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第3節(jié) 真正的開(kāi)始

1909 年夏秋之交,愛(ài)因斯坦應(yīng)邀出席在薩爾茨堡舉行的自然研究者年會(huì),這個(gè)年會(huì)的層次很高,是德語(yǔ)區(qū)最重要的科學(xué)會(huì)議,參加會(huì)議的有100多位科學(xué)家, 可謂群星閃耀。 會(huì)議的議程包括相對(duì)論和光的量子性。大會(huì)本來(lái)想讓愛(ài)因斯坦把這兩個(gè)問(wèn)題都談?wù),但?ài)因斯坦覺(jué)得,量子的問(wèn)題比較急,因?yàn)樗矒?dān)心麥克斯韋的方程被量子搗毀,那可是有史以來(lái)最優(yōu)美的方程!這個(gè)擔(dān)心不是沒(méi)來(lái)由的,因?yàn)槠绽士税蚜孔託w入熱力學(xué)和電磁學(xué)框架下的嘗試屢戰(zhàn)屢敗。

在這個(gè)年會(huì)上,愛(ài)因斯坦終于和普朗克見(jiàn)面了。第三天下午,輪到愛(ài)因斯坦講演了,他的觀念讓科學(xué)家們內(nèi)心很崩潰:“光是波動(dòng)說(shuō)和發(fā)射論的某種融合!彼f(shuō),光既像波,又像粒,“輻射同時(shí)表現(xiàn)這兩種特性,不該認(rèn)為二者不兼容!彼預(yù)言,把光的波動(dòng)說(shuō)和微粒說(shuō)結(jié)合起來(lái),將引起一場(chǎng)深刻變革,它將破壞物理學(xué)的根基:確定論和因果律。這是波粒二象性的首次闡述。直到 14 年后,德布羅意關(guān)于波粒二象性的論文才發(fā)表。物理界承認(rèn)波粒二象性則是更久以后的事。愛(ài)因斯坦的物理思想之超前,由此可見(jiàn)。物理學(xué)天才泡利評(píng)論,這是“理論物理學(xué)史上的里程碑”。

當(dāng)愛(ài)因斯坦回到蘇黎世,在蘇黎世大學(xué)任副教授時(shí),隔壁母校那些小心眼的老師作何感想不得而知。不過(guò),愛(ài)因斯坦卻沒(méi)那么多想法,他和數(shù)學(xué)教授胡爾維茨交上了朋友。當(dāng)年,老胡也是常被小愛(ài)逃課的老師之一,所以,小愛(ài)畢業(yè)后,想去胡老師手下任職時(shí),被胡老師一口回絕。

胡老師愛(ài)好音樂(lè),周日喜歡在家舉辦音樂(lè)會(huì),小愛(ài)也是個(gè)音樂(lè)愛(ài)好者,有空就去。一次,老胡的寶貝女兒被一道數(shù)學(xué)題難住了,小愛(ài)從老胡那兒聽(tīng)說(shuō)后,下午專門去幫小胡搞定了這道難題。這說(shuō)明愛(ài)因斯坦不光情商提高了,講課水平也提高了。

不過(guò),他不拘一格的形象讓同學(xué)們很困惑。常聽(tīng)他課的坦納同學(xué)回憶:“他上衣是破的,褲腿是短的,還坐著上課,搞得我們將信將疑!

雖然愛(ài)因斯坦講課不拿講義,只拿一張寫滿字的卡片,但他思路清晰,善于推理,邏輯性強(qiáng),學(xué)生們聽(tīng)著聽(tīng)著,就欣賞起來(lái)。他還改掉了“唱獨(dú)角戲”的壞習(xí)慣,跟學(xué)生們熱烈互動(dòng),還允許學(xué)生們打斷他,像朋友那樣平等交流。

慢慢地,學(xué)生們看出來(lái)了,這位怪老師不一般。坦納同學(xué)舉例說(shuō),一次去愛(ài)因斯坦的住處聊物理,愛(ài)老師拿出普朗克的論文讓大家一起欣賞,但愛(ài)老師指出,這里面肯定有錯(cuò)誤。學(xué)生們一聽(tīng)興奮起來(lái),都想找出那個(gè)錯(cuò)誤在哪兒,但看了半天,又一陣驗(yàn)算,沒(méi)錯(cuò)!最后,愛(ài)因斯坦指著一處數(shù)據(jù)說(shuō),如果是這樣,那么某某就會(huì)如何,那就是荒謬的。

