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　　广义相对论大概是最被人神化的物理理论了。在那个著名的传说里，物理学家西尔伯斯坦对另一位物理学家爱丁顿说“听说你是世界上仅有的三个懂相对论的人之一”，爱丁顿的回答是“我在想，这第三个人是谁？”
　　这三个人――不管他们是谁――当然都已经离世了。整整一百年过去，今天又有多少人懂相对论呢？
　　答案可能会让你惊讶：很多。事实上，许多当今科学家恐怕比爱因斯坦本人更懂。披荆斩棘的时代已经过去，多年研究所提炼出的核心想法，如今连普通大众都可以理解。这里说的不是那个姑娘和火炉的比喻；用著名华裔物理学家徐一鸿（Anthony Zee）的话，广义相对论的核心思想，每一个坐过飞机的人都曾亲身体会――那就是，航线为什么是“弯”的。
　　徐一鸿是上海人，1945年战乱时期出生于昆明，很小的时候举家从上海移居香港，随后又迁居巴西圣保罗。后来的徐一鸿凭借全额奖学金来到普林斯顿，本科毕业后又在哈佛全奖得到理论物理博士学位，曾在普林斯顿高等研究院担任助理教授和访问学者（爱因斯坦正是在这里度过了后半生）；目前他在加州大学圣塔芭芭拉分校的卡弗里理论物理研究所任正教授逾30年，并获得终身高等研究员的职位――他是第一位获此荣誉的华人物理学家。
　　徐教授的学术兴趣难得的广泛，并各有杰出贡献。起初他专攻粒子物理学，后来扩展到凝聚态物理、量子反常、随机矩阵理论、超导、量子霍尔效应等理论物理学领域。迄今为止，他完成的学术论文已有270多篇，被引用次数达2万4千多次。
　　除此之外，徐一鸿还是一位特别优秀的老师和科学传播者，无论是教科书还是科学写作都常常有让人豁然开朗的感觉。他说，“我觉得美跟真绝对是有很大关联的。”因此他投入了许多时间来讲解那些在他看来最美的物理理论――比如，广义相对论。
　　以下是关于相对论记者对徐教授的专访：
　　记者：今年是广义相对论诞生一百周年，假如没有人成功地得出广义相对论的话，现在这个世界会有什么不同？
　　徐一鸿：我现在可以马上想出两个不同之处。
　　我们人类的一件大事，就是要知道这个世界是怎么来的，宇宙是如何起源的。如果没有广义相对论，大爆炸理论就很难产生。为了描述宇宙是如何产生的，必须有广义相对论。
　　另外一个例子普通人都可以体会。很多人并不知道现在手机上应用的GPS，为了定位准确，需要用狭义相对论和广义相对论做修正。如果没有相对论，定位误差每天都会积累巨大误差，很快就不能用了。
　　记者：那您能否简单地解释一下，广义相对论是什么呢？
　　徐一鸿：我的书《爱因斯坦引力导论》里面有一个很好的例子。有一次我从洛杉矶飞北京，看到屏幕上画的航线图就觉得很奇怪，为什么航线是这样弯的呢？
　　是不是航空公司都喜欢北方，一定要经过白令海峡，跟爱斯基摩人招招手呢？为什么他不绕到夏威夷去走一走？就像是北极会产生某种吸引力，把飞机拉过去一样。更奇怪的是下次坐飞机，发现另一个航空公司也走这条路线。这是为什么呢？
　　事实上，这个航线之所以弯曲，不是因为有一个力量在拉它，把它吸引到北极，而是航空公司根据油耗多少决定的。因为地球表面弯曲成这样一个形状，沿着这一条航线飞行最省油钱，所以才这样飞。
　　这正是广义相对论的核心。看起来一个物体在万有引力的作用下形成某种运动轨迹；实际上，这是因为时空是弯曲的，它沿着这样一条轨迹运动最“经济”。
　　记者：如果没有爱因斯坦这样的天才，广义相对论还可能诞生吗？
　　徐一鸿：当然有可能，但发现时间会推后很多年。
　　爱因斯坦的出发点，就是用狭义相对论统一了空间和时间，按理说时空中所有的现象都应该服从该相对论。但当时的引力理论显然不满足相对论（注：牛顿万有引力的传播速度是超光速的）。于是爱因斯坦要把狭义相对论与引力结合起来，这就是当初他研究广义相对论的出发点。
　　今天来看，一个好学生把牛顿引力的公式写下来，放到狭义相对论公式旁边，用一个一眼看上去很简单的方法，差不多就能看到广义相对论的大概面貌。所以别人做出来也是可能的。
　　但这当然是马后炮的说法，广义相对论真的是很难的，就是爱因斯坦那个年代，都有很多人反对他做这方面研究。我最近在看一本普朗克的传记。当时的爱因斯坦很年轻，没有名气，而普朗克在德国享有很高的声望。普朗克帮过爱因斯坦很多忙，把他拉起来的。所以爱因斯坦一直都很感谢普朗克。那时爱因斯坦曾经跟普朗克说，他要把狭义相对论跟引力连起来，结果普朗克不但没有鼓励他，还说这个事情你最好不要去做。
　　记者：普朗克说的也不错，确实很困难，爱因斯坦花了十年的时间才研究出广义相对论。
　　徐一鸿：对，确实困难。为什么这么困难？就是需要数学。研究广义相对论需要的数学，是当时所有的物理学家都没有掌握的东西。爱因斯坦学黎曼的微分几何的时候很辛苦，有很多概念的错误。对了，有些科普书里面讲爱因斯坦数学很差，这种完全是乱讲的。
　　“爱因斯坦完全没有理解这个解，伟大的人也不可能什么都了解”
