2005/07/25 | [转载东湖社区]纪念爱因斯坦相对论发表一百周年
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伟人的另一面

在晚年，爱因斯坦竟喜欢对着他的鹦鹉说笑话，自娱自乐。爱因斯坦75岁大寿时，一只漂亮的鹦鹉最得他的欢心。可惜，那个小家伙似乎得了抑郁症，为了逗小家伙开心，爱因斯坦主动与它“谈心”，甚至变着法子编造各种笑话讲给它听。最后“哑巴”鹦鹉终于在主人的感召下开了“金口”。

爱因斯坦时常自比一部老爷车，虽然平时老是丢三落四，可爱因斯坦对于国际时事却非常关心，并且总是会发表一番独到的见解。

丧妻多年的爱因斯坦时常感到寂寞，作为他晚年最亲密的人，约翰娜主动承担起照顾他的义务。爱因斯坦平时不修边幅，约翰娜便经常帮他修剪蓬乱的白发。她说：“爱因斯坦的健康开始恶化，可对于自己最大的爱好——驾驶那只近乎原始的小船出航———却依然乐此不疲。”

1955年4月18日，科学巨人爱因斯坦病逝。他生前立有遗嘱，要求把他的骨灰撒在不为人知的地方，不发讣告，不建坟墓，不立纪念碑，火化时免除所有公共集会，免除所有宗教仪式，免除所有花卉布置及所有音乐典礼。



4国争抢爱因斯坦



德国政府1月19日在柏林宣布启动“爱因斯坦年”庆祝活动，德国全国也因此掀起一场“爱因斯坦热”。不过，现在世界上还有其他3个国家在跟德国争夺爱因斯坦的归属。

德国总理施罗德在柏林德国历史博物馆发表演说，盛赞爱因斯坦对理想的执著和打破常规的勇气,认为他是民族主义和种族主义的坚定反对者,是自己的“崇拜偶像”。

不只是德国在隆重纪念爱因斯坦,瑞士、美国和以色列也正在争夺这位科学巨匠的归属。爱因斯坦虽然是于1879年3月14日出生在德国南部城市乌尔姆的一个犹太人家庭,但他的学业是在瑞士的综合技术学院(ETH)完成的,而且他是在瑞士首都伯尔尼完成并且最终于1905年在那里发表他最为著名的理论—————相对论的。从1914年开始,爱因斯坦开始在德国首都柏林工作,但到了1933年,出于对纳粹追捕犹太人的恐惧,他移居到了美国,并获得了美国国籍。以色列自豪的原因则是爱因斯坦是一名犹太人。

德国之所以大张旗鼓地纪念“相对论”100周年,主要目的在于促进德国在科学方面的革新。德国一直以伟大哲学家和科学家辈出而闻名于世。然而近几年,德国却因为人才流失而头痛万分。很多德国的科学家都去了美国知名大学。

爱因斯坦本人曾经在一封信中写道,“柏林是我本人与科学联系最为紧密的地方。”因此,德国“爱因斯坦年”的主要庆祝活动都将在柏林举行。



世人眼中的爱因斯坦



音乐爱好者

像许多数学家一样爱好音乐，他甚至是一位不错的小提琴手。他平静地住在普林斯顿，在研究院工作，有时在他简陋的家里拉拉小提琴，自得其乐。

怕羞的人

第一次世界大战以后，荣誉像雪片般向爱因斯坦飞来。1921年，他获得了诺贝尔物理学奖。1929年在柏林举行了一次庆祝他50岁生日的群众大会。爱因斯坦是一个怕羞的人，他没有出席这次大会。但他收到的贺卡、贺信和贺电足可以装满好几只篮子。送给他的礼物之多也能装整整一车皮。

爱因斯坦晚年最大的苦恼就是，每天都有狂热的崇拜者没完没了地上门要求与他们心目中的超级偶像合影。烦不胜烦的爱因斯坦竟然想出一个法子———躺在床上装病。

妙解相对论

在他晚年，有一次，爱因斯坦受邀请向一群青年学生解释他的相对定律时说：“如果你和一个美丽的姑娘一起坐了两个小时，你认为仅仅是一分钟。可是，如果你在灼热的火炉上坐了一分钟，你会认为已经有了两个小时。这就是相对性。”



