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历史上最天才的学霸和学渣,时间最公平吗?非也!

(2019-03-01 07:31:05) 下一个

阿尔伯特·爱因斯坦( Albert Einstein) 在过去的一百年来几乎是天才的同义词。但他们同时代的世界顶尖科学家都纷纷认为冯•诺伊曼比爱因斯坦更聪明,这些人包括我们已经很熟悉的诺贝尔奖得主尤金.维格纳,恩里克·费米,理查德·费曼……。

 

好看的容颜千篇一律,有趣的灵魂万里挑一,能找出爱因斯坦和冯·诺依曼嘛?

冯•诺伊曼和爱因斯坦非常的有缘,而且人生轨迹很相似。他们俩是苏黎世联邦工业大学的校友,是普林斯顿高等研究院的元老和同事,都完全不避讳谈论金钱,都很会讨女人欢心,都是多情种子,都不是圣人。爱因斯坦一生中、两次婚姻、至少十个情人、三场“黄昏恋”,还有数不清的情感暧昧……。

有人问爱因斯坦:“你的实验室在哪里?” 他指指自己的脑袋; “你那些昂贵的设备在哪里?”他挥挥手中的笔。冯•诺伊曼和爱因斯坦一样,都只需要纸和笔,就能让全人类收益。

01

这个世界永远有两种人,一种是学霸,一种是学渣。

冯•诺伊曼就是那种从小碾压所有人的神童学霸。我们在 天才中的高富帅,数学界的暖男--冯.诺伊曼一文中已经见识过了,和他当同学,就连后来的的诺奖得主们(比如维格纳、泰勒)都要算一算心理阴影面积有多大。

和年轻时的冯诺依曼相比,爱因斯坦真的是渣得抬不起头。

爱因斯坦小时候就是那种被碾压的学渣,他小时候学习说话很晚,甚至被家里的女佣起了个“笨瓜”的绰号, 父母因此很担心,甚至曾经找过医生看诊。由于爱因斯坦的反应迟钝,成绩一般,还经常被教师呵斥、罚站。总之所有学渣受过的苦,爱因斯坦都经历过。

学霸冯•诺伊曼要上大学了,当时的顶尖大学都抢着要,他同时在三所大学注册:在柏林大学(后转去苏黎世大学)攻读化学,而同时又在学期末回布达佩斯大学参加数学考试。他报考苏黎世联邦工业大学(ETH)的时候,是跳级考,但是一下就考上了。

ETH可是当时世界顶级名校, 培养了二十多名诺贝尔奖获得者.

学渣爱因斯坦报考苏黎世联邦工业大学(ETH)的时候,总分没有达标,在学校校长的建议下,他复读了一年,才终于考取。

学霸冯•诺伊曼更传奇的是,在1925年取得化学工程学位不久,以22岁的年龄获得了布达佩斯大学数学博士学位,而且他在布达佩斯大学从来没上过课,只是每年按时参加考试,但是每次考试都是A。这种不用上课只参加考试就能拿到博士学位的方法,绝对是前无古人后无来者。

而学渣爱因斯坦的大学生活就是翘课、抄同学笔记,泡妞,所以数学学得很吃力,几乎所有数学课都只拿到了4分(勉强及格), 稍微可以安慰下自己的是他的理论物理课还都取得了5分或6分的高分(满分为6分)。他的数学教授赫尔曼·闵可夫斯基当时称他为“懒骨头”,他的实验物理课甚至只得了1分。但好彩他追到了他的未来妻子,大他3岁的塞尔维亚女孩米列娃, 还不算全无收获。最后的毕业成绩,学渣爱因斯坦是全班五名学生中第四名,他的未来妻子米列娃是最后一名(校方不准她毕业,必须留级一年)。

 

大学毕业后,学霸冯•诺伊曼顺利地拿到洛克菲勒基金到哥廷根大学工作,任希尔伯特的助手,随后又到柏林大学任兼职讲师。那时他在数学基础和集合论方面的工作已经名满天下了,再后来更是到处开疆扩土,建功立业,在许多领域都当上了爸爸,如博弈论之父,计算机之父。

