- 第1節(jié) 奇跡再現(xiàn)
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在伯爾尼專利局 4 樓 86 號辦公室，三級技術(shù)員愛因斯坦快樂地工作著。他的主要職責(zé)就是電力設(shè)備專利評估。
專利評估是個技術(shù)活兒，一個人不可能什么專業(yè)都懂，并且都懂得那么深、那么具體，所以專利評估技術(shù)人員雖然有專業(yè)劃分，但他們每天面臨的都是不同專業(yè)、不同分支的專利發(fā)明，很少有一項(xiàng)發(fā)明只涉及一個專業(yè)。更有甚者，拿來申請專利的是一些稀奇古怪的新東西，很難給他劃分專業(yè)。
所以，一名優(yōu)秀的專利技術(shù)員，除了要具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)，更重要的是要具備綜合分析思考能力、專業(yè)的融會貫通能力、敏銳的眼光、專注鉆研的精神……概括來說就是夠聰明、有眼光、學(xué)得雜、思路廣、一根筋，這簡直就是為愛因斯坦量身定制的崗位。
全世界人民都知道，瑞士是鐘表王國，但很少有人知道，伯爾尼是鐘表之都。所以，愛因斯坦在工作中經(jīng)常接到鐘表類的各種專利申請。
在那個時(shí)代，不要說是讓全世界的時(shí)間同步，就算是兩個城市之間的時(shí)間也沒法同步，只能做到大概齊。而隨著科學(xué)、社會的發(fā)展，時(shí)間同步這件事兒，變得越來越重要，如今，時(shí)間要是不精確同步，現(xiàn)代社會就玩兒不轉(zhuǎn)了，如果你沒意識到，腦補(bǔ)一下銀行數(shù)據(jù)系統(tǒng)， 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)， 地面通信網(wǎng)絡(luò)， 高速、密集運(yùn)轉(zhuǎn)的火車、飛機(jī)等，肯定就明白了。
當(dāng)時(shí)，伯爾尼就出了很多有眼光的人士，他們紛紛研究怎么讓不同城市的時(shí)間同步，這
種研究甚至成了一種潮流。實(shí)際上，伯爾尼市內(nèi)的時(shí)間早在 10 余年前就同步了，用的是電信號。所以，不同城市之間要想做到時(shí)間同步，思路一般也是電信號，因?yàn)殡娦盘柕膫鞑ニ俣仁枪馑�，而光速剛好是愛因斯坦感興趣的。
有的人認(rèn)為，專利局的工作給愛因斯坦創(chuàng)建相對論帶來了靈感，比方說，在狹義相對論中，他也提到了對表。這就有點(diǎn)牽強(qiáng)了，那廣義相對論又是怎么來的呢？另外，全世界那么多專利員，為什么只出了一個愛因斯坦呢？實(shí)際上，鐘表同步專利之所以用電信號，是因?yàn)轱w鴿傳書不靠譜，成本高，電信號夠快、夠穩(wěn)、成本低；而狹義相對論里的對表，是探討光速的一個奇特性質(zhì)：速度固定。談光速固定，沒法不談時(shí)間、沒法不對表。所以，此對表非彼對表（這些科學(xué)問題，我們會在第四章專門探討）。不可否認(rèn)的是，專利局的這份工作確實(shí)幫了愛因斯坦大忙，讓他能養(yǎng)家，不用再為生活奔波，使他能夠把有限的精力用在業(yè)余愛好上。所謂“飽暖才能思宇宙，饑寒只好問稻粱”，感謝格羅斯曼和哈勒局長。
隨著時(shí)間的流逝，這位三級技術(shù)員已經(jīng)能夠熟練、高效、優(yōu)質(zhì)地完成專利技術(shù)鑒定工作了。一天的工作，愛因斯坦常常半天就能完成，剩下的時(shí)間干嗎呢？當(dāng)然是物理。作為一名天生的科學(xué)家，只要眼睛睜著，他的腦子就一刻也不會閑著，胡思亂想、推理探析，自己跟自己較勁，忙得很。
何況，他們的“奧林比亞科學(xué)院”還有那么多話題要討論。在奧林比亞科學(xué)院期間，愛因斯坦和朋友們的學(xué)習(xí)、交流，對他思考問題、拓展思路、激發(fā)靈感確實(shí)有不小的影響。
小愛沒機(jī)會跟物理界的學(xué)者交流，就和幾個喜歡科學(xué)的熱血青年混在一起。生活雖然不富裕，但每天過得充實(shí)而幸福，甚至感到“歡樂的貧困是最美妙的事” 。 這是真實(shí)的感覺， 而不是阿 Q 式的自我安慰， 因?yàn)�，志同道合的人一起學(xué)習(xí)、探討共同的愛好，那種美妙的感覺是其他事情替代不了的。所以，在他們的一生中，無論是貧窮還是富有，他們都把
