阿爾伯特的條件(E=mc2愛因斯坦早年的生活詳細敘述長篇)
本文長度有些偏長,但是卻很詳細的介紹了,阿爾伯特,愛因斯坦早年的生活,以及影響他的重要事情。
我們要說的這個即將重塑我們對于宇宙的看法的人,于1879年3月14日生于德國的小城烏爾姆。愛因斯坦剛降生下來的時候,他的父母,赫爾曼(Her‐mann)和葆林·科赫·愛因斯坦(Pauline Koch Ein‐stein)覺得這個孩子的頭有些畸形。他們暗暗祈禱,希望這個孩子不要有精神問題。
愛因斯坦的父母是中產階級的猶太人,對宗教并不熱衷。當時他們生活清苦,必須努力做工才能養活不斷擴大的家庭。葆林的父親家境不錯。她父親朱利葉斯·戴茲巴赫(Julius Derzbacher)(后來他自己改名叫科赫)通過烤面包,并進入谷物貿易而賺了一筆錢。在愛因斯坦家族中,葆林比較有教養。她堅持讓自己的孩子學習音樂,并培養小阿爾伯特(愛因斯坦)喜歡上了小提琴,并成了他終身的愛好。赫爾曼·愛因斯坦的運氣就比不上老岳父了。他做生意不大順利,起初是做羽毛褥墊的買賣。他弟弟雅各布說服他改行做新興的電氣化學生意。法拉第、麥克斯韋、托馬斯·愛迪生的發明都是用電的。那時候,這些發明已經開始照亮全世界的大城市。赫爾曼意識到將來制造發電機和電燈前景不錯。不過,實際做起來,這項買賣并不穩定,而且經常導致他家庭的金融危機,并且好幾次迫使他們搬家。在阿爾伯特出生一年后他們曾搬到慕尼黑。
小愛因斯坦學說話很晚,他的父母甚至擔心他是不是有點智障。不過他一開口說話,就開始說完整的句子。可是,直到他9歲的時候,話還是說不好。他只有一個妹妹,名叫瑪雅(Maja),比他小兩歲。(起初,阿爾伯特對小妹妹的出現感到很奇怪。他看見她時說的第一句話是:“她身上的輪子在哪兒呢?”)阿爾伯特的妹妹可不是好當的,因為他脾氣壞,好拿東西砸妹妹的頭。后來她妹妹抱怨說:“當思想家的妹妹要有結實的腦殼。”
愛因斯坦在學校是個好學生,這和坊間傳聞有所不同。不過他的好,僅限于自己喜歡的科目學得好,比如數學和科學。德國的學校傾向于鼓勵學生通過記憶來對問題給出簡單的答案。要是做不到,老師就要罰學生,罰的辦法是敲學生的手指關節。可小阿爾伯特說話的時候總是慢條斯理,猶猶豫豫,選詞的時候小心翼翼。在這個令人窒息的尊重權威,而且泯滅創造力和想象力的教學模式中,他遠不是最好的學生。有一次阿爾伯特的父親問校長他的孩子適合做什么職業,他回答說:“職業對他來說無所謂,他干什么都不會成功的。”
愛因斯坦老早就有了自己的行為方式。他愛幻想,經常沉浸于思考和閱讀之中。他的同學好管他叫Biedermeier,意思是“怪胎”。他的一個朋友曾如此回憶:“同學們都覺得阿爾伯特是個怪胎,因為他對體育一點都不感興趣。老師都覺得他有點笨,因為他不擅死記硬背,而且行為怪異。”10歲那年,阿爾伯特進入了慕尼黑的盧特波爾德高級中學。這段時間,最折磨他的課程就是古希臘語。那時候,他一般是坐在凳子上,臉上堆著微笑,掩飾自己內心的煩悶。終于有一天,七年級的希臘語老師約瑟夫·德根哈特指著阿爾伯特的鼻子說他來上課還不如不來。愛因斯坦辯解說自己沒做什么錯事,老師則冷冷地說:“是的,你是沒做錯什么。但是你坐在最后那樣笑,就冒犯了老師,因為老師需要全班的尊重。
即便是幾十年后,愛因斯坦回顧起當年所遭遇的這種要求無條件服從權威的教育方式,還感到很受傷害:“事實上,這種方式竟然沒有徹底扭曲一個人的好奇心,簡直是個奇跡。對我這棵小苗來說,除了激勵,最需要的就是自由。
愛因斯坦很早就對科學產生了興趣。這始于他第一次見到磁鐵,他將此稱作“第一個奇跡”。他父親給了他一個指南針。從那,他就對這種看不見的能使物體移動的力產生了無盡的興趣。他曾充滿感情地回顧道:“我到現在還能記得四五歲的時候,爸爸給了我一個指南針,那時我所見識的這種自然奇跡……那一經歷給我產生了深刻久遠的印象。那些事物背后一定隱藏著什么。
不過,當他快11歲的時候,他的生活出現了不可預料的轉折:他虔誠地信起了教。有個遠房親戚傳授阿爾伯特猶太教義,他一門心思地,甚至是狂熱地信了起來。他拒絕吃豬肉,還創作了幾首歌曲贊美上帝,就連上學的路上也唱。不過,這段狂熱的宗教期時間不長。他越是深入鉆研宗教的信條,就越意識到科學世界和宗教世界存在著沖突。其中宗教教義中的許多神跡都違背了科學定律。“通過閱讀當時的書籍,我很快就認識到圣經中的許多故事都是不實的。他總結道。