原來(lái),在物理論文里,不管多復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程,愛(ài)因斯坦都能一眼看出它背后的物理意義。這個(gè)能力,只能說(shuō)是天生的。

然而,這個(gè)為物理而生的老師對(duì)物理實(shí)驗(yàn)卻有心理陰影。1910 年,大家看愛(ài)因斯坦老師物理教得不錯(cuò),就有人想讓他去指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室工作,愛(ài)老師感到很恐怖,他不碰實(shí)驗(yàn)儀器很久了,因?yàn)椤皳?dān)心它會(huì)爆炸”。大家只好作罷。

1910 年 3 月,布拉格大學(xué)提著小鏟子來(lái)挖蘇黎世大學(xué)的墻腳了,他們寫信給愛(ài)因斯坦, 赤裸裸地說(shuō):快到我們這里來(lái), 正教授哦, 待遇更好!

這的確是個(gè)不小的誘惑,布拉格大學(xué)層次比蘇黎世大學(xué)高,于是,愛(ài)因斯坦給母親寫信說(shuō):“我可能會(huì)到一個(gè)更大的大學(xué)當(dāng)正教授,工資也能漲不少!

他的學(xué)生們不知從哪聽(tīng)說(shuō)愛(ài)老師要走,就聯(lián)名寫了封請(qǐng)?jiān)笗?shū),讓主管部門“盡你們所能”留住他,并把他們的愛(ài)老師夸得像朵花:“他才能驚人,能把最難懂的問(wèn)題講得很好懂,我們都喜歡上他的課!

于是,兩個(gè)學(xué)校開(kāi)始想方設(shè)法地爭(zhēng)奪這位曾經(jīng)求職無(wú)門的老師。蘇黎世把他的工資漲了 1000 法郎,達(dá)到 5500 法郎。布拉格大學(xué)把他定為首選,并向維也納教育部遞交報(bào)告,普朗克這時(shí)又添了一把火,寫了一封熱情洋溢的推薦信,推薦信里對(duì)愛(ài)因斯坦的評(píng)價(jià),可以看出普老師的眼光真不是蓋的,他說(shuō)相對(duì)論“在膽識(shí)上可能超出了思辨科學(xué)到目前為止已取得的一切成就……給我們對(duì)世界的認(rèn)識(shí)帶來(lái)了一場(chǎng)革命,只有哥白尼帶來(lái)的革命可與之比肩……與之相比,非歐幾何只算小兒科!边@是普老師在不承認(rèn)光量子貢獻(xiàn)的情況下所作出的評(píng)價(jià),如果他認(rèn)識(shí)到了,評(píng)價(jià)還會(huì)更高。

然而,搞笑的是,維也納教育部對(duì)布拉格大學(xué)的報(bào)告、物理泰斗普朗克的推薦都不感冒,因?yàn)閻?ài)因斯坦是猶太人,不是奧地利人,所以教育部把奧地利人古斯塔夫 • 堯曼列為了一號(hào)人選,愛(ài)因斯坦只排第二。

赤裸裸的種族歧視有沒(méi)有?

不過(guò),更搞笑的是,當(dāng)古斯塔夫發(fā)現(xiàn)自己一號(hào)人選的名額不是實(shí)至名歸的,就不爽起來(lái),他氣憤地說(shuō),既然愛(ài)老師因?yàn)闃I(yè)績(jī)更大被列為了首選,那么,我才不會(huì)去一所只知道趕時(shí)髦、不論是非的學(xué)校呢!