這個小圈子叫作“不朽的奧林比亞科學(xué)院”。奧林比亞科學(xué)院研究的東西其實(shí)是個大雜燴，科學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)、文學(xué)都搞， 看斯賓諾莎、 休謨、 亥姆霍茲， 也看馬赫、 畢爾生、 阿芬那留斯，讀安培的 《科學(xué)的哲學(xué)經(jīng)驗(yàn)》 、 龐加萊的 《科學(xué)和假設(shè)》 ， 也讀狄更斯的 《圣誕故事》、塞萬提斯的《唐 • 吉訶德》，作為一個“科學(xué)院”，其研究內(nèi)容一點(diǎn)也不專業(yè)，倒像是不務(wù)正業(yè)。然而，他們奔放的想象、自由的思想、平等的對話、無拘無束的交流，卻是搞科研的黃金條件。因?yàn)榭茖W(xué)是發(fā)現(xiàn)、突破的學(xué)問，不能平等交流、不能自由思想，而是壓制異見、屈從權(quán)威，那就鏟除了科學(xué)成長所需的土壤，屏蔽了科學(xué)成長所需的陽光， 即使偶有理性的種子堅(jiān)韌地發(fā)芽， 也無法生根、 壯大， 更別想成林了。
即使有土壤，產(chǎn)生小愛這棵參天大樹也不是必然的，所以，你養(yǎng)護(hù)了土壤，卻沒長出參天大樹，也不是你挖掉土壤的理由。顯然，愛因斯坦取得的成就和學(xué)術(shù)自由、思想自由是分不開的。
當(dāng)然，無論你愛什么，也無論你有多愛，生活才是永恒的主題。為了生活，1905 年，奧林比亞科學(xué)院的兩個“院士” — 哈比希特和索洛文先后離開了伯爾尼，如此一來，奧林比亞科學(xué)院的核心成員就只剩小愛和貝索哥倆兒了。 愛因斯坦很失落， ５月份， 他給索洛文寫信說： “你走后，我再沒交新朋友。甚至和貝索也不怎么聊了……我快到不能動彈、無所建樹、只能對年輕人的革命精神發(fā)發(fā)牢騷的年紀(jì)了�！碑�(dāng)然，這只是愛因斯坦所發(fā)的牢騷而已，事實(shí)上，朋友的離開并沒有中斷他們的交流 — 他們的交流改成了白紙黑字的通信，這樣一來，倒是為今天我們研究這段歷史提供了豐富可靠的史料。
同年３月，小愛希望哈比希特回伯爾尼，他信中說：“請閣下蒞臨我們無比光榮的科學(xué)會議，就可使它的成員增加 50%�！辈痪�，愛因斯坦在另一封信中寫道：“親愛的哈比希特，咱倆之間現(xiàn)在籠罩著一種神圣的沉默，如果我用無足輕重的廢話來打破它，似乎是一種褻瀆……你究竟在忙乎些啥，您這頭冰凍的鯨魚，干癟的罐裝靈魂片……你為啥還不把你的博士論文發(fā)給我 ……我答應(yīng)用我新寫的四篇論文作為回報(bào)……”哈比希特不知道，這四篇論文將顛覆整個世界。
幾個月后，小愛又寫信給哈比希特，這回是勸他進(jìn)專利局：“你變得太一本正經(jīng)了，這都是你在那萬惡的牲口棚里的孤單造成的。一有機(jī)會，我就把你推薦給哈勒，準(zhǔn)能把你安插到專利局當(dāng)長工。到時(shí)候你肯來嗎？考慮考慮吧，要知道，除了８小時(shí)工作以外，每天還有８小時(shí)的閑暇外加星期天……”小愛特別珍惜可以獨(dú)立支配的業(yè)余時(shí)間，所以，他對專利局的工作還是相當(dāng)滿意的，雖然他的理想是當(dāng)老師。
在工作日里，愛因斯坦通常會花半天時(shí)間完成一天的工作，然后就會陷在被他鋸短了腿的那把扶手椅里胡思亂想。說“亂”想，一點(diǎn)兒也沒冤枉他，因?yàn)樗麜瑫r(shí)考慮幾個問題，當(dāng)然這些胡思亂想中也包括他拿手的思想實(shí)驗(yàn)。所謂思想實(shí)驗(yàn)，也叫理想實(shí)驗(yàn)，就是用想象力和邏輯去搞實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)多數(shù)是現(xiàn)實(shí)中無法做到的，或者現(xiàn)實(shí)世界提供不了理想的實(shí)驗(yàn)條件。
當(dāng)然，也有現(xiàn)實(shí)中能做到，但用想象力和邏輯推理解決更方便快捷，比方說，用刀可以切開豬肉，然后可以想象一下，要是不小心切到手指，手指也會被切開，所以不需要真的去做實(shí)驗(yàn)也可以下結(jié)論：刀可以切斷手指，要小心！
