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纪念广义相对论发表100周年 忆伯尔尼爱因斯坦故居

myoldguns (老枪)
今年是爱因斯坦创立广义相对论100周年,为了纪念这一伟大理论的诞生,世界各地的学术机构都举行了各种广泛的纪念活动,《科学》、《科学美国人》等世界著名科技期刊都出纪念专刊详细介绍这一理论及爱因斯坦的生平。

100年前,也就是1915年的11月爱因斯坦一连向当时德国的普鲁士科学院提交了四篇论文,将原来局限于惯性系的狭义相对论等效原理推广到非惯性系,从匀速运动推广到加速度运动,得出引力与时空弯曲等效的划时代结论,并通过引力场方程从数学上予以表达。根据引力场方程,在质量与质量之间观测到的引力是源自于这些质量所造成的时空弯曲。由此,爱因斯坦预言了引力红移,即射入引力场中的光会发生蓝移,而相反从引力场中射出的光会发生红移;预言了光线在引力场中的偏折,推算出光线经过太阳表面所发生的偏转是1.7弧秒;同时还推算出水星近日点每100年的进动是43秒,完满解决了60多年来天文学的一大难题,所有这些预言后来都纷纷得到了实验验证。这是爱因斯坦继狭义对论后又一划时代的发现,对后来的理论物理学产生了深刻而持久的影响

爱因斯坦是我学生时代最尊崇的科学家之一,这不仅仅是因为其卓越的科学成就,更因为其丰富独特的人格和自由不羁的心灵。西方学术界和媒体在介绍爱因斯坦的时候,称爱因斯坦不仅是一位孜孜不倦探索大自然奥秘的科学家(Scientist),同时又是一位关心人类前途和命运的人文主义者(Humanist)。

2013年初秋到欧洲旅行,瑞士是这次旅行的目的地之一,所以位于瑞士首都伯尔尼的爱因斯坦故居自然列入了我的参访行程中。这是我第二次到欧洲旅行,历时大约两个月,行程为:比利时(布鲁塞尔)、荷兰(阿姆斯特丹)、德国(柏林、法兰克福、科布伦茨、莱茵河游轮、罗滕堡、富森、新天鹅堡、慕尼黑)、捷克(布拉格、克鲁姆洛夫)、奥地利(维也纳、萨尔茨堡、霍尔斯塔特)、瑞士(苏黎士、琉森、伯尔尼、劳特布龙嫩、日内瓦、蒙特勒、洛桑)、意大利(威尼斯、罗马)。

约十三万人口的伯尔尼位于瑞士的中西部,是瑞士第三大城市(前两位分别是苏黎世和日内瓦),是瑞士的政治和文化中心,有着800多年的历史,其旧城区于1983年被联合国教科文组织列为世界文化遗产。

清晨从客栈阳台看到的伯尔尼街景


伯尔尼旧城典型的街景是矗立在街道中央的一座座雕塑喷泉和街道两旁彼此相连的拱廊以及穿行于街道的有轨电车。这种独特的拱廊在16世纪的时候就有了,大约有6公里长,是欧洲最长的有遮蔽的购物散步拱廊。说起来在中国南方的有些城市如广州、厦门等地也见过类似这种拱廊的建筑,称为“骑楼”,据说是因为南方多雨,建骑楼是为了便于行人躲雨,不知道伯尔尼的拱廊是否也是出于这种考虑。










爱因斯坦的故居位于这条有钟楼的街上


这是伯尔尼一座中世纪就存在的塔楼,建于13世纪初,其上的天文钟尽管经历了多次整修,至今仍然运转良好,除了显示时间、季节、星象之外,每逢整点还会有精彩的玩偶报时秀,可以看到敲钟人出来用锤子敲钟,小鸟拍翅打鸣等。据说爱因斯坦在创立狭义相对论的那几年里,每天上下班都要坐有轨电车经过这座钟楼,从而启发了他的运行的时钟变慢的思想实验。



Kramgasse街49号, 1902-1909年期间爱因斯坦就住在这个门洞的二楼,现在他的故居还妥善地保持着当时的模样


正是在这里,爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》接连发表了四篇划时代的论文,分别在四个方面对理论物理作出了开创性的突破,这四个方面是:狭义相对论、质能等价 E = MC∧2、光电效应以及布朗运动。其中狭义相对论及与其相关的质能等价彻底改变了牛顿力学的时空观,通过引入同时的相对性这一全新的概念,抛弃旧有的经典力学中时间和空间相互独立的绝对时空观,而把它们用一个统一的四维时空来描述,并揭示了物质和能量的相当性,创立了一个全新的物理学世界,堪称是近代物理学领域最伟大的革命。可以说从来没有人能在这么短暂的时间里对于现代物理作出这么多重大的贡献,这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。狭义相对论不但可以解释经典物理学所能解释的全部现象,还可以解释一些经典物理学所不能解释的物理现象,并且预言了不少新的效应,其中最著名的是运动的时钟变慢、运动的尺规缩短及核能的释放等。