　　记者：为了证明广义相对论，科学家设计了很多精巧的实验。你最喜欢其中哪一个实验呢？
　　徐一鸿：我比较喜欢引力红移实验。就是说不同的钟，在地球上不同高度，时间流逝的速度都不一样。
　　霍尔发现了一个“霍尔效应”：如果你让电流通过一块金属板上，然后设置一个垂直于电流方向的磁场，那么电流在金属板上的运动轨迹就会朝一侧弯曲。
　　霍尔发现这个电磁学效应之后，就觉得引力一定也有这个效应，物体掉下来的时候，运动的轨迹也会弯曲（排除地球自转因素）。刚好哈佛那些人跑来请他，说你来的时候，我们会给物理系建个楼。（也就是今天的杰弗逊物理实验室大楼，其实在他来之前就已经在计划中了。）于是霍尔开出的条件是，他到哈佛工作，哈佛帮他建一座塔。所以霍尔下半生就研究把东西从塔上丢下来，看它的轨迹有没有发生弯曲――结果当然没有这种弯曲了。
　　所以哈佛物理系建的这个塔，后来也一直就没有派上原定的用场，直到1959年庞德（Robert Pound）跟他的学生提出了引力红移实验――不同的钟在不同高度时间不一样。
　　注：根据爱因斯坦的广义相对论，地球表面的引力场比较强，时间流逝会变慢。空中的引力场相对较弱，时间流逝较快。如果从空中发出一束某种频率的光，地面接收到这束光时就会认为它频率更大――看起来更蓝；反过来，天空看地面就会更红。这个效应对应于狭义相对论中的“时间变慢”“光线变红”，所以叫“引力红移效应”。
　　提出实验之后，庞德突然想到，哎呀，我们物理系有这样一个塔，正好可以实际做这个实验。后来他回忆说，那个塔的第一层里面蛮窄的，当然也没有电梯。所以他所有的仪器都要拆开，用一个背篓背着爬上去，爬到上面再把仪器组合起来。后来，他就开玩笑说，“做完这个实验之后，我终于明白了引力的意义”。
　　记者：相对论还面临一些未解的挑战，所以我们需要发展一个比广义相对论更有解释力的新理论，你觉得这方面哪个领域比较有前途呢？
　　徐一鸿：大家都知道弦论，但是现在都是没有结果。你很难碰到一个比它更强的理论，但它还是有点没落的样子。我的很多同事都是弦论的专家，但他们现在好像基本上都在做一点别的东西。
　　我的想法不是正统的想法。当然弦论是正统，我绝对没有反对弦论。我觉得如果一个东西我没有完全懂，我没有在那个方向上做研究工作，我也就没有资格去反对它。
　　但我就是想，有没有一些别的突破的可能呢？比如说弦论虽然很奥妙，要把广义相对论和量子力学结合起来，但人所有都是去修改广义相对论，没有人去修改量子力学。
　　所以我会想，为什么不去修改一下量子力学呢？不是我一个人说要去修改量子力学，很多人都想修改。但都是没有办法，因为关于量子力学的实验数据很多，精度也很高。比如说温伯格曾经提出过一些量子力学的修正项，后来被打下去，因为跟实验不符合。
　　但是修改量子力学的想法并非没有可能实现，当然我是随便说说了。我猜想很有可能，过了五十年，一百年，未来的每一个大学生都懂：你想要统一理论的话，把量子力学这样改一下就好了。
　　但我也没有办法修改爱因斯坦的方程，因为这个方程非常坚固。你们学过《相对论》也知道，因为你顶多在它的作用量里加一两个修正项。
　　记者：广义相对论是一个从美学的角度出发，得到的正确理论，但是有些物理学家认为方程的正确和美没有必然的联系，你同意这样的说法吗？你觉得美在理论物理学中应该处于什么样的地位呢？
　　徐一鸿：理论物理学是一个很大的主题，我喜欢用基础物理学这个名称。在基础物理学里面的，我觉得“美”跟“真”绝对是有很大关联的。菲利普&安德森（Philip Anderson,1977年诺奖得主）总是强调没有这种关联，那他是因为研究凝聚态物理学，当然没有必然联系，这种观点我完全不反对。但在基础物理学中，如果最后我得到了一个很丑陋的终极理论，我就会觉得不太对。不是我第一个人这样讲，从狄拉克、爱因斯坦一直到杨振宁。所以我觉得大部分的理论物理学家，在研究基础物理学问题是都会这样想。
　　记者：我看到过一个资料说，爱因斯坦大概在1913年时得到了一个错误的广义相对论方程，大概过了两年左右，才得到了一个正确的方程。现在，我们可以事后诸葛亮地说，如果他当时从数学的美的角度出发，知道广义协变原理要求方程形式协变的话，其实很快就可以得到正确的方程，因为原来的形式是不协变的。
　　徐一鸿：对。我就奇怪他为什么不用作用量原理推导广义相对论。后来我去写我的书的时候，发现洛伦兹也写过一篇论文，说那个引力的拉格朗日量到底是什么，但是很奇怪洛伦兹他只写一个L，他就没有告诉你L是什么。所以，过了100年你再去看那些论文会觉得很好笑，你会发现基础物理学的研究是多么困难的事情。
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有一则材料说有人反对爱因斯坦的相对论,但爱因斯坦面对《反对爱因斯坦的100位科学家》时说：如果要反对他只要一个就够了,这则材料能审出什么中心?
