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文/老余 這是這個小專題的第四篇，也是最后一篇。 第二、三篇因為有公式推導(dǎo)，有朋友說沒有第一篇寫得好——“差評”。 這種批評我接受，因能力有限，有些地方實在沒有辦法用純文字的邏輯把天生的數(shù)學(xué)推導(dǎo)表達完整，我的第一宗旨是要寫清楚，第二才是文字的簡潔。 但本篇，你放心，沒有一個公式，但依然精彩，因為就差廣義相對論、量子力學(xué)和愛因斯坦在生活中一些你不太知道的故事了。 故事結(jié)尾比較傷感，情感豐富的朋友或許還會讀出悲壯來，我寫完墮淚如雨，如果你是這樣的人，準(zhǔn)備一點紙巾為好。 我們從愛因斯坦創(chuàng)造奇跡之前開始。  14歲的愛因斯坦 （一）愛因斯坦，在26歲創(chuàng)造奇跡之前，很普通嗎？我看到很多文章說愛因斯坦小時候性格上有“缺陷”、高中肄業(yè)、大學(xué)成績不好，以至于畢業(yè)后找不到工作，不得不去專利局找一個下等工作糊口等等。 這是事實嗎？ 這是事實。但之所以那么多自媒體著重寫這一段，不過是為了滿足我們這些凡人的情感訴求： ——一個資質(zhì)平庸，甚至為生計發(fā)愁的人通過自己堅持不懈的努力，終于成了人類的英雄，用一己之力改變了世界。 我們愿意看這樣的好萊塢大片，也愿意聽這樣的勵志故事。 但愛因斯坦在1905年奇跡之年之前，是怎么樣的天資和生活狀態(tài)呢？我們了解了這一段，自然就知道了這是不是一個人生翻盤的勵志故事了。 上世紀(jì)八十年代，在我們的教室墻壁上，總有這樣的一句名人名言——天才，等于99%的汗水+1%的靈感。 但愛迪生這句話的后面，其實還有一句：但那1%的靈感是最重要的。 愛因斯坦，就是擁有那可貴的1%靈感的天才。 從小，愛因斯坦的物理直覺就了不得，比如他在5歲時對一個指南針很感興趣，這個年紀(jì)的孩子充滿好奇很正常，但愛因斯坦的思路就非常清奇： ——他不單單覺得這個針頭永遠指著同一個方向很神奇，他的想法是空間居然不是每個方向都是對等的，居然有一個特殊的方向，為何會這樣呢？他覺得是因為我們所在的這個空間有問題。 此時他才五歲，而我五歲時還在地上摸羊屎蛋蛋玩。 而這種在物理領(lǐng)域?qū)氋F的清奇思路，他一直保持著，比如在他16（1895年）時寫的第一篇論文《磁場里以太的狀態(tài)研究》，這篇論文就思考了一個我們現(xiàn)在很多人都想不明白的問題： ——一個人要是以光速運動，要是一束光與他同向而行，他會看到什么？ 要是以牛頓的經(jīng)典物理學(xué)來解答，兩個物體以相同的速度同向而行，那這兩個物體就是相對靜止的。這個很好理解，比如我們在火車站經(jīng)常有這樣的錯覺，旁邊的列車和自己的列車同速同向而行，要是沒有別的參照物，你還以為自己的車沒有動。 但愛因斯坦說，在光速面前不是這樣的，即使自己和旁邊的這束光同速同向，根據(jù)麥克斯韋的理論，我看到的這束光還是以光速在運動。 由此，他對經(jīng)典物理學(xué)產(chǎn)生了巨大的疑惑甚至叫懷疑，而此時他只有16歲，剛上高中。 也是這一年，他報考了瑞士蘇黎世聯(lián)邦大學(xué)理工學(xué)院，并被錄取了，可惜當(dāng)時并沒有像我們這邊的大學(xué)少年班，校方?jīng)]有允許他直接跳級上大學(xué)，要求他“扎扎實實”把高中念完再說。 第二年他就取得了高中畢業(yè)證，并順利進入瑞士蘇黎世聯(lián)邦大學(xué)理工學(xué)院，這所學(xué)校已經(jīng)是當(dāng)時歐洲最好的大學(xué)之一了，但愛因斯坦覺得這個學(xué)校太差了，因為麥克斯韋的理論已經(jīng)問世了40年，這所學(xué)校居然沒有老師教授這門課。 于是，愛因斯坦就逃課，自己繼續(xù)去鉆研麥克斯韋。 和我們現(xiàn)在一樣，老師們對“刺兒頭”的態(tài)度永遠是刻薄的，愛因斯坦看不上這些“過時”的教授，教授們也覺得這個人不聽話，而且還懶（不上課，還不交作業(yè)），這些教授刻薄到什么程度？ 