反观学渣爱因斯坦一毕业就失业,家里蹲达两年之久,只好靠做学校临时工和家教赚钱,与女朋友一起捱穷。最落魄彷徨的时候, 他一度想放弃科学志向,改行去卖保险。

学渣后来走了同学格罗斯曼的富爸爸的后门,托关系才进了瑞士专利局,在与学术界几乎完全隔绝的专利局里,可能突然被上帝摸了下头,学渣居然利用业余时间就发表了关于光电效应、布朗运动、狭义相对论、质量和能量关系的四篇历史性的论文,1905年被后人称为「爱因斯坦奇迹年」。

但在当时,这几篇论文,其实没太大反响,也没给爱因斯坦的生活带来什么变化,他还要继续苦熬四年,直到碰到量子之父普朗克,他帮助爱因斯坦加入苏黎世大学物理学系。学渣才正式跨入科学家的圈子,从此走向人生巅峰。

 

 

冯•诺伊曼让我们大开眼界见识了学霸养成记,而爱因斯坦则给我们贡献了学渣逆袭指南。

所以无论你现在是在学霸炼成中或者学渣想要逆袭的阶段,都千万不要灰心放弃,哪天上帝摸一下你的头,你就会迈向辉煌......

02

有两个非常有意思的说法:

一、有记者问爱丁顿说是否全世界只有三个人真正懂得相对论,爱丁顿回答“谁是第三个人?”(亚瑟·斯坦利·爱丁顿爵士在1919年写了“重力的相对理论报导”,第一次向英语世界介绍了爱因斯坦的广义相对论理论。)

二、有人问爱因斯坦,听说你的相对论全世界只有12个人能理解,是真的吗?

爱因斯坦回答,不不不,我相信研究过它的科学家都能懂。

(朱八八认为,学渣爱因斯坦的话还是比较靠谱的,尤其是狭义相对论。第一种说法绝对只是江湖传说。相对论现在已经是理工科必修课程。)

作为学渣出身,爱因斯坦大学的时候基本靠混,但怎么也是在名牌大学ETH的物理系混, 所以对于麦克斯韦方程组还是非常熟悉的。要知道在世上所有公式里,麦克斯韦方程组绝对都排名第一,即使是欧拉的上帝公式和爱因斯坦后来的质能方程E=mc² 都只能屈居其后。对当时的物理学家包括爱因斯坦而言,麦克斯韦是神一样的存在。他用四个方程式就包罗万有整个电磁场理论。

 

 

德国物理学家波尔兹曼赞之为“出自上帝之手”!

江湖传说:任何一个能把这几个公式看懂的人,一定会感到背后有凉风——如果没有上帝,怎么解释如此完美的方程?

麦克斯韦方程组可以推导出光速C是一个不变的基本物理常数 :

 

这个公式揭示了光速不变原理:无论相对谁,在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是不变的。

这在牛顿的经典体系中是不可能的,在牛顿的经典体系里,速度都是相对的,需要参考系,没有参考系谈速度都是耍流氓。 那在真空中不变的光速,是相对什么而言?

假如在地球上观测从相当于1/10光速的飞船上发射一束光,那束光相当于地球观测点的速度不是应该是C+1/10C =1.1C ?

为解决这一矛盾, 短命的“以太假说”就出世了, 相对性原理被扔在一边,认为麦克斯韦方程组只对一个绝对参考系(以太)成立。

悲惨的“以太假说”还没好好看这个世界两眼,就被一朵乌云杀死了,这就是著名的物理大厦的第一朵乌云——迈克耳孙-莫雷实验。

经典物理学在这个著名实验面前,真是乌云盖顶,科学家一筹莫展,已经完全搞不定了,这时候,上帝让一个走后门托关系才进入瑞士专利局的学渣来救场。

作为学渣,小爱同学没有什么历史包袱,敢想敢干,作为专利局的小职员,和学术性基本隔绝, 所以那些物理学家唠唠叨叨的假说,他基本听不见,而且这时候,他还很年轻,思维很前卫。