于是,他立即就放棄了宗教,和當初信教一樣的突然。然而,他的這段宗教期卻會對他后期的人生觀產生深遠的影響。叛離宗教,可以看作是他第一次拒絕未經思考的權威的表現。而敢于蔑視權威,是他一生所堅持的人格特點。自此,愛因斯坦再也沒有不經思考就接受任何權威的觀點。雖然他認定人們無法將圣經中的宗教教義和科學調和,但他同時也認定宇宙中也有一些領域超越了科學的認識范圍,人們必須對科學和自身認識的局限懷有深深的敬畏。
不過,假如小阿爾伯特沒有碰上一個關心他的老師,幫助他打磨自己的觀點,也許他幼時對指南針、科學、宗教等的興趣都會逐漸枯萎。1889年,一個叫馬克斯·塔爾邁(Max Talmud)的波蘭醫科學生在慕尼黑上學,每周都到愛因斯坦家吃飯。塔爾邁引導愛因斯坦認識到了超越他課堂上那些枯燥的死記硬背的知識之外的科學世界。多年后,塔爾邁還充滿感情地回憶道:“那些年當中,我從來沒有看見過他讀閑書。也沒看見過他和同學或是其他同齡人廝混在一起。他唯一的業余愛好是音樂。那時候他就能在他媽媽的伴奏下演奏莫扎特和貝多芬的奏鳴曲了。”
塔爾邁給了愛因斯坦幾本幾何學的書。愛因斯坦夜以繼日如饑似渴地閱讀。愛因斯坦將這稱作自己的“第二個奇跡”。他后來寫道:“12歲的時候,我見識了另一種完全不同的奇跡。那是在歐幾里得的幾何學中所見識的。”[注釋]他將這本書稱作“神圣的幾何學”,并把它看作是自己的圣經。
至此,愛因斯坦終于接觸到了純粹的思維領域。無需昂貴的實驗室和實驗設備,他就能探索宇宙的真理,這一切只受人類大腦能力的限制。他妹妹瑪雅注意到數學成了阿爾伯特無窮的樂趣的源泉,尤其是當其中蘊含了迷人的難題或奧妙的時候。他曾對妹妹吹噓說自己獨立證明了畢達哥拉斯關于直角三角形的定理。
愛因斯坦對數學的探求并未到此為止。他還自學了微積分,這讓他的家庭教師都感到驚訝。塔爾邁后來承認:“他的數學天才很快就顯露了出來,讓我望塵莫及了……從那以后,我們就開始經常探討哲學話題。我建議他讀讀康德的著作。塔爾邁把伊曼紐爾·康德(Immanuel Kant)介紹給了阿爾伯特,其《純粹理性批判》(Critique of Pure Reason)滋養了愛因斯坦對于哲學的興趣。他開始思索所有的哲學家都面臨的終極問題,如倫理的本源、上帝是否存在、戰爭的本質等。尤其是康德,他的觀點頗為異端,他甚至懷疑上帝是否存在。他取笑自以為是的經典哲學,說:“彼處是非多。”(或者,如古羅馬的雄辯家西塞羅(Cicero)所
說:“天下荒唐言,皆出哲人口。”)康德還寫道,國際聯盟性質的政府是結束戰爭的出路。愛因斯坦一生都堅持這一觀點。愛因斯坦受康德影響很深,甚至曾考慮做一名哲學家。父親則希望兒子能從事更現實的職業,把他的這想法斥責為“哲學的胡言亂語”。[注釋]
好在他父親做的是電氣化學生意,工廠周圍有大量的電機、發電機、機電設備等,滿足了他的好奇心,使他對科學產生了興趣。(當時赫爾曼·愛因斯坦正和弟弟雅各布爭取一個大項目,該項目可以使慕尼黑市中心實現電氣化。赫爾曼夢想站在這一歷史性任務的前沿。要是拿下了項目,他的經濟基礎就牢固了,而且手下的電器工廠也能大大擴張。)
由于周圍都是電磁設備,這毫無疑問激起了阿爾伯特理解電和磁的靈感。尤其是這些設備也許使他變得特別善于想象出圖形來精確描述自然定律。其他的科學家往往皓首窮經,埋頭于抽象的數學公式,愛因斯坦卻能把物理學定律看成是清晰明了的圖景。也許這種特殊的能力就來自于他早年的這段幸福時光。那時候,他看著父親工廠四周的電器,自由地思索電和磁的定律。這一將所有事物都以物理圖景的方式來思考的特異能力,是愛因斯坦作為物理學家的了不起的特點之一。到了15歲,由于家庭遭遇到了周期性的財政困難,愛因斯坦的學業也中斷了。赫爾曼為人大度,總是幫助資金上遇到了困難的人。他和大多數成功的商人不同,他的心腸不夠硬。(阿爾伯特后來也繼承了父親這種寬宏大量的性格。)他的公司沒有拿到給慕尼黑提供照明的合同,破產了。葆林的娘家很有錢。當時住在意大利的熱那亞。他們提出幫助赫爾曼建立一家新公司。不過其中也是有附加條件。這條件就是他們堅持讓他搬家到意大利(部分原因是這樣一來他們就可以更好地管管他,讓他不要那么樂善好施)。于是愛因斯坦全家搬到了米蘭,離帕維亞的新工廠比較近。赫爾曼不想再干擾兒子的學業,就讓阿爾伯特留在了慕尼黑繼續上學,住在親戚家里。