他們竟然建議愛因斯坦改行去學(xué)醫(yī)。 這對于一個天生的物理學(xué)家來說，是莫大的侮辱。 但在這所“最好的”大學(xué)里，愛因斯坦也并非一無所獲，他在這里結(jié)識了他的妻子米列娃，說來神奇——米列娃是從醫(yī)學(xué)換行學(xué)物理學(xué)的，而教授們卻建議愛因斯坦從物理學(xué)轉(zhuǎn)行去學(xué)醫(yī)。 或許是教授們真的不喜歡愛因斯坦，也可能是一個人不把考試成績當(dāng)成學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)，而是把鉆研真理當(dāng)成目標(biāo)時，他對分數(shù)就沒有那么在乎。 兩個人在1900年大學(xué)畢業(yè)時成績墊底，物理系總共有5個人畢業(yè)，愛因斯坦排第四，米列娃排第五得重修一年。 前面三位都得到了正式的“教職編”，成了職業(yè)的科學(xué)家，吃喝不愁，而愛因斯坦兩口子不得不為了生計奔波，真的是一分錢難倒英雄漢，他為了養(yǎng)家糊口到處去給別人做家教（這可能是這個行當(dāng)最牛叉的家教了），后來好不容易在專利局找到了一個很低職位的工作。 到此，愛因斯坦確實和很多胸懷大志而面對現(xiàn)實的人很像，在五斗米面前，頭顱不得不低下去。 這就是愛因斯坦26歲之前的生活。 而與很多人不同的是，他是真正的天才，且極其幸運，幸運真的是實力的一部分。  25歲，還在為五斗米折腰的愛因斯坦 （二）這個天才，奇跡創(chuàng)造的速度令人震驚！有些事情，不得不說是上天安排好的，比如愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論。 為何必定是他呢？ 上節(jié)說了他極其幸運，幸運之處主要有兩點：
上節(jié)的最后也說了他的天才，他的天才之處也有兩點：
正是因為真正的天才還處于創(chuàng)造力、想象力的巔峰，他在1905年創(chuàng)造了奇跡。 在瑞士一個不起眼的專利局里，小小的助理檢定員阿爾伯特·愛因斯坦用非工作時間搞出了六個物理學(xué)領(lǐng)域研究成果，用楊振寧的話來說，這六篇論文引發(fā)了人類關(guān)于物理世界的革命：光、時間、空間、能量與物資的革命。 6月9日——愛因斯坦發(fā)表了一篇關(guān)于“光電效應(yīng)”的論文，他說光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份不連續(xù)的，是量子化的，這篇論文洞開了「量子力學(xué)」的大門。 而在這之前，物理學(xué)家們一直認為光是連續(xù)的波動，這篇論文在15年后還獲得了一個小獎——諾貝爾獎。 7月18日——愛因斯坦又發(fā)表了一篇關(guān)于“布朗運動”的論文，這是人類第一次證明了分子和原子的存在（當(dāng)時的顯微鏡太弱雞了，看不到這么微觀的東西）。 9月26日——愛因斯坦再次發(fā)表了一篇關(guān)于“電動力學(xué)”的論文，這就是狹義相對論。 11月21日——愛因斯坦發(fā)表了《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎？》，這篇論文運用狹義相對論嚴(yán)密推到了震驚世界的量能方程：E=mc2。 ... ... 這些顛覆世界的重量級論文以這樣的速度發(fā)表，你敢信？ 我覺得如果這不是事實，腦洞再大的作家要是敢這么寫小說，估計會被鍵盤俠的噴成抑郁癥。 別的偉人都是用誕生或仙逝的日子作為紀(jì)念日，只有愛因斯坦是用「1905年」來紀(jì)念的。 在上篇，我留了一個尾巴： 當(dāng)人們還在抓耳撓腮消化狹義相對論時，愛因斯坦正在思考是不是有個更簡潔更牛叉的理論，能把狹義相對論也包含進去，進而可以用這個理論解釋宇宙萬物所有運動。 這個理論就是——廣義相對論，他用了十年終于完成，在1915年發(fā)表。 我們接下來詳細聊聊這個話題。 （三）廣義相對論，物理學(xué)與我們的普通大眾的距離什么是廣義相對論（廣義的相對性原理）？ 說白了，就是他想再次看破自己的狹義相對論——找到一種思想或者叫做一組公式，這種思想、公式能解釋所有的坐標(biāo)下，物理定律其實是一回事。 廣義相對論的數(shù)學(xué)非常復(fù)雜，他自己最后都是請了數(shù)學(xué)家才完成了這種思想在數(shù)學(xué)上的表達，但思想非常簡明扼要，概括起來就兩點：