一號(hào)人選古老師甩袖而去,二號(hào)人選愛(ài)老師也沒(méi)那么順利入職,因?yàn)樗紱](méi)有宗教信仰,但當(dāng)時(shí)的奧匈帝國(guó)政府要求全民信教,并且必須加入奧匈帝國(guó)國(guó)籍才能在帝國(guó)工作,你啥教也不信,就不要來(lái)俺們奧匈帝國(guó)了!這時(shí)愛(ài)因斯坦的情商已經(jīng)提高了不少,他答應(yīng)在信仰欄里填上“猶太教”,也答應(yīng)加入奧匈帝國(guó)的國(guó)籍,但有個(gè)條件,他要雙國(guó)籍,也就是保留瑞士國(guó)籍。這樣,大家就都滿意了。

1911 年 1 月,愛(ài)因斯坦被布拉格大學(xué)授予理論物理學(xué)教授,是正的哦,不光學(xué)界地位明顯提高,工資也翻了一番,可謂名利雙收。

這年春天,德國(guó)著名物理學(xué)家、熱力學(xué)第三定律的提出者能斯特來(lái)到布魯塞爾,經(jīng)朋友介紹認(rèn)識(shí)了一位熱愛(ài)科學(xué)的老板索爾維。索爾維夢(mèng)想當(dāng)科學(xué)家,但沒(méi)成功,卻發(fā)明了制造蘇打的新方法,后來(lái),他用這個(gè)專利辦了個(gè)廠子,一不留神就發(fā)了財(cái)。但經(jīng)營(yíng)天才索老板并沒(méi)忘記自己的科學(xué)夢(mèng),他喜歡和科學(xué)家在一起聊科學(xué)。能斯特立即表示,土豪我們做朋友吧,咱可以召集一些物理大牛,來(lái)探討科學(xué)的前沿問(wèn)題。∷鳡柧S聞言甚是歡喜。兩人一拍即合,傳說(shuō)中的索爾維會(huì)議就這樣開(kāi)起來(lái)了。

1911 年 10 月,第一次索爾維會(huì)議在布魯塞爾勝利召開(kāi),與會(huì)者名單上都是像龐加萊、洛倫茲、普朗克、愛(ài)因斯坦、盧瑟福這些如雷貫耳的名字。洛倫茲當(dāng)選為索爾維會(huì)議的主席,他德高望重,學(xué)識(shí)淵博,口才討喜,還會(huì)幾門外語(yǔ),深受擁戴。會(huì)議認(rèn)真討論了包括量子在內(nèi)的既定議題,雖然沒(méi)有直接解決量子困惑,但科學(xué)家們?cè)僖矡o(wú)法回避量子了。

你信,或者不信,量子就在那里,它已經(jīng)站在了科學(xué)的最前沿。

小愛(ài)戲稱這是一場(chǎng)“巫師盛會(huì)”。這次會(huì)議雖然沒(méi)有給量子論一個(gè)明確的結(jié)果,但它對(duì)后來(lái)事件的影響是深遠(yuǎn)的、巨大的。此后,物理學(xué)界發(fā)生的重大事件將時(shí)不時(shí)地跟索爾維會(huì)議扯上關(guān)系。

雖然盧瑟福那時(shí)已經(jīng)大名鼎鼎,但在那個(gè)會(huì)議上,他只是個(gè)醒目的男 N 號(hào)。回到曼徹斯特大學(xué)后,他的同事給他介紹了一位年輕人:尼爾斯 • 玻爾。盧瑟福向玻爾轉(zhuǎn)播了索爾維會(huì)議的實(shí)況,找不著主攻方向的玻爾聽(tīng)得如醉如癡, 由此, 他的生命軌跡畫出一道優(yōu)美有力的弧線 —玻爾轉(zhuǎn)向量子力學(xué)那片廣闊而神秘的彼岸,然后,璀璨的光芒照亮了整個(gè)夜空。

這次大會(huì)配備了兩名書(shū)記員,其中一個(gè)是身世顯赫的莫里斯 • 徳布羅意公爵,他很高興來(lái)這個(gè)國(guó)際物理大腕云集的會(huì)上跑龍?zhí)祝把他 19歲的弟弟路易 • 徳布羅意帶到了布魯塞爾,每天散會(huì)后,莫里斯就向弟弟轉(zhuǎn)播大會(huì)實(shí)況。大會(huì)閉幕后,他還把會(huì)議記錄帶回家給弟弟看,路易看后,扔掉了選修的歷史書(shū),換成了物理書(shū)。后來(lái),他為量子論帶來(lái)了第一縷陽(yáng)光。