我們比較熟悉的思想實(shí)驗(yàn)就是伽利略所做的“雙球?qū)嶒?yàn)”，該實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證亞里士多德關(guān)于“自由落體誰重誰先落地”的說法正確與否。實(shí)際上，伽利略沒有像傳說中那樣，去比薩斜塔扔銅球，爬那么高沒什么好處，再說砸到小朋友怎么辦？就算砸不到小朋友，砸到花花草草也不好呀！所以，略哥只做了個思想實(shí)驗(yàn)：如果真的像亞里士多德同志說的那樣，重的下落比輕快，那我把重的和輕的綁在一起，會怎么樣呢？
怪事發(fā)生了，從邏輯上講，會出現(xiàn)兩種截然相反的結(jié)論：
A：重的輕的合體，當(dāng)然更重，下降得一定比那個重的更快。
B：重的還打算像以前一樣快，但輕的跑不快，拖了后腿，所以，速度應(yīng)該比輕的快點(diǎn)，比重的慢點(diǎn)。
以老亞的預(yù)測為前提，邏輯推理毫無問題，卻同時(shí)產(chǎn)生了兩種相反的結(jié)果，所以一定是前提錯了 — 也就是亞里士多德的說法錯了！
這就是思想實(shí)驗(yàn)的好處，成本低，效率高，效果好，真是居家旅行，科學(xué)研究必備良藥！
當(dāng)然，有時(shí)候光靠想象也不行，還得拿起筆和本子寫寫算算，門外一有風(fēng)吹草動，必須立即把本子關(guān)進(jìn)抽屜，可不能辜負(fù)了領(lǐng)導(dǎo)的殷切期望��！實(shí)際上，哈勒局長何嘗不知小愛同志在干什么？只不過小愛工作也干得不錯，閑暇之余搞個物理也不算什么壞事，所以也就睜一只眼閉一只眼，不聞不問了，這才是英明的機(jī)關(guān)領(lǐng)導(dǎo)嘛！
愛因斯坦搞物理，注重理論協(xié)調(diào)，善用邏輯演繹，這樣得出的結(jié)論，內(nèi)涵更深刻，體系更完整，理論內(nèi)部更自洽。
邏輯是思維的規(guī)律，也就是說，人腦進(jìn)行思維，必須遵從這個規(guī)律，才有可能得出靠譜的結(jié)論，它的基本原理很簡單，但深刻理解和完美運(yùn)用卻是一門高深的學(xué)問，亞里士多德完善了形式邏輯學(xué)，歐幾里得則將它的運(yùn)用推向了成熟。我們來復(fù)習(xí)一下形式邏輯學(xué)的分析工具 — “三段論”，它由大前提、小前提推出結(jié)論：大前提：專心工作、不搞宮心計(jì)的人得不到提拔。
小前提：你專心工作，不搞宮心計(jì)。
結(jié)論：你得不到提拔。
雖然這是普遍規(guī)律，但有時(shí)也會出現(xiàn)奇跡：專心工作、不搞宮心計(jì)的你被提拔了！這個概率就算只有十億分之一，作為一個科學(xué)理論，它也站不住腳。上述命題的問題出在哪兒呢？就是大前提不靠譜。
只有在大前提、小前提完全正確的情況下，才能得出完全正確的結(jié)論。所以我們要對一件事作出邏輯推理時(shí)，首先要仔細(xì)檢查邏輯起點(diǎn)是不是靠譜。那么，怎么保證前提正確呢？歐幾里得的辦法是用無須證明、也沒法證明的最淺顯、最簡單的真理作前提。比如：整體大于部分、凡是直角都相等、任意兩個點(diǎn)可以連成一條直線等。這樣的道理不證自明，我們管它叫“公理”或“公設(shè)”。
歐幾里得擺出5條公理和5條公設(shè)， 并用縝密的邏輯演繹， 步步為營，推來導(dǎo)去，構(gòu)建了一座輝煌的數(shù)學(xué)大廈 — 《幾何原本》，這是數(shù)學(xué)和哲學(xué)兩個學(xué)科里的雙料巨著，它標(biāo)志著人類第一次完成了對空間的認(rèn)識，它的偉大之處不僅在于它所取得的成就，更在于它所使用的方法——公理演繹法。
從公理、定義出發(fā)，論證命題，得到定理的方法，是人類理性的一次革命。楊振寧認(rèn)為，中國受《周易》影響，西方人受《幾何原本》影響，這是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)生在西方，而沒有發(fā)生在中國的原因。
愛因斯坦就是“邏輯演繹界”里的絕頂高手，他大部分重要的理論突破，都是用這種優(yōu)雅的手法實(shí)現(xiàn)的，其簡潔的原理、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿�、深刻的�?nèi)涵、美麗的數(shù)學(xué)、驚世的結(jié)論，都令人嘆為觀止。
