爱因斯坦：20世纪的科学巨人，本文主要内容关键词为：爱因斯坦论文,巨人论文,科学论文,世纪论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
犹太神童
1879年3月14日，阿尔伯特·爱因斯坦出生于德国乌尔姆市的一个犹太家庭。出生时，他的头部形状接近方形，母亲以为生了个畸形儿，很是担忧，几个月后他的头部慢慢变得正常了。爱因斯坦家境殷实，父亲和兄弟们一起开办了一家电器厂，生产照明器材等电器材料。1880年，举家迁到慕尼黑。当时的慕尼黑有几千个犹太家庭，以爱因斯坦为姓氏的就有一百多家。犹太人有助贫的传统，爱因斯坦家为一位来自波兰的犹太医学院学生免费提供膳食，小爱因斯坦常常向这位学生提各种问题。那时爱因斯坦喜欢数学和物理，叔父送给他的几何书让他爱不释手。不久这位大学生也不能解答他的问题了。少年爱因斯坦课余时间喜欢到父亲的工厂里去玩儿，有些工程师探讨了几天都没法解决的问题，他花上半个小时就能找到办法。
19世纪末20世纪初，德国的城市刚刚开始实行电气照明，爱因斯坦父亲的工厂曾经为慕尼黑啤酒节提供电气照明，获得慕尼黑各界的好评。后来，他们参加了一个项目的招标——为慕尼黑全城的街道提供照明，由于竞争失利，老爱因斯坦的工厂从此一蹶不振，他们在德国的业务进行不下去了，只得将工厂迁到意大利北部地区。而爱因斯坦当时正在上中学，家里让他留在慕尼黑读完中学，然后回到意大利与家人团聚。
世纪末的慕尼黑，反犹主义思潮和军国主义思潮在德国市民中愈演愈烈，对于老师和同学流露出的反犹言论，爱因斯坦非常反感，经常反唇相讥。15岁那年爱因斯坦与一位教师发生争执，教师让爱因斯坦离开课堂，爱因斯坦跟他说，我不认为自己做错了什么。这位教师说：“你只要在教室里，就影响了我的威信。”这次冲撞之后，爱因斯坦没等毕业就离开了德国。1894年爱因斯坦在家里住了大约半年，一位富有的瑞士亲戚建议他的父母，让爱因斯坦去瑞士的苏黎世上高等工业大学，他向校长推荐说，爱因斯坦是个神童。16岁的爱因斯坦通过了数学和自然科学系的考试，但是他的通识教育尚有欠缺。校长认为，就是神童也必须通过中学结业考试，才能上大学。爱因斯坦在苏黎世附近的一个中学补习了一年，1896年通过中学结业考试，进入苏黎世高等工业大学。补习的这一年让爱因斯坦感受到了德国教育和瑞士教育的巨大差异：德国注重训练孩子们服从各种权威，不少德国同学受到军国主义思想的影响，焦急盼望着毕业，好入伍当兵；而瑞士的教育则更人性化，注重培养学生的独立思考和独立判断的能力。
大学四年里，爱因斯坦学习勤奋，但并不将主要精力集中在学校的课程上。当时的物理学主要以实验物理为主，理论物理不为人重视。他阅读了大量哲学书籍，还把不少时间花在演奏小提琴上。爱因斯坦的数学教授闵可夫斯基甚至认为他是只懒虫，而偏偏是爱因斯坦解决了困扰他多年的时间和空间问题，这让他着实惊讶了一番。
在大学里，爱因斯坦遇上了后来成为他妻子的米列娃。米列娃比爱因斯坦大近4岁，爱因斯坦的父母极力反对他们的关系，母亲说：“等你30岁时，她已经成一个老妖怪了。”1896年，父亲为爱因斯坦解除了德国国籍，他成了无国籍的人。直到1901年，爱因斯坦大学毕业后获得了瑞士国籍。
发表相对论时他是专利局的技术员
毕业后，爱因斯坦的几个同学都在大学里找到了教授助理的职位。爱因斯坦给德国、意大利的许多大学写了求职信，却没有结果。生性乐观的爱因斯坦安慰女友米列娃说，“总有一天他们会因为收到过我的求职信而感到荣耀”。爱因斯坦没能得到教授助理的职位并不奇怪，他是一个对权威颇为不敬的人，如果他发现权威在工作中的漏洞，他会直截了当地说出来。当时的德国大学有着不成文的排斥犹太人的倾向。毕业后的头几年是爱因斯坦最艰难的几年，他到处碰壁，甚至会因为得到一个替别人代课两个月的差事而欢天喜地。爱因斯坦一辈子也没有当过教授助理，因为几年之后，欧洲的几所著名大学争相聘请他做理论物理学教授。成名后的爱因斯坦非常注意提携那些有才华的、处境窘迫的年轻人，流亡美国时，他尽一切可能帮助那些处于困境中的逃亡的犹太学者，这很可能与他早年的这段经历有关。