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民科众多,没有办法找出真正的悖论.却像成名于是就“三人成虎”力图把假话说一百次变真话!也有可能是对相对论理解不透撤所致后者无心,前者捣乱!
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扫描下载二维码[转载]爱因斯坦在发表狭义相对论的时候是业余科学家吗？(转载)
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|个人分类:|系统分类:|关键词:爱因斯坦；业余；科学家|文章来源:转载
在发表狭义相对论的时候，爱因斯坦是业余科学家吗？这是一件许多业余科学家们津津乐道的事，许多职业科学家们(相对于业余科学家，我这么称呼以科学研究为职业的人)也常常认为这是事实，因而形成了一个流传久远的真正的迷思(Real Myths)。　　业余科学家们以此做为自己的勉励当然是一件好事。但是在资讯发达的今天，因为这个传闻，影响所及，却也给了业余科学家们一种偏离了实际的幻觉，以为凭著自己关门家中的一些勤奋思考，不需要完整的科学训练，也可以成就影响历史的科学成就。而职业科学家相信了这个迷思，常常不易对非科学家解释清楚科学研究的专业性和完整基础训练的重要性。　　那么，爱因斯坦到底是不是业余科学家呢？要回答这个问题，我们最好的方法当然还是从爱因斯坦本人的经历来看了。　　关于爱因斯坦的生平传记，多年来早已汗牛充栋，不过要揭开这个迷思，我们还是得从爱因斯坦的生平经历来着手，以下就是对爱因斯坦生平，尤其是有关他在发表狭义相对论之前的科学研究经历的一个回顾：　　德国南方巴伐利亚(Bavaria)的乌尔姆市的出生记录处的记载：“第二二四号，乌尔姆(ULM)：三月十五日，一八七九年。今天，商人赫曼-爱因斯坦，住址是乌尔姆市，车站大街(Bahnhofstrasse)，135号，信仰以色列教，亲自在此见证人的面前，陈述了一名男婴，取名为阿尔伯特，在三月十四日，早上十一时三十分，出生于他在乌尔姆的住宅，生母是信以色列教的泡琳-爱因斯坦。此记，并签名，赫曼- 爱因斯坦。见证注册人，哈特曼。”　　乌尔姆市的档案处还可以找到这段记录。两年后，爱因斯坦的妹妹玛雅出生，玛雅是爱因斯坦一生最亲近的人。　　第二年(一八八零年)，赫曼带著全家迁往乌尔姆市东方的大城，巴伐利亚的首府慕尼黑。赫曼和他弟弟雅各(Jakob)一起在慕尼黑创业。阿尔伯特和玛雅在慕尼黑的阿得莱特大街(Adelreiterstrasse)，一栋有著林荫、花园的大宅里度过了快乐的童年。　　大约六岁时，爱因斯坦入国民小学(Volksschule，英文Folk's School，平民学校)。他的学习成绩十分出色。泡琳在一八八六年给她母亲的一封信里写到：“昨天阿尔伯特收到他的成绩单，又是第一名，他的成绩单真是棒极了。”阿尔伯特是一个十分安静的孩子，不太和其他的孩子一块玩耍，他最喜欢的一个游戏是用纸牌搭房子，这需要很大的耐心和毅力。　　一八八八年十月，爱因斯坦进入留特波中学(Luitpold Gymnasium)，他在这个学校一直要待到十五岁。学习上，他的数学和拉丁文成绩总是最高或次高。但是学校的一般教育让他十分厌恶，专制的老师，奴隶般的学生，腐朽的教材，都和他格格不入。在学校里他孤独而没有什么朋友。　　可是他的课外生活就不太一样。他叔叔雅各是他数学的启蒙老师。每当解答了叔叔给他的数学问题时，他心头总是充满了无比的喜悦。十二岁那年，他得到了一本欧几里德几何学的小书，他日后回忆说：“它的内容的清晰和确实，给我无以形容的印象。”他在十二岁到十六岁之间，自学了微积分(Differential and Integral Calculus)。在家里，每个星期四晚间，总有一个医学院的穷学生来晚餐，他叫马克斯 - 陶姆。他经常带给爱因斯坦有关科学的书籍，后来又介绍了康德给他。二人经常花许多时间讨论科学、哲学的问题。陶姆日后回忆说：“这个时期，唯一让他分心的是音乐，他已经能够在母亲的伴奏下演奏莫扎特和贝多芬小夜曲。”，陶姆也说，“在这段日子里，我从来没有看见他阅读轻松的文学读物，也没有看过他和同龄的同学来往。”他的这些性格在日后的日子里都没有改变。　　赫曼的工厂生意发生了变化，他的意大利代理商劝他把工厂搬去意大利。那边的远景看来比较好，雅各全力赞成。于是，他们在一八九四年的六月，变卖了房产，关闭了工厂，全家迁往米兰。　　新的工厂建在巴维亚(Pavia)，在一八九五年中，赫曼全家又从米兰迁往巴维亚。　　赫曼把爱因斯坦一个人留在慕尼黑，继续学业。爱因斯坦想念家人，厌恶学校，身心变得沮丧难过。