爱因斯坦:专利局的小职员,怎么颠覆了整个物理学

1879年,爱因斯坦出生在德国乌尔姆市一个犹太人家庭。谁也没想到,这个说话晚到父母都担心他智力有问题的孩子,日后会用一支笔几张纸,把牛顿建立的经典物理学大厦给拆了重建。 爱因斯坦:专利局的小职员,怎么颠覆了整个物理学

从"笨小孩"到叛逆青年

爱因斯坦小时候说话特别晚,据说快三岁才开口,家里人一度以为这孩子可能有点傻。但有一件事改变了一切——五岁那年,父亲给了他一个指南针。指针永远固执地指向北方,这件事让小爱因斯坦着了迷。他开始意识到,看不见的地方,藏着某种神秘的力量。

十二岁那年,他又被几何彻底征服。一本平面几何小书,他读得废寝忘食。那些从公理推导出来的定理,简洁、优美、无懈可击,让他第一次感受到了思想的力量。

但在学校里,爱因斯坦一点都不招人喜欢。他讨厌死记硬背,喜欢质疑老师,和当时德国那种军事化的教育体系格格不入。老师们觉得他目无尊长,将来肯定没什么出息。十七岁那年,他干脆从中学退学了。

凭着自学的本事,他考上了瑞士苏黎世联邦理工学院。在大学里,他依然我行我素,经常不去上课,躲在宿舍里读物理学大师的著作。考试怎么办?全靠同学格罗斯曼的笔记来抱佛脚。这位格罗斯曼同学,后来还帮了他一个天大的忙。

毕业后,爱因斯坦傻眼了。他想留校当助教,但没人要他。一个平时不上课、考试靠抄笔记的学生,哪个教授愿意收?他四处投简历,石沉大海,穷得快揭不开锅了。关键时刻,又是格罗斯曼出手——托父亲的关系,把他塞进了瑞士伯尔尼专利局,当了个三级技术审查员。

奇迹年:一个小职员的思想爆炸

1905年,二十六岁的爱因斯坦还在专利局里朝九晚五,每天审查各种发明专利。没人知道这个坐在办公桌前的年轻人,脑子里正在掀起一场风暴。

就在这一年,他一口气发表了四篇论文,每一篇都足以让他名垂青史。

第一篇,光量子假说。他提出光不只是波,也是由一个个粒子组成的,完美解释了当时没人说得清的光电效应。后来他拿诺贝尔奖,靠的就是这个,而不是名气更大的相对论——因为1921年的时候,相对论还有争议,评委会不敢冒这个险。

第二篇,布朗运动。花粉在水里为什么会乱动?爱因斯坦用数学证明了这是分子撞击的结果,直接从理论上坐实了原子的存在。

第三篇,狭义相对论。这才是真正的核弹级论文。爱因斯坦说,光速是宇宙的速度上限,永远不变。既然光速不变,那时间和空间就必须是相对的。运动的时钟会变慢,运动的尺子会变短。一个人如果坐着接近光速的飞船出去旅行一圈回来,会发现地球上的人都老了,自己还年轻。

这直接把牛顿的绝对时空观给掀翻了。两百多年来,所有人都觉得时间就是时间,空间就是空间,二者井水不犯河水。爱因斯坦告诉大家,不对,它们是一回事,叫时空。

第四篇更狠,他在狭义相对论的基础上推导出了那个著名的公式:E=mc²。能量等于质量乘以光速的平方。也就是说,质量和能量是可以互相转化的。一克物质里蕴藏的能量,相当于几千吨TNT炸药。

当时没人想到,这个纯理论的公式,四十年后会在日本上空变成一团蘑菇云。

从默默无闻到世界名人

1905年之后,爱因斯坦的人生开始开挂。从专利局小职员,到大学讲师,到教授,一路飞升。

但他自己知道,狭义相对论还不完整。它只解释了匀速运动的情况,那引力呢?加速度呢?这个问题又折磨了他十年。

1915年,广义相对论终于诞生了。爱因斯坦的结论惊世骇俗:引力根本不是什么力,而是时空弯曲的结果。物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。地球为什么绕着太阳转?不是因为太阳有什么拉力,而是太阳把周围的时空压弯了,地球只是在弯曲的时空里走最短的路而已。

这个理论太反直觉了,没人信。爱因斯坦怎么办?他拿出了一个铁证——水星轨道的异常。天文学家早就发现,水星离太阳最近的那个点,每转一圈位置都会稍微偏一点,牛顿力学算出来的结果总对不上,差了那么一丢丢。一百多年来没人能解释。

用广义相对论一算,分毫不差。

但真正让爱因斯坦一夜成名的,是1919年的一次日全食。英国天文学家爱丁顿带队跑到非洲,观测日全食时星光会不会被太阳的引力偏折。按照广义相对论,太阳弯曲了时空,星光路过时应该会拐弯。

结果出来了,和爱因斯坦的预言完全一致。消息传回欧洲,全世界炸了。《泰晤士报》头版头条:"科学革命——宇宙的新理论——牛顿的思想被推翻了。"

爱因斯坦,从此从一个知名物理学家,变成了家喻户晓的世界名人。

方程式的阴影

二战爆发后,爱因斯坦因为犹太人身份,被迫定居美国,在普林斯顿高等研究院继续他的研究。

1939年,他接到了一批流亡科学家的消息:德国人可能正在造原子弹。如果让希特勒先搞出这东西,整个世界就完了。E=mc²就是原子弹的理论基础,没人比爱因斯坦更清楚这东西的威力。

经过一番挣扎,他给罗斯福总统写了一封信,建议美国赶在德国之前造出原子弹。这封信直接推动了曼哈顿计划的启动。

但讽刺的是,爱因斯坦本人压根没参与曼哈顿计划。美国联邦调查局觉得他思想太左,以前参加过不少和平组织,安全审查直接给毙了。美国政府一边用着他的理论造原子弹,一边把他本人排除在外。

1945年,广岛和长崎升起蘑菇云。爱因斯坦听到消息后,说了一句让人心碎的话:"如果我知道德国人造不出来,我连一根手指都不会动。"

他的方程打开了潘多拉的盒子,放出了人类有史以来最可怕的武器。但他本人,从来没想过要做什么武器科学家。他只是想理解这个宇宙而已。

晚年的爱因斯坦,把大部分精力花在了和平运动上,反对核军备竞赛,呼吁世界政府。同时他还在研究统一场论,想把自然界所有的力都统一到一个框架里——这件事直到今天,物理学家们还在努力。

1955年,七十六岁的爱因斯坦在普林斯顿去世。给他做尸检的医生,偷偷把他的大脑取了出来,切成片研究了几十年,想找到天才的秘密。结果发现,他的大脑和普通人也没太大区别。

也许真正的秘密,不在大脑的结构里,而在他自己说过的那句话里:"想象力比知识更重要。"

毕竟,当一个专利局小职员坐在办公桌前,想象自己骑着一束光追逐另一束光的时候,整个世界的命运,就已经悄然改变了。