愛因斯坦(3/14/1879-4/18/1955)－藍色情懷

愛因斯坦(3/14/1879-4/18/1955)
許仲平

綜觀科學史，愛因斯坦或許是唯一能與牛頓相提並論的人：他們兩人都是超一流的科學家。一般人也許以為愛因斯坦最大的貢獻是發現相對時間和質能等價 (E₀=mc²) 理論。其實從物理的觀念來看，他最大的貢獻是發明彎曲四維時空的觀念來描述萬有引力現象(即建立在黎曼幾何上面的廣義相對論)，其次是光子的觀念和效應。這些富有創始性的貢獻顯示出他獨立非凡的洞察力，當然，並不是說相對時間、質能等價和其他成果沒有創始性，但是程度上差一點：因為羅倫茲(Lorentz)和彭卡勒(Poincare)已經作了許多相對論的先驅性工作， ¹ 或許相對時間和質能等價比較富有普通人能領會的戲劇性結果- 一個人到太空以接近光速旅行可以延年益壽長生不老， (根據目前被接受的解釋)原子彈爆炸威力無比，驚心動魄。如果他得三次諾貝爾獎，也不過份。但是，如果他沒得諾貝爾獎，難道就會損害他的偉大和非凡的創造力嗎？

他的父親曾寫信對朋友說：「(愛因斯坦的中學)功課成績並不完全符合我的希望和期待。很久以來，我已經看慣了他的成績單上總是有不太好的和很好的成績」。

後來他和大學同學蜜列娃‧瑪里奇(Mileva Maric)的戀愛是熱烈的、激情的、而且是非常痛苦的 ² ，在他寫給蜜列娃的情書中也常提到他當時已經在思考的物理問題-光的性質，對「以太」存在的懷疑，絕對靜止，相對運動和分子現象。例如說，他寫信給她說：「我有一個好主意，可以研究一個物體與以太作相對運動時，光速在透明物體中將受到什麼影響...」，「上次寫信給妳，我說我懷疑相對運動的正確性，但這懷疑是來自於一個簡單的數學運算錯誤。我從來沒有像現在這樣相信它的正確性。」 ³ 在通信中蜜列娃也跟愛因斯坦一樣對無窮大的性質有興趣，她寫道：「人們不能理解無窮大，我不相信這不能理解可以歸罪於腦筋的構造」。

蜜列娃生長在匈牙利鄉下，少女時代滿懷求知的熱誠到瑞士城市蘇黎世讀書。她眉目清秀、神采奕奕、外表質樸、說話坦白、簡潔了當、愛思索、好夢想、不輕易開口說話，也不輕易顯露笑容和相信別人。1896年底，聯邦工業大學開學，她遇到同班同學愛因斯坦，他倆喜歡一起討論課內和課外的物理和數學，成為好朋友，倆人都期望畢業後能在學校教書。後來變成一對情意綿綿的伴侶，喜歡一起去瑞士山林裡徒步旅遊。夏日攜手漫遊於清爽的林間小徑，共享山林月夜，觀賞夜霧如紗輕飄於山腰。大學時代的愛因斯坦：孤獨、冷淡、不滿、愛好思索與夢想、獨立性很強、處處發生疑問、竭力探求答案。物理教授韋伯很討厭愛因斯坦的不聽話，不安分守規矩。 (後來甚至不讓愛因斯坦畢業後當助教。) ⁴ 蜜列娃時常與韋伯教授衝突，她指責他對愛因斯坦不公平。她原先跟韋伯教授作論文，鬧到後來她竟然退選論文，拒絕跟他繼續作研究。蜜列娃是受過物理和數學的訓練，她瞭解愛因斯坦的思路，研究工作和價值。雖然她的才能不足以陪愛因斯坦在科研前線並肩作戰，她在後方成功的建立一個休息、支援和補給的基地。她為自己的愛人辯護說：「他所堅持的，他都能證明」。愛因斯坦對朋友說過：「蜜列娃是個了不起的女人」。七年的互相認識和戀愛以及十六年的共同扶持的生活，讓愛因斯坦經歷了作為一個思想家在探索宇宙奧秘時所能期望的最雄偉壯麗的心路歷程- 從艱苦孤軍奮鬥，開拓一大片物理新天地，一直到完成了他所有偉大的傑作。

