生平
愛因斯坦 1879 年 3 月 14 日生於德國的小鎮烏姆,他在慕尼黑度過童年時代,未 入學之前,他父親送他一只羅盤,當時覺得宛如看到一個奇蹟,突然覺得各種事 物的背後一定有某些東西隱藏著,在某種意義上來說一件神奇的東西可以使人的 思想世界飛揚起來。少年時期的他熱愛平面幾何學的證明方法,在他高中的最後 一年移民到義大利,愛因斯坦決定放棄德國國籍,前往瑞士繼續學業。畢業之後,
他進入蘇黎士的聯邦工科大學,常常被某些問題深深的吸引,而投入全部的興趣 和時間,對於不感興趣的必修科目,一點也不想費心思,1900 年大學畢業,愛 因斯坦給教授的印象不佳,使他沒能如願留校擔任助教。失業兩年後,他在瑞士 的專利局謀得一份工作,職務是對所有的發明作初審,將每一件發明的細節,用 清晰而有系統的文字表達出來,卻使他有機會學到新奇的觀念,對於任何提出的 假設,1905 年,愛因斯坦 26 歲,在沒有任何名師指導,缺乏研究的儀器和資料 下,他利用一切空餘的時間,完成了 4 篇革命性的論文。其中一篇《分子大小的 新測定法》為他贏得了博士學位;另外其它三篇分別是:第一篇是解釋「光電效 應」的文章。由一個嶄新的角度來探討光的輻射和能量,他認為光是由分離的粒 子所組成。17 年後這篇論文使他獲得諾貝爾獎。第二篇是證明膠體溶液中的「布 朗運動」狹義相對論的問題發表後,愛因斯坦著手廣義相對論的問題,整整思考 了八年。廣義相對論實質上是萬有引力的問題,愛因斯坦在大學時代同學格羅斯 曼的幫助下掌握了數學形式,並用於表達他的物理思想。愛因斯坦的後半生,可 以說是奉獻給兩件事:一是「統一場論」的發展,一是倡導世界和平,1933 年 為了抗議希特勒的法西斯獸行,愛因斯坦毅然決然下了決定:只要納粹政權存在 一天,他就永不返回德國。納粹政府也沒收了他在德國境內的所有財產,使他變 得一無所有。於是愛因斯坦舉家遷往美國的普林斯頓,應聘為普林斯頓高等研究 院教授,由於過度的運用腦力,使愛因斯坦體力衰退,看起來總是比實際年齡老。
在 1955 年 4 月 18 日午夜,在普林斯頓醫院的愛因斯坦呼吸困難,主動脈瘤破裂 導致大溢血,與世長辭,享年七十六歲。
貢獻
牛頓不再絕對最重要的一篇《論運動物體的電動力學》,就是所謂的「狹義相對 論」,愛因斯坦在論文中提出了兩個原理:光速恆定 以及 相對性原理這兩條原 理有著驚人的推論,它根本地改變了牛頓的時空觀、改變了人類對宇宙的看法,
將牛頓定律視為一個特殊例子,只有在速度很慢時才適用。
廣義相對論基礎》,在這篇僅 60 頁的文章裡,愛因斯坦假定重力不是一個力,
而是在時空連續體(space-time continuume)中一個扭曲的場,而這個扭曲是由於質 量存在造成的。這篇論文被認為是 20 世紀理論物理研究的最高峰。
統一場論是一個將電磁現象和重力理論整合在一起的理論。愛因斯坦自己認為相 對論有 3 個發展階段
狹義相對論—牛頓運動定律的修正~廣義相對論—牛頓萬有引力定律的改造~統 一場論—廣義相對論的推廣,他不倦的思索研究了 30 多年而終未成功,一個問 題花了 30 多年竟然得不到結果,但是,科學的重點不在尋求答案,而在發掘問 題,愛因斯坦當時所發掘出來的許多問題,或許在未來會被人們所解決。
愛因斯坦的相對論,以及他對時空的看法,的確激起了大家強烈的興趣,也使他 成為大眾所景仰的偶像。然而他不僅只是科學家,更是一個和平主義和人道主義 者,他關心社會底層的勞苦大眾;在戰爭頻仍的時代裡,他譴責軍國主義的侵略 者。
在納粹及赤色暴政之下,獲得愛因斯坦營救的著名科學家不知有多少。也正因為 這些科學家脫險抵美國,而使得後來美國政府能夠憑藉著他們的智慧和技能,創 造出人類史上的第一顆原子彈
理論
愛因斯坦不尋常的主張,自然引起了爭論,幸好理論終於找到機會驗證:1919 年 5 月 29 日有一次日全蝕,利用廣義相對論計算星光經過太陽邊緣時產生的偏 折,會比傳統牛頓力學計算的大上一倍。英國天文學會派遣了兩支觀察隊,一支 到巴西,一支到西非進行觀察測量,來驗證愛因斯坦的理論是否正確,全世界的 科學家都屏息以待。此時,愛因斯坦的好友普朗克(量子力學創始者)徹夜未眠,
急著想知道觀測結果,而愛因斯坦卻信心十足,安心的去睡覺,他說:「如果普 朗克真正瞭解廣義相對論,那麼他一定跟我一樣,結果觀察隊的觀察證實了愛因 斯坦的預測,這馬上成為所有媒體的頭條新聞,轟動了全世界,一般大眾也開始 認定愛因斯坦是世界級的人物。
光電效應起因於光或其他形式電磁輻射所引起物質導電性的改變。要產生光電效 應,物質需要吸收入射光而產生帶電的載子,例如在半導體中的傳導電子及帶正 電的電洞,或是在金屬表面放出自由電子(光電子),而留下正離子。這兩種情 形分別稱為內光電效應及外光電效應。
布朗運動 1828 年,植物學家布朗 (Robert Brown)利用顯 微鏡觀察在水中的花 粉,卻發現花粉在水中會隨意 運動,本來以為是花粉上有寄生蟲的緣故,但改 用 煤灰進行實驗也看到相同的現象,後來便以他 的名字將此一現象命名為「布朗 運動」(Brownian motion)。 根據愛因斯坦的解釋,粒子在溶液中會受到水 分子
的撞擊。雖然水分子由四面八方的撞擊物體, 但是撞擊並不會平均分佈。由於 看不到水分子,所 以只會看到物體隨著水分子忽上忽左的進行隨機運 動。現在 看起來,布朗運動好像沒什麼,但是在那 個年代,雖然有道耳吞的原子說,理 想氣體方程式。
廣義相對論是我認為讓 愛因斯坦成為 20 世紀 最偉大科學家的原因。在廣義 相 對論中有三個最基本的假 設,第一個還是相對性原理 ,第二個是等效原理,第 三 個是馬赫原理。