愛因斯坦的父親
阿爾伯特獨自一人,心情凄苦,要上寄宿學校,并且還面臨著即將在普魯士軍隊里服兵役的苦差。老師不喜歡他,他也不喜歡老師。他甚至曾經幾乎被校方開除。于是愛因斯坦一沖動,打算去找家人。他讓家庭醫生寫了個假條,不去上學了,理由是他再不見到家人心理就要崩潰了。然后他就獨自一人去了意大利,而且最終摸到了家門口,這讓家人大吃一驚。
赫爾曼和葆林不知如何對付兒子。當時他逃脫了兵役,退了學,沒什么手藝,沒有職業,沒有前途。他那時經常和父親長時間爭吵。父親想讓他學電氣工程這樣的實用專業,而阿爾伯特老惦記著當哲學家。最后他倆都妥協了。阿爾伯特說
他愿意去著名的蘇黎世理工學院(Zurich Polytechnic Institute,即后來的“瑞士聯邦技術大學”)。當時他的年齡還不夠,比大多數參加入學考試的學生都小兩歲。好處是蘇黎世理工學院不要求考生有高中文憑,只要求通過該校嚴格的入學考試就行。
可惜,愛因斯坦沒有通過考試。他的法語、化學和生物學部分沒考及格。但是他的數學和物理學成績極為出色,這給當時的校長阿爾賓·赫爾佐格(Al‐bin Herzog)留下了很深的印象。校長保證第二年免試錄取阿爾伯特。物理系的主任海因里希·韋伯(Heinrich Weber)還答應讓愛因斯坦住在蘇黎世期間來旁聽他的物理課。赫爾佐格建議愛因斯坦在入學前的一年中上一所高中,該學校位于阿勞(Aarau),在蘇黎世西邊,半小時的行程。阿爾伯特在那里租住高中校長約斯特·溫特勒(Jost Winteler)的房子,并因此建立了愛因斯坦一家和溫特勒一家畢生的友誼。(后來瑪雅和溫特勒家的兒子保羅成婚,愛因斯坦的好友米凱爾·貝索(Michele Besso)則娶了溫特勒家的長女安娜。)
愛因斯坦很喜歡學校里那種輕松自由的氛圍。在這兒,他相對而言感受不到德國的那種壓抑的、服從權威的教學體系的壓迫。他喜歡瑞士人的好客勁兒。那里的人看重的是寬容和心靈的獨立。愛因斯坦后來充滿感情地回顧道:“我喜歡瑞士人,因為總體上說,他們比起我了解的其他民族的人,更充滿人性。回憶起自己早年在德國學校所留下的糟糕記憶,他還決定宣布退出德國國籍。一個十來歲的孩子做出這樣的事,還是很令人驚訝的。此后他5年中都沒有國籍(5年后才最終加入瑞士籍)。阿爾伯特在這種自由的空氣中得以自由成長,開始擺脫掉羞澀、緊張、內斂的性格特征,變得外向而善于交往,交了許多關系很鐵的朋友。瑪雅尤其注意到了哥哥的變化,看到他變成了成熟而獨立的思想者。愛因斯坦的一生中,性格有過幾次明顯的變化階段,其中第一個階段就是書呆子似的內斂的階段。到了意大利,尤其是后來到了瑞士,他開始進入性格的第二個階段,成了一個張揚、自信、放蕩不羈的文化人,說話妙趣橫生,總能逗得大家很開心。他特別喜歡說笑話,逗得朋友們捧腹大笑。
有人管他叫“放肆的斯瓦比亞人”。他的一個同學漢斯·比蘭德注意到了愛因斯坦性格的變化:“不論誰和他接觸,都會被他的性格所影響。雖然他說話特別逗,但是庸俗之輩并不會因此覺得可以和他攪在一起。他完全不受傳統禮教的束縛。他是個喜歡開懷大笑的哲人,他以這樣的姿態面對世界。他以機智的反諷毫不留情地剝去名利和虛飾的外衣。”
據說,這種“開懷的哲人”形象也越來越得到女孩子的青睞。他愛說俏皮
話,另外女孩子也覺得他心思敏銳,值得信賴,而且富有同情心。比如曾有朋友向他咨詢和男朋友的關系如何處。另一個請他在留言簿上簽名,他在上面寫了一首傻呵呵的打油詩。他演奏小提琴技巧高超,也吸引了不少人,經常有人邀請他到晚宴上演出。那一時期的私人信件表明他頗有女人緣,很多人請他演奏小提琴來給鋼琴伴奏。傳記作家奧爾布來希特·弗爾興(Albrecht Folsing)寫道:“很多年輕以及年老的婦女不僅被他的小提琴演奏迷住,而且被他的風度迷住。那時的他,更像一個充滿激情的藝術家,而不是理科專業的學生。
有一個姑娘尤其引起了他的注意。僅僅16歲的時候,愛因斯坦就熱戀上了約斯特·溫特勒的一個女兒。她名叫瑪麗,比他大兩歲。(事實上,愛因斯坦一生中的重要的女性都比他大。他的兩個兒子在交女友的時候也有這一傾向。)瑪麗是個善良、敏感、有才氣的女孩子。她希望能成為她父親那樣的教師。阿爾伯特和瑪麗經常一起散步,或是去戶外觀鳥。溫特勒一家人都很喜歡觀鳥。在她演奏鋼琴的時候,他會用小提琴伴奏。