愛因斯坦輕視世俗人間爭權奪利的忙碌活動，對於暴亂和不公平的事，他敢說話反對。他從青年到老年時代，扮演過種種不同的角色：糞土權威的叛逆、創始者、權威 (他終於也變成一個權威!)，硬骨頭的知識份子、絆腳石、老頑固。他完全不在乎別人怎麼評論他，照樣我行我素，可以說他是死不悔改的古典主義者。古典物理(基於牛頓力學) 和近代物理(基於量子力學)最根本的差別是：前者斷言粒子運動(位置速度或動量) 具有絕對的精確性，後者斷言粒子運動只能用機率來描述。他終生相信古典的確定論，極力反對量子力學的機率概念和測不準原理。他堅持「量子力學不是一套完整的理論」。 ⁵ 他實在是最後一位古典物理學家。

在這裡順便說一下，愛因斯坦的那個「堅持」說法，可能是對的，因為現在量子力學沿著邏輯路線發展到量子場論時，碰到了一個基本的、深奧的、無法克服的發散困難。但他當時所講的理由對物理學家並沒有說服力。他後來扮演絆腳石和老頑固的角色，對物理界也有相當正面的影響。而且，事實上，他似乎也沒有阻礙量子力學的發展 (如果有所阻礙的話，或許就是使他的老朋友波恩(M.Born)晚了很多年才得到諾貝爾獎。─想當然爾！) ⁶ 回想當年量子力學的新思潮，像海嘯一樣，波濤壯闊，浩浩蕩蕩，在實驗與觀察的大力支持下，所向無敵，誰也阻擋不了。這裡順便跑一下野馬，把八十年代風起雲湧的「絃理論」 (認為粒子不是基本的，絃才是真正基本的)拿來比較一下。這個玄奧的理論沒有實驗和觀察的實力支持，幾乎完全靠一個美麗誘人的外表(數學框架)，再加上一幫人用紐約第五街那一套的宣傳和推銷技術造成好幾年時髦風潮。到了九十年代，絃理論一下子就消生滅跡了。1989年籌備慶祝大久保進 (S.Okubo) 六十歲的國際研討會時，擬定了一個會議主題：「從對稱到絃：羅徹斯特會議的40週年」。當時認為很恰當。哪知到了1990年5月開會時，竟然沒有一個人講絃的理論。這正顯示出物理不同於哲學和數學的地方，沒有實驗與觀察的支持，再美妙的理論，即使說的天花亂墜，自圓其說，也不過是夏日草葉上閃爍幾下的露水吧了，太陽照一下，就無影無蹤了。

青年時代默默無聞，掙扎向上的愛因斯坦，對物理問題作獨立的，創始性的研究思考時，他內心應是極其自負、驕傲而且是目中無人(權威)的。這由他寫論文 (例如：1905年建立的相對論)不引文獻，可以感覺出來。後世人實在應該深深感謝那個審查愛因斯坦論文的，讓它順利發表-不管是因為慧眼識英雄或馬虎了事。在目前物理刊物界照章行事的審查制度和保守的氣氛下，一個默默無聞的研究者，寫了一篇這類富有創始性和爭論性，而且不引文獻的論文，如果把它投稿到國際性或第一流的刊物去，肯定會被退回來而不見天日的。

愛因斯坦的數學運算能力遠不如他的物理直覺能力。後來他常需要用到某些很難的幾何和張量關係。當時德國哥廷根大學有一幫一流的數學家們(A.E. Noether 和其他教授)，幫他作數學運算。數學家們不知道什麼數學運算結果是有意義或有關的，所以也就很願聽愛因斯坦的話。愛因斯坦需要什麼，他們就算什麼。數學家們寫論文發表他們的運算結果，愛因斯坦就利用他們的結果來研究物理，各得所需，如魚得水。他的廣義相對論促進黎曼幾何大大的進展。

愛因斯坦在普林斯頓高等研究院時，名氣雖大，也有難言的苦衷。他想要老朋友波恩來訪問一陣子，他要研究助手恩菲爾德 (Infeld) 多留一年，都做不到也爭取不到錢。為了錢，他只好和恩菲爾德一起寫一本給普通人讀的書《物理學的進化》，出乎意料的大受歡迎，成為一本當時的暢銷書，真是塞翁失馬，焉知非福。愛因斯坦是屬於「愛惜羽毛」的那種人。他如果答應把名字賣給公司作廣告(像目前網球明星，各種運動名手一樣的做法)肯定馬上變成百萬富翁，也就用不著為了數千美元而嘔氣。不過話說回來，他如果會出賣名氣，大約也就不會是神通物理學的愛因斯坦。這大約就是人世間所謂「沒辦法」的事情之一。