在這次索爾維會(huì)議上,愛(ài)因斯坦入圍“八強(qiáng)成員”。他帶來(lái)的是“論比熱容問(wèn)題的現(xiàn)狀”。這是他 1906 年的研究成果,是繼光電效應(yīng)之后的又一場(chǎng)漂亮仗。

什么是“比熱”? 18 世紀(jì),蘇格蘭物理學(xué)家布萊克發(fā)現(xiàn),相同質(zhì)量的不同物質(zhì)上升到相同溫度,所需的熱量不同,于是,他提出了“比熱容量”的概念,昵稱“比熱”。說(shuō)白了,就是 1 千克物質(zhì),升高 1℃需要多少焦耳熱量。這個(gè)值就是那個(gè)物質(zhì)的比熱。每種物質(zhì)都有自己的比熱。

1819 年,法國(guó)化學(xué)家杜隆和物理學(xué)家帕蒂給各種固體加熱,從得到的數(shù)據(jù)堆里,他倆發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律:物質(zhì)的原子量乘以比熱,積是個(gè)常數(shù)!

這說(shuō)明什么?說(shuō)明所有簡(jiǎn)單物體的原子,都具有相同的比熱!這意味這什么?意味著只要你測(cè)出物質(zhì)的比熱,就知道了它的原子量!

雖然又是個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律。但這是個(gè)很好用的經(jīng)驗(yàn)定律。不過(guò),這個(gè)定律用著用著就不好用了。因?yàn)橛行┍容^輕的家伙,原子熱就比其他物質(zhì)小一點(diǎn)點(diǎn)。

1872 年,小愛(ài)的老師韋伯一通實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),物質(zhì)降溫到一定程度,比熱也會(huì)降低,F(xiàn)象,很簡(jiǎn)單,但規(guī)律,韋伯搞了十幾年也沒(méi)搞清楚。后來(lái),韋伯老師在課堂上提到這個(gè)問(wèn)題,那節(jié)課,小愛(ài)恰好沒(méi)什么事干,于是沒(méi)曠課。

1906 年的某天,愛(ài)因斯坦忽然想起這碼事,于是,他把量子引入公式,推測(cè)道:只要溫度夠低,所有固體的比熱將隨溫度的下降而顯著下降。愛(ài)因斯坦對(duì)固體比熱的解釋引起了能斯特的注意。因?yàn)槟芩固貫榱藱z驗(yàn)第三定律有多靠譜,搞了個(gè)艱苦的工作:低溫比熱實(shí)驗(yàn)。他埋頭苦干了三四年,直到 1910 年 2 月,實(shí)驗(yàn)結(jié)果才見(jiàn)了光。

能斯特把實(shí)驗(yàn)結(jié)果拿來(lái)與愛(ài)因斯坦的理論一對(duì)照,符合得竟是極好的!他點(diǎn)評(píng)道:“我相信,沒(méi)有任何一個(gè)人,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐,獲得了對(duì)理論的可靠驗(yàn)證后,當(dāng)他再來(lái)解釋這些結(jié)果時(shí),會(huì)不被量子論的強(qiáng)大邏輯力量所折服,因?yàn)樗幌伦泳统吻辶怂谢締?wèn)題!睈(ài)因斯坦的這個(gè)成果,又給量子論提供了一個(gè)有力的支持,同時(shí),還給量子論拉來(lái)了一個(gè)同盟:能斯特。

在索爾維會(huì)議上,愛(ài)因斯坦把比熱問(wèn)題放到量子問(wèn)題的大背景下來(lái)討論,引起了洛倫茲、普朗克、龐加萊等一大波大腕的質(zhì)疑,他回應(yīng)道:必須搞好波和粒的關(guān)系,我們需要麥克斯韋方程,也得承認(rèn)量子假說(shuō)。

但他的意見(jiàn)并沒(méi)有得到大多數(shù)人的重視。

第一次索爾維會(huì)議并沒(méi)給愛(ài)因斯坦留下什么好印象,因?yàn)樗l(fā)現(xiàn),面對(duì)物理學(xué)危機(jī),大家大部分時(shí)間都在為美麗的舊世界哀嘆,而不是解決問(wèn)題,“就像在耶路撒冷廢墟上的哀歌”。

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