其他的結(jié)論都是這兩點的推論。 過程就不說了，說一個反認知的點——愛因斯坦覺得，引力是我們的幻覺。 先不要驚掉下巴，我們先看看他是怎么想的： 當(dāng)我們在地面上會感受到地球的引力，但當(dāng)我們處于失重的自由落體狀態(tài)時，又感受不到地球的引力了。 如果引力是真實的力，怎么會在一種狀態(tài)下有，在另一種狀態(tài)下又沒有了呢？ 那只能說明引力是幻覺（回頭看廣義相對論里，壓根兒就沒提引力，就是因為他看破了引力不是力的一種）。 廣義相對論的提出已經(jīng)過去了一百多年，也已經(jīng)被物理學(xué)家和天文學(xué)家通過嚴(yán)密的實驗證實了他的正確（1916年通過觀測日全食，看到了太陽背后本不應(yīng)該看到的星光，這就證明了太陽彎曲了周圍的時空，而牛頓力學(xué)認為光是永遠走直線的）。 但很多相對論的結(jié)論到現(xiàn)在，我們還是難以接受，比如這個“引力不是力”的問題，接受起來就會很難，可能也有人會因此噴我，但我只能說： 物理學(xué)家們走得實在太快太遠了，而普羅大眾的接受能力和教育的與時俱進，要比他們慢太多太多。 你看相對論，雖是一百多年前的理論且證明無比正確，可學(xué)校教的還是幾百年前的牛頓力學(xué)。 既然是說愛因斯坦，前面也說了他的那篇論文洞開了量子力學(xué)的大門，那我這個小專題就繞不開他與量子力學(xué)的恩恩怨怨。 接下來我們說說這個。  （四）愛因斯坦與量子力學(xué)：堅持自己還是采納意見？這是個問題！ 克里斯坦森在《創(chuàng)新者的窘境》中提出了一個深刻的道理： 當(dāng)我們堅持了某種理念而取得成功后，往往會被這個理念所綁架。一個曾給企業(yè)帶來巨大成功的創(chuàng)新，在后來這個理念又會成為包袱，阻礙企業(yè)去嘗試別的創(chuàng)新。 那我們是該堅持自我，還是應(yīng)該敞開胸懷呢？ 沒有正確答案，成功的人都會總結(jié)自己的成功之道：
回到愛因斯坦，他之前的所有開天辟地的理論都是前者，都是堅持了自己，不管堅持自己后的那些推論看起來有多么“離譜”，他都接受了那些離譜，有的是自己證明了那些離譜是對的，有的是別的科學(xué)家證明了那些是對的。 但在廣義相對論問世后的一個推論，他一改常態(tài)，放棄了自我堅持，還鑄成了他自認為不可原諒的大錯： ——這就是“宇宙常數(shù)”。 通過廣義相對論，他推演出了宇宙是不斷膨脹的，是“活”的。但在當(dāng)時的科學(xué)家的宇宙觀里，宇宙本身是恒定不變的。 這一次，愛因斯坦沒有堅持，他接受了大家的意見，他在本已是完美的廣義相對論的方程里”畫蛇添足“地加入了一個宇宙常數(shù)“Λ”，雖然他自己也不知道這個宇宙常數(shù)代表著什么物理意義，但他還是加緊進去了，這樣做有兩點“好處”： 1、廣義相對論公式符合了大家的宇宙觀——宇宙，是靜止的； 2、在當(dāng)時已知的銀河系范圍內(nèi)，加入或不加，方程組解出來的結(jié)果是一樣的。 但十幾年后，天文學(xué)家哈勃（就是那個哈勃望遠鏡的哈勃）系統(tǒng)系地觀測到了遠方的星星都在離我們遠去（原理是紅移現(xiàn)象：離我們遠去的星光，波段會邊長，從而發(fā)紅），對此只有一個解釋： ——宇宙不是靜止的，它無時無刻不在膨脹。 原本的廣義相對論方程異常完美，宇宙常數(shù)真的是畫蛇添足。