有一次，愛因斯坦要一個迴紋針，好不容易找到一個壞的，需要修理一下才能用。他就說要找個工具來修理它。他的助手也幫他到處找，結果意外的找到一盒好的迴紋針，就把他拿給愛因斯坦，以為沒事了。哪知愛因斯坦照樣忙著東找西找的，助手很奇怪的問他幹什麼，他說他已經決心要找工具來修理那迴紋針，非找到不可，很難半途而廢。這個故事，把愛因斯坦的內在性格赤裸裸地呈現出來。

1905年愛因斯坦寫了〈運動物體的電動力學〉，完成狹義相對論，這時他對「電磁王國」一切情形都已胸有成竹。1915年他完成了廣義相對論，對「引力王國」的情況也以一目了然。中年以後的愛因斯坦，雄心萬丈的邁向艱難無比的征途：要統一引力場和電磁場兩個各自為政的：「獨立王國」。好傢伙，這種事也唯有他才能做，不像年輕的科研工作者，愛因斯坦不必擔心研究有沒有成果或找工作謀生，不必看任何人臉色。讓我們來簡略看一下他後半生三十多年的奮鬥研究情況 ⁷ ：

1922年初他寫了統一場論的第一篇論文，一年後他寫信給波爾 (N. Bohr) 時說：「我相信我終於了解引力與電磁的關係」。這個「瞭解」只不過是海市蜃樓吧了。不久，他看到卡路札 (T. Kaluza) 企圖用5度時空中來統一引力與電磁力，他說「不太自然」，可是幾個月後他寫信給羅倫茲說：「引力場和電磁場可以在5度時空中完全滿意的統一起來。」像這樣子改變意見，對他來說已經不是稀罕的事了。 1925年時，他又寫了一篇論文，開頭就說：「兩年來不斷探討，現在我相信，我已經找到了(統一場論的)真正解答」。這次他用非對稱的聯絡(connection)和時空長度張量(metric tensor)來做統一場論的基礎，但是不久他就把這個觀念拋棄了。1927年他寫信給朋友時，興高采烈的說：「第5空間萬歲!」但半年後，他又搞別的東西去了。1928年，他得意的宣布統一場論已經完成了，但一些科研同事們卻很不以為然。例如說，泡利(Pauli)寫信給愛因斯坦，追問道：「在這新理論中，水星近日點的移動，光的偏折和能量、動量守恆律都跑到哪去了?」愛因斯坦不能回答，後來他寫信給泡利說：「你竟然是對的，惡棍!」。

1945年，他已經六十幾歲了，又回去找他的「舊情人」-基於非對稱的長度張量和聯絡 (connection)的理論。1949年他寫下最後一組統一場論的場方程式，還是不令人滿意。因為從這些方程式出發，連電磁場的方程式都導不出來。

每次愛因斯坦宣布他完成了統一場論，即使是錯的，全世界的報紙，總要跟著熱鬧一下。可以想像他名氣之大是空前的，無可比擬的。在他去世幾前他還在思考統一場。一個人也許會說，「江郎才盡」或「浪費了半輩子」或者說「鑽牛角尖」。這些或許都有幾分真實，但都不是太恰當的，因為愛因斯坦以身作則的讓世人知道，一個科研工作者應有的工作態度。雖然他的夢想沒有實現，但他為後世物理學家開拓視野，建立了一個研究方向：統一場論。他死後不到二十年，在楊-密爾斯規範場的基礎上， ⁸ 統一場論終於破天荒的實現了一部分，這部分是電磁力與核衰變的弱作用力的統一，而且得到了許多優美而且驚人的結果。這次的統一，比當年牛頓統一蘋果落地的力與行星繞日運動的力，和比麥克斯韋統一電磁和光都還要深奧而且是非常不尋常的。因為這理論空前準確的預言了三個全新的基本粒子(規範玻色子 W⁺，W^-，Z⁰)的存在以及它們的質量和其他物理性質。這工作主要是由溫伯格、薩拉姆和格拉肖做出來的。如果不是楊-密爾斯規範場的理論已經建立起來，電弱統一理論是絕對無法完成的。

愛因斯坦是一位終生不懈的思索大自然奧秘的物理學家，他對個別現象沒有太大興趣，他要了解的是宇宙的根本原理，他的研究精神永垂不朽。

: 1.Albert Einstein,《A Documentary Biography》, Staples, London, 1956
: 2.《The Collected Papers of Albert Einstein》vol. 1, Princeton University Press, 1987
: 3. A.Pais,《Subtle is the Lord...》, Oxford Univ. Press, 1982