按照当时德国的法律，男子在十七岁之后，必须服兵役。他对德国式的专制学制本就十分厌恶，兵役就更让他日日心焦。他决定必须在十七岁之前要离开德国。　　没有和父母商量，他就决定去意大利和他们会合。首先，他从家庭医生那儿拿到了一份‘神经紧张不安，需要和父母相聚休养’的证明，从他的数学老师那儿拿到了他有大学数学能力的证明，然后得到了学校的离校许可，在一八九五年的春天离开慕尼黑前往巴维亚。　　对他的这种行为，赫曼十分生气，但是爱因斯坦对父亲保证，他会努力准备ETH(苏黎世联邦工艺学院)的入学考试。ETH是当时欧洲著名的科学和工程技术学院。他同时告诉父亲他要放弃德国国籍的打算。这时的他已经从一个默默寡言的少年，变成了善于和人沟通的青年。意大利的美丽山水和丰富的艺术珍藏，让他留下了终身的深刻印象。　　不过，事情并不顺利。一八九五年十月(十六岁)，他ETH的入学考试失败了。下一步，一个稳当的计划是进一所瑞士的学校，拿到中学的毕业文凭，就可以不必考试进人ETH。于是，他进入瑞士阿劳(Aarau)的一所中学。寄宿在一个叫温特勒(JostWinteler)的老师家中。开始享受他一生中第一次令他喜爱的学校生活。温特勒一家有七个子女，他们待爱因斯坦如家人，这个关系一生都没有改变，温特勒的一个儿子后来成为爱因斯坦妹妹玛雅的丈夫，一个女儿嫁给爱因斯坦的好友贝索。爱因斯坦去世前谈到阿劳学校说：“他的自由风气，老师们的真心关爱，不靠权威，给了我一生烙上不可磨灭的印记。”　　在阿劳时期的一张照片中，爱因斯坦显得自信十足，毫无以前的那种畏缩。他当日的同学也记得他那自信有力的步伐，那种毫无畏惧地表达自己的想法的态度。他的种种日后特殊性格，这时都开始逐渐显现出来。　　一八九六年的一月二十八日，爱因斯坦交纳三马克，从乌尔姆市得到了一张证明，正式放弃德国国籍，变成无国籍的人。这年的秋天，他通过了阿劳学校的毕业考试，得到了毕业证书。毕业考试的成绩是(满分六分)：德文五分，意大利文五分，历史六分，地理四分，代数六分，几何六分，描述几何六分，物理六分，化学五分，自然历史五分，艺术制图四分，技术制图四分。　　十月二十九日，他注册成为苏黎世的居民，并且进入ETH就读。　　如果四年如期完成学业，他就可以拿到数学和物理特殊教师的资格。在他大学四年里，一个亲戚给他提供每个月一百法郎的生活费。这里面每个月他要存下二十法郎，做为他申请瑞士公民纸的费用。依当日报纸上的一则召租广告可以看见：附带家具的房间，租金是每月二十法郎。一日供应两顿热餐的宿舍，一天是1。5法郎。可以看见，爱因斯坦的生活费虽非十分宽裕，却也不是太拮倨的。　　大学生活有它的喜怒哀乐。我们在此只着重在他的科学研究方面的活动。　　爱因斯坦对物理的喜好和研究早在阿劳学校的日子里就开始了。一八九五年，十六岁的他，给在比利时的舅舅送去一篇物理论文。这篇从未发表的论文，题目是“关于磁场中的以太状态的研究(On the Examination of the State of the Aether ina Magnetic Field)。在同时附给舅舅的信上他写到：“这文章处理一个十分特定的题目，。。你可以预料到一个年轻人的过分天真和不完善。”　　他这篇文章里提出的主要问题是：当导线通过电流产生磁场时，磁场对周围的以太有什么影响？这磁场又如何回头影响导线中的电流？当时流行的看法是，如同声音以空气为介质传播，电磁波、电磁场是以以太为介质传播。他认为以太是一种弹性介质，当电流产生磁场，因而生成以太波，这个以太介质的弹性是如何影响以太波的速度？他的结论是，它会使电流产生一种抗拒力，抗拒磁场的发生，它的效应与导线的长度有关，而和导线截面及组成物质无关。他也认为应该可以设计一个实验验证这个想法。这时，他独立地，发现的是所谓电流的自感应现象(Self-Induction)。十六岁的他，已经开始思考电磁理论的基本问题，他似乎已经知道光是一种电磁波现象，而他这时对马克斯威尔的电磁场理论还是毫无所知。　　在晚年的一篇回忆文章中，爱因斯坦写道：“在阿劳那年，一个问题总在我心上：如果一个人跑步以光速追逐光波，他就应该会见到一个和时间无关的电磁波波场。但是这样的事情似乎不存在。这是最早的第一个，和狭义相对论有关的孩提思考实验(Juvenile Thought Experiment)。”在往后的十年里，他没有停止过思考这个矛盾问题，最终导致了他的狭义相对论的理论。　　在ETH的第二学年，爱因斯坦已经被以太，电磁波(光)，地球运动的问题烦恼了，他设想制造一台实验仪器，可以测量地球相对于以太的运动。他已经感受到这个实验结果的重要性。但是，学校老师不支持他。他的教授韦伯(Weber)不喜欢他，认为他不是一个听话的学生。