟走得比静止的钟慢。

  对于“相对论”的一个结果,就连爱因斯坦也觉得令人费解,这个结果是在他把相对论与能量守恒定律结合起来时出现的。其结果意味着任何物质(M)都是不可思议的能量(E)来源,他后来总结的等式是E=Mc2,其中c代表光速。

  面对学术界以外一个无名小卒的这么多惊人的论断,科学界在一段时间以后才作出回应。先是普朗克等理论家、后是从事科学实验的人都开始认真对待他的预测,当预测一个个得到证实以后,爱因斯坦声名鹊起。到1909年,他终于辞去专利局的工作,成为苏黎世大学的副教授。第二年,他获得了诺贝尔物理学奖的提名————但直到1922年,也就是获得10次提名以后,这顶桂冠才戴在他头上。

  这次获奖名义上是奖励爱因斯坦在光电定律方面的贡献,但他的其他创造性理论同样堪当此誉。E=Mc2解释了“神奇”矿物的神秘能量来源:它们的原子经过放射性衰变,一小部分物质转化成大量能量。这个等式还解释了为什么恒星可以通过把很少的氢燃料团转化成巨大的光和热,从而永恒地发光。

  E=Mc2等式在核电站中得到应用,为全世界提供了16%的电力,而核武器迄今仍对国际形势具有重大影响。从GPS导航系统到防盗报警器,从医用扫描器到太阳能计算器,爱因斯坦的理论同样是当今许多技术的基础。(稿件来源:参编)

(责任编辑:泉水)
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