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宇宙故事的伟大缔造者——爱因斯坦

2016-03-14 Lee Smolin 原理

在人类记忆里保存着的不仅是爱因斯坦的物理内容,而且也有他的生活、心里特点、情感内容、生活插曲,甚至容貌。爱因斯坦的不朽——这不仅仅是思想的不朽,也有人的不朽。 

——库兹涅佐夫 《爱因斯坦传》


阿尔伯特•爱因斯坦,是独一无二的。




当我在研读诸如伽利略、开普勒、麦克斯韦、玻尔、海森堡、薛定谔和狄拉克等大物理学家的时候,我能够理解他们是谁。他们都是非常杰出的物理学家,但是,跟他们同时代的物理学家相比,这些人并没有显得不同。而爱因斯坦,则不同(牛顿也是,但只有他们两个)。在这么多年后,我仍然发现爱因斯坦有一种常人所不能及的能力,就是对自然界中无法理解的奥秘拥有敏锐的察觉,并能够一针见血地剖开核心的问题。


他是怎么做到的?是什么让爱因斯坦与其他人相比显得如此与众不同?又是为什么他能够发现别人所不同发现的?在一番深思熟虑后,我觉得是因为:爱因斯坦是一位“故事的缔造者”


爱因斯坦跟他同时代的人相比,他会问不同的问题。其他人做研究都是基于当时还不完备的知识基础上,在不同程度上对基础知识进行扩展,或者找出相互矛盾或不能自洽的问题。这并没有什么错。即使是现在,大多数科学家基本上都是在各自的领域进行研究,而不是把目标放在追问宇宙中更深层次的问题。但爱因斯坦则不同,他会不停的追问、理解被宇宙隐藏的事实。他不喜欢对现存的物理架构进行修修补补。


举个例子,爱因斯坦总是对“巧合”持有怀疑的态度。我们知道质量有两个概念:惯性质量和引力质量,这两个质量总是相等的。对其他所有人来说,这两个质量的相等只是方程上的一个额外条件。而对爱因斯坦来说,这样的一个巧合是发现隐藏在背后故事的绝佳机会。或许,引力和惯性是一样的?


为了解释这样的一个巧合,他一如既往的用“思想实验”来叙述这个他称之为“我一生中最快乐的思想”的一个想法。如果一个人身处于一个升降梯内,他就无法区分自己到底是在地球的表面,还是在遥远空无一物的空间内被不断的往上拉的升降梯。这就是等效原理,它告诉我们,引力的效应和惯性的效应是被无法区分的。而这样的一个思想是发展广义相对论的核心。


很多人认为爱因斯坦是一个孤独的天才,而他发现那些突破性理论的基本原则是对数学美的寻求。他是一个被美学启发的天才,数学则是他预言新现象的一个工具。


我记得最清楚的是,当我提出一个自认为能使人信服而又合理的建议时,爱因斯坦一点也不表示反对,而只是说,‘啊,多么丑!’当他遇到一个他认为丑的方程时,他只是对它不感兴趣,并且不能理解为什么有些人愿意花费那么多时间在它上面。他完全确信,在理论物理学中寻找一个重要结果时,美是一个指导原则。

——邦迪(H.Bondi)


但其实,爱因斯坦早年并没有受过很好的数学教育,本身也并非很擅长数学。当他在发展广义相对论的时候,他寻求了他的好朋友数学家格罗斯曼的帮助,才得以掌握建立广义相对论所需要的数学基础;他也会找他的挚友贝索帮他对一些数学给出正确的诠释。


爱因斯坦真正擅长的是他对物理的直觉与洞察力。他的广义相对论完全是建立在一个非常简单的物理想法:等效原理。


不幸的是,当爱因斯坦努力的想把量子力学与引力结合在一起构建他所谓的“统一场论”时,他失去了他的物理直觉。他没有提出新的物理原理,也没有新的思想实验来激发他的思考。不像他之前在狭义相对论、光子、布朗运动和广义相对论上的成功,他的工作并不是由物理直觉作为指引。这使他走入了一个黑暗的深渊,在他的晚年,他一无所获。


在缺乏创造新故事的能力后,他将数学作为指引。特别是在他发展广义相对论时他才了解到数学对物理结构的重要。到了1930年代时,他认为理论物理学的创新思维来自数学。但正是因为这样的转变,最后,他迷失了,而他的追随者们也都失去了方向。


爱因斯坦的成功在于他首先会提出一个关于自然的原理或假设,在这之后(有时),他才会把这些原理用数学公式描述。而他的失败在于他试图用数学替代直觉来解释大自然的奥秘。你确实可以用数学来统一引力和电磁理论。但是,在缺乏物理直觉或原理来解释这样的统一的意义时,就实验意义而言,数学上的统一都是空谈。


世界上最不可思议的事情,便是这个世界是可以思议的。

——爱因斯坦


所以,今天,在我们庆祝爱因斯坦诞辰137周年和百年相对论之际,让我们一起怀念这位对拥有无与伦比的物理直觉的大科学家,曾经为人类叙写出了一个又一个深藏在宇宙背后的故事!


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