小爱同学认为光速不变没什么难以理解的,伟大的麦克斯韦方程推导出的结论还能有错?更何况很多实验都证明了光速不变。

于是小爱同学直接把光速不变当成公设:1.光速不变,与光源和观察者的运动状态无关;2.在所有惯性系中,物理定律都一样 (即惯性系平权原理)。

别看这两条公设简单,就在这么简单的基础上,伟大的狭义相对论就诞生了,这是一种全新的时空观(相对论时空观),颠覆了19世纪以前所有人类的认知。

 

 

所以如果你不懂相对论, 那你的世界观是很有问题的,懂与不懂,就决定了你是生活在哪个世界中的生物。

(狭义相对论用到的数学,也就基本相当于大学本科的水平,包括洛伦兹变换和简单的微积分。有兴趣的童鞋可以去看看推导过程,其实不会比你们参加过的高考更难。)

在简单的公设和枯燥的数学推导后,非常精彩的结论就出来了,记住,这些推论不是拍脑袋想出来的,而是精确的数学推导出来的。只要光速不变没有被推翻,就算冯诺依曼和希尔伯特来了,也只能承认这些颠覆你世界观的结论。

一是运动物体在其运动方向会表现出长度收缩,这就是著名的尺缩。也就是说,在我们眼中,奔跑中的尤塞恩·博尔特是变瘦了的,所以根据相对论,要减肥,真的只能靠运动啊。

二是运动物体会经历时间膨胀,一个运动中的钟表要比静止的同样钟表走得慢。这个就是著名的钟慢。也就是说,奔跑中的博尔特比不跑是变年轻了,所以,要想年轻点,就得动起来。那些大师以千年王八万年龟为例子宣称养生要懒靠静的,肯定没学过相对论。

根据钟慢效应,有个很有趣的思想实验,就是孪生子佯谬:

有一对双生兄弟,一个登上一艘宇宙飞船作远程太空旅行,而另一个则留在地球。从相对地球静止的参考系上看,当旅行者回到地球后,我们发现他比留在地球的兄弟更年轻。但是从相对飞船静止的参考系上看,我们发现他年纪更大。

这很矛盾是吧?

佯谬产生的原因是狭义相对论的时间膨胀原理仅仅对于惯性参考系成立。 而旅行者要想返回, 必然至少有一次加速过程。 根据广义相对论,加速过程中的惯性力与引力等同, 而引力恰恰能够导致时间膨胀。(广义相对论可以解释为什么旅行者必然会有时间膨胀,真正的计算并不必须依赖广义相对论。)

所以最终的结果就是,旅行者会较之留守者年轻。

钟慢效应,孪生子效应,已经在1971年由科学家利用原子钟绕地球一圈证实。

03

老爱的名言是:“把你的手放在滚热的炉子上一分钟,感觉起来像一小时。坐在一个漂亮姑娘身边整整一小时,感觉起来像一分钟。这就是相对论。”这个是终极相对论,是最容易被地球人理解的相对论。

几个月后,爱因斯坦从狭义相对论的方程式里推出质量和能量都是相对的,速度逐渐趋向于光速时,物体的质量会趋向于无穷大。并最终得出这个非常著名的质能方程式E = mc2,依然是纯粹数学的推导。

这个方程给出了一个革命性的结论,质量和能量在某种程度上是一回事,可以互相转化,每个粒子质量的微小变化,都蕴藏着巨大的能量,这些都是惊世骇俗的结论。

尽管质能关系只是一种数学推导结论,但已成为大量实践所证实,包括后来的原子弹和核反应堆,它为人类开发利用能源提供了一条新途径。

相对论最最革命的是指出: 时间不是绝对的—速度越快, 时间流逝越慢, 广义相对论则更一步:时间和空间是一个四维弯曲的时空,引力会扭曲空间和时间。

《晋书》曾记载:“王质入山斫木,见二童围棋。坐观之,及起,斧柯已烂矣。”

这位叫做王质的樵夫,看了一盘棋,世上过了几百年,斧柄也全烂掉了,不知道算是悲剧还是喜剧,但至少,他在中国历史上留下了大名,叫做「烂柯人」,而围棋也得了个别名叫做「烂柯」。

 

 