听话从来不是爱因斯坦的一个美德，这种和教授韦伯的关系，最终对他毕业后的生涯有著致命的后果。　　爱因斯坦也对韦伯的课程不满意，他没有从他那儿学到马克斯威尔的电磁理论。他的电磁理论是自学的。总的来说，爱因斯坦在正规的课堂上学到的东西不多，他花了许多时间自己阅读了马克斯威尔、科其霍夫(Kirchhoff)、贺目霍次(Helmholtz)、赫次(Hertz)的著作。他还读了马赫(Ernst Mach)的力学著作，劳伦次(Lorentz)，波次曼(Boltzmann)也是他阅读的对象。他这时的兴趣还包括达尔文的著作。在他日后的回忆里，这时期的老师只有赫维次(Hurwitz)和闵可斯基(Minkowski)两个数学老师是称职的。但是，ETH大学时期的教育是十分自由的，考试很少，而考试对爱因斯坦总是一大煎熬。幸好，他的同班好友马色 - 格罗斯曼(Marcel Grossmann)的笔记总是整理得清晰完善，而且毫不吝惜借给爱因斯坦，他因此也可以应付得来考试。　　一九零零年八月，爱因斯坦通过了ETH毕业考试，得到了特种教师的资格。他毕业的成绩是理论物理、实验物理、天文学各五分，函数论五分半，此外一篇关于热传导的 文章得到四分半。他同班的五个同学中，和他一同毕业的三个同学，包括格罗斯曼，马上被学校留下担任教授助理，第五个同学，班上唯一的女同学，米立娃 -玛丽契(Mileva Malic)没有通过毕业考试，米立娃后来成为爱因斯坦的妻子。爱因斯坦被韦伯拒于ETH门外。他终生因为这事，没有原谅韦伯。九月，他写信给赫维次，希望得到助理的职位，但是也没有下文。就这样，直到年底，爱因斯坦还是失业。　　但是，这段时间，他并没有放下他的物理学研究。十二月，他完成了他第一篇正式的研究论文，探讨分子间的交互作用力。他把这篇论文送去德国的Annalen der Physik物理学报。在一九零一年的第四期上刊出(AdP，4，513，(1901))。　　创办于一七九零年的Annalen der Physik是世界上创办最早的一份物理学刊，以德文印行。在当时，是公认最具权威性的物理研究学刊。直到第二次大战前，是世界上，最新的物理研究发表的主要刊物。爱因斯坦早期的主要成果，包括光电效应、布朗运动、狭义相对论、广义相对论等都是发表在这个刊物上。德国物理学大师普郎克(Max Planck，量子力学的祖师之一)曾经长时期担任这个刊物的主编。即使在二十一世纪的今天，Annalen der Physik 仍然是世界上前十名的物理学刊，今天她是以英文刊行。　　一九零一年的二月二十一日，爱因斯坦获得了瑞士公民证，多年的梦想成真。他有生之年都保留了瑞士国籍，昵称之为“我所知道的地球上最美丽的角落。”　　一九零一年初，爱因斯坦还没有放弃在大学里找一个教授助理工作的希望。他把他的第一篇发表的论文印本寄给莱比锡大学(Leipizig)的欧斯我(Friedrich WilhelmOstwaald，德国 著名化学家，一九零九年的诺贝尔化学奖得主。他和马赫曾经是原子学说的最后顽抗者。日后，他对桑默非尔(Sommerfeld)表白，是爱因斯坦的布朗运动理论改变了他的看法) 。三月，爱因斯坦给荷兰来顿(Leiden)的欧那斯(Heike KamerlinghOnnes，荷兰物理学家，一九一三年诺贝尔物理奖得主，是低温物理的祖师)写信，探询工作的可能。但是都没有得到回音。他的失望是可想而知的。他父亲还给欧斯我写信，请他至少给爱因斯坦一些言辞上的鼓励。我们不知道欧斯我有没有给爱因斯坦回信，但是，九年后，欧斯我和爱因斯坦同台在日内瓦接受荣誉博士学位，隔年，欧斯我是第一个提名爱因斯坦为诺贝尔奖候选人的人。人事的沧桑不可知至于此。　　失业的爱因斯坦，在给好友格罗斯曼的信中抱怨说：“我在我父母这儿已经三个星期，想在此地找一个大学里的教授助理职位。要不是韦伯对我搞了不诚实的小动作，我早就该找到工作了。”　　失望之余，爱因斯坦找到了一份临时的教师职位，五月十九日，他开始了在温特色(Winterthur)一所高中的两个月的教书生涯。出乎他的意料，教书给他的是意外的惊喜，他在给温特勒的信中表达了这种心情：“我每天早上教完五、六堂课之后还是精神奕奕，下午在图书馆或家中继续我自己的学习和思考问题。我已经放弃在大学里找工作的企图，因为我意识到我在现在情况下，可以保持我对科学研究的精力和渴望。”他在给格罗斯曼的信上说，他正在从事关于气体动力论(Kinetic Gas Theory)的研究，同时在思考物质相对于以太运动的问题。他在信中说：“我想到了一个新的、更简单的方法来研究物质相对于以太的运动。如果无情的命运，至少就这么一次，能让我平静地来执行。”这话的语气表示，格罗斯曼知道爱因斯坦在ETH时就在思考这个问题，而且那时就有了一个研究的方法。