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第3節(jié) 真正的開始

1909 年夏秋之交,愛因斯坦應邀出席在薩爾茨堡舉行的自然研究者年會,這個年會的層次很高,是德語區(qū)最重要的科學會議,參加會議的有100多位科學家, 可謂群星閃耀。 會議的議程包括相對論和光的量子性。大會本來想讓愛因斯坦把這兩個問題都談談,但愛因斯坦覺得,量子的問題比較急,因為他也擔心麥克斯韋的方程被量子搗毀,那可是有史以來最優(yōu)美的方程!這個擔心不是沒來由的,因為普朗克把量子歸入熱力學和電磁學框架下的嘗試屢戰(zhàn)屢敗。

在這個年會上,愛因斯坦終于和普朗克見面了。第三天下午,輪到愛因斯坦講演了,他的觀念讓科學家們內(nèi)心很崩潰:“光是波動說和發(fā)射論的某種融合!彼f,光既像波,又像粒,“輻射同時表現(xiàn)這兩種特性,不該認為二者不兼容!彼預言,把光的波動說和微粒說結合起來,將引起一場深刻變革,它將破壞物理學的根基:確定論和因果律。這是波粒二象性的首次闡述。直到 14 年后,德布羅意關于波粒二象性的論文才發(fā)表。物理界承認波粒二象性則是更久以后的事。愛因斯坦的物理思想之超前,由此可見。物理學天才泡利評論,這是“理論物理學史上的里程碑”。

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

胡老師愛好音樂,周日喜歡在家舉辦音樂會,小愛也是個音樂愛好者,有空就去。一次,老胡的寶貝女兒被一道數(shù)學題難住了,小愛從老胡那兒聽說后,下午專門去幫小胡搞定了這道難題。這說明愛因斯坦不光情商提高了,講課水平也提高了。

不過,他不拘一格的形象讓同學們很困惑。常聽他課的坦納同學回憶:“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,學生們聽著聽著,就欣賞起來。他還改掉了“唱獨角戲”的壞習慣,跟學生們熱烈互動,還允許學生們打斷他,像朋友那樣平等交流。

慢慢地,學生們看出來了,這位怪老師不一般。坦納同學舉例說,一次去愛因斯坦的住處聊物理,愛老師拿出普朗克的論文讓大家一起欣賞,但愛老師指出,這里面肯定有錯誤。學生們一聽興奮起來,都想找出那個錯誤在哪兒,但看了半天,又一陣驗算,沒錯啊!最后,愛因斯坦指著一處數(shù)據(jù)說,如果是這樣,那么某某就會如何,那就是荒謬的。

原來,在物理論文里,不管多復雜的數(shù)學方程,愛因斯坦都能一眼看出它背后的物理意義。這個能力,只能說是天生的。

然而,這個為物理而生的老師對物理實驗卻有心理陰影。1910 年,大家看愛因斯坦老師物理教得不錯,就有人想讓他去指導實驗室工作,愛老師感到很恐怖,他不碰實驗儀器很久了,因為“擔心它會爆炸”。大家只好作罷。

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

這的確是個不小的誘惑,布拉格大學層次比蘇黎世大學高,于是,愛因斯坦給母親寫信說:“我可能會到一個更大的大學當正教授,工資也能漲不少。”

他的學生們不知從哪聽說愛老師要走,就聯(lián)名寫了封請愿書,讓主管部門“盡你們所能”留住他,并把他們的愛老師夸得像朵花:“他才能驚人,能把最難懂的問題講得很好懂,我們都喜歡上他的課!

于是,兩個學校開始想方設法地爭奪這位曾經(jīng)求職無門的老師。蘇黎世把他的工資漲了 1000 法郎,達到 5500 法郎。布拉格大學把他定為首選,并向維也納教育部遞交報告,普朗克這時又添了一把火,寫了一封熱情洋溢的推薦信,推薦信里對愛因斯坦的評價,可以看出普老師的眼光真不是蓋的,他說相對論“在膽識上可能超出了思辨科學到目前為止已取得的一切成就……給我們對世界的認識帶來了一場革命,只有哥白尼帶來的革命可與之比肩……與之相比,非歐幾何只算小兒科!边@是普老師在不承認光量子貢獻的情況下所作出的評價,如果他認識到了,評價還會更高。

然而,搞笑的是,維也納教育部對布拉格大學的報告、物理泰斗普朗克的推薦都不感冒,因為愛因斯坦是猶太人,不是奧地利人,所以教育部把奧地利人古斯塔夫 • 堯曼列為了一號人選,愛因斯坦只排第二。

赤裸裸的種族歧視有沒有?

不過,更搞笑的是,當古斯塔夫發(fā)現(xiàn)自己一號人選的名額不是實至名歸的,就不爽起來,他氣憤地說,既然愛老師因為業(yè)績更大被列為了首選,那么,我才不會去一所只知道趕時髦、不論是非的學校呢!