“天上方一日,世上已千年”以前只是神话传说,学渣爱因斯坦居然提出了科学解释。樵夫烂柯人也许是第一个有记载的经历虫洞或者时空隧道的人类。

诺兰大神的名作《星际穿越》中,英雄为了拯救全人类,驾着飞船着陆到黑洞附近的一个星球上,这个星球上的一个小时,相当于地球上的七年。任务只花了3个多小时,等他返回飞船时, 23年过去了, 他十多岁的女儿转眼就三十多岁了。

 

 

时间是最公平的吗?相对论把这个公平都抢走了。

其实,这世界从来就不公平……

 

 

少年听雨歌楼上,红烛昏罗帐。

壮年听雨客舟中,江阔云低,断雁叫西风。

而今听雨僧庐下,鬓已星星也。

悲欢离合总无情,一任阶前,点滴到天明。

蒋捷的《虞美人·听雨》对岁月光阴的体悟是宋词的巅峰。

少年是一本太仓促的书,蓦然一惊,已是中年。

愿你出走半生,归来仍是少年

原来这不仅仅是祝福…….

 

全面了解冯诺依曼系列文章(推荐按顺序阅读):

 

1. 天才中的高富帅,数学界的暖男——冯诺伊曼

2. 量子的世界你不能不懂,冯诺依曼伴你闯荡量子江湖

3. 计算机的前世今生:不务正业的富二代如何改变世界

4. 他是科学界的国民老公,最会玩的天才--博弈论之父教你如何中年不油腻

5.   绝密Y计划,从胖子到比基尼美女,烧了20亿

6.   通往地狱的路,都由什么铺成?关于北极熊,你至少要知道这些

7.  第三次世界大战为什么没有爆发?

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评论
nightrider 回复 悄悄话 @朱朱八八:

You said "文章说的是光速在真空中的速度,不是在不同介质的速度". That is not an essential difference. Vacuum is a just special medium. More importantly, the equations itself say nothing about μ and ε, whether they are constant or dependent on space. The derivation of the wave equation is the same independent of whether μ and ε are functions of space. Maxwell's equations say nothing about in what medium the electromagnetic disturbance is traveling in. As a matter of fact, there needs to be an exogenous assumption on in what medium the wave is propagating in. There was even a name for this medium the light is propagating in, ether. One important contribution Einstein made was the complete elimination of ether and postulate that the electromagnetism creates its own field and the light travels in this field.

More importantly, you have confused different notions of constancy of light. The revolutionary notion Einstein put forward is that the speed of light is invariant with respect to different inertial frames in vacuum, not that the speed is constant at different spatial point in vacuum in one frame. This is NOT expressed by the formula c=sqrt(1/μ0ε0), but by the Lorentzian transform group or the inertial frame invariance of space-time, which is the core of the special relativity.
溪畔竹吟 回复 悄悄话 von Neunman 是学霸,Einstein 是天才,没可比性。学霸没天才的思考、眼界和原创性,更没天才的气场。
北佛风光 回复 悄悄话 回复 '朱朱八八' 的评论 : “阿尔伯特·爱因斯坦( Albert Einstein) 在过去的一百年来几乎是天才的同义词。但他们同时代的世界顶尖科学家都纷纷认为冯?诺伊曼比爱因斯坦更聪明,这些人包括我们已经很熟悉的诺贝尔奖得主尤金.维格纳,恩里克·费米,理查德·费曼……”