1902年，爱因斯坦的生活总算出现了转机，他的大学同学格罗斯曼的父亲将他举荐给伯尔尼专利局的局长。爱因斯坦很感激这位同学，将自己的博士论文献给了他。经过专利局局长亲自面试后，爱因斯坦告诉米列娃，他一定能够得到这份工作。1902年6月，爱因斯坦作为专利局的三级技术员，高高兴兴地上任了。年底，米列娃也来到伯尔尼。爱因斯坦的父母一再阻挠他们结合，米列娃担心爱因斯坦会另有想法，爱因斯坦安慰她：“别担心，他们两个人全身的固执加起来还比不上我一个小指头上的固执。”1902年，爱因斯坦的父亲在去世前同意了这门婚事。1903年初，他们举办了婚礼。在美国的普林斯顿，晚年的爱因斯坦回忆起这段婚姻时，认为他当初更多地是出于一种责任感与米列娃结婚的。
1905，奇迹之年
1905年是爱因斯坦的奇迹之年。这一年里，爱因斯坦发表了5篇革命性的论文和21篇书评。5篇论文都发在《物理学年鉴》上，该杂志收到稿件时，都要在来稿上盖上收稿日期的印章。根据《物理学年鉴》的收稿章，爱因斯坦3月18号投递了《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文。此文阐明了有关“光量子”的一种设想：即光不是一种波现象，而是由光量子组成的。后来的实验证实了爱因斯坦的这一设想。在这篇文章中，爱因斯坦对马克斯·普朗克以同一个题目在五年前发表的论文中的观点进行了商榷。1900年普朗克为了解决黑体辐射的紫外灾难问题，提出了辐射的量子理论，即光辐射必须以量子形式进行。为了结束一项持续了5年的工作，1900年普朗克首次“出于绝望”尝试使用了量子概念，但是他就此止步了，而没有意识到以他的名字命名的辐射法则中的自然常量h只有用量子理论才能够加以解释。只有在爱因斯坦提出光量子理论之后，人们才真正接受光可以以光量子的形式存在。爱因斯坦在量子理论方面比普朗克前进了一大步。在5月11日的论文《分子大小的新测定方法》中，爱因斯坦证明了原子的物质结构。悬浮在液体中的粒子会发生振动。爱因斯坦计算出，粒子越小，则振幅就越大。在6月份的论文《运动物体的电动力学》中他创建了狭义相对论，人类时空观以及哲学上许多观念由此发生了彻底改变。在9月27日的论文中，爱因斯坦提出了质能公式E=mc[2]。这个质量能量等效原理的公式是后来用铀元素制造原子弹的理论依据。爱因斯坦以1905年发表的这5篇论文，深刻而全面地改写了整个物理学的基础概念，为新物理学创建了坚实的基础，彻底改变了人类对宇宙的认识，同时决定了今后几十年物理学的发展方向。
在科学史上，以几篇论文给科学、给整个人类对世界的认识带来如此巨大震动的人物，只有爱因斯坦。爱因斯坦对科学的主要贡献是狭义相对论、光量子理论、广义相对论、宇宙论和统一场论。
爱因斯坦发表狭义相对论时还在专利局上班，1906年他被提升为二级技术员。他的革命性的理论物理研究工作都是在业余时间完成的。当年对他进行面试的专利局局长对这位属下的工作极为满意，对爱因斯坦很宽容，甚至默许他上班时忙点自己的事情。1908年爱因斯坦开始在伯尔尼大学授课，但按照瑞士高校体制，讲座教授没有薪酬，大学只根据上课学生的数量付给讲课费。第一个学期，选爱因斯坦课的学生仅有3名，他只好继续在专利局上班。1909年，苏黎世高等工业大学认识到爱因斯坦理论的重要性，专门为他设置了一个理论物理学副教授的职位，至此，爱因斯坦才真正进入学术界安身立命。当时的学术界只有几个年轻的科学家认识他。1909年9月，爱因斯坦首次参加大型学术会议——德国自然科学家和医师大会。这个会议从1822年起，每年举办一次，来自自然科学界和医学界的学者们聚集在一起，讨论学科的最新发展。爱因斯坦在物理学家小组会上讲解了他的著名的质能公式E=mc[2]。