時(shí)光飛逝，1905 年轉(zhuǎn)眼就來到了。愛因斯坦這個三級技術(shù)員的幸福生活已經(jīng)持續(xù)了兩年多�；燠E于公務(wù)員隊(duì)伍，做著按部就班的工作，過著波瀾不驚的日子，計(jì)算著看得見的前途，很容易讓人接受現(xiàn)實(shí)，融入市井，掩埋那曾經(jīng)讓人心跳的斑斕夢想。然而，當(dāng)年那個追光少年的夢，
仍然在燃燒，并且越燒越旺，越照越亮。
如果我以光速追趕一束光， 會看到振蕩不前、 原地踏步的電磁波嗎？不會的！麥克斯韋方程預(yù)示，光速是固定的！不管你怎么運(yùn)動，也不管光源怎么運(yùn)動，你測量的光速，都是 299792458 米 / 秒。讓這位三級技術(shù)員操心的，不止是光的速度，還有光的性質(zhì)。光真是一個讓人著迷的精靈，她無聲無息，卻神速無敵；她輕盈靚麗，卻直來直去；她明朗優(yōu)雅，卻深奧神秘……如果你熱愛自然，卻沒被光迷住，那只能說你沒抓住重點(diǎn)，因?yàn)楣馐谴蜷_無數(shù)自然奧秘的萬能鑰匙。
現(xiàn)在，愛因斯坦拿著這把鑰匙，伸向了兩把銹跡斑斑的大鎖。隨著兩聲不易察覺的咔噠聲，鎖開了，1905 年因此而光芒萬丈！
遙想 1665 年， 牛頓暫別劍橋大學(xué)， 回到故鄉(xiāng)沃爾索普農(nóng)村躲避瘟疫，百無聊賴之間，他埋頭做了一番學(xué)術(shù)研究，1666 年，他靈感爆發(fā)，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，構(gòu)建了微分學(xué)思想，構(gòu)思了光學(xué)原理，在力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)這三個領(lǐng)域作出了開創(chuàng)性、基礎(chǔ)性的貢獻(xiàn)，直接加速了人類科學(xué)、思想的發(fā)展進(jìn)程，這兩樣加速了，人類的發(fā)展也就加速了。于是，1666年又被稱為牛頓奇跡年。
牛頓于 1666 年的科學(xué)貢獻(xiàn)是空前的、無人能及的。這種等級的偉大智力成果可遇不可求，何況是集中在同一年 , 由同一人擷取的，所以沒人會奢望第二個奇跡年，哪怕是給一萬年的期限。然而，幸運(yùn)的人類
只等了 239 年 — 1905 年就低調(diào)、從容地到來了。
這一年，愛因斯坦這個專利局三級技術(shù)員完成了 6 篇論文：3 月， 《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點(diǎn)》，提出光量子概念，給出光子能量公式 E=h ν，完美解釋光電效應(yīng)。
4 月，《分子大小的新測定法》，創(chuàng)造了一種測定分子大小和數(shù)量的新方法。
5 月， 《熱的分子運(yùn)動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運(yùn)動》，解釋了布朗運(yùn)動，終結(jié)了物質(zhì)是否由分子或原子組成的爭論。
5 月， 《布朗運(yùn)動的一些檢視》，進(jìn)一步充實(shí)了關(guān)于布朗運(yùn)動的研究。
6 月，《論動體的電動力學(xué)》，創(chuàng)立狹義相對論。
9月， 《物質(zhì)的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎？》 ， 完美詮釋了質(zhì)能關(guān)系，得出永垂不朽的質(zhì)能公式 E=mc 2 。
這 6 篇論文，為物理學(xué)三大領(lǐng)域：物質(zhì)結(jié)構(gòu)原子論、量子論和狹義相對論奠基，還順便為統(tǒng)計(jì)學(xué)等其他學(xué)科作出了卓越貢獻(xiàn)。這 6 篇論文夠得上4個諾貝爾獎。 而狹義相對論的分量， 更不是諾貝爾獎能撐得起的。
因此，1905 年被稱為“愛因斯坦奇跡年”，它與 239 年前的 1665 年遙相呼應(yīng)，共同成為了人類發(fā)展史上的兩座通天燈塔。
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