而今，他仍然朝思暮想的是这个问题。　　临时教师的工作结束后，他又面临失业。九月，他再度找到一份临时工作，夏夫豪森(Schaffhausen)的一所私立中学给了他一年的教师合同。于是他再度有了时间从事他喜爱的物理学研究。这年的十二月，爱因斯坦在一篇文章中写到：“从一九零一年九月十五日开始，我在夏夫豪森的一所中学任教。在学校工作的头两个月里，我完成了关于气体动力学理论的博士论文，一个月前，我向苏黎世大学提交了这篇博士论文。”当时ETH还没有收博士生，苏黎世大学是爱因斯坦的首选。　　德国教育系统的博士生制度十分独特。许多博士生都是在全职地工作。笔者在和德国研究机构接触的经历中，常有许多年轻的大学毕业研究助理，他们全时地在研究机构工作，一方面在研究机构发表的研究论文中挂名，同时又和当地大学的教授做博士论文，二者并行不驳。也因为这个缘故，许多人的博士学位花的时间比较长。　　爱因斯坦的博士论文没有被接受。不过，这是他早年生涯中的最后一个挫折。　　在这个期间，爱因斯坦的好友格罗斯曼知道他找工作的困境，一直为他奔走。格罗斯曼的父亲和当时伯恩(Bern)的瑞士国家专利局局长哈勒(HHaller)相熟，在格罗斯曼的要求下，把爱因斯坦介绍个哈勒。关于这件事有一些不同的说法，专利局在一九零一年，十二月十一日，有了一个职位空缺，在报上刊登了一则求才广告。爱因斯坦马上送出了应征信，随后，哈勒对爱因斯坦面试，一说哈勒为爱因斯坦的电磁理论能力所倾倒，一说格罗斯曼的引介是主要的原因。不过，爱因斯坦似乎得到哈勒的某种保证，他在还没有得到专利局的职位之前，就辞去夏夫豪森的教职，于一九零二年二月迁往伯恩。开始了他一生中最富创造力的一段生活。　　他这时的生活，主要靠家里的一点微薄资助，加上他做物理和数学家教的收入维持。他在报上刊登家教的广告，一个来应征的学生，毛里斯 - 所罗文(Maurice Solovine)和所罗文的朋友康拉 - 哈比希(Konrad Habicht)变成爱因斯坦形影不离的好友，爱因斯坦昵称所罗文为：“der gute Solo，好样的所罗”。三人经常一块儿读书、讨论哲学、物理、文学，从柏拉图到狄更斯。他们给自己的聚会取了一个名字：“奥林匹亚学会(Akademic Olympia)”。三人是学会的永久，也是唯一的会员。所罗文的回忆里，他们读过的书包括史宾诺沙(Spinoza)、休莫(Hume)、马赫(Mach)、潘加略(Poincare)、索福克里斯(Sophocles)、拉辛(Racine)、塞凡提斯(Cervantes)。他们一块儿喝酒、饮茶，品著腊肠、奶酪、水果。这是一段快乐的日子。哈比希后来在夏夫豪森担任中学教师，所罗文迁居巴黎，后来成为翻译爱因斯坦著作成法文的权威。哈比希于一九零四年离开伯恩，次年，所罗文也离开，他们的学会正式存在虽然只有短短数年，但是在他们的生命中占有难忘的地位。在半个世纪后的一九五三年，三人都已垂垂年老，哈比希在一次旅途经过巴黎，三月十二日，爱因斯坦生日的前两天，他和所罗文见面，想起五十年前在伯恩的美好回忆，二人提笔，在一张巴黎圣母院的明信片背后写下：　　“给我们正确、尊敬、无可比的学会会长：　　虽然您缺席，我们依然给您保留了席位。今天庄严地召开了我们这世界知名学会的会议。保留的席位我们一直为您暖著，企盼，等待，是的，等待，等待您的莅临。　　哈比希”　　“我，作为光荣的学会的老会员，看着这张空著，本来是该由你站有的席次，忍不住我的老泪盈眶。我只能在此致予你我最谦逊、尊敬、来自内心的问候。　　M。所罗文。”　　七十四岁的爱因斯坦虽然已经年老体衰，但是顽皮童心未减。藏不住对故旧的思念，他故作严肃地，在一九五三年的四月三日，写了这封回信：　　“给永恒的奥林匹亚学会：　　亲爱的学会，在你短暂的生命中，你以童稚的欢愉，在一切清晰和智慧中取得欢乐。你的会员创造了你，借以模仿嘲弄你那久已成立的姐妹学会。在我多年的小心观察下，你的嘲弄可是多么的一针见血啊！　　至少，我们三位会员，证明是持久的。即使我们已经有点衰老，可是你的一点光亮，闪烁耀眼，依然照著我们孤独的朝圣旅途。因为你和我们不同，你不会衰老，你只是变成一棵长得过大的包心菜。　　对你，我们衷心地献上忠诚和热爱，直到我们最后的一息。　　A。E。如今只是一个通讯会员上。”　　A。E。是爱因斯坦的自称(Albert Einstein)。半个世纪的友情感人至深。　　一九零二年，六月十六日，爱因斯坦被任命为瑞士联邦专利局试用三等技术专员，年薪三千五百法郎。他的生活正式安定下来。　　这期间他生活上发生了几件重要的事件。　　父亲赫曼 - 爱因斯坦于这年十月十日去世，安葬在米兰。对爱因斯坦，这个打击只有让他从科学研究中找到解脱。　　次年(一九零三年)的一月六日，爱因斯坦和米立娃结婚。