阿爾伯特·愛因斯坦 (Albert Einstein) １８７９年３月１４日出生在德國巴登－符騰堡州烏爾姆市一個中產階級猶太人家庭。次年，全家遷往慕尼黑。愛因斯坦幼年並未表現出過人的才華。５歲時，父親給了他一個指南針，指針在磁力的無形作用下轉動的情景讓他驚訝。像牛頓看到掉落的蘋果一樣，愛因斯坦產生了一種奇怪的感覺，認為自己看到的現象是具有深遠意義的。他先在慕尼黑讀高中，未畢業就退學，後轉入瑞士阿勞市的州立中學。１８９６年，愛因斯坦進入瑞士蘇黎世聯邦工業學院學習數學和物理學，畢業後成為一名老師。愛因斯坦喜愛教書育人，但成為一名物理學家卻是他無法放棄的夢想。

　由於不認同權威，愛因斯坦一度被人認為註定一事無成，１９０２年大學畢業後無法進入學術機構，只在瑞士伯爾尼專利局找到一份做審查員的臨時工作。但在那裡，愛因斯坦被正規教育扼殺的科學激情終於重新迸發出來，輕鬆的工作讓愛因斯坦得以繼續致力於科學研究。１９０５年，年僅２６歲的愛因斯坦發表了三篇論文，在物理學三個不同領域取得了歷史性成就，特別是狹義相對論的提出，使人類對於空間、時間和物質運動的認識發生了革命性變化，標誌著物理學新紀元的到來。

1999年12月26日，愛因
斯坦被美國《時代》週刊評選為「世紀偉人」

　１９１４年，愛因斯坦返回德國，進入普魯士科學研究所從事科學研究，兼任柏林大學教授。１９１５年，愛因斯坦發表廣義相對論。這是繼狹義相對論之後，近代科學的又一個重大成就。１９１９年，英國天文學家愛丁頓的日全食觀測結果證實了愛因斯坦所作的光線經過太陽引力場會彎曲的預言。愛因斯坦由此聲名鵲起，相對論成為人們家喻戶曉的名詞。

　１９２１年，愛因斯坦因在光電效應方面的研究而被授予諾貝爾物理學獎。１９３３年由於納粹德國反猶太主義狂潮，愛因斯坦被迫移居美國，同年１０月開始在普林斯頓高等研究院任教。１９４０年獲得美國國籍。１９５５年４月１８日，愛因斯坦因主動脈瘤破裂在美國普林斯頓逝世。

愛因斯坦除在光電效應、相對論等方面作出舉世皆知的傑出貢獻外，他關於布朗運動的研究成果，由於對大量無序因子的規律性把握，成為當今最熱門的金融數學的基礎；他提出的激光受激輻射的概念，在幾十年後的今天得到了廣泛的應用；他與玻爾進行的論戰中提出的 EPR佯謬，至今仍是理論物理學和科學哲學界不斷探討的話題……

愛因斯坦不僅是一位偉大的科學家，還是一位和平主義者。他目睹了兩次世界大戰中對人類文明的摧殘，認為和平是人類的首要問題。１９５５年４月，彌留之際的愛因斯坦簽署了《羅素─愛因斯坦宣言》，呼籲人們團結起來，防止新的世界大戰爆發。　

顛覆經典物理學的巨人——愛因斯坦　　愛因斯坦的遺產

世界物理年全球接力傳遞光信號紀念愛因斯坦逝世50週年

　愛因斯坦的中國緣　

李政道：紀念愛因斯坦

世界物理年

世界物理年這個想法的提出時間可以追溯到歐洲物理學會２０００年１２月於柏林召開的第３屆世界物理學會大會。在這之後兩年中，歐洲物理學會開始尋求國際組織的支持，積極促成世界物理年活動。２００２年，這一倡議得到國際純粹與應用物理聯合會第２４次全體大會的一致通過；在２００３年召開的聯合國教科文組織全體會議第３２次會議上，表決通過了支持２００５年為世界物理年的決議。

２００４年５月１７日，法國、巴西、英國、萊索托、摩納哥和葡萄牙向聯合國大會遞交聯名信，要求聯大會議在第５８次年會上討論世界物理年一事。信中說：「２００５年是愛因斯坦一系列偉大科學發現一百週年，這些科學發現影響了整個當代物理學。這為世界提供了一次機會，在２１世紀慶祝物理學方面最偉大的一位思想家。」簽名國說世界物理年將提高「世界對物理學的瞭解」。２００４年６月１０日，聯合國大會鼓掌通過了把２００５年定為「世界物理年」的決定。２００５年１月１３日，在巴黎召開的世界物理年發起會議上，世界物理年在全球正式啟動。