阿爾伯特這樣向她傾訴自己的愛慕:“親愛的……我的小天使,此刻我真正體味了什么是傷感,什么是懷戀。但是愛給予我的幸福,遠勝過了懷戀帶給我的苦痛。此刻,我才真正意識到,親愛的,你的燦爛笑容,對我的幸福是多么的不可或缺。瑪麗對阿爾伯特的愛也給予了積極的回應,甚至還給愛因斯坦的媽媽寫信說明了他們之間的感情。愛因斯坦的媽媽則回信支持他們的關系。溫特勒一家和愛因斯坦一家,都開始期待這對戀人宣布他們的婚期了。然而,瑪麗在和戀人談論科學問題的時候,老覺得自己水平不夠,而且擔心這一點會影響他們之間的關系,因為自己的男友對科學是那么專心致志。她意識到自己必須和愛因斯坦第一個戀人競爭才能獲得他的愛:這個戀人就是物理學。
當時愛因斯坦心里牽掛的,不僅是瑪麗,而且還有對光和電的奧秘的好奇。1895年,他獨立寫作了一篇論文,探討光和以太的問題。論文題目是“磁場中的以太初探”(An Investigation of the State of the Aether in a Magnetic Field)。他把這篇論文發給了自己所喜歡的住在比利時的舅舅凱撒·科赫(Caesar Koch)。這是他的第一篇科學論文,只有五頁長。該論文提出磁力這種神秘的力可以被看作以太中的某種擾動。幾年前,塔爾邁介紹愛因斯坦閱讀了阿龍·伯恩斯坦(Aaron Bernstein)的關于自然科學的科普書籍。愛因斯坦后來曾寫道,那本書他是一口氣讀完的。[注釋]這本書對他產生了極大的影響,因為書中探討了電的神秘。伯恩斯坦邀請讀者進入電線的內部,和電信號一起作一個奇妙的旅行。
16歲的時候,愛因斯坦有一次做了個白日夢,這個夢后來讓他頓悟,改變了人
類歷史的進程。愛因斯坦也許是想起了伯恩斯坦在書中提出的旅行設想,于是想象自己隨著光線旅行,并問了一個極其重要的問題:光線看上去是什么樣子?就像牛頓當時設想拋石頭直到石頭繞地球運轉一樣,愛因斯坦對這條光線的設想最終帶來了深刻而驚人的結果。
在牛頓的世界中,只要我們運動速度足夠快,就能追上任何物體。比如,汽車加速可以和火車并駕齊驅。如果我們向火車內看去,就會看到里面的乘客在讀報喝茶,就好像他們坐在自家客廳里一樣。雖然他們是以很高的速度運動,但對于我們來說,看上去仍是靜止的,因為我們在汽車中也以同樣的速度在運動。
與此類似,我們可以設想警車追超速車輛的情形。隨著警車加速趕上超速的車,警察就能看到車里的駕駛員,朝他招手示意他停車。在警察眼中,駕駛員看上去是很輕松的樣子,雖然他們同時都以每小時上百千米的速度在行駛。
物理學家當時知道光是由波組成的,因此愛因斯坦分析,要是我們能夠和光線并駕齊驅,那么光線看上去就應該是完全靜止的。這就意味著光線在運動者看來應該是凝固的波。它不會產生振蕩。可是,年輕的愛因斯坦認為這根本就講不通。誰也沒有見到過凝固的波。在所有的科學文獻中,都不曾有凝固的波的記載。愛因斯坦認為光很特別。我們無法趕上光的速度。凝固的光波是不存在的。
坦認為光很特別。我們無法趕上光的速度。凝固的光波是不存在的。
他當時還不理解這一點,但是卻在偶然間碰上了20世紀最重大的科學發現,并最終導致了相對論的產生。愛因斯坦后來寫道:“這一原則來自我16歲的時候就想到的一個悖論:如果我以c速度(真空中的光速)隨一束光運動,我會看到該束光……呈靜止狀態。然而,這種情形似乎不會存在,不論是根據經驗還是根據麥克斯韋的方程式。
愛因斯坦之所以能站在科學革新的前沿,正是由于他能夠將任何現象背后的關鍵原則分離出來,全心探討最基本的情形。比他差一等的科學家往往迷失在數學公式中。愛因斯坦卻能通過簡單的物理圖景來思考——這種圖景包括加速的火車、下落的電梯、火箭、工作的鐘表等。這些圖景將正確地指導他探索20世紀最偉大的想法。他寫道:“所有的物理學理論,雖然也包含數學描述,但都必須能夠以兒童都能明白的表述講清楚。
1895年,愛因斯坦最終進入了蘇黎世理工學院,開始了人生的全新階段。他以為自己將首次接觸整個歐洲大陸都在討論的物理學界最新的進展。他當時知道物理學界正吹起變革的風。一系列新的試驗正在進行,而且這些試驗似乎對艾薩克·牛頓的理論和經典物理學提出了挑戰。
