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第一节 发明新的原理

  对一个人来说,所期望的不是别的,而仅仅是他能全力以赴和献身于一种美好的事业。——爱因斯坦

  爱因斯坦在他人生的最后20年,在物理学中取得了哪些巨大成就呢?他在20年中的研究工作集中在两个主要的方面:一个是统一场论的建立,实际上是相对论的继续;另一个是对量子力学的正确解释。

  1935年9月,爱因斯坦同波多尔斯基和罗森合作,发表向哥本哈根学派挑战的量子力学论文,宣称哥本哈根学派的量子力学对实在的描述是不完备的。

  1936年,爱因斯坦开始同英费尔德和霍夫曼合作,研究广义相对论的运动问题。

  1937年3月至9月,爱因斯坦与英费尔德合作编写《物理学的进化》。

  1937年6月,爱因斯坦同英费尔德和霍夫曼合作完成论文《引力方程和运动问题》,从广义相对论的场方程推导出运动方程。

  1938年,爱因斯坦同英格曼合写论文《卡鲁查电学理论的推广》。

  1940年5月15日,爱因斯坦发表论文《关于理论物理学基础的考察》。

  1948年8月,爱因斯坦发表《量子力学和实在》。

  1950年4月,爱因斯坦发表《关于广义引力论》。这篇论文,总结了爱因斯坦自1922年发表第一篇统一场论的论文以来长达28年的统一场论的研究。

  1952年4月,爱因斯坦发表《关于一些基本概论的绪论》和《相对论和空间问题》。

  1953年5月20日,爱因斯坦发表关于量子力学解释的论文。

  1953年5月,爱因斯坦发表《“空间概念”序》。

  1954年11月,爱因斯坦完成《非对称的相对论性理论》。

  这是他继1905年的《论动体的电动力学》、1916年的《广义相对论基础》这两部划时代的文献之后,第三部最主要的科学文献。

  这是他长期为宇宙中存在的两个独立的场——电磁场和引力场去寻找一个最终的统一形式而做的艰难探索的成果,是他后半生中最重要的理论巨著。

  爱因斯坦在他当年的信中说:

  统一场论现在已经完成。虽然我付出了全部心血,还是不能用任何办法去验证它。这种状况将长年累月地持续下去。因为数学上的困难不容许赋予它以单值的评价的形式。何况物理学家们不理会逻辑的和哲学的论据。

  不过,对于爱因斯坦毕生追求的终极目标:建立起一个能够统一宇宙中所有已知的力的综合数学框架,而且可以解释一切基本粒子的存在和性质,推导出一切重要的自然常数,并将相对论和量子力学最终结合在一起的这样一个“解释世界的理论”或“整个物理学的基本理论”来说,这篇论文还远不是最后的完满的结果。

  直到爱因斯坦去世之前,他的这个理想也没有最后完成。在他去世的前一天,他还叫他的助手把大统一理论的最后计算结果拿到他的病床边来。

  他最终未能完成大统一理论、实现他的理想,并不是因为他的智慧和能力不够,而是由于时代的限制。

  他生活和工作的年代还是在20世纪的前半个世纪,那时人类拥有的科学技术手段还根本不可能对自然界最深的奥秘,特别是对宇宙深处星球的奥秘和原子内部粒子的奥秘这两项最重要的自然奥秘进行更深层次的开掘,人类对宇宙和原子核内部奥秘的了解还非常肤浅。

  因此,尽管爱因斯坦具有超人的对于事物的洞察能力和预见能力,但他毕竟还是一个人,他无法超越他的时代,无法用他的理论去预知一个完全未知的世界。

  在他后半生中一直为之奋斗的伟大的统一场论,包括对他在普林斯顿最后22年的全部物理学研究工作的评价,都曾经在很长一段时间里遭受人们的误解和不公正的冷遇,有时甚至还有嘲笑。

  在很长一段时间里,他自己曾经参加创建的量子力学成为了物理学发展的主流,而他追求的统一场论则被看成是虚幻的梦想。最后他虽然完成了他的统一场论理论,但也只是纯数学计算,难以取得实验验证。

  当时以波尔、海森堡以及狄拉克等伟大的物理学家为代表的近代量子力学,在物理学所有领域中几乎是无往而不胜。

  狄拉克甚至大胆地预言:量子力学可以使全部化学简化为一组数学方程!它几乎在40多年里主宰了物理学的进程。

  爱因斯坦几乎是孤独一人站在反对的一面。他并不是全盘否定他自己曾经亲自参与创建的量子理论,他否定的只是量子力学在后期发展中所具有的几个他不能接受的问题。

  爱因斯坦对自己在物理学界的孤立状态并不在乎,他在给朋友的一封信中嘲弄地写道:“我在我的同事们的眼中成了一个顽固的异教徒。”然而这并不能使他有所动摇,随着历史的进程,随着物理学在近二三十年中在天体宇宙学和原子内部粒子理论上的飞速发展,人们终于发现:

  量子力学本身并不是一个完备的理论,只是当物理学家用它来分析速度远比光速小的现象时才是有效的。

  时间终于宣布了爱因斯坦的相对论和统一场论的胜利,在几十年的冷遇之后,科学重新回到了爱因斯坦的身边。

  但是整个世界的物理学家对这个新理论感到如此兴奋的根本原因还在于:它看来能最终解决也许是本世纪最为重要的科学问题,即爱因斯坦梦想和追求的是如何将自然界已知的各种力统一到一个综合的理论中。

  现在正在发展的大统一理论,已经实现电磁力、弱核作用力和强核作用力这三种自然力的统一。

  现在的物理学已经比历史上的任何时期更加接近爱因斯坦的梦想。

  爱因斯坦在晚年一个人孤立地面对整个物理学界时,没有丝毫的动摇和退缩,始终坚信他的统一场论是正确的,是达到整个宇宙的和谐的必经之途。

  正因为如此,虽然他已经逝世了半个多世纪,可是他的名声至今不衰。如果要进行一次有史以来对人类贡献最大的100人评选,包括古往今来一切著名的文学家、艺术家、科学家、政治学、军事家,排在第一名的必然是爱因斯坦。

  1919年,爱因斯坦9岁的小儿子爱德华问父亲:

  “爸爸,你到底为什么这样出名?”