所罗文和哈比希是见证人。　　一九零四年的五月十四日，他们的男孩汉斯 - 阿尔伯特出生。　　爱因斯坦在专利局的工作十分平顺，他对待这个工作十分认真，也在工作里找到乐趣，而且，他总有足够的精力和时间剩下来做他的物理学研究。　　爱因斯坦的物理学研究和发表论文在这期间不但没有停顿，而是全速前进。　　他的第二篇论文在这年(一九零二年)发表在Annalen der Physik上(AdP 8，798，1902)，和第一篇论文一样，这篇也讨论的是关于分子力的问题，他企图以牛顿的引力理论来理解分子间的作用力。这两篇论文中，都已经凸显了他对统一原理的想法，他想把分子力和万有引力联系起来。　　他在一九零一年给格罗斯曼的一封信上说：“我肯定我的关于吸力的理论，，可以延伸到气体，，如此则关于确定分子力和超距作用的牛顿力之间关系的问题，可以大大的推进一步。”他的这两篇论文，后来都证明不是十分特出。他在一九零七年给史塔克(Johannes Stark，德国物理学家，一九一九年诺贝尔物理奖得主)的信上说：“我寄给你，除了我最早的两篇无价值的论文外的所有著作。”他自己毫不留情地给这两篇论文作了评价。　　爱因斯坦大学时就结识的好友贝索，加入专利局工作，成为爱因斯坦的同事。贝索是一个工程师，他和哈比希、所罗文变成爱因斯坦讨论他思考中的问题，脑力交锋的对象。爱因斯坦的论文，他们都热切地盼望、研读。当然，格罗斯曼，他大学的同学，更是和他始终保持联系的，格罗斯曼后来成为ETH的数学教授，爱因斯坦日后在广义相对论中采用的数学工具，就是靠格罗斯曼提供帮助的。　　在一九零一到一九零四之间，在发表狭义相对论之前，爱因斯坦接下来的三篇论文，都发表在Annalen der Physik上，都是和统计物理、热力学有关的：　　AdP 9，417，(1902)，探讨热平衡下温度、Entropy(火商)的定义。　　AdP 11，170，(1903)，探讨波兹曼常数的数值。　　AdP 14，354，(1905)，探讨波兹曼常数的变动和新的测定方法。　　一九零四年的九月十六日，爱因斯坦在专利局的试用身份转为正式。　　接下来，一九零五年，是爱因斯坦破茧成蝶的一年。他这一年的产品质量，直比一六六五-六六年，因为躲避黑死病避居乡间的牛顿。　　一九零五年三月。爱因斯坦完成光电效应的论文，发表在Annalen der Physik(AdP17，132，1905)。这篇论文后来给他带来了诺贝尔物理奖。　　这时，他还同时在写他的博士论文(他的第一篇博士论文没有被接受，见前)。在博士论文中，他提出一个新的理论，用以确定分子半径和亚佛加德罗常数。在打印本的内页，写著“献给我的朋友马色 - 格罗斯曼。”上面的日期是一九零五年，四月三十日。但是他的论文直到七月二十日才送去苏黎世大学教务处。　　这个延宕是有原因的，在四月到七月之间，爱因斯坦非常的忙碌。他先后完成了两篇改变物理世界的著作：布朗运动，是对原子学说最后的封顶，坚持不相信原子学说的如史塔克、马赫都自称是因为这篇论文而改变看法(马赫日后又反悔)。狭义相对论的论文：改变了传统物理界对时间的看法。　　他的博士论文，这一次很快就被接受，七月二十四日，爱因斯坦获颁苏黎世大学博士学位，从此成为Herr Doktor (Mr. Doctor，博士先生)。　　布朗运动的论文是他博士论文的接续成果。就在他博士论文完成后的第十一天，五月十一日，Annalen der Physik收到了爱因斯坦布朗运动的论文，发表于AdP 17，549，1905。在他论文被接受后三个星期，Annalen der Physik 接到爱因斯坦的博士论文，发表于AdP 19，289，1906。这两篇文章发表的时间次序和实际完成的次序不同。主要是因为博士论文需要先在大学审核，然后才在学刊上发表造成的。但是布朗运动论文中的公式已经先在他的博士论文中提出。　　这年的春天，爱因斯坦在给哈比希的信上说：“第四篇论文(指一九零五年发表的第四篇)，现在只有初稿。是关于移动物体的电动力学，使用了一点对时间-空间意义的修正。它的运动学部分你一定会感兴趣。”运动学部分包含了狭义相对论的最基础原则。　　一九零五年六月，爱因斯坦关于狭义相对论的论文在Annalen der Physik(AdP 17，891，1905)上发表。接下来一篇短文中提出他著名的质能转化公式：E=mC^2。(AdP18，639，1905)。　　十年的漫长思考，而最终的突破却是在论文完成前的五、六个星期。在一九二二，十二月十四日，爱因斯坦在日本京都大学的演说中，是这么说的：　　“然而，光速的不变性，在这里，和我们所熟知的力学中速度的相加规则是矛盾的。想要解决这个矛盾，带给了我无穷的困扰。