博主写的科学家历史故事很有趣, 支持继续科普!
丁丁猫和熊猫猫 回复 悄悄话 开挂的人生不需要解释!
bashfulx 回复 悄悄话 vacuum Is a just special case of medium.
permitivity or permeability of vacumm has to have a value or values. It is simple to assume a constant value than uncertain possibilities of values
朱朱八八 回复 悄悄话 回复 'nightrider' 的评论 : 文章说的是光速在真空中的速度,不是在不同介质的速度,
中间小谢 回复 悄悄话 我覺得樓下是對的。那四個方程并未揭示光速之恒定,它們的價值應該是揭示了光是波傳播,再由該波方程讀出了它的傳播速率。最不尋常的是揭示了它在真空中有一個確定的速率,而當排除了以太質的存在(這裡是關鍵。麥克斯韋方程本身并不排除以太質的存在),再由此去設想真空中有相對運動的不同慣性坐標系中對這種波傳播的描述的一致性,才會啟發人去设想光速的恒定。
nightrider 回复 悄悄话 "麦克斯韦方程可以推导出真空中电磁波速是常数c=sqrt(1/μ0ε0)." No. Like I said, c is a constant only when μ0ε0 is a constant. You can derive the the wave equation with speed c=sqrt(1/με). But the Maxwell's equations do not specify whether με is a constant. For example, for light traveling in an isotropic medium rather than a vacuum. μ and ε depend on the medium and can even be made to depend on the position in the medium by changing the density or structure of the medium. The Maxwell's equations themselves do not assume the constancy of μ and ε and therefore the constancy of c=sqrt(1/με).
朱朱八八 回复 悄悄话 回复 'XYZ3' 的评论 : 成绩也是要相对论的,看和谁比,爱因斯坦和冯诺依曼比,真的是学渣对学霸
XYZ3 回复 悄悄话 至少老爱高中毕业时他的数学/物理老师,还有校长,认为他是应该去上ETH的。 那就是认可他的高中学习成绩的。 至于他高中复读了一年,是因为ETH物理系本科每年收人太少。 它家的挑剔性接近于现在美国许多博士项目。

那时(包括现在和美国比), 欧洲的教育是精英教育, 只有最好的约1/3才能上大学。 而其中的最好的, 才能上名校。 类似没有扩招前的中国国藤。

XYZ3 回复 悄悄话 他成绩不好,怎能考上ETH?不是说ETH物理系那年才5个人毕业?瑞士联邦苏黎世高等工学院应该至少是整个德语区最好的2-3所工学院。 那个年代应该是整个德语区有志于理工科的高中生向往的地方。

欧洲的成绩和美国的不一样, 美国要考好学校的博士的话往往要求本科几乎满分GPA, 欧洲直到今天也不是这样的。好学生也往往会挂科。

朱朱八八 回复 悄悄话 欢迎关注微信 公众号 朱八八 ,可以先睹为快朱八八所有文章。
朱朱八八 回复 悄悄话 回复 'nightrider' 的评论 : 麦克斯韦方程可以推导出真空中电磁波速是常数c=sqrt(1/μ0ε0)。麦克斯韦方程组是对于任何参考系都成立的。所以由此得出的电磁波速c=sqrt(1/μ0ε0),对于任何参考系应该都成立。光是电磁波的一种。
真正的证据是迈克尔逊-莫雷干涉实验。 爱因斯坦的光速不变的假设是基于麦克斯韦方程和迈克尔逊-莫雷干涉实验的
朱朱八八 回复 悄悄话 回复 'bashfulx' 的评论 : 欢迎阅读 2. 量子的世界你不能不懂,冯诺依曼伴你闯荡量子江湖 这篇,也许会有些帮助
bashfulx 回复 悄悄话 I can understand relativity theory now.
But I cannot wrap my mind around quantum physics.
The particle wave duality, the uncertainty principle, the spooky interactions, the delayed choice, etc. etc
nightrider 回复 悄悄话 Interesting article. Maxwell's equations do not imply the constancy of the speed of light. It is a simple function of the permitivity and permeability of vacuum, just as you write in your article, the constancy of which is not specified by the equations themselves but depends on exogenous assumptions. Einstein's special relativity postulates the speed of light is constant or that both the permitivity and permeability of vacuum are constant.
朱朱八八 回复 悄悄话 回复 'hhspiny' 的评论 : 天才不一定要学习成绩好的
朱朱八八 回复 悄悄话 回复 'eater111' 的评论 : 爱因斯坦成绩现在已经是史料了,网上都可以搜到。
eater111 回复 悄悄话 爱因斯坦成绩不好可能是误解。这人从小就很聪明,只不过不看重成绩和考试罢了。
hhspiny 回复 悄悄话 我不这么认为。你可以去读Einstein的论文,不可能是一个不好好学习没有基础的人能写得出来的
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