“小职员”改变大世界



1905年，年仅26岁的爱因斯坦发表了5篇重要的物理学论文，提出了狭义相对论、光量子学说等重要物理学概念和理论，对20世纪物理学革命产生了极大的推动作用。

然而，很少有人注意到，1905年爱因斯坦发表的改变21世纪物理学面貌的5篇论文是他业余时间的创作。1902年，在友人的帮助下，爱因斯坦获得了瑞士专利局职员的工作，以微薄的收入维持一家的生活。他在专利局一直工作到1909年，才有大学聘请他为副教授。爱因斯坦在回忆中说：“在我最富于创造性活动的这几年中，我就不用为生活而操心了。作为一个平民，他的日常生活并不靠特殊的智慧。如果他对科学深感兴趣，他就可以在他的本职工作之外埋头研究他所爱好的问题。不必担心他的努力会毫无成果。”求学期间，爱因斯坦并不是一个通常意义下循规蹈矩的好学生，他厌恶那些不尊重学生主动性和独立人格的灌输式教育，他在中学和大学都不为老师所看重。“事实上，现代的教学方法还没有把神圣的求知欲完全扼杀掉，这差不多是一个奇迹；因为这株脆弱的幼苗，除了需要鼓励之外，首先需要自由———没有自由它将不可避免地会夭折。”



相对论带来五大发现



相对论的研究对象是超越我们日常经验的高速运动世界和广阔的宇宙。从相对论中，人们发现了时间旅行的奥秘、原子裂变的巨大能量、宇宙的起源和终结、黑洞和暗能量等奇妙现象。几乎宇宙所有的奥秘都隐藏在相对论那几行简单的公式中。

一、时间旅行

时间旅行打开了一扇既可以回到过去又可以踏入未来的大门。

狭义相对论证明高速旅行会使时间变慢，假定将来的某个时候，人们已解决了所有的技术难题，能够制造一艘以亚光速飞行的宇宙飞船，一定意义上的时间旅行就变成可能了。

广义相对论表明，时空可以不是平坦的，而是弯曲的。我们可以在地球与宇宙遥远的地方这两点之间凿出一个虫洞，然后用某种“奇异物质”把洞口撑开，使之成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道，让我们在瞬间到达遥远的彼岸。然后当我们返回时，虫洞的奇异性质让我们年轻了很多。

二、原子裂变

1905年11月，爱因斯坦在德国《物理学纪事》杂志上发表了关于狭义相对论的第二篇文章：《物体的惯性同它所包含的能量有关吗？》，他提出一个物体的质量并不是恒定不变的，而是随着运动速度的增加而增加。这就是运动中物体的“质增效应”。

但是，十几年后的1939年，约里奥·居里、费米、西拉德这三位科学家分别独立发现了链式反应，使人类找到了释放巨大原子能的方法。链式反应使原子能成为杀伤力巨大的新武器。仅仅在几年后，人类第一颗原子弹在美国爆炸成功，紧接着日本人遭受了人类历史上最残酷的惩罚，几十万人死伤，其中一部分人瞬间还被还原成基本粒子，真成了魂飞魄散。E=mc2在给人间带来希望之前，带来的先是致命的创伤，这一切对于深爱和平的爱因斯坦来说无疑是一记重拳，直至临死前他仍为此痛心不已。