愛因斯坦希望在蘇黎世理工學院能夠學到關于光的新理論,尤其是麥克斯韋方程。他后來寫道麥克斯韋方程是他做學生期間最著迷的內容。愛因斯坦最終學到麥克斯韋方程之后,終于能夠回答縈繞腦際的問題了。正如他所設想的,麥克斯韋方程無法解決光在時間中凝固這一問題。不過他接著又有了更多的發現。他驚奇地發現,在麥克斯韋的理論中,光線總以同樣的速度運動,不論我們以何種速度運動。這樣,謎語的最終答案就出來了:我們永遠無法趕上光線,因為它總是以同樣的速度從我們身邊逃逸。這一來就違背了他所認識的世界的常識。為了解決光總是以同樣的速度運動這一重大的發現所帶來的悖論,還需要他考慮好幾年的時間。
這種變革的年代要求具有變革精神的理論以及大無畏的新的科學領袖。可惜,在蘇黎世理工學院愛因斯坦沒有找到這樣的領袖人物。當時他的老師更喜歡探討經典的物理學問題,這使愛因斯坦只好逃學,花更多的時間在實驗室中,或是自學新的理論。由于他經常缺課,他的教授認為他很懶。于是愛因斯坦的老師又一次低估了他。
蘇黎世理工學院的這些老師當中也包括物理學教授海因里希·韋伯,就是那個對愛因斯坦有很深的印象,且在他入學考試失利后讓他來自己班上旁聽的那個人。他甚至還答應愛因斯坦畢業后做自己的助手。然而,隨著時間的推移,韋伯開始討厭愛因斯坦了,因為他覺得他學習缺乏耐心,同時又蔑視權威。最終,這位教授不再支持愛因斯坦,并且說:“愛因斯坦,你是個聰明孩子,非常聰明。但是你犯了一個大錯:你什么也聽不進去。物理學講師讓·佩爾內(Jean Pernet)也不喜歡愛因斯坦。愛因斯坦有一次把佩爾內負責的課的實驗手冊看也沒看就扔進了垃圾桶,這刺傷了他。但是佩爾內盡力替愛因斯坦辯解,說他盡管有點異端,但他的解決辦法卻總是對的。盡管如此,佩爾內還是對愛因斯坦說:“你很有熱情,但在物理學方面沒有前途。為了你自己,你還是改學其他專業吧,比如醫學、文學、法律什么的。”[注釋]有一次,因為愛因斯坦撕掉了實驗手冊,偶然間引發了一次爆炸,使右手嚴重受傷,不得不縫合傷口。他和佩爾內的關系也越來越糟,結果佩爾內給他打的分數是1,這是該課程最差的分數。數學教授赫爾曼·閔可夫斯基(Hermann Minkowski)甚至說愛因斯坦是個“懶蟲”。
雖然教授們不喜歡他,愛因斯坦在蘇黎世結交的朋友卻和他保持了終身的友誼。他那年選的物理學課只有五個學生,他和每個同學都認識。其中一個是馬塞爾·格羅斯曼(Marcel Grossman),他上課時記筆記總是非常仔細。由于他筆記
記得好,愛因斯坦經常借他的筆記看,而不去上課,結果,就這樣他的考試分數還比格羅斯曼好。(直到現在,蘇黎世理工學院還保存著格羅斯曼的筆記。)格羅斯曼曾跟愛因斯坦的母親說:有朝一日愛因斯坦“必成大業”。
但是讓愛因斯坦矚目的人卻是班上的另一個同學,米列瓦·馬里奇(Mileva Maric'),她來自塞爾維亞。來自巴爾干半島的物理學學生很少,女生就更少了。米列瓦是個要強的女人,她之所以決定去瑞士,是因為只有這些德語國家的大學才收女生。她是蘇黎世理工學院接收的第五個女生,專業是物理學。愛因斯坦終于碰上了對手,一個能夠聽懂他所熱衷的物理語言的女人。他覺得她令人無法拒絕,很快就斷絕了和瑪麗的關系。他夢想到自己和米列瓦可以共同成為物理學教授,共同作出重大的發現。他們很快就墜入了愛河。假期短暫的離別,他們會通過長長的情書互訴衷腸,相互之間使用親密的昵稱,比如“約翰尼”或“多莉”。愛因斯坦寫給她情意綿綿的詩歌,表達自己的愛戀:“我想去哪兒就去哪兒——但我不屬于任何地方。我思念你的雙臂,思念你的香唇,和溫柔的吻。”[注釋]愛因斯坦和米列瓦相互之間共留下430封信,現由他們的一個兒子收藏。(有點諷刺的是,他們的生活一直很窘困,一直都是剛剛掙夠付賬單的錢,可這些信件中有一些在一次拍賣會上卻賣出了40萬美元的高價。)
愛因斯坦的朋友都不明白他到底是看上米列瓦哪兒了。愛因斯坦富有幽默細胞,而米列瓦卻沉默冷淡。她性格憂郁孤僻,不相信別人。她走路還明顯有些瘸(她的一條腿比另一條腿短),這使得她更不合群。朋友們在背后還議論她姐姐佐爾卡(Zorka)行為舉止古怪。后來她姐姐被送進了瘋人院。但是,最關鍵的,是她的社會地位很不穩定。那時瑞士人有時候可能看不起猶太人,而猶太人則有時候看不起南歐人,尤其是來自巴爾干半島的人。
反過來說,米列瓦對愛因斯坦倒沒有任何幻想。他的優秀,以及他面對權威時的不敬的態度都有點被神化了。她知道他已經宣布退出德國國籍,也知道他對于戰爭和和平問題所持的觀點與普通大眾不同。她后來寫道:“我的愛人口上無德,而且還是個猶太人。