對此，愛因斯坦后悔不已，他原本有機會在十幾年前就提出宇宙膨脹學(xué)說的。 或者就在此刻，他決定：無論后面遇到什么事情，他都不會再放棄見解。而這一次對自己的提醒，在面對量子力學(xué)時，他又錯了！ 幾乎是提出廣義相對論的同時，物理學(xué)在微觀世界里正在展開同樣重大、同樣震撼的革命性探索，這就是量子力學(xué)。 雖然是愛因斯坦第一個提出光并不是連續(xù)的，而是一份一份的“光子”，但或許是在相對論上用去了太多的心力，愛因斯坦沒有在這個微觀領(lǐng)域繼續(xù)向前，反倒是一開始反對“量子”學(xué)說的波爾后來接受了這個理論，并堅定地走了下去。 波爾在愛因斯坦的基礎(chǔ)上，向前走了一步提出了新理論： ——不僅光是一份一份不連續(xù)的，就連原子中電子的軌道也是不連續(xù)的，電子只能從一個軌道突然出現(xiàn)在另一個軌道，而不需要什么中間地帶。 這一次，愛因斯坦決定堅持自我，他完全不能接受波爾的這個學(xué)說，他無法相信有什么東西可以在空間中像變魔術(shù)一樣“跳躍”。 他的相對論確實認為尺寸、時間、都是相對的，空間也是可以被彎曲的，但你總得尊重時空是連續(xù)的，是相連的吧？怎么可能有東西一開始在這里，不經(jīng)過任何運動過程就突然出現(xiàn)在那里呢？ 但這還不是最難理解的，后來物理學(xué)家又發(fā)現(xiàn)，有的粒子可以在同時即出現(xiàn)在這里，又出現(xiàn)在那里！ 愛因斯坦快瘋了，他拒絕接受量子力學(xué)。 這一次，歷史拋棄了愛因斯坦，量子力學(xué)的時代來臨，到了1930年，幾乎所有的主流物理學(xué)家都站在了量子力學(xué)的那一邊——就像當(dāng)初他們站在相對論這邊一樣。 愛因斯坦，被主流孤立了。 他會放棄自己的主見嗎？ 不會，他不要再犯那個“宇宙常數(shù)”的錯了。 1933年他定居美國，在大學(xué)里做教授，但他離群索居，與同事和家人漸漸疏遠，他一直在找那個統(tǒng)一的理論，希望把宏觀與微觀統(tǒng)一起來，而不是像量子力學(xué)那樣“胡鬧”。 這樣的苦苦求索一直到了1955年的那一天，76歲的愛因斯坦生病，他被送到醫(yī)院時，醫(yī)生說： “不要擔(dān)心，這個病的診療方案已經(jīng)很成熟，很快就能治好。” 但愛因斯坦拒絕治療： “我想要離開時請讓我離開，我已經(jīng)完成了我該做的，一味地延長生命是毫無意義的，現(xiàn)在是該離去的時候了，我要優(yōu)雅地離去?！?/p> 1955年4月18日晚，愛因斯坦在這個午夜的睡夢中安靜地走了。 學(xué)校里最好的同事給他整理遺物，在他辦公室的黑板上發(fā)現(xiàn)了好幾個公式，而這幾個公式計算后的結(jié)果是： 沒有任何東西，是個死胡同... ... （完） 擴展： 當(dāng)初相對論對于經(jīng)典力學(xué)，是一次站在巨人肩膀上的飛躍，也就是說愛因斯坦與牛頓是同向的，只是相對論比經(jīng)典力學(xué)解釋的范圍更大了。 但相對論和量子力學(xué)，卻存在根基上的對立，相對論認為時空是連續(xù)的，只要坐標(biāo)系定了，位置、速度都是唯一的，相對論認為一切運動都可以用計算精準(zhǔn)的算出來。 而量子力學(xué)卻正好相反，它認為在量子的世界里，速度、位置都是隨機的，一切都是概率。 就像上一次麥克斯韋提出“光速是相對于誰的？”一樣，物理學(xué)，再一次“陷入了危機”！ 而要統(tǒng)一「相對論」與「量子力學(xué)」的牛人在哪里？ 我不知道。 或許，是你的孩子，是你的孫子... ... 但終究有一天，這個世界的終極真理會被人類的大腦看破，就像哥白尼看破了天與地，像牛頓看破了萬有引力，像麥克斯韋看破了電與磁，像愛因斯坦看破了光一樣，告訴世人： ——宏觀和微觀，其實是一回事。 你看，是這樣的... ... 系列閱讀： |
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