三、宇宙大爆炸

1917年，爱因斯坦试图根据广义相对论方程推导出整个宇宙的模型，在他的方程里额外增加了一个新的概念———宇宙常数，它表示的是一种斥力。

1948年，伽莫夫和他的学生阿尔法合写了一篇著名论文，系统地提出了宇宙起源和演化的理论。

广义相对论的智慧之处就在于，它从诞生起就能描述整个完整的宇宙，即使那些未知的领域也被全部囊括进去。

四、宇宙常数死而复生——暗能量

在发现了宇宙膨胀这个事实后，爱因斯坦就急急忙忙把他方程中的宇宙常数项去掉了，并认为宇宙常数是他“一生中最大的错误”。随后，宇宙常数被抛进历史的垃圾堆。

几十年后，宇宙常数又像鬼魂般的复活了。这次宇宙常数的复活要归因于暗能量的发现。

1998年，天文学家们发现，宇宙不只是在膨胀，而且在以前所未有的加速度向外扩张，所有遥远的星系远离我们的速度越来越快。那么一定有某种隐藏的力量在暗中把星系相互以加速膨胀的方式撕扯开来，科学家们把这种力量称为“暗能量”。近年来，科学家们通过各种的观测和计算证实，暗能量不仅存在，而且在宇宙中占主导地位，它的总量约达到宇宙总量的73%，而宇宙中的暗物质约占23%、普通物质仅约占4%。我们一直以为满天繁星就已经够多了？而现在，我们才发现这满天繁星却是“弱势群体”，剩下的绝大部分都是我们知之甚少或干脆一无所知的！

宇宙常数今日以暗能量的面目出现在世人面前，已令整个宇宙为之变色！根据一些科学家的预测，再过200多亿年，宇宙将迎来动荡的末日，恐怖的暗能量终将把所有的星系、恒星、行星一一撕裂，宇宙将只剩下没有尽头的寒冷、黑暗。

五、黑洞大发现

1916年爱因斯坦发表广义相对论后不久，德国物理学家卡尔·史瓦西就用这个理论描绘了一个假设的完全球状星体附近的空间和时间是如何弯曲的。

这就是我们今天耳熟能详的黑洞，但在那个年代，几乎没有人相信有这么奇怪的天体存在，甚至包括爱因斯坦本人和爱丁顿这样的相对论大师也明确表示反对这种怪物。就连黑洞这个名称也是一直到1967年才由美国物理学家惠勒命名。

广义相对论无法对此进行考察，而必须代之以新的正确理论———量子理论。讽刺的是，广义相对论给我们导出了一个黑洞，却在黑洞的奇点之处失效，量子理论取而代之，而量子理论和相对论却根本互不相容！



受用与挑战——我们至今生活在爱因斯坦的光环中



爱因斯坦在百年前发表的5篇物理学论文，被称为“改变了现代世界”的科学。今天，我们的生活中，几乎每时每刻都有爱因斯坦的身影。

光电效应理论从电动门到火星探测器

光电效应并不是爱因斯坦的发现，1900年德国著名物理学家普朗克指出，热物体会以离散量发出被称为“量子”的特定频率的光。1905年爱因斯坦将普朗克的观察理论化，阐述了光有粒子流似的行为，为了解释这种现象，爱因斯坦指出，每个光粒子、即光子的能量决定于它的频率和h的乘积。

光电效应理论产生了当今无数的光电控制设备。最常见的是电动门，黄昏时路灯自动打开，调控复印机中碳粉的浓度，控制相机的曝光时间等，光放大器在天文探测器和电视摄像机中起引导光的作用。光电效应最明显的应用是太阳能电池。

射线受激辐射理论从CD到武器激光无所不在

当今激光产品已无所不在，而激光理论的基础是爱因斯坦建立起来的。1917年爱因斯坦在论文《论辐射的量子性》中，便提出了激光原理，并导出方程式，表明受激辐射会产生额外光子。随着半导体产业和发光二极管的发明，激光器的大规模应用成为现实。现在受激辐射应用在众多领域中：DVD播放机、水平仪和指示器，激光器还在飞机环状陀螺仪、商用切割工具、医疗器械和通讯信号的光纤传输等领域发挥作用。至于在军事上的应用，更是从防御到进攻，从武器到夜视仪，无所不为。

相对论能修正GPS吗

全球定位系统——GPS的应用也已普及化了，许多城市的公共汽车、出租车上都安装了它。早期的GPS接收器确定物体位置的误差是在15米范围内，这个误差实际是需要爱因斯坦相对论来修正。每个GPS卫星载原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。卫星所受的较弱引力添加了另一种相对论效应，使得时钟每天快45微秒。因此，为了得到准确的GPS数据，将星载时钟每天拨回38微秒的修正项必须计算在内。因为广域增强系统依赖从地面基站发出的额外信号，配备了该系统的GPS接收器，就消除了相对性误差。
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