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杨振宁谈爱因斯坦:机遇与眼光
关键字: 爱因斯坦相对论爱因斯坦《我的世界观》杨振宁物理学杨振宁文章爱因斯坦也不是首位写下伟大的转换公式的人:
之前,洛伦兹(H. A. Lorentz, 1853-1928)曾写出这个公式,所以当时这个公式以洛伦兹命名,现在仍然是这样。可是洛伦兹也没能抓住同时性的相对性这个革命性思想。1915年他写道:
我失败的主要原因是我死守一个观念:只有变量t才能作为真正的时间,而我的当地时间t’仅能作为辅助的数学量。(转引自:Abraham Pais, Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein. Oxford: Oxford University Press, 1982, p.167)
这就是说,洛伦兹有数学,但没有物理学;庞加莱有哲学,但也没有物理学。正是26岁的爱因斯坦敢于质疑人类关于时间的原始观念,坚持同时性是相对的,才能从而打开了通向微观世界的新物理之门。
几乎今天所有的物理学家都同意是爱因斯坦创建了狭义相对论。这对庞加莱和洛伦兹是否公平?要讨论这个问题,让我们先引用怀特海(A. N. Whitehead, 1861―1947)的话:科学的历史告诉我们:非常接近真理和真正懂得它的意义是两回事。每一个重要的理论都被它的发现者之前的人说过。(见:The Organization of Thought, Westport CT: Greenwood Press, 1974, p.127)
洛伦兹和庞加莱都没有抓住那个时代的机遇。他们致力于当时最重要的问题之一,即运动系统中的电动力学。可是他们都错失其重点,因为他们死守着旧观念,正如洛伦兹自己后来所说的一样。爱因斯坦没有错失重点是因为他对于时空有更自由的眼光。
要有自由的眼光(free perception),必须能够同时近观和远看同一课题。远距离眼光(distant perception)这一常用词就显示了保持一定距离在任何研究工作中的必要性。可是只有远距离眼光还不够,必须与近距离的探索相结合。正是这种能自由调节、评价与比较远近观察的结果的能力形成了自由的眼光。按照这一比喻,我们可以说洛伦兹失败了是因为他只有近距离眼光,而庞加莱失败了是因为他只有远距离眼光。
中国伟大的美学家朱光潜(1897-1986)强调过“心理距离”在艺术和文学创作上的重要性。我认为他的观念与上述的远距离眼光是一致的,只是在不同的学术领域而已。在最权威的爱因斯坦的科学传记Subtle is the Lord(即前文所引A. Pais的著作)中,作者选择这样一个词来描写爱因斯坦的性格:孤持(apartness),并且在第三章开始时引述道:
与其他人保持距离;单独地、孤立地、独自地。(《牛津英文词典》)
的确,孤持、距离、自由眼光是互相联系的特征,是所有科学、艺术与文学创造活动中一个必要因素。
光电效应
1905年爱因斯坦另一个具有历史意义的成果是他于3月间写的论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》(On A Heuristic Point of View Concerning the Generation and Conversion of Light)。这篇文章首次提出了光是带分立能量hν的量子。常数h由普朗克于1900年在其大胆的关于黑体辐射的理论研究中提出。然而,在接下来的几年里,普朗克变得胆怯,开始退缩。1905年爱因斯坦不仅没有退缩,还勇敢地提出关于光量子的“启发性观点”。这一大胆的观点当时完全没有受到人们的赞赏,从以下的几句话就可以看出这一点:八年后,当普朗克、能斯特(W. H. Nernst)、鲁本斯(Heinrich Rubens)、瓦尔堡(O. H. Warburg)提名爱因斯坦为普鲁士科学院院士时,推荐书上说:
总之,我们可以说几乎没有一个现代物理学的重要问题是爱因斯坦没有做过巨大贡献的。当然他有时在创新思维中会错过目标,例如,他对光―量子的假设。可是我们不应该过分批评他,因为即使在最准确的科学里,要提出真正新的观点而不冒任何风险是不可能的。(参见前引A. Pais的著作,p.382)
这封推荐书写于1913年,其中被嘲笑的光―量子假设(hypothesis of light-quanta)指的就是上述爱因斯坦于1905年大胆提出的想法。可是爱因斯坦不理这些嘲笑,继续把他的想法向前推进,于1916年至1917年确定了光量子的动量,进而发展为1924年对康普顿效应(Compton effect)的划时代的认识。
光量子这一革命性之观点产生的历史可以总结为:
1.1905年爱因斯坦关于E=hν的论文
2.1916年爱因斯坦关于P=E/c的论文
3.1924年康普顿效应
在那些年里,在1924年康普顿效应确立之前,爱因斯坦完全孤立,因为他对光量子的深邃眼光不被物理学界所接受。
二
在1905年至1924年之间,爱因斯坦的研究兴趣主要在广义相对论。作为科学革命,广义相对论在人类历史上是独一无二的。其设想宏伟、美妙、广邃,催生了令人敬畏的宇宙学,而且它是一个人独自孕育并完成的,这一切让我想起《旧约》里的创世篇(不知爱因斯坦本人是否曾想起这个比较)。
当然,我们很自然也会想起其他的科学革命,例如牛顿的巨著、狭义相对论、量子力学。不同之处:牛顿的工作确实是宏伟、美妙、广邃的。对。可是在他之前有伽利略(Galileo)、开普勒(Kepler),还有更早的数学家和哲学家们的成果。他也不是当时唯一在寻求万有引力定律的人。狭义相对论和量子力学也都是影响深远的革命。可是它们是当时许多人研究的热门课题,都不是由一个人所创建的。
关于广义相对论,爱因斯坦没有抓住什么机遇,而是创造了这个机遇。他独自一人通过深邃的眼光,宏伟的设想,经过七八年孤独的奋斗,建立起一个难以想象的美妙体系。这是一次纯粹的创造。
- 原标题:爱因斯坦:机遇与眼光 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑:李泠
- 最后更新: 2018-11-07 08:59:33
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