  爱因斯坦笑了,然后亦庄亦谐地对儿子解释道:

  你看见没有,当盲目的甲壳虫沿着球面爬行的时候,它没有发现它爬过的路径是弯的,而我有幸发现了这一点。

  爱德华听懂了比喻本身,但他不理解其中的含义。这其中的含义,只有物理学界的精英们才体会得到。

  从1905年到1915年,爱因斯坦花费了他一生中最有创造力的10年时间,建立起广义相对论。

  广义相对论的提出需要太多的才能,几乎超出一个平常人毕生所掌握的知识的无数倍。

  人类不得不在大多数平庸的事实面前赞美那些伟大的天才,他们的才能实在让人高山仰止。

  在爱因斯坦的科学研究生涯中,任何一次失败都没使他丧失信心,但建立统一场论的艰难的确使他非常迷惑。他不得不以他独有的幽默自我解嘲:“上帝精明,但无恶意。”

  对爱因斯坦来说,“上帝精明,但无恶意”不仅意味着世界的和谐存在,也意味着建立统一场论的必要性和原则上的可靠性,他对这一点毫不怀疑。爱因斯坦常说:“也许,上帝毕竟怀有一点恶意?”

  在他对能成功解决问题产生怀疑后,他更加相信这种“恶意”在冥冥中控制着什么。只是越到后来,这种希望越渺茫,他的工作劲头反而越大。

  1942年春,爱因斯坦写信给自己的医生朋友汉斯·缪扎姆,说:

  我成了孤独的老光棍,我之所以出名主要是因为出门不穿袜子。但是,我比过去更加狂热地工作,满怀着希望想解决我的老问题,即统一物理场的问题。

  两年之后,他又给缪扎姆写信:

  也许,我命中注定还要知道我是否有权相信自己的方程。这只不过是一种希望,因为每一个方案都牵涉巨大的数学难题。尽管良心受到谴责并且自己有良好的愿望,但我好久都没给您写信了,因为数学上的烦恼使我备受煎熬,而我又不能摆脱。我现在任何地方都不去,我要珍惜时间,直到把一切结束之后。您瞧,我要成了一个守财奴。在清醒的时刻,我意识到,这种对时间的吝啬是病态的和愚蠢的。

  爱因斯坦认为,在科学生涯中,一个人被工作弄得神魂颠倒直至生命最后一息,这是一种幸运,因为他可避开世人的荒唐和愚蠢所带来的痛苦。他一生努力从事真理的追求,因而得到安慰。

  爱因斯坦认为建造科学殿堂的科学家,他们大多是相当怪僻、沉默寡言和孤独的人。他还说:首先我同意叔本华所说的,把人们引向艺术和科学的最强烈动机之一,是要逃避日常生活中令人厌恶的粗俗和使人绝望的沉闷,是要摆脱人们自己反复无常的欲望的桎梏。

  “一个修养有素的人总是渴望逃避个人生活而进入客观知觉和思维的世界;这种愿望好比城市里的人渴望逃避喧嚣拥挤的环境,而到高山上去享受幽静的生活。在那里,透过清新的空气,可以自由地眺望,陶醉于那似乎是为永恒设计的宁静景色。”

  爱因斯坦感受到孤独的愉悦。他对宁静的向往是与科学探索,与他那崇高的追求真理的信念联系在一起的。因此这种宁静与寂寞不是沉闷、空虚,而是充实、积极进取。在这种幽静与纯洁中,他可以自由地眺望那科学的圣殿,可以陶醉于为永恒而设计的宁静景色。

  爱因斯坦的科学探索之路是孤寂的。他在创建狭义相对论、光量子理论以及对分子运动论进行探讨时,虽然说研究课题和目标在当时属于物理学研究的主流,但他走的是自己开创的道路,他探讨使用的是自己创造的方法,仍然是一条孤寂地走向成功的道路。

  他在创建广义相对论时,这种情形更加明显,连题目和目标都是当时的科学界所未曾关注与留意的,唯有他一个人孑然前行,创造了新的成就,引起了思想界学术界的极大震动。

  爱因斯坦的前半生在孤寂的探索之路上不懈追求、前进,取得了辉煌成就。而他的后半生,他所确立的科学研究,就是建立统一场论,这使他更加孤独,可以说是一种偏僻而又寂寞的道路。

  在建立统一场论的探索中,他处于一种完全的离群索居、独立拼搏的状态。

  当时的物理学界正在量子力学的方向上冲锋陷阵,爱因斯坦一个人在艰难中付出了后半生30余年的精力,其孤寂更甚于没有任何成就来给予支撑。连他自己也说:“我只有把自己禁锢在完全无望的科学问题中去了。”

  爱因斯坦是一个天才,是一个寂寞的天才,尽管伴随着他的成功,有着无数的鲜花和赞颂,但他一概摒弃。

  
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