歷史上的今天》4月18日── 天才的同義詞 現代物理學之父愛因斯坦逝世

2017年04月18日 14:50 風傳媒

「現代物理學之父」愛因斯坦的學說「相對論」揭示了時空、物質、運動三者之間的關聯,被視為人類智慧巔峰的代表作。這位被譽為20世紀最偉大科學家的猶太裔理論物理學者,生前共發表300多篇科學論文、150篇非科學著作,偉大的科學成就和原創性也使他與天才劃上等號。愛因斯坦的理論打破自牛頓以來人類對「絕對時間」與「絕對空間」的想像,顛覆當時所謂的「常識」,將全體人類世界的思考帶入新境界。

小時候學習速度緩慢被指南針吸引  從此對物理學產生興趣

1882年,3歲的愛因斯坦。(wikipedia/public domain)
1882年,3歲的愛因斯坦。(wikipedia/public domain)

愛因斯坦(Albert Einstein)在1879年3月14日出生於德國,他的父親赫爾曼·愛因斯坦(Hermann Einstein)是一名商人,母親寶琳·柯克(Pauline Koch)則擅長演奏鋼琴。1880年,他們舉家遷往慕尼黑,愛因斯坦的父親與叔叔在那經營一間電器公司,專門設計與製造電器。

1893年,14歲愛因斯坦。(wikipedia/public domain)
1893年,14歲愛因斯坦。(wikipedia/public domain)

小時候,由於愛因斯坦學習說話的速度緩慢,父母擔心他發展遲緩,曾經找過醫生看診。他2歲後才學會使用字詞。據說,愛因斯坦的父親在他小時候送給他一隻指南針,磁針受到地球磁場作用的方式讓愛因斯坦深深著迷,也成為他往後對物理學產生濃厚興趣的原因之一。

17歲的愛因斯坦在蘇黎世的理工學院主修物理,不過畢業時成績平平,沒能留校擔任助教,接下來兩年時間都沒能找到教職,只好到伯恩的專利局當職員,利用業餘時間研究理論物理。愛因斯坦在專利局的工作很多都與電信號傳遞、機電時間的同步化這類技術問題有關,這兩類技術問題影響了愛因斯坦未來的理論發展。

1905年,愛因斯坦的奇蹟年發表「狹義相對論」

1900年,愛因斯坦一邊繼續專利局的工作,並到蘇黎世大學攻讀博士,並在1905年發表他的博士論文《分子大小的新測定法》獲得博士學位。當時年僅26歲的他發表了關於「光電效應」、「布朗運動」、「狹義相對論」、「質量和能量關係」四篇論文,在物理學的四個不同領域中取得了歷史性成就,因此1905年又被稱為「愛因斯坦奇蹟年」

1904年,25的愛因斯坦。(wikipedia/public domain)
1904年,25的愛因斯坦。(wikipedia/public domain)

光電效應:

在愛因斯坦發表論文解釋光電效應前五年,蒲朗克(Planck)就已發表「黑體輻射定律」,證明組成黑體表面的原子只能吸收或放射已被「量子化」的輻射,因此,每個量子的能量是輻射頻率乘以一個新常數的整數倍。

1921年,42歲愛因斯坦獲諾貝爾講時的照片。(wikipedia/public domain)
1921年,42歲愛因斯坦獲諾貝爾獎時的照片。(wikipedia/public domain)

蒲朗克認為,他的量子理論只是為了讓理論符合實驗的數學「技巧」,但愛因斯坦將其延伸到光上面。根據愛因斯坦的理論,光是一束粒子,加上蒲朗克的公式,它的能量和頻率有關。當一束光粒子照射在金屬上時,光子和原子會相互碰撞,當光子的頻率足以撞出電子時,那麼這個撞擊就會產生光電效應。光粒子所帶的能量和光波頻率成比例;光波的頻率則取決於粒子的能量。愛因斯坦獲得1921年的諾貝爾物理獎,就是靠「光電效應」的研究、而不是名滿天下的相對論。

狹義相對論:

「相對論」是愛因斯坦最重要的代表作之一,他的狹義相對論(Special Theory of Relativity)之所以被稱為「狹義」是因為這個理論應用在慣性參考系下的時空理論,奠基在兩大假設之上:一、所有的慣性系統中,所有物理定律保持不變;二、真空中光速永遠不變,而且不是無限快。

狹義相對論認為,時間並不獨立於空間,它們應該用一個統一的四維時空來描述,並不存在絕對的空間和時間,這個說法是對牛頓時空觀的拓展和修正。在狹義相對論中,整個時空仍然是平直線性的,所以在其中就存在「全局慣性系」。