一號人選古老師甩袖而去,二號人選愛老師也沒那么順利入職,因為他宣布沒有宗教信仰,但當時的奧匈帝國政府要求全民信教,并且必須加入奧匈帝國國籍才能在帝國工作,你啥教也不信,就不要來俺們奧匈帝國了!這時愛因斯坦的情商已經(jīng)提高了不少,他答應在信仰欄里填上“猶太教”,也答應加入奧匈帝國的國籍,但有個條件,他要雙國籍,也就是保留瑞士國籍。這樣,大家就都滿意了。

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

這年春天,德國著名物理學家、熱力學第三定律的提出者能斯特來到布魯塞爾,經(jīng)朋友介紹認識了一位熱愛科學的老板索爾維。索爾維夢想當科學家,但沒成功,卻發(fā)明了制造蘇打的新方法,后來,他用這個專利辦了個廠子,一不留神就發(fā)了財。但經(jīng)營天才索老板并沒忘記自己的科學夢,他喜歡和科學家在一起聊科學。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,來探討科學的前沿問題!索爾維聞言甚是歡喜。兩人一拍即合,傳說中的索爾維會議就這樣開起來了。

1911 年 10 月,第一次索爾維會議在布魯塞爾勝利召開,與會者名單上都是像龐加萊、洛倫茲、普朗克、愛因斯坦、盧瑟福這些如雷貫耳的名字。洛倫茲當選為索爾維會議的主席,他德高望重,學識淵博,口才討喜,還會幾門外語,深受擁戴。會議認真討論了包括量子在內(nèi)的既定議題,雖然沒有直接解決量子困惑,但科學家們再也無法回避量子了。

你信,或者不信,量子就在那里,它已經(jīng)站在了科學的最前沿。

小愛戲稱這是一場“巫師盛會”。這次會議雖然沒有給量子論一個明確的結果,但它對后來事件的影響是深遠的、巨大的。此后,物理學界發(fā)生的重大事件將時不時地跟索爾維會議扯上關系。

雖然盧瑟福那時已經(jīng)大名鼎鼎,但在那個會議上,他只是個醒目的男 N 號;氐铰鼜厮固卮髮W后,他的同事給他介紹了一位年輕人:尼爾斯 • 玻爾。盧瑟福向玻爾轉播了索爾維會議的實況,找不著主攻方向的玻爾聽得如醉如癡, 由此, 他的生命軌跡畫出一道優(yōu)美有力的弧線 —玻爾轉向量子力學那片廣闊而神秘的彼岸,然后,璀璨的光芒照亮了整個夜空。

這次大會配備了兩名書記員,其中一個是身世顯赫的莫里斯 • 徳布羅意公爵,他很高興來這個國際物理大腕云集的會上跑龍?zhí),還把他 19歲的弟弟路易 • 徳布羅意帶到了布魯塞爾,每天散會后,莫里斯就向弟弟轉播大會實況。大會閉幕后,他還把會議記錄帶回家給弟弟看,路易看后,扔掉了選修的歷史書,換成了物理書。后來,他為量子論帶來了第一縷陽光。

在這次索爾維會議上,愛因斯坦入圍“八強成員”。他帶來的是“論比熱容問題的現(xiàn)狀”。這是他 1906 年的研究成果,是繼光電效應之后的又一場漂亮仗。

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

1819 年,法國化學家杜隆和物理學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)一個規(guī)律:物質的原子量乘以比熱,積是個常數(shù)!

這說明什么?說明所有簡單物體的原子,都具有相同的比熱!這意味這什么?意味著只要你測出物質的比熱,就知道了它的原子量!

雖然又是個經(jīng)驗定律。但這是個很好用的經(jīng)驗定律。不過,這個定律用著用著就不好用了。因為有些比較輕的家伙,原子熱就比其他物質小一點點。

1872 年,小愛的老師韋伯一通實驗發(fā)現(xiàn),物質降溫到一定程度,比熱也會降低。現(xiàn)象,很簡單,但規(guī)律,韋伯搞了十幾年也沒搞清楚。后來,韋伯老師在課堂上提到這個問題,那節(jié)課,小愛恰好沒什么事干,于是沒曠課。

1906 年的某天,愛因斯坦忽然想起這碼事,于是,他把量子引入公式,推測道: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。愛因斯坦對固體比熱的解釋引起了能斯特的注意。因為能斯特為了檢驗第三定律有多靠譜,搞了個艱苦的工作:低溫比熱實驗。他埋頭苦干了三四年,直到 1910 年 2 月,實驗結果才見了光。

能斯特把實驗結果拿來與愛因斯坦的理論一對照,符合得竟是極好的!他點評道:“我相信,沒有任何一個人,經(jīng)過長期實踐,獲得了對理論的可靠驗證后,當他再來解釋這些結果時,會不被量子論的強大邏輯力量所折服,因為它一下子就澄清了所有基本問題!睈垡蛩固沟倪@個成果,又給量子論提供了一個有力的支持,同時,還給量子論拉來了一個同盟:能斯特。

在索爾維會議上,愛因斯坦把比熱問題放到量子問題的大背景下來討論,引起了洛倫茲、普朗克、龐加萊等一大波大腕的質疑,他回應道:必須搞好波和粒的關系,我們需要麥克斯韋方程,也得承認量子假說。

但他的意見并沒有得到大多數(shù)人的重視。

第一次索爾維會議并沒給愛因斯坦留下什么好印象,因為他發(fā)現(xiàn),面對物理學危機,大家大部分時間都在為美麗的舊世界哀嘆,而不是解決問題,“就像在耶路撒冷廢墟上的哀歌”。

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