可是,愛因斯坦和米列瓦的戀情卻在他父母那里引發了一場地震。本來母親比較支持他和瑪麗的關系,這次死活不喜歡米列瓦,認為她配不上阿爾伯特,覺得她會影響他的前程和家庭的名聲。她年齡真是太大了些,而且她太病態,太沒有女人味,太陰郁,也太塞爾維亞氣了。母親曾和一個朋友抱怨說:“這個馬里奇真是讓我作了難了。我要是管得了,我會不遺余力地把她從我眼前趕走。我真是不喜歡
她。但是我已經管不了阿爾伯特了。母親還警告愛因斯坦說:“等你到了30歲,她就成了老妖婆了。
但是愛因斯坦篤定了心要維持和米列瓦的關系,即便是為此他和家里人的關系出現裂痕。有一次,愛因斯坦的媽媽來看兒子,問道:“她日后會干什么?”愛因斯坦回答說:“她會成為我妻子。聽了這話,媽媽突然撲到床上,痛哭不止。媽媽抱怨兒子為了個女人毀了自己的前程,因為這個女人“進不了像樣的門第”。最終,由于父母強烈反對,愛因斯坦不得不推遲和米列瓦的婚期,直到自己上完學,找到份薪酬不錯的工作再考慮。
愛因斯坦的母親
1900年,愛因斯坦從蘇黎世理工學院畢業了,得到了物理學和數學學位。此時,他的背運也來了。人們原以為他會獲得助教的工作。這應該是順理成章的,因為他各項功課都考過了,而且在學校的學習也不錯。但是由于韋伯教授已經收回了自己當年給愛因斯坦的工作承諾,他成了全班同學中唯一沒有獲得助教職位的人。這對他可以說是當眾羞辱。一度自大的他忽然發現自己的地位岌岌可危,尤其是熱那亞的家境富裕的姨媽見他大學畢業了,也停止了對他的資助。
愛因斯坦沒有料到韋伯會對他有那么強烈的反感。他在找工作的時候還傻傻地
提韋伯的名字作為自己的引薦人,卻沒意識到這個人會進一步毀掉自己的前程。最終他還是不得不承認,這個過錯有可能讓他永遠找不到像樣的職業。他后來傷心地抱怨道:“要不是韋伯這么卑鄙,我早就找到工作了。盡管如此,我試過了所有的機會,而且始終保持良好的心態……上帝創造了驢子,也給了他厚厚的皮。”[注釋]同時,愛因斯坦也在申請加入瑞士籍,但是他只有在證明自己能夠找到工作之后,才能辦理手續。他的世界似乎瞬間崩塌了。他甚至還動過在街頭拉小提琴賣藝的念頭。
他父親意識到了兒子的困境,于是給萊比錫的威廉·奧斯特瓦爾德(Wilhelm Ostwald)教授寫了封信,求他給兒子提供助教職位。(奧斯特瓦爾德根本就沒回這封信。有意思的是,10年后,奧斯特瓦爾德第一個提名愛因斯坦為諾貝爾物理學獎候選人。)愛因斯坦肯定意識到了他周圍的世界突然變得多么的不公平:“人們僅僅是由于填飽肚子的需要,就不得不參與這種賽跑。”[注釋]他傷心地寫道:“對于我的親人來說,我純粹是一個負擔……我要是死了,他們肯定會過得更好。”[注釋]
更糟糕的是,就在此時,他父親的公司又破產了。而且,他父親把妻子繼承的遺產都花掉了,還欠了她娘家一屁股債。失去了所有的經濟來源,愛因斯坦沒有別的選擇,只好找了個最低微的教職。他迫不及待地扒弄報紙,找尋工作機會。曾經
一度他差點徹底放棄了成為物理學家的念頭,認真地考慮是否在一家保險公司干下去。
1901年,他找了份工作,在溫特圖爾技術學校講授數學。在繁重的教學任務之外,他還擠出時間,發表了第一篇論文,題目是《從毛細現象得到的一些結論》(Deductions from the Phenomena of Capillarity)。愛因斯坦自己也知道這篇論文不會有太大的影響。第二年,他又在沙夫豪森(Schaffhausen)的一個寄宿學校找了份臨時的助教工作。結果,他和霸氣十足的校長雅各布·努施(Jakob Nuesch)合不來,很快就被解聘了。(這位校長對愛因斯坦大為光火,甚至指責他煽動革命。)
愛因斯坦那時想到,也許自己一生只能從事這樣的微不足道的教書工作來養家糊口,學生們上起課來都是一副無所謂的態度,他還得老是翻報紙找廣告。他的朋友弗里德里希·阿德勒(Friedrich Adler)后來回顧道,這一次阿爾伯特家差一點就揭不開鍋了。他徹底的失意潦倒。可他仍然拒絕向親戚求援。接下來他又遇到了兩個挫折。首先,米列瓦在蘇黎世理工學院第二次考試不及格。這就意味著她這一輩子當不成物理學家了。因為有了這樣的成績記錄,誰也不會讓她上研究生。她非常傷心,對物理學喪失了興趣。他們探索宇宙的夢想也結束了。1901年11月,米列瓦回到了家。愛因斯坦收到了她寫來的一封信,信中告訴他她懷孕了!
