点评爱因斯坦科学成果.docx

学习漫谈（42）：自由探索 追求深邃——五评爱因斯坦的学问观爱因斯坦一辈子崇尚学术自由1954年3月14日，在他75岁生日那一天，他 在《纽约时报》上发表了题为“我所理解的学术自由”的短文，回答了五个有关问 题第一个问题的问答如下：问：学术自由的根本性质是什么？为什么它对于追求真理是必需的？答：我所理解的学术自由是，一个人有探求真理和讲授他认为正确的东西的权 利这种权利也包含着一种义务，一个人不应当隐瞒他已认识到是正确的东西的任 何部分显然，对学术自由的任何限制都会抑制知识的传播，从而也会妨碍合理的 判断和合理的行动他对自己所经历的大学教育不那么满意，在《自述：识别能导致深邃知识的东 西》中表述了这种不满他说：“这里的问题在于，人们为了考试，不论愿意与否， 都得把所有那些废物塞进自己的脑袋这种强制的结果使我如此畏惧不前，以致我 在通过最后考试后有整整一年对科学问题的任何思考都感到扫兴随后，他庆幸 他所在瑞士 ETH所受到的这种窒息真正科学动力的限制远少于其它地方：一年只考 两次；更让他庆幸的是，他有个朋友听课认真、笔记一流，这位朋友的帮助使他的 自由探索的机会大大增加后来，他在逝世一个月前（1955年3月）所写的回忆录 中告诉我们，这位朋友就是马尔塞尔格罗斯曼（Marcel Grossman），他不敢想象， 没有格罗斯曼的帮助，他会怎么样，说不定有些考试就要给“关住”了。

他说：“对 于我这样爱沉思的人来说，大学教育不总是有益的无论多好的食物强迫吃下去， 总有一天会把胃口和肚子搞坏的他坚定地认为，对于青年学生这样的幼苗，除 了需要鼓励以外，主要需要自由，自由探索要是没有自由，不可避免地会夭折 他认为用强制的责任感能增进观察和探索的乐趣是一种严重的错误正是出于这一 点，他特别赞赏马赫的独立性和自由探索精神；也正因为如此，他后来在普林斯顿 大学高等研究院大力倡导了自由探索一般人认为，1902年至1909年，他大学毕业后到瑞士专利局工作是不得已而 为之的权宜之计，是大材小用这个工作是他的挚友格罗斯曼的父亲介绍的， 他认为，这七年是他的最富于创造性活动的时期，衣食无忧，成家立业，生活安定, 而且他喜欢审批专利权的技术工作，最重要的是：他可以任自己的思想在物理学研 究领域里纵横驰骋，自由自在，无拘无束他不喜欢年轻时代就在大学工作，“因 为学院生活会把年轻人置于这样一种被动的地位：不得不去写大量的论文一一结果 是趋于浅薄，这只有那些具有坚强意志的人才能顶得住然而大多数实际工作却完 全不是这样，一个具有普通才能的人就能够完成人们所期待于他的工作……如果 他对科学感兴趣，就可以在他的本职工作之外埋头研究他所爱好的问题。

他不必担 心他的努力或毫无成果我感谢马尔塞尔•格罗斯曼给我找到这么幸运的职位大 家知道，狭义相对论就是在这一时期问世的由此可见，100多年前，刚从大学毕 业的爱因斯坦所面临的问题与当代年轻人何其相似！他的选择和想法提供了一种思 路，可供当今的年轻人参考不过，在现时的社会里，实现起来有一定难度真正宝贵、永恒的东西，永远是那些在真理探寻路上形成的人格哪怕自己不能改变身边的一 切，但至少我们是实在的我们的人格不能影响别人，但至少会在我们的孩子身上留下印迹 就让这种珍贵的东西不要消失，这样我们的内心可能会更踏实爱因斯坦还认为，除了向环境要学术自由以外，自己还要创造条件，形成追求 深邃的东西的自由，其中很重要的是：打下扎实的知识基础，特别是数学基础他 不止一次地谈到了这一点爱因斯坦对数学的认识有一个反复的过程12岁时，他被欧几里得平面几何所倾倒，折服于它的逻辑之美；而后，他认真 学习了基础数学；17岁之后，他的兴趣转向更广阔范围的自然知识，特别倾心于物 理学他承认，他在一定程度上忽视了数学，在《自述：识别能导致深邃知识的东 西》一文中写道：“作为一个学生，我还不清楚，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。