我荒废了近一年的时间思考，希望也许可以稍微修正劳伦次的观念，但是毫无结果。同时我也感觉到，这恐怕是一个完全无法解开的谜。”　　“十分意外地，我在伯恩的一个朋友帮了我的忙。那天我去拜访他，天气很好，我对他说：‘我最近有一个难以理解的问题，所以我今天来这里，带来了一个挑战的问题。’我和他不断的讨论，我豁然开朗，理开了问题。第二天，我再去找他，招呼都没有打就说：‘谢谢你，我把问题完全解决了。’我的解答，其实是针对时间观念的：时间的定义不是绝对的，而是，时间和信号速度之间有著不可分离的联系。有了这个观念，前面的矛盾就可以完全解决。在我认识到这个观念的五个星期之后，狭义相对论的理论就全部完成。”　　这个爱因斯坦口中的朋友就是贝索。　　从上面这段对爱因斯坦物理学的研究经历回顾，他是不是业余科学家，应该已经十分清楚。爱因斯坦的所有成果都是发表在同行评议的专业学刊。而他接受的教育，当时的工作方法，都和今天的许多专业科学家没有不同。我们再看看今天的专业科学家，分析一下，以美国为例子，可以分为以下几类：　　(1)。私立研究机构，举其大者，如IBM华生实验室，贝尔实验室，冷泉港实验室(ColdSpring Harbor Laboratory，双螺旋的发现者之一，詹姆斯-华生为所长，著名的生物、生理研究中心)，帕罗阿图研究中心(Palo Alto Research Center，原XEROX公司研究中心，鼠标mouse，视窗Graphic User Interface的发明者)。这些机构的研究人员，绝大多数都是具有高级(博士)专业学历，从事的是指定的研究项目。极少数的高级研究员，可以比较自由地选择研究课题(比如IBM的Fellow, Mandelbrot)。他们研究的成果一般都不在专业同行评议的杂志发表，只在内部流传。主要是因为成果都牵涉到商业机密。少数在专业杂志上发表的结果，多半都是一般性，非关专利的。　　(2)。公立的研究机构，如NIH(National Institute of Health，国家卫生院，属健康与福利部，Dept. of Health and Human Services)，NASA(National Aeronauticand Space Administration，国家航空航天总署)，USGS(US Geological Survey，美国地质调查所，属内政部)，NIST(National Institute of Standards and Technology，国家标准及技术研究院，属商务部)。这些研究机构的研究人员也都是具专业学历，一般都是硕士、博士以上。他们的研究经费由国家拨给，因此他们的成果必须公开发表，由国人共享。许多研究机构有自己的专业刊物，一般用以发表报告形式的研究成果。重要的研究成果一般才是发表在同行评议的专业学刊上。这些研究报告都是以ZF文件的形式存在，一般公民都有权利查阅。　　(3)。大学里的研究人员。　　美国大学里的教授传统都还是以传道授业为主要任务。但是，经过百余年的发展，教授的科学研究，因为可以为学校从国家(NSF，NIH，NASA等都有研究经费供申请)、私立基金、商业基金争取到大量的经费，因此变成许多学校对教授考核升迁的一个主要标准。不能发表学术论文，就不能继续留任(Publish orPerish)，至少在获得永久教授职位之前，是如此。当然，即使拿到了永久教职，因为同行之间的竞争，许多都还是为争取科研经费而孜孜努力。这一类的研究人员，他们的研究成果得到认可的唯一方式，是在同行评议的专业学刊上发表研究成果。也因此，今天一般人所认识的科学家，就多半是大学里的教授。从他们的收入可以反映他们的工作内容。一般教授的工资是发九个月，而科研申请得到的经费里，工资加发不可以超过两个月。十一个月的工资加上一个月的休假，这是标准美国大学里教授的情况。当然，研究经费包含了有许多其他的好处，比如，开会旅行的费用，购买仪器、电脑、书籍，雇用研究助理等都可以由里面报销。　　(4). 據我的經驗,歐洲今天許多大學的博士學位頒發,和愛因斯坦當年並沒有太大的分別.許多些博士生都是在研究機關全職做事,邊寫論文.所以有不少人要比美國大學花更長的時間獲得學位.　　爱因斯坦在瑞士联邦专利局的工作，固然有技术、理论的要求，毕竟不是繁重的劳动。而且这工作也提供了脑力思考问题，和研究新事物的机会。他在，公余，钻研心爱的物理学，撰写博士论文，在专业的物理学刊上发表论文，这和今天在公立、私立研究机构、或大学里教授的研究，都是相同的，反而少的是升迁和金钱上的压力。　　爱因斯坦是一个业余的科学研究工作者嗎?　　转载自:孙钥洋的BLOG
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