爱因斯坦让我们知道了什么(为什么爱因斯坦如此与众不同)

这是一个不平凡的日子,每个人都有不同的理由在为今天做准备。有的人正精心筹备了一个浪漫的白色情人节,有的人正在花样的庆祝圆周率日(圆周率 π 约等于3.14),有的人则在重温马克思的伟大思想。而我们选择为爱因斯坦庆生。

爱因斯坦让我们知道了什么(为什么爱因斯坦如此与众不同)(1)

在人类记忆里保存着的不仅是爱因斯坦的物理内容,而且也有他的生活、心里特点、情感内容、生活插曲,甚至容貌。爱因斯坦的不朽——这不仅仅是思想的不朽,也有人的不朽。

——库兹涅佐夫 《爱因斯坦传》

当我在研读伽利略、开普勒、麦克斯韦、玻尔、海森堡、薛定谔和狄拉克等大物理学家的论文时,我能够理解他们是谁。他们都是非常杰出的科学家,但是,他们跟我同时代最伟大的科学家相比并没有显得不同。而爱因斯坦则不同(牛顿也是,但只有他们两个)。在这么多年后,我仍然发现爱因斯坦有一种常人所不能及的能力,那就是对自然界中的深层次的问题拥有敏锐的洞察力,他能够一针见血地揭开问题的核心。

爱因斯坦跟他同时代的人相比,他会问不同的问题。其他人做研究都是基于当时还不完备的知识基础上,在不同程度上对基础知识进行扩展,或者找出相互矛盾或不能自洽的问题。这并没有什么错。即使是现在,大多数科学家基本上都是在各自的领域进行研究,而不是把目标放在追问宇宙中更深层次的问题。但爱因斯坦则不同,他会不停的追问、理解被宇宙隐藏的事实。他不喜欢对现存的物理架构进行修修补补。

我想要知道上帝是如何创造这个世界的。我对这个或那个现象,这个或那个元素的能谱不感兴趣。我要知道的是他的思想。其他都是细节。

——爱因斯坦

举个例子,爱因斯坦总是对“巧合”持有怀疑的态度。我们知道质量有两个概念:惯性质量(物体对加速度的抵抗程度)和引力质量(重量)。但这两个质量总是相等的。对其他所有人来说,这两个质量的相等只是施加在方程上的一个附加条件。而对爱因斯坦来说,这样的一个巧合是发现隐藏在背后的故事的绝佳机会。或许,引力和惯性是一样的?

为了解释这样的一个巧合,他一如既往的用“思想实验”来叙述他称之为“我一生中最快乐的思想”的一个想法。如果一个人身处于一个升降梯内,他就无法区分自己到底是在地球的表面,还是在空无一物的空间内被不断的往上拉的升降梯内。这就是等效原理,它告诉我们,引力效应和惯性效应是被无法区分的。而这样的一个思想是发展广义相对论的核心。

爱因斯坦让我们知道了什么(为什么爱因斯坦如此与众不同)(2)

很多人认为爱因斯坦是一个孤独的天才,而他发现那些突破性理论的基本原则是对数学美的追求。他是一个被美学启发的天才,数学则是他预言新现象的一个工具。

我记得最清楚的是,当我提出一个自认为能使人信服而又合理的建议时,爱因斯坦一点也不表示反对,而只是说,“啊,多么丑!” 当他遇到一个他认为丑的方程时,他只是对它不感兴趣,并且不能理解为什么有些人愿意花费那么多时间在它上面。他完全确信,在理论物理学中寻找一个重要结果时,美是一个指导原则。

——邦迪(H.Bondi)

但其实,爱因斯坦并没有受过专业的数学训练,本身也并非很擅长数学。当他在发展广义相对论的时候,他寻求了他的好朋友数学家格罗斯曼的帮助,才得以掌握建立广义相对论所需要的数学基础;他也会找其他人,比如他的挚友贝索,帮他对一些数学概念给出正确的诠释。

爱因斯坦真正擅长的是他对物理的直觉与洞察力。他的广义相对论完全是建立在一个非常简单的物理想法:等效原理。

不幸的是,当爱因斯坦在晚年努力地构建所谓的“统一场论”时 ,他失去了物理洞察力。他没有提出新的物理原理,也没有新的思想实验来激发他的思考。不像他之前在狭义相对论、光子、布朗运动和广义相对论上的成功,他的工作并不是由物理洞察力作为指引。这使他一无所获。

爱因斯坦让我们知道了什么(为什么爱因斯坦如此与众不同)(3)

在缺乏创造新故事的能力后,他将数学作为指引。特别是在他发展广义相对论时他才了解到数学对物理结构的重要。到了1930年代时,他认为理论物理学的创新思维来自数学。但正是因为这样的转变,最后,他迷失了,而他的追随者们也都失去了方向。

爱因斯坦的成功在于他首先会提出一个关于自然的原理或假设,在这之后,他才会把这些原理用数学表达出来。而当他试图用数学代替洞察力来理解大自然的时候,他失败了。你确实可以用数学来统一引力和电磁理论(就我所知,至少有四种方法可以做到)。但是,在缺乏物理洞察力或原理来解释统一的意义时,从实验角度而言,数学上的统一都是空谈。

世界上最不可思议的事情,便是这个世界是可以思议的。

——爱因斯坦

所以,今天,借着爱因斯坦的138岁生日之际,让我们一起怀念这位曾经为人类叙写出了一个又一个深藏在宇宙背后的故事的伟大科学家!

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