只有在几年独立的科学研究工作以后， 我才逐渐明白了这一点在临终前写的那篇回忆录中，他还说：“由于我的无知， 我还以为对于一个物理学家来说，只要明晰地掌握了数学基本概念以备应用，也就 很够了；而其余东西，不过是不会有什么结果的枝节问题这是一个我后来才很难 过地发现到的一个错误我的数学才能显然还不足以使我能够把中心的和基本的内 容同那些没有原则重要性的表面部分区分开来我认为，爱因斯坦很快地发现了他的数学知识的不足影响了他科学探索的自由， 一定在科研的同时恶补了数学，我们不能确切地知道其过程，但从他的广义相对论 的表述来看，至少他非常精通微分几何和张量分析等数学知识读一读爱因斯坦的《自述：识别能导致深邃知识的东西》一文的结束语颇有兴 味：“谈到这里，我情不自禁地要说，在法拉第-麦克斯韦这一对同伽利略-牛顿这 一对之间有非常值得注意的内在的相似性——每一对中的每一位都直觉地抓住了事 物的联系，而第二位则严格地用公式把这些联系表述出来，并且定量地应用了它们” 我的体会是：这两对科学家对于科学的感悟能力相近，而后者的数学水平远胜于前 者，因此能够抓住更深邃的东西我们还可以举出更多对这样的例子，例如第谷- 开普勒。

《狭义与广义相对论浅说》里面也恰好收录了许良英等前辈译的这篇《自述》，探 究一个人，尤其是伟人的成长历程真是件奇妙的事情，希望更多的人读一读那些伟 人的经典之作及其传记，那里面有的不仅仅是知识，更多是作者的成长轨迹及对科 学甚至人生的思考，读到兴奋处甚至可以产生思想的碰撞，真正体验到跨越时空的 交流，这种感觉只有践行者才会理解因此，我探究爱因斯坦的学问观的又一感悟是：要从客观环境争得学术自由, 也要从主观上争来做学问的自由，夯实必要的知识基础，首当其冲的是数学基础, 在所有自然科学学科全面“数学化”的今天，更应如此写此篇点评前，认真看过了许多篇老师的学习漫谈，心中时而激荡，时而低落 我一直有这么个想法，科学是对于自然现象的总结，各类科学与宇宙本质就像是用反光镜反射 太阳的光线一样，我们首先看到的是镜子的像，拉远了逐渐看到太阳的圆形的轮廓讨论一类研究完美与否就好象在观察宇宙的规律在一个面的投影，研究它本身就和宇宙一样完 美，也应该是这么完美的那么只研究一个方向例如数学，它可以完全的表征宇宙一切的规律 么？除非是宇宙本身的就是数学数学可以高度的抽象和逻辑的完备，它是面很好的镜子，可 以拥有很多的可调节的角度，美丽不含太多的杂质，有些物理学常数就是现在的数学无法解释 吧。

各种科学互相印证，也许真的有那么一天，人类掌握了万物至理，并且可以创造“规律”爱因斯坦的科学成就1．早期工作爱因斯坦早期的工作主要在热力学和统计物理方面，在1900—1904 年间，他每年都发表一篇论 文发表在德国《物理学杂志》这些早期的工作为他在1905 年辐射理论和分子动理论方面的重 大突破奠定了基础2．1905 年的奇迹 1905年，爱因斯坦在科学史上创造了一个无先例的奇迹这一年他写了6篇论文，在3 月到9 月这半年中，利用在专利局每天 8 小时工作以外的时间，在三个领域作出了四个有划时代意义 的贡献分别是：(1) 光量子论，提出光量子假说2) 分子动理论，1905 年 4 月、5 月、12 月他发表了三篇有关布朗运动的论文，为解决半个多世 纪来科学界和哲学界争论不休的原子是否存在的问题做出了突出贡献3) 创立狭义相对论 爱因斯坦写了一篇开创物理学纪元的长论文《论动体的电动力学》，完整 地提出狭义相对性理论这是他 10 年物理家教酝酿和探索的结果，它在很大程度上解决了 19 世纪末出现地古典物理学的危机，推动了整个物理学理论的革命我有时自问，为什么我会是那个发现相对论的人我想原因在于，一个正常的成年人绝不会 停下来思考有关空间和时间的问题。