1911年，布拉格大学聘请爱因斯坦担任理论物理学教授。他与米列娃在布拉格一起生活了一年多，直到苏黎世高等工业大学以物理学教授的身份把爱因斯坦重新聘请回来。这时，普鲁士皇家科学院在普朗克的建议下，决定为爱因斯坦设置一个理论物理的研究职位，他们认为爱因斯坦的最佳位置在柏林。普鲁士科学院是普鲁士王国政府设置的最高科研机构，在科研问题上，科学家们享有绝对自由。入选普鲁士科学院是德国科学家的莫大荣誉和毕生努力的目标，但只有极少数人在一把年纪的时候才能够实现这一梦想。当时的柏林大学校长普朗克认为，德国如果得到爱因斯坦，就意味着赢得了现代物理学研究的最前沿地位。为了将爱因斯坦请入普鲁士科学院，1914年3月，普朗克专程前往苏黎世，向他提供了一份待遇优厚的清单：爱因斯坦只须每周三参加物理学会的研讨会，每14天参加一次物理学会的全体会议；专门为爱因斯坦在科学院设置的研究职位没有教学任务，但如果爱因斯坦乐意去大学讲课，他也有在大学授课的权利。一般的科学院成员只是一个荣誉，每年领取荣誉薪酬，院士们必须在大学里从事教学工作。爱因斯坦则例外，科学院给他12000马克的年薪和900马克的荣誉薪酬。以普朗克为常任秘书长的普鲁士科学院对这位年轻科学家的前景分外看好。爱因斯坦曾经就此开玩笑说：“柏林的先生们把我当成了一只很会下蛋的王牌母鸡，但我并不清楚，我还能不能下蛋。”听了普朗克的建议后，爱因斯坦要求给他24小时考虑一下。爱因斯坦很清楚当时的德国学术界在国际上的地位，他知道如果在柏林找到一个同事圈子，大家在一起共同探讨科研问题，对他有多么重要。面对这样优厚的条件，他踌躇的原因是，他不喜欢柏林这个城市的政治氛围，他认为柏林是一个“刺刀比书本多”的城市。经过权衡，爱因斯坦还是选择了柏林，但要求保留瑞士国籍。
从1907年起，爱因斯坦致力于将狭义相对论拓展为广义相对论。广义相对论是狭义相对论和引力论相结合的成果。爱因斯坦在研究中走了许多弯路，有一段时间，不得不停下来。自1912年起，他集中精力解决广义相对论的问题，历经了许多曲折之后，最终在1915年10月解决了引力场的问题。爱因斯坦自己估计，如果他没有解决这个问题，未来50年之内，没有人能解决。爱因斯坦进行了引力红移、水星近日点以及光线受引力场折射等计算。战争尚未结束，爱因斯坦的新理论就从柏林传到了伦敦，伦敦的物理学家和天文学家们开始着手验证爱因斯坦的新理论。1919年停战后，英国的天文学家利用发生在非洲的日全食，观测到光的偏移，验证了爱因斯坦的有关引力场的观点，证实了爱因斯坦在理论上的计算。这一结果出来后，英国的一些重要报纸发出提问：“爱因斯坦打败了牛顿吗？”
1921年，爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖，令人惊讶的是，这个奖并没有颁发给他创建的狭义相对论或广义相对论，而是颁发给他对光电作用的研究。这一评奖结果也可以看出诺贝尔评奖委员会在做出决定时以稳妥为本，并且较为注重实验物理，对相对论这一当时还存在一定争议的理论物理上的突破，则避而不论。圈子内的朋友们已经得到准确的消息，他是该年诺贝尔物理奖得主，希望他留在欧洲，等着领奖。但爱因斯坦仍然按计划去日本讲学，诺贝尔奖的授奖通知发给他时，他正在去日本的客轮上。爱因斯坦夫人抱怨道：“既然你不能当一个普通人，为什么也不肯当一名普通的诺贝尔奖获得者呢？”
淡漠名利的爱因斯坦，常常对社会公众对相对论的热烈反应表示惊讶。公众们对他的热情，给他的喝彩声让他感到不自在：“我总觉得我是个大骗子，给公众一些他们并不了解的东西，却骗得他们的欢呼声。”在美国，卓别林曾对爱因斯坦说：“人群向我欢呼，是因为他们完全理解我，而人们向你欢呼，是因为他们完全不理解你。”
爱因斯坦认为量子理论是一种过渡性理论，晚年一直致力于统一场论的研究。而对哥本哈根学派的波尔、海森堡、薛定谔在量子理论方面取得的重大突破，爱因斯坦表现出了很大的怀疑。爱因斯坦对新理论的保守和怀疑态度使得一些朋友对他不满。一位朋友说：“爱因斯坦，我为你感到羞愧。你现在对待量子理论就像当年那些反对相对论的人对待你一样。”其实，这样的指责是不对的，爱因斯坦还是认识到了年轻的同事们研究的价值，尽管他在很多地方无法赞同他们的论点。1931年爱因斯坦推荐海森堡为诺贝尔物理奖候选人，海森堡1932年得到该奖。
1905年至1925年，整整20年间，爱因斯坦是理论物理研究的最前沿人物。1925年后，爱因斯坦渐渐由德国物理研究领域的领军人物变为物理学最新发展的旁观者。
爱因斯坦是个泛神论者，他不认为存在着一个人格化的神，但拥有完美结构的宇宙，又似乎是出于神的安排。“上帝是难以捉摸的，但他没有恶意。”这是爱因斯坦在美国普林斯顿大学讲课时留下的句子，如今镌刻在数学系楼的门楣上。