愛因斯坦對未來老是缺乏安排,但是對于自己要當父親這事兒還是很激動。和米列瓦分開是一種折磨,不過他們之間通信頻繁,幾乎是每日一封。1902年2月4日,他接到信兒說他有了個女兒,女兒的出生地是米列瓦父母的家鄉諾維薩德(Novi Sad),小名是麗莎兒。愛因斯坦非常興奮,想知道女兒的一切情況。他還求米列瓦給他寄一張女兒的照片或素描。很怪的是,誰也說不清楚那孩子發生了什么。最后一封信提到這個女孩是1903年9月,信上說她得了猩紅熱。歷史學家認為她很可能因為這場病夭折了,要不就是她被送給別人領養了。
就在愛因斯坦的境況看起來糟得不可能再糟的時候,萬萬想不到的是,他收到了一封信。他的好朋友馬塞爾·格羅斯曼(Marcel Grossman)為他在伯爾尼專利局找了份微不足道的小職業。愛因斯坦就是在這個微小的職位上,作出了改變世界的貢獻。[為了維持有朝一日還能當教授的夢想,這一階段他說服了蘇黎世大學的阿爾佛雷德·克萊納(Alfred Kleiner)教授,來做他的導師。]
1902年6月23日,愛因斯坦開始在專利局做三級技術員的工作,薪水很低。事后看來,在這里工作至少有三個潛在的好處。首先,這一工作迫使他思考每
個發明背后的物理原理。白天,他審閱專利申請,從中剔除不必要的細節,將最關鍵的內容剝離記錄下來,寫一份報告。他的報告寫得篇幅冗長,事無巨細都要分析。他曾給朋友寫信說他干的活就是“灑墨水”。其次,許多專利申請都和電磁設備有關,因此,當年在他父親工廠學到的以形象化的思維考慮于發電機和電動機的內在工作原理這一本領就有了用武之地。最后,這份差事使他躲開了生活的紛擾,使他有時間思考光和運動的深層問題。他經常很快就能完成工作,把剩下的好幾個小時的時間用來思索。上班時以及晚上,他會回到自己鐘愛的物理學。專利局安靜的氛圍很適合他。他將這里稱作“世俗人境中的修道院”。
愛因斯坦剛剛開始在專利局上班,就得到消息說他父親患心臟病,快不行了。10月份他就立即趕到了米蘭。赫爾曼躺在病床上,祝福阿爾伯特和米列瓦婚姻幸福。父親的死,讓阿爾伯特傷心欲絕,覺得自己辜負了父親和家人。這種感覺一直伴隨他終生。他的秘書海倫·杜卡斯(Helen Dukas)寫道:“許多年后,他依然能清晰地回憶起當時失去親人的痛苦。他有一次還寫到父親的死是他所經歷的最深的打擊。”[注釋]尤其是瑪雅還痛苦地回憶道:“家庭的厄運使他(父親)想都不敢想,兩年后他的兒子就會為他將來的成就和聲名打下基礎。”
1903年1月,愛因斯坦終于覺得穩定了下來,可以和米列瓦結婚了。一年后,他們的兒子漢斯降生了。愛因斯坦在伯爾尼安頓了下來,做著個下等小職員的工作,為人夫,為人父。他的朋友大衛·來辛斯坦(David Reichinstein)清楚地記得去愛因斯坦家看到的情況:“地毯剛剛刷過,掛在門廳里晾著,公寓的門開著,好讓地板快點干。我走進了愛因斯坦的房間。只見他一手晃著搖籃,嘴里叼著一根極其劣質的雪茄,另一只手拿著本書。爐子冒出嗆人的煙氣。
為了多掙點錢,他在地方報紙上登了則廣告,提供“數學和物理私人輔導”。這是愛因斯坦的名字第一次出現在報紙上。一個羅馬尼亞籍的猶太人學生莫里斯·索洛文(Maurice Solovine)是第一個對廣告作出回應的人。他是學哲學的。愛因斯坦驚喜地發現和索洛文談論空間和時間問題,他都能作出很好的回應。為了使自己不被隔離在物理學的主流之外,愛因斯坦想到自己可以成立一個非正式的學習小組。他將這個小組戲稱為“奧林匹亞學院”。小組成員一起探討當時的重大問題。
事后看來,在這個小組中的一段時間,是愛因斯坦一生中最幸福的時光。當年他們一伙人貪婪地吸收當時最新的科學進展,大膽地發表言論。幾十年后,當他回憶起這一切,眼睛就放出光彩。他們激昂嘈雜的辯論充滿了蘇黎世的咖啡館和啤酒攤。當時一切似乎都是可能的。他們天真地宣布:“伊壁鳩魯[注釋]的話正適合我們:‘美哉,樂而貧!’”
