2005年4月18日是愛因斯坦逝世50周年。近幾日,,倫敦科學(xué)博物館展出這位科學(xué)巨匠的頭像,。一位小女孩在母親懷抱下,同這位歷史上最偉大的科學(xué)家“親密接觸”,。
愛因斯坦是一座后人很難逾越的智慧高峰,。
如果沒有愛因斯坦在多個(gè)領(lǐng)域樹立的科學(xué)里程碑,就不會有原子能發(fā)電站、宇宙飛船,、所有電子設(shè)備,,乃至整個(gè)科學(xué)文明時(shí)代都會姍姍來遲———
愛因斯坦說過:“我還有可以自慰的地方,我所做的主要工作已被公認(rèn)為我們科學(xué)的主要部分,。我雖然有機(jī)會發(fā)現(xiàn)了宇宙構(gòu)造的某些秘密,,但我留下的痕跡會被時(shí)間所沖淡。”
■ 他發(fā)明了什么,?
不過今天談起愛因斯坦,,聽到最多的是:他發(fā)明了什么?
也難怪,,相對論和能量公式都比較難懂,,所以讓人只隱約記得愛因斯坦與原子彈有某種內(nèi)在關(guān)系。實(shí)在冤枉,!連愛因斯坦的在天之靈也會忿忿不平的,。
弄不清愛因斯坦身份的人,是混淆了科學(xué)與發(fā)明的關(guān)系,,就如同將牛頓與愛迪生視為同行一樣,,是一般科普知識欠缺所致。
打一個(gè)不很恰當(dāng)?shù)谋扔鳎嚎茖W(xué)是路,,發(fā)明是車,,車離不開路,路制約車,。沒有路,,再好的車也是一堆漂亮的鋼鐵零件;沒有科學(xué),,再好的發(fā)明也是紙上談兵,,空中樓閣。
毫不夸張地說,,根據(jù)愛因斯坦創(chuàng)立的科學(xué)理論而衍生出的發(fā)明創(chuàng)造,,涵蓋了現(xiàn)代文明的每一個(gè)角落,連我們衣食住行的每個(gè)細(xì)節(jié)都閃現(xiàn)著愛因斯坦的影子,。
■ 這些都因?yàn)閻垡蛩固?/font>
這里用一個(gè)假設(shè)的“你”做比喻,。早晨當(dāng)你從下榻的賓館起來,走出房間準(zhǔn)備晨練時(shí),,請注意你頭上的煙霧探測器,。它利用放射性物質(zhì)镅-241釋放出能量,產(chǎn)生一小束帶電粒子,。一旦發(fā)生意外,,從火焰里冒出來的煙霧與粒子束發(fā)生反應(yīng),,觸動(dòng)警報(bào)器自動(dòng)拉響。
由于镅的原子核不穩(wěn)定,,一旦裂開,,質(zhì)量似乎就消失了,因?yàn)樗槠馁|(zhì)量比原來的原子核小,。其實(shí),,镅原子的質(zhì)量根本沒有消失。這是愛因斯坦告訴我們的,。
回到家后你要開車去上班,,你車輪下的平坦公路里也刻著愛因斯坦的功勞。在愛因斯坦的博士論文中探討了在不同溶液中測量分子的新方法,,這些方法后來成為膠體化學(xué)的基本方法,。建材工程師在建造公路時(shí),就是利用他的研究成果,。
來到辦公室,,你打開電腦開始工作。在短促的瞬間,,電子正從顯像管的陰極發(fā)射出來,,好像在飛馳過程中獲得了能量,積聚在顯示屏上———這正好符合愛因斯坦的狹義相對論,。發(fā)明電腦顯示器的工程師必須使顯示器符合“相對論效應(yīng)”,,否則控制電子飛馳的磁鐵就會在顯示屏上產(chǎn)生模糊圖像,使你無法工作,。
下班后你到超市購物,,你手里的每一件商品條形碼也得益于愛因斯坦的激光理論,只有激光才能準(zhǔn)確讀出條形碼中的編碼空白,。
假如你富有,,又是個(gè)令人尊敬的環(huán)保人士,你就會用太陽能光電池為自己的居室提供能量,。這些光電池能夠把太陽能轉(zhuǎn)成電能,,愛因斯坦在90年前發(fā)表的一篇論文里首次正確地分析過這一轉(zhuǎn)換原理。
他發(fā)現(xiàn)光承載于運(yùn)動(dòng)著的能量包(后來稱為光子)里,,某些光子攜帶的能量足以克服將電子集中于某種金屬的“粘性”,,這就是著名的光電效應(yīng),。
星期天,,你會帶領(lǐng)家人輕松郊游。當(dāng)你打開數(shù)碼相機(jī),,準(zhǔn)備攝下妻兒溫馨笑容時(shí),,要先感謝愛因斯坦,。從鏡頭飛進(jìn)來的光子會把半導(dǎo)體里的電子擠走,這同樣利用了寶貴的光電效應(yīng),。
倘若你身體有恙,,或是偶感風(fēng)寒,需要藥物調(diào)理,。許多藥物制造得益于愛因斯坦那篇有關(guān)布朗運(yùn)動(dòng)的論文,。