1919年,英國天文學家亞瑟·愛丁頓(Sir Arthur Stanley Eddington)觀測1919年5月29日日食的結果,證實愛因斯坦的廣義相對論。(wikipedia/public domain)
1919年,英國天文學家亞瑟·愛丁頓(Sir Arthur Stanley Eddington)觀測1919年5月29日日食的結果,證實愛因斯坦的廣義相對論。(wikipedia/public domain)

1915年,愛因斯坦又發表了「廣義相對論」,根據此理論,他預言,光線經過太陽重力場時會被彎曲。1919年,這預言由英國天文學家亞瑟·愛丁頓(Sir Arthur Stanley Eddington)觀測1919年5月29日日蝕的結果所證實。全球許多新聞媒體都以頭版報導這驚人的觀測結果,愛因斯坦因此成為家喻戶曉的物理學者,同年11月7日,英國泰晤士報的頭條新聞標題宣告,「科學革命,宇宙新理論已將牛頓繪景推翻」。

1919年11月10日《紐約時報》刊登對於光線被彎曲的新觀察,並且表示這是愛因斯坦理論的大勝利。(wikipedia/public domain)
1919年11月10日《紐約時報》刊登對於光線被彎曲的新觀察,並且表示這是愛因斯坦理論的大勝利。(wikipedia/public domain)

納粹掌權愛因斯坦從此定居美國

愛因斯坦在普林斯頓的居所。(Dmadeo@wikipedia/CC by-SA 3.0)
愛因斯坦在普林斯頓的居所。(Dmadeo@wikipedia/CC by-SA 3.0)
愛因斯坦在普林斯頓的照片。(wikipedia/public domain)
愛因斯坦在普林斯頓的照片。(wikipedia/public domain)

1933年1月,納粹黨攫取德國政權,希特勒(Adolf Hitler)成為德國總理。那時,愛因斯坦正在美國,由於納粹黨鼓吹反猶太主義,愛因斯坦知道他無法返回德國。同年十月,愛因斯坦成為普林斯頓研究院的常駐教授,此後有生之年,幾乎都在這裡度過,他再也沒有踏上歐洲一步。

愛因斯坦一封信推動美國原子彈研究

在1939年,一群流亡的物理學者,試圖警告美國政府,揭露納粹德國正在進行的原子彈研究,為了要讓美國警覺到原子彈的巨大威脅,他們也拜訪愛因斯坦,希望他能發揮影響力,於是,他在1939年8月2日,與其他幾名科學家一同致信美國總統羅斯福,建議美國政府需在納粹德國之前研製出核武器。這封信被認為是美國在參與二戰前夕,展開大規模核武器研究的關鍵因素。

1939年10月19日,羅斯福簽署了研製原子彈的文件,正式成立研究原子武器的「曼哈頓計畫」,爾後也成為在二戰中唯一成功研製出原子彈的國家。

「現在是該離去的時候,我要優雅地離去」 愛因斯坦77歲去世

晚年的愛因斯坦。(wikipedia/public domain)
晚年的愛因斯坦。(wikipedia/public domain)

愛因斯坦在69歲時被診斷出患有腹主動脈瘤,當時紐約醫院的醫生法蘭克·格倫(Frank Glenn)建議他立刻動手術治療,但愛因斯坦堅決拒絕並說:

「當我想要離去的時候請讓我離去,一味延長生命毫無意義。我已經完成了我該做的。現在是該離去的時候了,我要優雅地離去。」

(I want to go when I want. It is tasteless to prolong life artificially. I have done my share, it is time to go. I will do it elegantly.)

1955年4月18日,愛因斯坦正在撰寫的一篇慶祝以色列建國7週年的電視講稿,但他在寫完之前就因內出血離世,享壽76歲。

在愛因斯坦逝世62年後,國家地理頻道(National Geographic Channel)也將推出首部原創劇情影集《世紀天才:愛因斯坦》(Genius),細數這位曠世奇才精彩一生,這部10集的影集由《美麗境界》奧斯卡導演朗霍華(Ron Howard)執導、奧斯卡影帝傑佛瑞洛許(Geoffrey Rush)主演,傑佛瑞洛許的精采演技、和愛因斯坦本尊難分真假的超高「還原度」,都讓各界萬分期待。

「我們都知道他才華過人,但不知道世界差點就失去了這位天才。」──金獎導演 朗霍華

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