这些可以说都是早已熟悉的场景






爱因斯坦的广义相对论是在后来回到原籍国德国以后建立的,那时候他已经是功成名就。不过那时他正经历离婚的困扰,而在伯尔尼创立狭义相对论期间他正沉浸在新婚的幸福之中。

墙上挂的是爱因斯坦童年、青少年及新婚又有了孩子以后的一些照片


爱因斯坦在童年时甚至在大学时代表现并不突出,如果用现在所谓的“智商”来衡量,其智商似乎也并不高。爱因斯坦学习说话非常缓慢,父母亲因此很担心,甚至曾经找过医生看诊。直到九岁时讲话还不很通畅,并且养成一种怪习惯,每当他想要说话之前,都要先小声的对自己说几遍,直到觉得满意,才会大声说出来。家人都很担心,怕他以后会有学习障碍。爱因斯坦在念小学和中学时功课都很平常,也不讨老师喜欢,老师曾公开斥责其“长大后肯定不会成器。”

虽然如此,但童年的爱因斯坦对奇妙神秘的事物却有着敏锐的感知力。在四、五岁时,爱因斯坦有一次卧病在床,父亲送给他一个罗盘。当他发现指南针总是指着固定的方向时,感到非常惊奇,觉得一定有什么东西深深地隐藏在这现象后面。他一连几天很高兴的玩这罗盘,还纠缠论着父亲和雅各布叔叔问了一连串问题,想要知道指南针为什么能指南。这种深刻和持久的印象,爱因斯坦直到六十七岁时还能鲜明的回忆出来。

1900年爱因斯坦从苏黎世联邦理工学院师范系数理科毕业时,平均分数为4.9分,是全班五名学生中第四名;班上唯一的女生,也就是后来成为爱因斯坦第一任妻子的米列娃的平均分数为4.0,是最后一名,校方不准她毕业,必须留级一年。爱因斯坦大学毕业后也不能像其他同学一样留校任教,甚至近两年的时间都找不到工作,靠做家庭教师过活。多亏他的大学同学马塞尔·格罗斯曼向他伸出了援助之手。格罗斯曼通过自己的父亲在伯尔尼的瑞士专利局为爱因斯坦谋得一个职位,任助理鉴定员,这才解除了他的窘境。因此爱因斯坦终身都感谢格罗斯曼对他的帮助。在悼念格罗斯曼的信中,他谈到这件事时说,当他大学毕业时,“突然被一切人抛弃,一筹莫展地面对人生。他帮助了我,通过他和他的父亲,我后来才到了哈勒(时任瑞士专利局局长)那里,进了专利局。这有点象救命之恩,没有他我大概不致于饿死,但精神会颓唐起来。”




有了工作,然后又有了家庭,爱因斯坦总算安顿下来,可以专心从事他心爱的物理学研究了。事实上,爱因斯坦建立狭义相对论是用业余时间完成的,因为每天还要到专利局上班挣钱养家糊口。不过据爱因斯坦自己承认,他在上班的时候常常会偷偷地在书桌的抽屉里演算,当有人来时就立刻把抽屉关上。

应该说爱因斯坦在狭义和广义相对论上所取得的非凡成就并不仅仅是狭义上的科学探索的结果,也和其哲学思维有着密不可分的关系。在伯尔尼期间他的业余活动之一就是和几位志趣相投的朋友组成讨论小组,自嘲地取名为“奥林匹亚学院(Olympia Academy)”。他们时常定期聚集在一起讨论科学和哲学,共同阅读昂利·庞加莱、恩斯特·马赫、大卫·休谟和巴鲁赫·斯宾诺莎的著作,他的科学哲学思想的发展因此深受这些哲学家的影响,其宗教观是倾向于斯宾诺莎的自然神论,他心目中的上帝是“那个在存在事物的有秩序的和谐中显现出来的上帝”。