英國植物學(xué)家羅伯特·布朗最先觀察到,懸浮的液體中的微粒永遠(yuǎn)不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),。愛因斯坦將兩個(gè)毫無關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象聯(lián)系起來,,于是就利用布朗運(yùn)動(dòng)創(chuàng)立了將微觀數(shù)量和宏觀數(shù)量聯(lián)系在一起的統(tǒng)計(jì)法。
直到今天,,這些統(tǒng)計(jì)法仍是全世界藥劑師必須遵循的配比法則,。
萬一彩票中了大獎(jiǎng),得意忘形的你不幸成為尋人啟事中主角,,那也沒有關(guān)系,,你身上攜帶的GPS能幫助你與搜索人員取得聯(lián)系。100年前愛因斯坦發(fā)現(xiàn),,如果想把發(fā)生在不同地點(diǎn)的多個(gè)事件聯(lián)系在一起考慮,,那么傳統(tǒng)的時(shí)間概念就不夠充分。
雖然全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星上安裝了精確的原子鐘,,但是,,如果沒有地面原子鐘對衛(wèi)星原子鐘的時(shí)間調(diào)整,定位系統(tǒng)每天發(fā)給地面的信號就會出現(xiàn)1.6公里的偏差,。
你長了一個(gè)腫瘤,,幸虧是良性的,但因長在胸腺上,,手術(shù)后需要放射治療,。醫(yī)生在為你實(shí)施放射治療前,需要估計(jì)X射線可能對你細(xì)胞造成的傷害,,根據(jù)就是愛因斯坦的E=mc2,。
| 這同樣是100年前愛因斯坦的重大發(fā)現(xiàn):任何質(zhì)量都可以被看作壓縮的能量形式。要想知道某一質(zhì)量能夠產(chǎn)生多少能量,,可以把消失的質(zhì)量乘以光速的平方,。那肯定是一個(gè)巨大的數(shù)字。據(jù)此理論造出原子彈,、氫彈的同時(shí),,也治好了你的胸腺瘤。
愛因斯坦在完成廣義相對論近10年后,,做了一個(gè)大膽新奇的設(shè)想:引力減慢時(shí)間的流逝使光波朝光譜紅色一端偏移,。但無法用實(shí)驗(yàn)加以證實(shí),。
直到1976年人們采用現(xiàn)代化手段才予以證實(shí)。方法是用火箭將一座氫微波激射器時(shí)鐘帶到1萬公里高空,,在沉入百慕大以東1600公里的太平洋之前的兩個(gè)小時(shí)內(nèi),,時(shí)鐘的計(jì)時(shí)與地面一個(gè)同樣的時(shí)鐘相符。氫微波激射器以1.42千兆赫的頻率發(fā)射微波,,在火箭到達(dá)最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí),,火箭上的時(shí)鐘比地面的時(shí)鐘快大約1赫茲,終于證實(shí)了愛因斯坦的判斷:引力越大,,時(shí)鐘走的越慢,。
早在1916年愛因斯坦就預(yù)測引力波的存在與來源,幾十年后,,天文學(xué)家約瑟夫·泰勒和魯塞爾·胡爾賽證明,,兩顆軌道脈沖星,也就是自轉(zhuǎn)時(shí)釋放輻射波的中子星,,導(dǎo)致其速度減慢的能量損失正好與相對論所預(yù)測它們以引力波的方式釋放掉的能量吻合一致,。
愛因斯坦為什么總是對的,除了他所具備的從未見中有所見,,從未知中有所知的直覺感知力外,,似乎有神人相助。
就在去年,,從前往土星的“卡西尼號”飛船發(fā)回的無線電信號被證實(shí)受到太陽的影響而發(fā)生了偏斜,,偏斜度與廣義相對論的預(yù)測完全吻合。
由此看見,,愛因斯坦是一個(gè)多重幸運(yùn)的天才,,他在特殊的時(shí)代用自己特殊的才能解決了特殊的難題,又取得了特殊的成功,,甚至譜寫了一段特殊的歷史,。
| 假如沒有愛因斯坦,相對論會在何時(shí)問世,?對這樣的假設(shè),,肯定是見仁見智,莫衷一是,。一些學(xué)者說,,那一定還需要推后幾代人。著名天文物理學(xué)家馬丁·雷斯爵士認(rèn)為,,如果沒有愛因斯坦,,無疑會滯后現(xiàn)代文明的腳步。
今天也會有人想到相對論,,可愛因斯坦的成就可不是一位單槍匹馬就能做到的,。
■ 背景
為了紀(jì)念愛因斯坦100年前對物理學(xué)界作出的貢獻(xiàn),,喚起年輕人對物理學(xué)的熱愛,,去年6月,,聯(lián)合國大會一致通過將2005年命名為“世界物理年”。德國,、英國等國家,,則干脆將“世界物理年”改名為“愛因斯坦年”。