們:‘美哉,樂而貧!
他們尤其熱衷于討論恩斯特·馬赫(Ernst Mach)的成果。他是位有些招人厭的維也納物理學家兼哲學家,對任何提出超越了人類所能感知的事物的物理學家都提出了挑戰。馬赫在《力學》(The Sci‐ence of Mechanics)這本非常有影響的書中提出了他的一系列理論。他對原子的概念不屑一顧,認為那超越了測量的尺度,根本就沒有辦法去認識。不過,馬赫的理論中最吸引愛因斯坦的,是他對以太和絕對運動觀念的批評。在馬赫看來,牛頓學說的大廈其實是建立在沙層上,因為絕對空間和絕對時間的概念永遠無法測量。他認為相對運動可以測量,而絕對運動則無法測量。誰也沒有找到過決定了行星恒星運動的絕對參考系,誰也沒有找到過哪怕是一丁點的能夠證明以太存在的證據。
1887年,阿爾伯特·邁克耳孫(Albert Michel‐son)和愛德華·莫雷(Edward Morley)做了一系列實驗,試圖用最精密的測量來尋找以太的屬性,結果表明牛頓學說存在致命的缺陷。他們分析,地球在以太中運行,會造成“以太風”,因此光速也會因地球的運行方向而變化。
大家可以試著考慮一下在有風的情況下跑步的情形。如果是順風,那么就會受
到風的推動。這樣會跑得更快。如果是頂風跑,那么速度就會變慢。而如果側著,與風吹的方向呈90°跑,身體就會被吹向一側。關鍵的問題是,跑步的速度會因為和風向的關系而發生變化。
邁克耳孫和莫雷設計了一個很聰明的實驗,將一束光線分成兩束,兩束光線相互之間呈直角。通過鏡片將光線反射回到光源,讓兩束光相互干擾。整個器械小心翼翼地安置在液態水銀上,使它可以自由轉動。器械非常敏感,可以測到外面駛過的馬車的動靜。根據以太理論,這兩道光應該以不同的速度運動。比如,一道光線如果是順著地球運動方向,那么另一道就是與地球所造成的以太風呈90°。這樣一來,當兩束光返回到光源時,其波動就不同步了。
讓邁克耳孫和莫雷倍感驚奇的是,他們發現所有光線的速度都是同樣的,不論測量裝置指向什么方向。這很讓人懷疑,因為這就意味著根本不存在以太風,而且光速恒定不變,不論他們將測量裝置朝向哪里都一樣。
這一下,物理學家就只剩下兩個選擇了。一個,是地球相對于以太是絕對靜止的。這一選擇似乎違背了自從哥白尼以來所有的天文學發現。哥白尼發現地球在宇宙中的位置沒有什么特別的。其二,是人們應該拋棄以太理論和牛頓學說。
許多人作出了巨大的努力去拯救以太理論。其中最接近解決了這一謎題的是荷蘭物理學家亨德里克·洛倫茲(Hendrik Lorentz)和愛爾蘭物理學家喬治·菲茨杰拉德(George Fitz Gerald)。他們分析地球在以太中運行,被以太風壓縮,因此邁克耳孫莫雷實驗中所有的尺子也都被壓縮了。本來以太的屬性就夠多的了:肉眼看不見、不可壓縮、極度致密等,這已經夠神秘的了。現在,它又多了一重屬性:它可以通過穿越原子而對其進行壓縮。這就能很容易地解釋實驗得出的反面結論。在此解釋中,光速實際上是變化的,但是我們永遠無法測出這種變化,因為一旦我們試圖使用尺子來測量,光速也確實變化了,但尺子會沿著以太風的方向縮短,而且縮短的量不多不少,正好是光速的變化量。
洛倫茲和菲茨杰拉德各自獨立測出了縮短的量,人們稱之為“洛倫茲菲茨杰拉德壓縮”。不論是洛倫茲還是菲茨杰拉德對這個結果都不滿意。這只是權宜之計,是對牛頓學說的小修小補,但他們也就只能做到這一步了。愿意接受洛倫茲菲茨杰拉德壓縮的物理學家也不多,這只是個臨時的理論,是給越來越不受人待見的以太理論打圓場的。在愛因斯坦看來,以太理論近乎神奇的屬性,看起來存在太過人工和做作的痕跡。此前,哥白尼已經打破了托勒密的地心說。根據地心說,行星要沿著稱作“本輪”的極其復雜的軌道運行。根據類似奧坎姆的剃刀理論[注釋]這樣
的原則,哥白尼把托勒密地心說中復雜的本輪概念剔除掉,把太陽置于太陽系的中心位置。
愛因斯坦就要學著哥白尼的樣子,通過奧坎姆的剃刀,把以太理論剝離掉。而且他是利用童年時的一幅圖景做到這一點的。