為什麼愛因斯坦如此與眾不同?

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這是一個不平凡的日子,每個人都有不同的理由在為今天做準備。有的人正精心籌備了一個浪漫的白色情人節,有的人正在花樣的慶祝圓周率日(圓周率 π 約等於3.14),有的人則在重溫馬克思的偉大思想。而我們選擇為愛因斯坦慶生。

在人類記憶裡儲存著的不僅是愛因斯坦的物理內容,而且也有他的生活、心裡特點、情感內容、生活插曲,甚至容貌。愛因斯坦的不朽——這不僅僅是思想的不朽,也有人的不朽。

——庫茲涅佐夫 《愛因斯坦傳》

當我在研讀伽利略、開普勒、麥克斯韋、玻爾、海森堡、薛定諤和狄拉克等大物理學家的論文時,我能夠理解他們是誰。他們都是非常傑出的科學家,但是,他們跟我同時代最偉大的科學家相比並沒有顯得不同。而愛因斯坦則不同(牛頓也是,但只有他們兩個)。在這麼多年後,我仍然發現愛因斯坦有一種常人所不能及的能力,那就是對自然界中的深層次的問題擁有敏銳的洞察力,他能夠一針見血地揭開問題的核心。

他是怎麼做到的?是什麼讓愛因斯坦與其他人相比顯得如此與眾不同?又是為什麼他能夠發現別人所沒有發現的?在一番深思熟慮後,我覺得是因為:愛因斯坦是一位說故事的人。

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愛因斯坦跟他同時代的人相比,他會問不同的問題。其他人做研究都是基於當時還不完備的知識基礎上,在不同程度上對基礎知識進行擴充套件,或者找出相互矛盾或不能自洽的問題。這並沒有什麼錯。即使是現在,大多數科學家基本上都是在各自的領域進行研究,而不是把目標放在追問宇宙中更深層次的問題。但愛因斯坦則不同,他會不停的追問、理解被宇宙隱藏的事實。他不喜歡對現存的物理架構進行修修補補。

我想要知道上帝是如何創造這個世界的。我對這個或那個現象,這個或那個元素的能譜不感興趣。我要知道的是他的思想。其他都是細節。

——愛因斯坦

舉個例子,愛因斯坦總是對“巧合”持有懷疑的態度。我們知道質量有兩個概念:慣性質量(物體對加速度的抵抗程度)和引力質量(重量)。但這兩個質量總是相等的。對其他所有人來說,這兩個質量的相等只是施加在方程上的一個附加條件。而對愛因斯坦來說,這樣的一個巧合是發現隱藏在背後的故事的絕佳機會。或許,引力和慣性是一樣的?

為瞭解釋這樣的一個巧合,他一如既往的用“思想實驗”來敘述他稱之為“我一生中最快樂的思想”的一個想法。如果一個人身處於一個升降梯內,他就無法區分自己到底是在地球的表面,還是在空無一物的空間內被不斷的往上拉的升降梯內。這就是等效原理,它告訴我們,引力效應和慣性效應是被無法區分的。而這樣的一個思想是發展廣義相對論的核心。

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很多人認為愛因斯坦是一個孤獨的天才,而他發現那些突破性理論的基本原則是對數學美的追求。他是一個被美學啟發的天才,數學則是他預言新現象的一個工具。

我記得最清楚的是,當我提出一個自認為能使人信服而又合理的建議時,愛因斯坦一點也不表示反對,而只是說,“啊,多麼醜!” 當他遇到一個他認為醜的方程時,他只是對它不感興趣,並且不能理解為什麼有些人願意花費那麼多時間在它上面。他完全確信,在理論物理學中尋找一個重要結果時,美是一個指導原則。

——邦迪(H.Bondi)

但其實,愛因斯坦並沒有受過專業的數學訓練,本身也並非很擅長數學。當他在發展廣義相對論的時候,他尋求了他的好朋友數學家格羅斯曼的幫助,才得以掌握建立廣義相對論所需要的數學基礎;他也會找其他人,比如他的摯友貝索,幫他對一些數學概念給出正確的詮釋。

愛因斯坦真正擅長的是他對物理的直覺與洞察力。他的廣義相對論完全是建立在一個非常簡單的物理想法:等效原理。

不幸的是,當愛因斯坦在晚年努力地構建所謂的“統一場論”時 ,他失去了物理洞察力。他沒有提出新的物理原理,也沒有新的思想實驗來激發他的思考。不像他之前在狹義相對論、光子、布朗運動和廣義相對論上的成功,他的工作並不是由物理洞察力作為指引。這使他一無所獲。

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在缺乏創造新故事的能力後,他將數學作為指引。特別是在他發展廣義相對論時他才瞭解到數學對物理結構的重要。到了1930年代時,他認為理論物理學的創新思維來自數學。但正是因為這樣的轉變,最後,他迷失了,而他的追隨者們也都失去了方向。

愛因斯坦的成功在於他首先會提出一個關於自然的原理或假設,在這之後,他才會把這些原理用數學表達出來。而當他試圖用數學代替洞察力來理解大自然的時候,他失敗了。你確實可以用數學來統一引力和電磁理論(就我所知,至少有四種方法可以做到)。但是,在缺乏物理洞察力或原理來解釋統一的意義時,從實驗角度而言,數學上的統一都是空談。

所以,今天,藉著愛因斯坦的138歲生日之際,讓我們一起懷念這位曾經為人類敘寫出了一個又一個深藏在宇宙背後的故事的偉大科學家!

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