爱因斯坦的父母


爱因斯坦的父亲是一个电器商,母亲是家庭妇女。爱因斯坦的母亲有很高的音乐素养,这对培养爱因斯坦对音乐的热爱起来很大的作用。

在爱因斯坦的生活中,音乐扮演了极为重要与永久的角色。他的母亲弹得一手很不错的钢琴,在爱因斯坦六岁的时候就开始教他学习拉小提琴,从小就培养他欣赏音乐的美,不仅是要培养他对音乐的热爱,而且还要帮助他融入德国文化。爱因斯坦成年后演奏小提琴成为他业余生活不可缺少的一部分。他曾和一些专业音乐家一起在私人场合演奏过室内乐。他在伯尔尼、苏黎世和柏林时,室内乐成为他社交生活的一部分,同他一起演奏的人包括当时德国另一位杰出的物理学家普朗克。爱因斯坦曾说:“假若我不是物理学者,那我可能会是音乐家。我时常会想到音乐。我生活在音乐的白日梦里,我从音乐来看我的生命,……我从音乐里获得生命中最多的快乐。”“与责任感相比,喜爱是更好的老师。”“想象力比知识更重要。知识是有限的,而想象力囊括了整个世界。”显然,这些即适用于他对音乐的理解,也同样适用于他对科学的理解。

这里有一段YouTube视频,再现了爱因斯坦当年演奏音乐时的一些场景,不过这里的莫扎特奏鸣曲配音应该并不是爱因斯坦本人演奏的


如果视频不显示,可以用这个链接:
https://m.youtube.com/watch?feature=youtu.be&v=MQFmSnG5Ets

爱因斯坦对莫扎特的音乐有着特别的偏爱,他曾说:“在萧伯纳的散文中没有任何一个多余的词,正如在莫扎特的音乐中没有任何一个多余的音符一样。一个在旋律的领域里做过,而另一个在语言的领域里做着的事就是:完美无缺地、几乎以超人的精确性表达自己的艺术和自己的思想。”“完美无缺”,“超人的精确性”,这些不也正是他在科学探索中努力追求的目标吗?可以说,理性思维和感性思维在爱因斯坦的精神生活中都起了不可或缺的重要作用,理性与感性和谐共存,并相互促进。爱因斯坦曾说,当他在科学研究中遇到困难,卡在一个问题而无法进行下去时,就会到厨房去拉小提琴,以恢复纷乱的思路。

1911年秋天在比利时首都布鲁塞尔举行的第一次索尔维国际物理学会议,与会者都是当时处于物理学研究最前沿的杰出的科学家,前排右二是居里夫人,正在与亨利·庞加莱讨论;后排右四是欧内斯特·卢瑟福;右二是阿尔伯特·爱因斯坦;最右的是保罗·朗之万(此图片来自互联网)


爱因斯坦和居里夫人有着深厚而持久的友谊。1913年夏天爱因斯坦和居里夫人两家曾一同到瑞士的阿尔卑斯山度假。

居里夫人在丈夫皮埃尔· 居里因车祸身亡后曾和丈夫生前的学生,也是著名物理学家的保罗·朗之万有过一段婚外情。这件事在法国闹得沸沸扬扬。因为玛丽·居里是一位成功的43岁的寡妇,38岁的保罗·朗之万是个已婚的男子,并且已经有4个孩子。这自然不能为社会所容忍,居里夫人因此受到来自各方面的攻击,朗之万的妻子珍妮后来甚至还拿到了这对情人的有露骨性描写的往来书信,准备以通奸罪名起诉玛丽·居里。也有人为居里夫人辩护,其中爱因斯坦的辩护最有意思,爱因斯坦说:“我不认为玛丽美丽到能对他人的生活造成威胁的程度。”

当时正值居里夫人第二次获得诺贝尔奖,诺贝尔奖委员会得知此事后甚至打算拒绝居里夫人前来领奖。居里夫人的回答是:“该奖是为镭和钋的发现而颁发的。我相信,我的科学工作与我私生活中的一些事并没有什么联系。”

以下是一些伯尔尼的风光


莱茵河的支流阿勒河从三面绕城而过




河对面正对着一座桥是伯尔尼历史博物馆,当时正在举办中国秦兵马俑展




远处的雪山隐约可见


无所不在的Starbucks Coffee










CASINO




夜幕降临


这是伯尔尼另一处著名景点,熊苑,不过这时候熊已经进屋了


伯尔尼(Bern)这一名称是从德文“熊(bern)”一词演变而来。传说12世纪末统治瑞士中东部的扎灵根公爵要在伯尔尼这个地方建立要塞,为给城市取名扎灵根公爵决定外出打猎,以打到的第一只野兽作为城市名,结果打死一头熊,于是以“熊”字为该城命名。因为这个历史的渊源,伯尔尼人对熊仍特别偏爱,熊的形象处处可见。无论是街道中心的喷泉中,还是那些古老的建筑物上,几乎都有熊的雕塑。在巧克力糖上,在大蛋糕上,甚至在男人的皮带、女人的发卡、儿童的衣扣以及其他许多日用商品上,都有熊的各种姿态,所以伯尔尼也被称为“熊城,也有了这座已有500多年的历史的“熊苑”。

夜色下的伯尔尼旧城












等待看整点敲钟的游人



(#9850391@0)
2015-12-26 -05:00
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