这些是„„小孩子想的东西但当我长大【请不要乱说话 词语被禁止】以后，我才开始对空间和时间产生疑问自然，我要比一个孩子思考得更深入一 点——阿尔伯特•爱因斯坦(4) 质能相当性1905 年9 月，爱因斯坦写了一篇短文《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》，作为相对论的 一个推论，揭示了质量(m)和能量(E)的相当性：E=mc2，并由此解释了放射性元素(如镭)所以 能释放出大量能量的原因质能相当性是原子核物理学和粒子物理学的理论基础，也为40 年实 现的核能的释放和利用开辟了道路3．量子论的进一步开拓 爱因斯坦的光量子论的提出，遭到几乎所有老一辈物理学家反对尽管如此，他依然孤军奋战 坚持不懈地发展量子理论他把量子概念扩展到物质内部振动、光化学现象及统计物理学的研 究中，在许多领域中做出了开拓性成就刚开始在专利局工作的爱因斯坦他在那里工作的7 年时间是他一生中成果最多的时期 1905 年被称为爱因斯坦的“非凡的一年”，因为那年他撰写了数量和质量都相当可观的著作 4．广义相对论的探索 狭义相对论建立后爱因斯坦并不感到满足，力图把相对性原理的适用范围推广到非惯性系他 从伽利略发现的引力场中一切物体都具有同一加速度(即惯性质量同引力质量相等)这一古老 实验事实找到了突破口，于1907 年提出了等效原理，此后经过曲折的探索终于1915 年完成了 被公认为人类思想史中最伟大的成就之一的广义相对论。

在 1915 年到 1917 年的 3 年中是爱因斯坦科学成就的第二个高峰时期，类似于1905 年，他也在 三个不同领域中分别取得了历史性成就除了 1915年最后建成了被公认为人类思想史中最伟大 的成就之一的广义相对论以外， 1916年在辐射量子论方面又作出了重大突破， 1917年双开创了 现代科学的宇宙学这是自牛顿时代以来与引力理论有关的最重要成果，是人类思想的最高成就之一——皇 家学会主席J.J.汤姆孙，在讨论证实受因斯坦理论的日食照片的会议上所说的话“爱因斯坦的深刻本质藏在他的质朴个性之中：而他科学的本质藏在他的艺术性之中——他对美的非凡感觉一一引自巴内什•霍夫曼：《爱因斯坦》“他最出名的当然是他的相对论，那给他带来了世界性的声誉但伴随名声而来的是一种爱因 斯坦感到难以理解的盲目崇拜令他惊讶的是，他成为一种活生生的神话，一个真实的民族英 雄他被人看作一个奇迹，并得到皇室人员、政治家和其他名人的招待，公众和新闻界把他当 作一个电影明星而不是科学家 一一引自巴内什•霍夫曼：《爱因斯坦》“科学理论家是不值得羡慕的因为大自然„„是对他工作的一个铁面无私而且不太友善的评判 者它从来不会对一种理论说‘是'。

它至多说‘也许'，而在大多数下只是说‘不'一一 引自爱因斯坦为诺贝尔奖获得者卡默林格-翁内斯教授的纪念册上所写的评语 “我从事科学研究的动机，来自一种想要了解自然奥秘的无法制的渴望，而不是别的什么目 我对正义的热爱以及为人类生活状况的改善而努力奋斗，则与我的科学兴趣无关一一引自 爱因斯坦的书信，1949 年在曼长的生涯中我所懂得的一件事就是：我们所有的科学发现与真实的物质世界相比，还是 相当原始和幼稚的——但它仍然是我们所拥有的最为珍贵的东西 一一阿尔伯特•爱因斯坦“为了惩罚我对权威的蔑视，命运使我自己成为一个权威一一阿尔伯特•爱因斯坦 “对于一个毕生努力追求一点真理的人来说，如果他看到有别人真正理解并欣赏自己的工作， 那就是最美好的回报了一一引自爱因斯坦写给一个美国学生的信，这位学生在信中告诉爱 因斯坦他是多么地仰慕他5．对统一场论的漫长而艰难的探索 建成广义相对论后，爱因斯坦依然没有满足，致力于寻求一种能将引力场与电磁场，将相对论 与量子论统一起来的统一场论的，这耗费了他后半生的精力，始终没有完成我们的时代因科学认识以及这些思想在技术上的应用所获得的出色成就。